83. Расчёт системы охлаждения двигателя

Система охлаждения обычно рассчитывается для номинального режима работы двигателя, причём температура окружающей среды t₀ принимается равной 40. Системы охлаждения машин, специально предназначены для эксплуатации в тропическом климате, рассчитываются при t₀=50⁰ C. Температура жидкости на выходе из двигателя принимается 90-95 °С.

Расчётное количество теплоты Q_охл, которое должно отводится системой охлаждения, определяется по формуле: Q_охл = q_охл·g_е·N_е·Q_н, Дж/ч,

где q_охл - относительное количество теплоты, отводимое системой охлаждения;

g_е - удельный расход топлива на номинальном режиме, кг/кВт·ч;

N_е - номинальная мощность двигателя;

Q_н - низшая теплота сгорания топлива.

Относительное количество теплоты q_охл, отводимое системой охлаждения, можно найти по данным теплового баланса для подобного двигателя или принять по ориентировочным статистическим данным в пределах: 0.20-0.30 – для карбюраторных двигателей, 0.18-0.25 – для дизелей.

Q_{охл. Д} =k·F_p·( t_ж-t_в)_Д Дж/м²,

где k - коэффициент теплопередачи радиатора Дж/м²·ч·град

F_p - площадь теплорассеивающей поверхности радиатора,

t_ж, t_в - средняя температура жидкости и воздуха соответственно, °С

Требуемая поверхность охлаждения радиатора определяется из уравнения теплопередачи:

Величину коэффициента теплопередачи k находят по данным тепловых исследований решеток радиатора.

Перепад средних температур при первоначальном определении F_p можно принимать в пределах t_ж-t_в=40÷50⁰ C

Площадь лобовой поверхности радиатора может быть найдена по формуле: ,

где Ɛ - коэффициент компактности сердцевины радиатора, равный 600-950 1/м;

l_p - глубина радиатора, м.

Глубину радиатора определяют с учетом указанных выше рекомендаций относительно числа рядов трубок и выбранного их типоразмера. Обычно глубина радиаторов автомобильного типа составляет 40-80 мм, а глубина решеток сердцевины тяжелых колесных и гусеничных машин — 80 - 130 мм.

Учитывая требования компоновки радиатора в моторном отсеке, принимают относительную высоту радиатора и определяют размеры его сердцевины:

Высоту: , м

Ширину:

По найденным размерам сердцевины вычисляется общее число трубок радиатора:

где a - шаг трубок по фронту, м

z - число рядов трубок.

Расход воздуха через радиатор:

Температура воздуха на выходе из радиатора: t”_в = t’_в+ ⁰ C,

где t’_в - температура на входе в радиаторе, ⁰ C; t’_в = t₀;

c_p - средняя теплоемкость воздуха при постоянном давление.

Требуемый расход охлаждающей жидкости находят по уравнению:

,

где ƒ_mp - площадь поперечного сечения трубки радиатора, м²;

ω_ж - скорость жидкости в трубках радиатора, равная 0.7-1 м/с;

γ_ж - удельный вес жидкости, кг/м³

Температура жидкости на выходе из радиатора определяется по формуле:

, ⁰ C

где t’_ж - температура жидкости на входе в радиаторе, равная 90-95 ;

c_ж – Дж/кг·град;

Зная температуру воздуха и жидкости, можно определить действительный средний температурный перепад: , ⁰ C

В заключение расчета целесообразно проверить действительную теплорассеивающую способность радиатора: Q_{охл. Д} =k·F_p·( t_ж-t_в)_Д

Если , найденного по формуле, необходимо скорректировать ранее принятое значение температурного перепада и повторить расчет поверхности радиатора.

Вместимость системы охлаждения можно найти исходя из условий 4-12-кратной циркуляции в жидкостном контуре, а также по эмпирической удельной емкости:

-для легковых автомобилей:

-для грузовых автомобилей:

Расчет жидкостного насоса при учебном проектировании может быть ограничен выбором его размеров, определением скорости вращения и потребляемой мощности.

Окружная скорость на внешнем диаметре крыльчатки насоса определяется по формуле:

где - углы между направлениями скоростей жидкости на выходе из колеса и окружной скорости;

H - расчетный напор насоса, равный 5-15 м вод.ст;

- гидравлический к.п.д. насоса;

Приняв на основании статистических данных наружный диаметр крыльчатки , число ее оборотов можно найти из соотношения:

Мощность, потребляемая насосом:

где - коэффициент подачи насоса; = 0,8÷0,9;

- общий к.п.д. насоса, обычно равный 0.45-0.6.

Исходными данными для расчета вентилятора являются его производительность и полный набор напор:

где ∆p - аэродинамическое сопротивление радиатора(205…600 Н/м²)

∆p _отс - аэродинамическое сопротивление моторного отсека, которое можно принимать равным ∆p.

Секундная производительность вентилятора:

где - расход воздуха, кг/ч;

γ_в - удельный вес воздуха, кг/м³ ;

Потребная окружная скорость на периферии лопаток рабочего колеса может быть найдена из уравнения:

где g=9,81м/с²

- безразмерная коэффициент напора вентилятора. Коэффициент напора автомобильных вентиляторов составляет:

-для штампованных лопастей ;

-для литых профилированных лопастей

Наружный диаметр вентилятора D_в лучше всего принимать равным наименьшему размеру лобовой поверхности радиатора B_p или H_p или близким к нему.

Необходимое число оборотов вентилятора

Диаметр втулки вентилятора можно найти из соотношения:

где - относительная осевая скорость воздуха в вентиляторе, обычно равная 0.2-0.3 для штампованных и 0.30-0.45 для литых профилированных лопастей.

Угол наклона лопастей обычно принимается равным 30-40⁰ , а ширина лопасти – 50-80 мм.

Мощность, потребная вентилятором на расчетном режиме:

где - к.п.д. вентилятора, равный для штампованных лопастей 0.2-0.4 и для литых профилированных лопастей – 0.55-0.65.

Потери на привод вентилятора не должны превышать 5-8% номинальной мощности двигателя.