1.3. Системы воздушного охлаждения
Площадь поверхности блока цилиндров и головки блока при воздушной О недостаточна для поддержания необходимого теплового со-
стояния ДВС, поэтому площадь охлаждения увеличивают оребрением СибАДИкорпусных деталей КШМ. Кроме того, для увеличения теплоотдачи охлаждающ й воздух должен протекать с определённой скоростью и рав-
номерно распределяться по поверхности блока и головки. В связи с этим в ДВС с воздушной СО воздух принудительно нагнетается в межрёберное пространство головок и блоков цилиндров мощным осевым вентилятором (см. р с. 1.7, , 1.26) с напором 1 000…2 400 Па, а расход воздуха регул руется дефлекторами и рёбрами (см. рис. 1.5, 1.6).
Формы размеры рё ер должны обеспечивать необходимую теплопередачу при м н мальном аэродинамическом сопротивлении. И ещё рё ра должны обладать достаточной прочностью.
1
2 Воздух
Рис. 1.26. Циркуляция воздуха в ДВС [9]: 1 – дефлекторы; 2 – масляный радиатор
53
Расчёт воздушной СО [4, 9]
Процесс теплоотдачи оребрённых цилиндров достаточно сложный, так как идёт теплопередача тепла рёбрами и конвекция тепла воздухом.
При проведении расчёта воздушной СО определяют размеры рёбер СибАДИ– высота, толщина основания, форма боковой поверхности – и межрё-
берных пространств.
Опт мальная высота рёбер (теплоотдача по высоте изменяется) нецелесообразна, так как при этом снижается прочность рёбер и увеличивается х аэрод нам ческое сопротивление. Наиболее эффективна парабол ческая форма рё ер (см. табл. 1.1), но такую форму сложно изготавл вать технолог чески, а преимущества перед прямоугольной формой незнач тельны. В свою очередь расчёт прямоугольных рёбер примен м с достаточной точностью и для трапециевидных рёбер.
При расчёте рё ер принимают следующие допущения : 1)тепловое состояние рё ер установившееся;
2)воздушный поток имеет равномерное распределение по температуре и скорости;
3)температурный перепад между ребром и воздухом пропорционален теплоотдаче;
4)тепло рассеивается только оковыми поверхностями ребра.
В расчётах воздушной СО параметры окружающей среды и режимы работы ДВС принимают такие же, как в расчётах жидкостной СО.
Расчётные температуры следующие [9]:
- автомобильные блоки цилиндровиз специального чугуна – 220 ºС; - тракторные блоки цилиндров из специального чугуна – 200 ºС; - автомобильные головки блока цилиндров:
из специального чугуна – 340…360 ºС; из алюминиевого сплава – 240…260 ºС; - тракторные головки блока цилиндров : из специального чугуна – 320…340 º ; из алюминиевого сплава – 220…240 ºС;
-средняя температура у основания рёбер :
блока цилиндров из чугуна – 130…170 ºС;
головки блока цилиндров :
• из чугуна – 170…220 ºС;
54
•из алюминиевого сплава – 160…200 ºС;
-температура внутренних поверхностей цилиндра – 130…140 ºС. Относительный теплоотвод (1.15) для двигателей с принудительным
воспламенением находится в пределах 0,24…0,30, для дизелей– 0,2…0,26.
СибАДИ |
|||||||||||||
|
Величина общего количества теплоты Qсо = qв · Qe, отводимой СО, уве- |
||||||||||||
|
личивается на 10…15 % за счёт теплоты, отводимой масляным радиато- |
||||||||||||
|
ром и поверхностью картера. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
В табл. 1.4 представлен относительный теплоотвод от головки и |
||||||||||||
|
блока ц л ндров. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.4 |
||
|
|
Относ тельный теплоотвод от деталей КШМ [9] |
|||||||||||
|
|
Т п ДВС |
|
|
|
|
|
Теплоотвод |
|
|
|
||
|
|
|
от |
лока цилиндров qц |
от головки блока цилиндров qг |
|
|||||||
|
Искровое заж ган е |
|
|
0,3 |
|
|
|
|
0,7 |
|
|||
|
Дизель с неразделённой |
|
|
0,6 |
|
|
|
|
0,4 |
|
|||
|
камерой сгоран я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дизель |
с разделённой |
|
|
0,5 |
|
|
|
|
0,5 |
|
||
|
камерой сгорания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
целью упрощения расчёт проводят для одной головки и одного |
|||||||||||
|
цилиндра. Количество теплоты, отводимой от одного цилиндра, рассчи- |
||||||||||||
|
тываю по следующей формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Q = |
qц Qсо |
. |
|
(1.52) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
в |
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Далее определяем расход охлаждающего воздуха, необходимый для от- |
||||||||||||
|
вода теплоты от одного цилиндра |
|
Qв |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Gв = |
|
|
|
, |
(1.53) |
|
|||
|
|
|
|
cp (tla |
−tle ) |
|
|||||||
|
где сp |
– средняя теплоёмкость воздуха, сp = 1 005 |
ж |
; |
|||||||||
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг К |
||
|
tla |
и tle – средние температуры воздуха, выходящего из межрёберного |
|||||||||||
|
|
пространства и входящего в него соответственно; |
|||||||||||
|
|
|
tle = 45 °С, tla |
= tв +tн ; |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
55
tв и tн – температура воздуха, выходящего из верхней и нижней зон цилиндра соответственно, tв = 80…110 °С, tн = 60…80 °С.
редняя температура воздуха в межрёберных каналах равняется
tlm = |
tla +tle |
. |
(1.54) |
|
|
||||
|
|
2 |
|
|
Объёмный расход воздуха, необходимый для охлаждения одного |
||||
цилиндра определ м как |
Gв , |
|
||
V = |
(1.55) |
|||
в |
ρв |
|
||
где ρв – плотность охлаждающего воздуха.
учётом потерь охлаждающего воздуха через уплотнения воздушного тракта расход воздуха для охлаждения одного цилиндра опре-
|
деляем по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
G' = (1,08...1,10) G . |
(1.56) |
|
||||
|
в |
|
в |
|
|
|
|
|
Расход воздуха для охлаждения всего ДВС находят из выражения : |
||||||
|
|
G = |
G' i |
. |
(1.57) |
|
|
|
|
в |
|
||||
|
|
|
qц |
|
|
|
|
|
Оценить качество расчёта можно сравнением расчётного удельно- |
||||||
|
го расхода воздуха gв = G с среднестатистическим, представленным в |
||||||
|
Ne |
|
|
|
|
|
|
|
табл. 1.5. |
|
|
Таблица 1.5 |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
Удельный расход охлаждающего воздуха для ВС разного типа [9] |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Тип ДВС |
|
Удельный расход воздуха gв, |
кг |
|
||
с кВт |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||
СибАДИ |
|
||||||
|
Искровое зажигание 0,026 5…0,028 5 |
||||||
|
Дизель с неразделённой камерой |
|
0,018…0,021 |
|
|
|
|
|
сгорания |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
Дизель с разделённой камерой |
|
0,024 5…0,026 5 |
|
|
|
|
|
сгорания |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
56
Контрольные вопросы
1.Какие достоинства и недостатки у систем воздушного охлаждения?
2.Какие достоинства и недостатки у систем жидкостного охлаждения?
3.Какая система жидкостного охлаждения называется термосифонной? СибАДИ4. Какие системы охлаждения называются открытыми и закрытыми и почему?
5.Какие достоинства недостатки у термосифонных систем охлаждения?
6.Как регул руется тепловое состояние ДВС с воздушным охлаждением?
7.Как е элементы ж дкостной системы охлаждения включает теплорассеивающая часть?
8.Как класс ф ц руют воздушный тракт жидкостной системы охлаждения?
9.Как е конструкт вные мероприятия применяют для хорошей циркуляции охлаждающей ж дкости?
10.Рад аторы с какой сердцевиной получили наибольшее распространение?
11.Как располагают по отношению к потоку жидкости трубки сердцевины радиатора?
12.Что такое коэфф ц ент оре рения радиатора?
13.Как е параметры радиатора определяют при его расчёте?
14.Как е функц выполняет насос в жидкостной системе охлаждения?
15.Что входит в компенсационный контур жидкостной системы охлаждения?
16.Какой порядок расчёта насоса жидкостной системы охлаждения?
17.Какие параметры согласовывают при подборе вентилятора?
18.Какие параметры определяют при расчёте вентилятора?
19.Какие существуют методы регулирования жидкостной системы охлаждения?
20.Какие параметры определяют при расчёте воздушной системы охлаждения?
57