Методичка по контрольній
.pdf
В. 1. Розрахунок водяного контуру дизеля
Кількість тепла, що вводиться в дизель тепловоза з паливом
Q = |
ge Ne Qнр |
= 0,23 2200 42500 =5973,6 кДж/с. |
|
||
д |
3600 |
3600 |
|
Тепловідведення у воду дизеля
Qв =100qв Qд =10017 5973,6 =1015,5 кДж/с.
З табл. Б.1 обираємо розрахункові параметри стандартних водяних секцій типу ВВ12:
–площа живого перетину для проходження повітря ω1в = 0,149 м2, а для проходження води – ωв2 = 0,00132 м2;
–поверхня теплообміну, що омивається повітрям F1в = 29,6 м2.
По кривій (рис. Б.3) для uв =8 кг/(м2·с) знаходимо коефіцієнт теплопередачі для стандартних водяних секцій:
Кв =52,3 Вт/(м2·К) =0,0523 кВт/(м2·К).
Витрата води через секції
Gв =υв ωв2 zв ρв ,
де υв – лінійна швидкість течії води в трубках секцій; υв =1,0 м/с;
Gв =1 0,00132 zв 1000 =1,32 zв.
Витрата повітря через секції
Gп =uв ω1в zв =8 0,149 zв =1,192 zв.
Система рівнянь теплового балансу:
|
|
=Gв cв (t1в −t2в ) |
|
|
|
|
||||||
Qв |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
−τ1 ) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Qв |
=Gп ср (τ2 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
в |
в |
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Q |
= К |
в |
F |
z |
t1 |
+t2 |
− |
τ1 + τ2 |
|
, |
||
|
2 |
2 |
||||||||||
|
в |
|
в |
в |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=1,32 zв 4,19 (90 −t2в ) |
|
|
|
|||
1015,5 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1015,5 |
=1,192 zв 1 (τ2 −40) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
в |
|
в |
|
|
|
90 |
|
||||
1015,5 |
= 0,0523 29,6 z |
|
+t2 |
− |
40 + τ2 |
. |
|
|
2 |
2 |
|||||
|
в |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Приймаємо yв = 1 , і після перетворення отримаємо zв
183,6 yв =90 −t2в851,9 yв = τв2 −40
1311,9 yв =50 +t2в −τв2 .
Розв’язавши систему рівнянь, отримаємо
yв = 0,0426, zв = 0,04261 = 23,5 ≈ 24 шт., t2в =82,2 °С, τв2 = 76,3°С .
В. 2. Розрахунок водяного контуру, що охолоджує повітря наддування дизеля та масло теплообмінника
Кількість тепла, що відводиться в навколишнє середовище:
Qвпм = qм100+ qпн Qд = 8,8100+ 4,5 5973,6 = 794,5 кДж/с.
На підставі даних, що розраховані у попередньому розділі, складаємо систему рівнянь теплового балансу для цього контуру:
|
|
|
|
|
св (t1впм −t2впм ) |
|
||
Qвпм =Gв |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пм |
|
|
впм |
−τ1 ) |
|
|
|
|
=Gп |
|
|
||||
Qв |
ср (τ2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
tвпм |
|
впм |
|
|
|
пм |
|
|
+t |
|||
Q |
|
= К |
в |
F z |
1 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|||||
|
в |
|
в вм |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ |
+ τвпм |
|
|
− |
1 |
2 |
|
, |
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
794,5 =1,32 zвм 4,19 (75 −t2впм ) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−40) |
|
|
|
|
||
794,5 =1,192 zвм 1 (τвпм2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
впм |
|
впм |
|
||
|
|
|
|
|||||
794,5 |
= 0,0523 29,6 z |
|
75 +t2 |
− |
40 + τ2 |
|
, |
|
2 |
2 |
|||||||
|
вм |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
позначивши yвм = 1 , після перетворень отримаємо
zвм
143,76 yвм = 75 −t2впм ;666,5 yвм = τвпм2 −40;
1026,4 yвм =35 +t2впм −τвпм2 .
Розв’язавши систему рівнянь, отримаємо:
|
y |
= 0,03811, z |
= |
|
1 |
|
|
≈ 26 шт., |
|
0,03811 |
|||||||
|
вм |
вм |
|
|
||||
|
|
t2впм = 69,5 °С, |
τвпм2 |
= 65,4 °С. |
||||
Згідно з |
розрахунками водяний |
контур |
охолодження води дизеля має |
|||||
zв = 24 шт. |
секцій, інший контур (охолодження повітря наддування дизеля та |
|||||||
масла теплообмінника) – zвм = 26 шт. секцій. Згідно з завданням система охо-
лодження з однорядним розташуванням водяних секцій, із застосуванням водомасляного теплообмінника, розділенням відсіків холодильної камери та двома вентиляторними колесами. Враховуючи, що поверхні секцій забруднюються і теплорозсіююча здатність знижується, а також для більш раціонального розміщення секцій, приймаємо кількість секцій для охолодження води дизеля zв = 26 шт. Тоді в холодильній камері отримаємо по 13 шт. секцій на сторону в
кожному відсіку. Схема системи охолодження наведена на рисунку В.1.
В. 3. Розрахунок водомасляного теплообмінника
Кількість тепла, що відводиться в масло
Qм =100qм Qд =1008,8 5973,6 =525,7 кДж/с.
Температура масла на виході з теплообмінника
t |
м =tм − |
3600 |
Qм |
, |
||||
|
2 1 |
ρ |
м |
В |
м |
с |
м |
|
|
|
|
|
|
|
|||
де с |
м |
– питома теплоємність масла, для заданого значення t |
м |
=85 °С – |
||||||||||||||||||||
|
см = 2,07 кДж/(кг·К), (рис. Б.1); |
|
|
|
1 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
t2м = |
85 − |
3600 525,7 |
|
= 72,2 °С. |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
900 80 2,07 |
|
|
|
|
|
|
||||||
Витрата води через водомасляний теплообмінник |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
= |
Вв ρв |
, |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3600 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
впм |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
де Вв – подача водяного насоса, м3/год.; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
Вв =3600 υв ωв2 zвм =3600 1 0,00132 26 =123,6 м3/год; |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
G |
|
|
=123,6 1000 =34,3 кг/с. |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
впм |
|
3600 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Температура води на виході з теплообмінника |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
tвпм =t |
впм |
+ |
|
|
Qм |
|
= 69,5 + |
|
|
525,7 |
= 73,2 °С. |
|
|
|||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
Gвпм св |
|
|
|
|
34,3 4,19 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Середні температури води та масла в теплообміннику: |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
впм |
|
|
|
t2впм +t3впм |
|
|
69,5 |
+ |
73,25 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
tср |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
= 71,4 °С; |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
t1м +t2м |
85 +72,2 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
tср |
|
= |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
= 78,6 °С. |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Потрібна площа поверхні теплообміну теплообмінника
Fто = |
Qм |
|
|
, |
|
Кто (tсрм −tсрвпм ) |
||
де Кто – коефіцієнт теплопередачі теплообмінника, по графіку рис. Б.5 знаходимо для υмт =1,4 м/с та υвт =1,5 м/с – Кто = 0,79 кВт/(м2·К);
Fто = |
|
|
|
525,7 |
|
|
2 |
||
|
|
|
|
|
=92,4 м . |
||||
0,79 (78,6 −71,4) |
|||||||||
Приймаємо діаметр трубок d = 0,01 |
м, тоді повна довжина трубок тепло- |
||||||||
обмінника |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L = |
|
Fто |
= |
|
92,4 |
|
|
= 2943 м. |
|
|
|
|
3,14 0,01 |
||||||
|
|
π d |
|
|
|
||||
При робочій довжині трубки l = 2,0 м кількість трубок теплообмінника nт = 29432 ≈1472 шт.
В. 4. Розрахунок вентиляторів холодильної камери
Обираємо вентилятор типа УК-2М з кутом установки лопатей α = 25°. Опір секцій холодильника
hc = 4,6 u1,83в = 4,6 81,83 = 206,7 Н/м2.
Опір жалюзі
hж =0,2 hс= 0,2 206,7 = 41,34 Н/м2.
Опір від звужень, розширень проходів і поворотів повітряного потоку в холодильній камері (шахті холодильника)
hхк = 0,8 hс = 0,8 206,7 =165,4 Н/м2.
Динамічні втрати напору за вентилятором
hд= 0,9 hс = 0,9 206,7 =186,03 Н/м2.
Потрібний напір вентилятора
Hв = Hт = hж+ hс+ hхк + hд = 41,34 + 206,7 +165,4 +186,03 =599,5 Н/м2.
Витрата повітря через секції одного відсіку холодильної камери
Gп′ =Gп′′ =uв ω1в zв =8 |
0,149 26 =30,9 кг/с, |
а загальна |
|
Gп =Gп′ +Gп′′ =30,9 |
+30,9 = 61,9 кг/с. |
Щільність повітря перед вентилятором:
– у відсіку першого контуру (охолодження води дизеля)
ρп′ = 100000( в ), Rп τ2 + 273
де Rп = 287 Дж/(кг·К) – питома газова стала повітря;
ρп′ |
= |
100000 |
= 0,998 |
3 |
|
кг/м ; |
|||
287 (76,3 + 273) |
– у відсіку другого контуру (охолодження повітря наддування дизеля та масла теплообмінника)
ρп′′ |
|
100000 |
=1,0295 |
3 |
= |
|
кг/м . |
||
287 (65,4 + 273) |
Подача вентилятора:
–відсіку першого контуру
В′= Gп′ = 30,9 =30,96 м3/с; ρп′ 0,998
– відсіку другого контуру
В′′= |
Gп′′ |
|
30,9 |
=30,0 |
3 |
|
|
= |
|
|
м /с. |
||
ρп′′ |
|
1,0295 |
||||
По графіку (рис. Б.6) визначаємо, що максимальний ККД ( ηвmax =0,838 )
при α = 25° досягається при В = 0,25, що відповідає Н = 0,068 .
Вимірник подачі вентилятора:
– відсіку першого контуру
|
|
Кв′ = |
В |
′ |
= |
30,96 |
|
=123,8 |
м3/с; |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
В |
0,25 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
– відсіку другого контуру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
Кв′′ = |
В′′ |
|
= 30,0 |
=120 м3/с. |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Вимірник напору |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Кн |
|
|
|
Нв |
|
|
|
|
599,5 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
=8816,2 Н/м . |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Н |
|
0,068 |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Діаметр вентиляторного колеса: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
– у відсіку першого контуру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
D′ = 4 |
16 ρп′ |
|
(Кв′ )2 |
|
= 4 16 0,998 |
(123,84)2 |
|
≈1,3 м; |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
к |
|
|
|
Кн |
|
|
|
|
(3,14)2 |
|
8816,2 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
π2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
– у відсіку другого контуру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
D′′ = 4 |
16 ρп′′ |
|
|
(Кв′′)2 |
|
= 4 16 1,0295 |
(120)2 |
|
≈1,3 м. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
к |
|
|
|
Кн |
|
|
|
|
(3,14)2 |
|
8816,2 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
π2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Частота обертів вентиляторного колеса:
– у відсіку першого контуру
n′= 4 |
|
1 |
|
|
|
|
|
Кн3 |
= 4 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
(8816,2)3 |
= 23,1 c−1 ; |
|||
16π2 (ρп′ )3 |
(Кв′ )2 |
16 (3,14)2 (0,998)3 |
(123,84)2 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
– у відсіку другого контуру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
n′′= 4 |
1 |
|
|
|
|
Кн3 |
|
= 4 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
(8816,2)3 |
= 22,9 c−1 . |
||||
16π2 (ρп′′ )3 |
(Кв′′)2 |
16 ( |
3,14)2 (1,0295)3 |
|
(120)2 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Потужність, яка витрачається на привід вентилятора: |
|
||||||||||||||||||||||
– у відсіку першого контуру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
Nв′ |
= |
|
В′ Н |
|
|
= |
30,96 599,5 |
= 22,2 кВт; |
|
||||||||||||
|
|
1000 η |
|
1000 0,838 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вmax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
– у відсіку другого контуру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
Nв′ |
= |
В′ Н |
|
|
|
= |
30 599,5 |
= 21,5 кВт; |
|
||||||||||||
|
|
1000 η |
|
|
|
1000 0,838 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вmax |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
– сумарна
Nв = Nв′ + Nв′′ = 22,2 + 21,5 = 43,7 кВт.