Основы расчета жидкостной системы охлаждения

Для расчета системы охлаждения автомобильного или тракторного двигателя исходной величиной является количество отводимого от него в единицу времени тепла Q_охл. Это количество может быть определено из уравнения теплового баланса:

,

где q_охл – доля количества тепла, отводимого от двигателя. Для бензиновых ДВС q_охл = 800–1300 КДж/КВт? с, для дизельных ДВС q_охл = 1100–1150 КДж/КВт? с.

Определив величину Q_охл, находят затем количество жидкости, циркулирующей в системе охлаждения в единицу времени,

,

где С_ж – теплоемкость циркулирующей жидкости.

Для воды С_ж = 4.22 КДж/кг? К, для этиленгликолевых смесей С_ж = 2–3.8 КДж/кг? К;

t_выхж, t_вхж – температуры выходящей из радиатора жидкости и входящей в него, °С.

Для радиаторов автомобильных и тракторных двигателей значение t_выхж – t_вхж = 5–10? С.

Систему охлаждения двигателя обычно рассчитывают для двух режимов работы двигателя: при номинальной мощности и максимальном крутящем моменте.

Величина поверхности охлаждения радиатора (м²) определяется по формуле:

,

где k – полный коэффициент теплопередачи через стенки радиатора,

t_охлж – средняя температура охлаждающей жидкости в радиаторе, °С;

,

где t^вх_охлж = 90? С – температура охлаждающей жидкости на входе в радиатор;

t^вых_охлж = 80–85? С – температура охлаждающей жидкости на выходе из радиатора;

t_охлв – средняя температура проходящего через радиатор воздуха, °С,

,

где t^вх_охлв = 40? С – температура воздуха на входе в радиатор;

t^вых_охлв= 60–70? С – температура воздуха на выходе из радиатора.

Коэффициент k зависит от многих факторов: материала охлаждающей решетки, формы и состояния ее внутренней и наружной поверхностей, характера движения воздушного потока и т. д. Теплопередача радиатора значительно ухудшается при образовании в нем накипи, ржавчины или при покрытии грязью.

Величина k может быть определена по формуле:

,

где? ₁ = 8500–14500 КДж/м^2? ч? К – коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенкам радиатора;

? – коэффициент теплопроводности металла стенок (трубок) ра- диатора. Для латуни значение? = 300–450 КДж/м? ч? К, для алюминия –? = 300–350 КДж/м? ч? К, для нержавеющей стали –? = 35–70 КДж/м? ч? К;

? – толщина стенки трубки, м;

? ₂ – коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора (трубок) к воздуху,? ₂ = 150–1100 КДж/м^2? ч? К.

Коэффициент? ₂ в основном зависит от скорости воздуха ?_воз, проходящего через радиатор, и выражается зависимостью:

.

Для предварительных расчетов площади радиатора системы охлаждения можно использовать формулу:

,

где f – удельная площадь охлаждения, м²/КВт.

Для легковых автомобилей f = 0.14–0.3, для грузовых автомобилей f = 0.2–0.4, для тракторов f = 0.4–0.55.

Емкость системы жидкостного охлаждения л. (Ne в КВт) изменяется в следующих пределах: для легковых автомобилей – (0.13–0.35)?Ne, для грузовых автомобилей – (0.27–0.8)?Ne, для тракторов – (0.5–1.7)?Ne.

Размеры вентилятора автомобильного или тракторного двигателя должны быть таковы, чтобы обеспечить подачу воздуха в количестве, необходимом для охлаждения жидкости в радиаторе.

Тип вентилятора определяют по условному коэффициенту быстроходности:

,

где V_воз – производительность вентилятора,м³/с.

,

где? _воз = 1.07 кг/м³ – плотность воздуха;

С_воз = 1 КДж/кг? К – теплоемкость воздуха;

Н – напор вентилятора. Н = 600–1000 Па.

При n_усл = 15–100 используют центробежные вентиляторы, при n_усл = 80–300 – осевые одноступенчатые вентиляторы.