7.4 Расчет системы охлаждения
Обосновывается выбранный тип системы охлаждения с указанием их преимуществ и недостатков. Производится расчет:
для жидкостной системы охлаждения – расчет водяного насоса, радиатора и вентилятора;
для воздушной системы охлаждения – расчет поверхности воздушного охлаждения (головки и блока цилиндров, радиатора).
На чертеже изображается схема выбранной системы охлаждения и в масштабе детали и узлы с указанием основных размеров.
Расчет основных элементов системы охлаждения производится исходя из количества тепла, отводимого от двигателя.
Количество тепла отводимого жидкостной системой охлаждения,
,
Дж/с,
где
–
количество жидкости, циркулирующей в
системе, кг/с;
–
теплоемкость жидкости,
;
и
– температура жидкости на входе из
двигателя и на входе в него, °С.
Количество тепла, отводимого от двигателя системой воздушного охлаждения
,
Дж/с,
где
–
расход охлаждающего воздуха, кг/с;
–
теплоемкость воздуха,
;
и
–
температура воздуха, выходящего из
оребрения двигателя и входящего в него,
°С.
Расчет системы жидкостного охлаждения состоит из определения основных размеров насоса, вентилятора и поверхности радиатора.
Расчетная производительность центробежного насоса с односторонним подводом жидкости определяется с учетом перетекания жидкости из нагнетательной полости во всасывающую
,
,
где
– коэффициент подачи насоса (
).
Количество жидкости, циркулирующей в системе охлаждения
,
,
где
–
плотность жидкости,
;
–
теплоемкость жидкости,
;
–
температурный перепад жидкости в
радиаторе, °С.
Входное отверстие насоса должно обеспечить подвод расчетного количества жидкости
,
,
где
–
скорость жидкости на входе (
м/с);
–
радиус входного отверстия крыльчатки,
м;
–
радиус ступицы крыльчатки, м.
Радиус входного отверстия крыльчатки
,
м.
Окружная скорость на внешнем диаметре крыльчатки насоса
,
м/с,
где
,
–
углы между направлениями скоростей
жидкости на выходе из колеса и окружной
скорости (
,
);
– расчетный напор насоса (
кПа);
–
гидравлический КПД насоса (
).
Радиус крыльчатки на выходе
,
м,
где
–
частота вращения крыльчатки,
.
Ширина лопаток
насоса на входе равна
м, а на выходе –
м.
Мощность, потребляемая насосом
,
кВт,
где
–
механический КПД насоса (
).
Расчет жидкостного радиатора состоит из определения поверхности охлаждения, необходимой для передачи тепла от жидкости к окружающему воздуху.
Требуемая поверхность охлаждения радиатора
,
,
где
–
коэффициент теплоотдачи радиатора,
;
–
средняя температура жидкости в радиаторе,
°С;
–
средняя температура воздуха, проходящего
через радиатор, °С.
Для двигателей коэффициент теплоотдачи принимается по опытным данным:
для легковых автомобилей
;для грузовых автомобилей и тракторов
.
Перепад средних температур можно принять в пределах
°С.
Площадь лобовой поверхности радиатора
,
,
где
–
коэффициент компактности сердцевины
радиатора, равный 600…950;
–
глубина радиатора, м.
Обычно глубина радиатора для автомобилей составляет 40…80 мм, а для тракторов – 80…130 мм.
Исходными данными для расчета вентилятора являются его производительность и полный напор.
Производительность вентилятора
,
,
где
–
количество тепла, отводимое от радиатора
охлаждающим воздухом, Дж/с;
–
плотность воздуха при средней температуре
его в радиаторе,
;
–
теплоемкость воздуха,
;
–
температурный перепад воздуха в
радиаторе, °С.
Для двигателей полный напор принимается равным 600…1000Па.
Диаметр крыльчатки (по периферии лопаток) вентилятора
,
м,
где
–
скорость воздуха перед фронтом радиатора,
равная 6…24 м/с (без учета скорости
движения машины).
Окружная скорость на периферии лопаток
,
м/с,
где
–
коэффициент, зависящий от формы лопастей:
для плоских лопастей
;для криволинейных лопастей
.
Частота вращения вентилятора
,
.
Мощность, затрачиваемая на привод вентилятора,
,
кВт,
где
–
КПД вентилятора:
для штампованных вентиляторов
;
для литых вентиляторов
.