Определение основных параметров охладителя наддувочного воздуха тепловозного двигателя

Выбираем основные характерные размеры теплопередающих поверхностей (см.рис.262,а): d_вн = 10 мм: d = 15 мм; D = 26 мм; h = 5,5 мм; t_p = 3 мм; 𝛿₁= 0,584 мм; 𝛿₂ = 0,2мм; фронтальный шаг труб по глубине S₁ = 27 мм; шаг труб по глубине S₂ = 30 мм; расположение труб - шахматное.

Задаем параметры охлаждающей воды: Т_w1 = 318 К;

ΔТ_w = 3 К; T_W2 = 321 К; T_wcp = 319,5 К.

Теплофизические параметры охлаждающей воды при сред­ней температуре T_wcp: плотность ρ _w = 989,5 кг/м³; удельная теплоемкость c_w = 4,174 кДж/ (кг · К); коэффициент теплопро­водности λ_w = 0,635 Вт/(м • К); коэффициент кинематической вязкости ν _w = 0,592·10 ^-6 м²/с; число Прандтля Рr_w = 3,85

Количество теплоты, отводимой от воздуха, Q = G_Bc_pB(T_B1 - Т_В2) = 5,7·1,01·48 = 276,3 Дж/с.

Массовый расход воды через охладитель

G_W = Q /(c_wΔT_w) = 276,3 / (4,174 ·3) кг/с = 22,1 кг/с.

Средний температурный напор при р_пр = 0,57 (см. табл. 6), определяемый по формуле (177), ΔT = 30,58 К.

Число Рейнольдса для воды при скорости w_w = 1,05 м/с

Re _w = w_wd_вн / v _w = 1,05·0,01/(0,592·10^-6)= 17771.

Число Нуссельта для воды при турбулентном режиме течения, рассчитываемое по формуле (189), Nu _w = 106,65.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды

α_w = Nu_wλ _w / d_вн = 106,65 ·0,635/0,01 Вт/(м²·К) = 6772 Вт/(м²·К).

Геометрические характеристики теплопередающей поверхности определяем по формулам (203), (204), (206), (208):

F_p = 241,87 мм²/мм; F_тp = 37,88 мм²/мм; F_пp = 0,15648 м²;

d_э.в = 4,72 мм; F_п = 279,75 мм² /мм.

Параметры воздуха при средней температуре и давлении: плотность ρ_в = 2,1 кг/м³; изобарная удельная теплоемкость с_рв = 1,01 кДжДкг·К); коэффициент теплопроводности λ _в = 3,067·10^-2 Вт/(м·К); коэффициент кинематической вязкости ν _B = 10,3·10^-6 м²/с; число Прандтля Рr_в = 0,7089.

Средняя скорость воздуха в сжатом поперечном сечении пучка трубок

w_в = G_B/(F_npρ_B) = 5,7/(0,15648·2,1) м/с = 17,43 м/с.

Число Рейнольдса для воздуха

Re_в = w _в d_э.в / ν _в = 17,43 ·0,00472/(10,3 ·10^-6) = 7987

Число Нуссельта для воздуха определяем по формуле(197) Nu_B = 56,25.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха

α_B = Nu_Bλ_B/ d_э.в = 56,25 х 3,067·10^-2/0,00472 Вт/(м²·К) = 365,5 Вт/(м²-К).

Термическое сопротивление оребренной трубки рассчитываем по формуле (221): λ_р= 386 Вт/(м·К) и d' = 15,66мм;

R_ст = 0,052 ·10 ^-3 м²·К/Вт.

Расчетная высота ребра h_p = 5,5 + 0,5 · 0,584 мм = 5,792 мм

Коэффициент эффективности ребер при комплексном пара метре mh_р =0,33 определяем по графику на рис. 264,б: η_р = 0,96.

Коэффициент оребрения ψ_р = F_п/(π d_вн) = 279,75/(3,14· 10) =8,9.

Приведенный коэффициент теплоотдачи при φ_р =0,99 [см.формулу (222)] α_пр = 351,6 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплопередачи без учета загрязнения, определяемый по уравнению (220), k= 237,8 Вт/(м²·К).

Площадь необходимой поверхности охлаждения

F = Q/(kΔT) =276,3/(0,2378 ·30,58)м² = 38 м².

Коэффициент компактности

k_кп = F/V = 38/0,12 1/м = 316,7 1/м.

Тепловая эффективность

η = (Т_в1 – Т_в2)/(Т_в1 – Т_w1) - (380 - 332)/(380 - 318) = 0,774.