Расчет системы охлаждения

 

Исходная величина для расчета элементов системы охлаждения - количество теплоты (Дж/с), которое необходимо отвести от двигателя в охлаждающую среду,

Qж = qж · NeN,

где qж - удельное количество теплоты, Дж/(кВт·с); NeN - эффек­тивная мощность, кВт.

На основании статистических данных для различных типов дви­гателей удельное количество теплоты qж [Дж/(кВт·с)] составляет:

карбюраторные двигатели – 800 … 1200;

дизели – 630 … 1000.

Для ориентировочных расчетов четырехтактных двигателей ко­личество теплоты (Дж/с) может быть подсчитано по эмпирической формуле в зависимости от параметров двигателя.

Qж = C · i · D1+2m · nm · α-1,

где С = 0,41¸0,47 - коэффициент пропорциональности; i - число цилиндров; D - диаметр цилиндра, см; n - частота вращения коленчатого вала, об/мин; α - коэффициент избытка воздуха; m= 0,6…0,7 - показатель степени.

Расчет радиатора. Основные параметры радиатора: поверхность охлаждения радиатора Fp2), омываемая воздухом; фронтальная поверхность радиатора Fф.р2); глубина радиатора l(м) - рас­стояние между передней и задней стенками его решетки по ходу воздуха, l=0,06…0,15м; коэффициент компактности радиатора φ - отношение охлаждающей поверхности к объему радиатора, φ=Fр/Fф.р·l=600…900 м23; коэффициент оребрения ψ - отноше­ние площадей поверхностей, омываемых воздухом и жидкостью, ψ = 3…6.

Количество жидкости (кг/с), циркулирующей в системе охлаж­дения в единицу времени,

Gж = Qж/(сж · ΔТж) ,

где сж - теплоемкость циркулирующей жидкости: для воды сж = 4,178 Дж/(кг·К), для этиленгликолиевых смесей сж = 2,093 Дж/(кг·К); ΔТж=5…10 - перепад температуры охлаж­дающей жидкости в радиаторе, К; ΔТж = Тж.вх - Тж.вых .

Поверхность охлаждения радиатора (м2)

Fp = Qж/[К(Тж.ср – Тв.ср)],

где К - полный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·град); Тж.ср=(Тж.вхж.вых)/2=353…368 - средняя температура жидкости в радиаторе, К; Тв.ср = (Тв.вхв.вых)/2 = 323…328 - средняя температура воздуха, проходящего через радиатор, К.

Полный коэффициент теплопередачи К зависит от многих фак­торов: конструкции радиатора (трубок, ребер, качества пайки), ско­рости жидкости и воздуха.

К = (ψ / αж + δ / λ + 1 / αв)-1,

где ψ - коэффициент оребрения; αж - коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке трубки радиатора, Вт/(м2·К); δ - толщина стенки трубки, м; λ - коэффициент теплопроводности металла тру­бок радиатора, Вт/(м·К); αв - коэффициент теплоотдачи от стенок трубок радиатора к воздуху, Вт/(м2·К). Можно принимать К [Вт/(м2·К)]:

для карбюраторных двигателей 140 … 180;

для дизелей 80…100.

Для существующих конструкций систем жидкостного охлажде­ния удельная поверхность охлаждения радиатора (м2/кВт) fр = Fр / NeN и удельная емкость системы охлаждения (л/кВт): vж = Vж / NeN, где Vж - полная емкость системы (л), имеют следующие значения:

для легковых автомобилей fр = 0,136 ¸ 0,313; vж = 0,613 ¸ 0,354;

для грузовых автомобилей fр = 0,204 ¸ 0,408; vж = 0,272 ¸ 0,816.

Количество теплоты, отводимой от двигателя Qж и передаваемой через охлаждающую жидкость охлаждающему воздуху в радиаторе Qв, принимают равными. В этом случае расход воздуха через радиа­тор (м3/с)

Gв = Qв/(ρв · св · ΔТв) ,

где Qв - количество теплоты, отводимое от радиатора охлаждаю­щим воздухом: Qв = Qж, Дж/с; св = 1000 - теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К); ΔТ= Тв.вых – Тв.вх = 20 … 30 - перепад температуры воздуха в радиаторе, К (Тв.вх = 313 К); ρ - плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе, кг/м3:

ρв = p0 · 106/(Rв · Тв.ср),

где p0 - атмосферное давление, МПа; RB = 287 - удельная газовая по­стоянная для воздуха, Дж/(кг·К); Тв.ср = 323 … 328 - средняя тем­пература воздуха, проходящего через радиатор, К.

Фронтальная поверхность решетки радиатора, выполненная в ви­де квадрата с целью получения коэффициента обдува равным еди­нице, (м2)

Fф.р = Gв / vв,

где vв = 6…24 - скорость воздуха перед фронтом радиатора без учета скорости движения машины, м/с.

Глубину радиатора определяют по найденным значениям поверхности охлаждения радиатора Fр и фронтальной поверхности решетки радиатора Fф.р:

l = Fр / (Fф.р ·φ).