Жидкостный радиатор

Радиатор представляет собой теплообменный аппарат для воз­душного охлаждения жидкости, поступающей от нагретых деталей двигателя.

Расчет радиатора состоит в определении поверхности охлажде­ния, необходимой для передачи теплоты от жидкости к окружающе­му воздуху. Размеры радиатора подбирают в соответствии с компоновкой машины и целесообразными затратами мощности на привод вентилятора таким образом, чтобы обеспечить нормальное тепловое состояние двигателя. Коэффициент теплоотдачи радиатора зависит от типа охлаждающей решетки, технологии изготовления, скоростей жидкости и воздуха и степени загрязнения радиатора.

В радиаторе тепло Q_В передается от жидкости к охлаждающему воздуху, т.е. Q_В = Q_ВОЗД.

Поверхность охлаждения радиатора (м²)

,

где Q_ВОЗД – количество теплоты, отводимой жидкостью, Дж/с;

К – коэффициент теплопередачи радиатора, Вт/(м²·К), для легковых автомобилей 140 … 180 Вт/(м²·К), для грузовых автомобилей и тракторов 80 … 100 Вт/(м²·К);

Т_Ж.СР – средняя температура жидкости в радиаторе, К:

;

Т_{ВОЗД.СР} – средняя температу­ра воздуха, проходящего через радиатор, К:

.

При принудительной циркуляции жидкости в системе темпера­турный перепад ΔТ_Ж = 6 … 12 К. Оптимальное значе­ние температуры Т_Ж.ВХ , которая характеризует температурный ре­жим системы жидкостного охлаждения, принимается в интервале 353 … 368 К. Для автомобильных и тракторных двигателей Т_Ж.СР = 358 … 365 К.

Температурный перепад воздуха ΔТ_ВОЗД в решет­ке радиатора составляет 20 … 30 К. Температура перед радиатором Т_{ВОЗД.ВХ} принимается равной 313 К. Средняя температура охлажда­ющего воздуха, проходящего через радиатор Т_{ВОЗД.СР} = 323 … 328 К.

3. 6. Расчёт системы воздушного охлаждения

При воздушном охлаждении двигателя, площадь наружных поверхностей цилиндров и их головок недостаточна для поддержания нормального теплового состояния этих деталей. Поэтому поверхности охлаждения искусственно увеличивают путём оребрения.

Для повышения интенсивности теплопередачи охлаждающий воздух должен протекать с достаточной скоростью и равномерно омывать поверхности цилиндров. Для этого поток воздуха направляют по каналам, образуемым направляющими устройствами – дефлекторами.

В первую очередь охлаждающий воздух попадает в зону перемычки между гнёздами клапанов, к свечам зажигания (в карбюраторном двигателе) или к форсункам (в дизелях).

Расчёт системы воздушного охлаждения сводится к определению параметров оребрения и параметров вентилятора. За расчётный режим работы двигателя принимают режим максимальной мощности, при котором теплоотдача о стенки достигает максимума.

Общее количество теплоты, (Дж/с), которое необходимо отвести от двигателя через оребрение цилиндра и головки:

,

где В – коэффициент, определяющий долю теплоты, передаваемой площадью поверхности оребрения, для дизелей В = 0,25 – 0,30, для карбюраторных двигателей В = 0,28 – 0,33;

N_e – эффективная мощность, кВт;

g_e – эффективный удельный расход топлива, кг/кВт·ч;

Q_H – удельная низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Количество охлаждающего воздуха, подаваемого вентилятором:

,

где Т_{ВОЗД.ВХ} и Т_{ВОЗД.ВЫХ} – температура воздуха, входящего в межрёберное пространство и выходящего из него. Т_{ВОЗД.ВХ} = 293 К, Т_{ВОЗД.ВХ} = 353 … 373 К;

ρ_ВОЗД – плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе, кг/м³, можно принять для дизелей ρ_ВОЗД = 1,065 кг/м³, для карбюраторных двигателей ρ_ВОЗД = 1,07 кг/м³;

с_ВОЗД.. - сред­няя теплоемкость воздуха, с_ВОЗД.. = 1000 Дж/(кг·К).

Площадь поверхности оребрения для головки и цилиндра рассчитывают отдельно. Принимают, что от головки цилиндра отводится 45 … 75 %, а от цилиндра 25 … 55 % общего количества отводимой от двигателя теплоты.

Для дизелей Q_Г = (0,45 … 0,75) × Q_ОБЩ ,

Q_Ц = (0,25 … 0,55) × Q_ОБЩ.

Для карбюраторных двигателей Q_Г = (0,45 … 0,60) × Q_ОБЩ ,

Q_Ц = (0,40 … 0,55) × Q_ОБЩ .

Площадь поверхности охлаждения рёбер цилиндра и головки цилиндров, м²:

,

,

где К_В – коэффициент теплоотдачи поверхности оребрения, Вт/м²×К,

,

Т_Ц – средняя температура у оснований рёбер цилиндра, К;

Т_Г – средняя температура у оснований рёбер головки цилиндра, К;

Т_{ВОЗД.ВХ} – средняя температура воздуха в межрёберном пространстве, К;

Т_СР – среднее арифметическое значение температур ребра и обдуваемого воздуха, К;

По опытным данным средняя температура у основания ребер цилиндров, К:

для рёбер из алюминиевых сплавов - Т_Ц = 403 … 423 К, Т_Г = 423 … 473 К,

для рёбер из чугуна - Т_Ц = 403 … 453 К, Т_Г = 433 … 503 К,

υ – скорость воздуха в межрёберном пространстве, м/с.

Средняя скорость воздуха в межрёберном пространстве цилиндра и его головки принимают равной υ = 20 … 50 м/с при диаметре D = 75 … 125 мм и υ = 50 … 60 м/с при D = 125 … 150 мм.

В автотракторных двигателях высоту рёбер цилиндра по окружности выполняют неодинаковой: меньшая в направлении продольной и большая в направлении поперечной оси двигателя, что позволяет уменьшить его длину и массу.

3. 7. Расчёт вентилятора

Вентилятор служит для создания направленного воздушного потока, обеспечивающего отвод теплоты от радиатора.

Производительность вентилятора (м³/с):

,

где Q_ОБЩ – количество теплоты, отводимое от радиатора охлаж­дающим воздухом, Дж/с;

ΔТ_ВОЗД – температурный перепад воздуха в ради­аторе, К.

Для подбора вентилятора кроме его производительности необходимо знать аэродинамическое сопротивление воздушной среды. В рассматриваемой системе оно складывается из сопротивлений, вызываемых потерями на трение и местными потерями. Для авто­мобильных и тракторных двигателей сопротивление воздушного тракта принимается Δр_ТР = 600 … 1000 Па.

По заданной производительности вентилятора и величине Δр_ТР находят потребляемую вентилятором мощность и его основные размеры.

Мощность (кВт), затрачиваемая на привод вентилятора:

,

где η_В – кпд вентилятора (для осевых клепаных вентиляторов η_В = 0,32 … 0,40, а для литых η_В = 0,55 … 0,65).

Фронтовая площадь решетки радиатора, м², оформляемая в виде квадрата:

,

где ω_ВОЗД - скорость воздуха перед фронтом радиатора без учета скорости движения автомобиля или трактора, м/с, ω_ВОЗД = 6 … 24 м/с.

Диаметр вентилятора, м:

.

Частоту вращения вентилятора n_ВЕНТ принимают, исходя из пре­дельного значения окружной скорости u = 70 … 100 м/с.

Окружная скорость зависит от напора вентилятора и его конст­рукции:

,

где ψ_Л – коэффициент, зависящий от формы лопастей (для плоских лопастей ψ_Л = 2,8 … 3,5, для криволинейных ψ_Л = 2,2 … 2,9);

ρ_ВОЗД. = 1,29 – плотность воздуха, определяемая по средним параметрам, кг/м3.

Частота вращения вентилятора (мин^-1) при известной окружной скорости:

.

Библиографический список:

1. Гуревич А.М. Тракторы и автомобили. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1983. – 336с.

2. Конструкция тракторов и автомобилей /А.М. Гуревич, А.К. Болотов, В.И. Судницин. – М.: Агропромиздат, 1989. – 368с.

3. Сергеев В.П. Автотракторный транспорт: Учебник для вузов. – М.: Высш. шк., 1984. – 304с.

4. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов. /А.И. Колчин, В.П. Демидов – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2002. – 496с.

5. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчёт автотракторных двигателей. – М.: Колос, 1984. – 335с.

6. Тракторы ДТ-75, ДТ-75Б, ДТ-75К /М.А. Шаров, А.А. Дивинский, Н.П. Харченко и др. – М.: Колос, 1978. – 375с.

7. Семёнов В.М. Трактор. М.: Колос, 1978. – 256с.

8. Тракторы и автомобили /Под ред. В.А Скотникова. – М.: Агропомиздат, 1985. – 440с.

9. Трактор Т-150. Техническое описание и инструкция по эксплуатации /Под ред. С.Л. Абдулы, И.А. Коваля. – Харьков: Прапор, 1986. – 347с.

10. Тракторы Т-150К, Т-157, Т-158. Техническое описание и инструкция по эксплуатации /Под ред. С.Л. Абдулы, И.А. Коваля. – 3-е перераб. и доп. – Харьков: Прапор, 1986. – 347с.

11. Тракторы МТЗ-80 и МТЗ-82 /И.П. Ксеневич, С.Л. Степанюк и др.; Под общ. ред. И.П. Ксеневича. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1983. – 254с.

12. Автомобиль КамАЗ. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту /Под ред. В.Н. Баруна. – М.: ГОСНИТИ, 1985. – 640с.