«МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(МАДИ)»

Кафедра «Гидравлика»

Гидравлический расчёт системы охлаждения ДВС

Выполнил:

. Принял: к.т.н., доцент

Грицук И.И.

Москва 2023

Система охлаждения состоит из:

• центробежного насоса,

• термостата,

• радиатора с расширительным бачком,

• вентилятора,

• рубашки охлаждения блока и головки блока цилиндров,

• соединительных патрубков и шлангов.

Рубашка охлаждения двигателя состоит из множества каналов в блоке и головке блока цилиндров, по которым циркулирует охлаждающая жидкость

Насос центробежного типа заставляет жидкость перемещаться по рубашке охлаждения двигателя и всей системе. Насос приводится в действие ременной передачей от шкива коленчатого вала двигателя. Термостат предназначен для поддержания постоянного оптимального теплового режима двигателя. При пуске холодного двигателя термостат закрыт, и вся жидкость циркулирует только по малому кругу (рис. 25) для скорейшего ее прогрева. Когда температура в системе охлаждения поднимается выше 80 – 85 градусов, термостат автоматически открывается и часть жидкости поступает в радиатор для охлаждения. При больших температурах термостат открывается полностью и уже вся горячая жидкость направляется по большому кругу для ее активного охлаждения. 

Радиатор служит для охлаждения проходящей через него жидкости за счет потока воздуха, который создается при движении автомобиля или с помощью вентилятора. В радиаторе имеется множество трубок и «перепонок», которые образуют большую площадь поверхности охлаждения. Расширительный бачок необходим для компенсации изменения объема и давления охлаждающей жидкости при ее нагреве и охлаждении.  Вентилятор предназначен для принудительного увеличения потока воздуха проходящего через радиатор движущегося автомобиля, а также для создания потока воздуха в случае, когда автомобиль стоит без движения с работающим двигателем. Применяются два типа вентиляторов: постоянно включенный, с ременным приводом от шкива коленчатого вала и электровентилятор, который включается автоматически, когда температура охлаждающей жидкости достигает приблизительно 100 градусов.  Патрубки и шланги служат для соединения рубашки охлаждения двигателя с термостатом, насосом, радиатором

и расширительным бачком.

Расчёт потерь напора в радиаторе

Радиатор преставляет собой систему, в которой последовательно соединены верхний бачок, трубки радиатора и нижний бачок. Потери напора в системе из последовательно соединёных объектов суммируются. Поскольку длинной верхнего и нижнего бачков можно пренебречь, то будем учитывать потери напора на вход потока в верхний бачок из трубопровода и потери напора на выход потока в трубопровод из отводящего бачка, а также потери напора на трубках радиатора. Так как трубки радиатора соединены параллельно, то потери напора в них одинаковы и равны потерям напора в одной трубке. Коэффициент гидравлического трения λ выбираем в зависимости от величины числа Рейнольдса Re.

Если 2300 ‹ Re ‹ 20d/∆, где ∆ - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубы, то по формуле Блазиуса λ = 0,3164/ Re^0,25

Потери напора при последовательном соединении участков равна сумме потерь на этих участках. Поэтому потери напора в радиаторе есть сумма потерь:

, где:

- потери в верхнем бачке 2;

- потери напора в трубках 3;

- потери напора в нижнем бачке 4.

Поскольку длина бачков мала, потерями по длине можно пренебречь и учитывать только местные потери в бачках, т.е. считать, что:

и , где:

- коэффициент сопротивления на вход в верхний бачок;

- коэффициент сопротивления на вход из нижнего бачка;

- средняя скорость в подводящем и отводящем шлангах.

Вследствие того, что трубки соединены параллельно, потери напора в них одинаковы и равны потерям между крайними точками, т.е. потери напора в одной трубке:

, где:

- потеря напора на вход в трубку, равная:

, где:

- коэффициент сопротивления на вход в трубку;

-средняя скорость в трубке.

-потеря напора по длине трубки, определяемая по формуле:

, где:

- коэффициент гидравлического трения;

- диаметр трубки;

- длина трубки.

- потеря напора на выход из трубки, равная:

, где:

- коэффициент сопротивления на выход из трубки.

Из уравнения теплового баланса, записанного для жидкости, протекающей через рубашку охлаждения блока цилиндров выразим объёмный расход:

, где:

- мощность теплового потока, отводимого от ДВС;

- удельная теплоёмкость при постоянном давлении

- перепад температур охлаждающей жидкости.

Находим среднюю скорость в трубопроводе:

Потери напора в бачках:

Вычисляем расход и среднюю скорость в трубках:

Для выбора формулы вычисления коэффициента λ определяем область сопротивления, найдя число Рейнольдса и относительную шероховатость поверхности трубки:

Поскольку соблюдается неравенство 2300 ‹ Re ‹ 20d/∆, то коэффициент Дарси можно определить по формуле Блазиуса:

Находим потери напора в трубке:

Затем найдём потери напора в радиаторе:

Расчёт потерь напора в трубопроводе

В потере напора в трубопроводе входят потери на местное сопротивление и трение.

= +

= 4 * * = 4 * 0,2 = 0,039 м

Для выбора формулы вычисления коэффициента λ определяем область сопротивления найдя число Рейнольдса Re и относительную шероховатость поверхности соединяющего трубопровода.

Re = = = 17644

Поскольку соблюдается неравенство Re > 4000, то коэффициент Дарси можно определить по формуле Альтшуля.

λ = 0,11 * ( = 0,11 * ( = 0,37

= λ * * = 0,37 * * = 1,01 м

Потери напора в трубопроводе.

= + = 1,01 м + 0,039 м = 1,04 м