5.4.3. Последовательность расчета

3.1. Расчет радиатора

Тип системы охлаждения – жидкостная, закрытая, с принудительной циркуляцией.

Поверхность охлаждения радиатора, омываемая воздухом, определяется из выражения

м².

Теплота, отводимая в охлаждающую жидкость:

, Дж/c,

где q_ж - относительный теплоотвод; q_ж=0,20,3 - для карбюраторных двигателей,

q_ж=0,150,2 - для дизелей,

H_u - теплота сгорания; H_u=4410⁶ Дж/кг - бензин; H_u=42,310⁶ Дж/кг – дизельное топливо

b_e - удельный расход топлива, г/кВтч;

Р_e - максимальная мощность двигателя, кВт;

Коэффициент теплопередачи К для различных конструкций охлаждающих решеток можно определить по графику К=f(W_в_в), где W_в_в - величина массовой скорости. Тип радиатора - с шахматным расположением под углом к потоку. Радиаторы этого типа относятся к радиаторам с большим сопротивлением  W_в_в=810 кг/м³с  W_в_в=8 кг/м³с.  К=105 Вт/(м²К).

Температурный напор, т. е. разность средних температур жидкости и воздуха,

t = t_ж.ср - t_в.ср

где средняя температура жидкости

t_ж.ср = t_ж.вх - 0,5t_ж

где

t_ж.вх=100 С, t_ж=610 С  выбираем t_ж=6 С.

 t_ж.ср=t_ж.вх-0,5t_ж=100-0,56=97 С

средняя температура воздуха

t_{в. ср} = t₀ + 0,5t₀

где

t₀= C – по заданию;

F_фр=ВН, м² - поверхность фронта радиатора, где В - ширина радиатора, принимаем В=0,5 м, Н - высота радиатора, принимаем Н=0.35 м; - принимаются по габаритным размерам двигателя в подкапотном пространстве

 F_фр=ВН=0,50.35=0,175 м²;

С_р=1,00510³ Дж/кгград - удельная теплоемкость воздуха; 

C - прогрев воздуха при прохождении его через радиатор системы охлаждения;



 t=t_ж.ср-t_в.ср=97-54.245=42.755 С.

‘=1,1 - коэффициент запаса, учитывающий загрязнение радиатора.



м².

При известных размерах общей поверхности охлаждения и фронта радиатора его глубина определяется из выражения

мм.

где

 - коэффициент компактности, м²/м³. Его величина зависит от конструкции охлаждающей решетки и лежит в пределах =6001200 м²/м³ для автомобилей.  =1200 м²/м³.

Оценить результаты расчета радиатора и сравнить со среднестатистическими данными, сделать выводы.

3.2.Расчет водяного насоса.

5.4.4. Расчет осевого вентилятора

Осевые вентиляторы широко применяются на колесных машинах, тракторах. Это обусловлено удобством компоновки радиатора в подкапотном пространстве и меньшими затратами мощности.

Целью расчета осевого вентилятора является определение конструктивных размеров рабочего колеса и основных элементов: размеров лопастей и их формы, а также мощности на привод вентилятора.

5.4.4.1. Исходные данные для расчета

1. Количество тепла, которое отводится от радиатора в окружающую среду.

2. Теплоемкость воздуха и температуры окружающей среды в условиях эксплуатации.

3. Величина подогрева воздуха при его прохождении через сердцевину радиатора: Т_в = 20 … 30 градусов при числе трубок в ряду от двух до пяти;

Т_в = 35 … 40 градусов при числе трубок в ряду шесть и более.

Рис. Расчетная схема

5.4.4.2. Расчет конструктивных размеров,

кинематических параметров и мощности

на привод вентилятора

1. Наибольшее значение радиуса вентилятора может быть определено исходя из компоновочной схемы: рис. R_b  0,5 H, рис. R_b  H при В₁ = 2 Н.

2. Радиус диска основания (заделки) лопастей определяется по величине втулочного отношения r_b/R_b = 0,2 … 0,45. При уменьшении втулочного отношения увеличивается площадь фронтальной поверхности, а метаемая лопастями.

3 Угол атаки лопастей  выбирают в пределах 35 … 45 градусов, при таких углах достигается наибольшая подача воздуха вентилятором.

4. Количество лопастей Z должно быть таким, чтобы они не перекрывали друг друга. При этом должно соблюдаться условие

где b - ширина лопасти наибольшая, м; t_л - шаг лопастей по окружности диска, м.

5. Коэффициент сопротивления выходу воздуха из подкапотного пространства _в = 0,24 … 0,7 принимается в зависимости от соотношения

f_o/R²_b = 0,25 … 1,0

где f_o - площадь проходного воздуха на входе в вентилятор по уравнению состояния.

7. Определить расход воздуха через сердцевину радиатора

8. Вычислить частоту вращения вентилятора решением уравнения

В выполненных конструкциях осевых вентиляторов n_b  (0,9 …1,5)n_pe ,

где n_pe - частота вращения коленчатого вала на номинальной мощности, мин^-1.

9. Определить действительный напор создаваемый вентилятором

где _b - угловая скорость вентилятора, с^-1; _л - коэффициент зависящий от формы лопастей; (для плоских лопастей _л = 2,8 … 3,5, для криволинейных -_л = 2,2 … 2,7).

10. Вычислить мощность на привод вентилятора по уравнению

где _v - объемный кпд вентилятора.

Для рабочих колес вентиляторов с приклепанными плоскими лопастями _v = 0,3 … 0,4; для рабочих колес литых в кокиль _v = 0,5 … 0,6.

11. Оценить результаты расчета вентилятора сравнением со среднестатистическими данными и сделать выводы.

5.4.5. Расчет эжектора системы охлаждения

Целью расчета является определение конструктивных размеров отсека, в котором размещается радиатор системы охлаждения, размеров смесительной камеры, а также количества и размеров проходных сечений сопловых отверстий.

5.4.5.1. Исходные данные для расчета

1. Количество цилиндров двигателя, выпускные газы которых направляются в объединенный коллектор отсека.

2. Часовой расход топлива и коэффициент избытка воздуха на номинальной мощности двигателя.

3. Расход воздуха через сердцевину радиатора (определяется при расчете радиатора).

4. Масштаб эжектора m_кс = F_кс/ F_c = 10 … 25,

где F_кс - площадь поперечного сечения камеры смещения, м²; F_c - суммарная площадь поперечных сечений всех сопел, м².

5. Давление газа (избыточное) перед соплами (в выполненных конструкциях  P_r = 25 … 40 КПа).

6. Коэффициент расхода отработавших газов двигателя через сопла эжектора (в выполненных конструкциях _э = 0,75 … 0,9).

7. Шаг сопловых отверстий, (в выполненных конструкциях t_с = 30 …60 мм).

Рис. Расчетная схема эжектора и отсека системы охлаждения: 1 – диффузор; 2 – коллектор эжектора; 3 – корпус отсека системы охлаждения; 4 – масляный радиатор; 5 – водяной радиатор; 6 – газовод, соединяющий выпускной коллектор двигателя с коллектором эжектора; 7 – камера смещения.