ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

Кафедра «Сервис и техническая эксплуатация автотранспортных средств»

Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Учебное пособие

6. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ

6.2. Расчет системы охлаждения

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

Q_ж=q_ж·N_eN

     где q_ж - удельное количество теплоты, Дж/(кВт·с); N_eN - эффективная мощность, кВт.
     На основании статистических данных для различных типов двигателей удельное количество теплоты q_ж [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

Q_ж=C·i·D^1+2m·n^m·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 F_p (м²), омываемая воздухом; фронтальная поверхность радиатора F_ф.р. (м²); 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 = F_р/ F_ф.р. · l = 600÷900 м²/м³; коэффициент оребрения ψ - отношение площадей поверхностей, омываемых воздухом и жидкостью; ψ = 3÷6.
     Количество жидкости (кг/с), циркулирующей в системе охлаждения в единицу времени,

G_ж=Q_ж/(c_ж·ΔT_ж)

где с_ж - теплоемкость циркулирующей жидкости: для воды с_ж = 4,178 Дж/(кг·К), для этиленгликолиевых смесей с_ж = 2,093 Дж/(кг·К);
     ΔТ_ж=5÷10 - перепад температуры охлаждающей жидкости в радиаторе, К; ΔТ_ж = Т_ж.вх - Т_ж.вых.
     Поверхность охлаждения радиатора (м²)

F_р=Q_ж/[K(T_ж.ср-T_в.ср)],

     где К - полный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·град); Т_ж.ср = (Т_ж.вх+Т_ж.вых)/2=353÷368 - средняя температура жидкости в радиаторе, К; Т_в.ср = (Т_в.вх+Т_в.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. Ориентировочно коэффициент теплопередачи [Вт/ (м²·К)]

K=(ψ/α_ж+δ/λ+1/α_в)^-1

где ψ - коэффициент оребрения; α_ж - 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); α_в - 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) f_p = F_p / N_eN и удельная емкость системы охлаждения (л/кВт): v_ж = V_ж / N_eN, где V_ж - полная емкость системы (л) имеют следующие значения:
     для легковых автомобилей f_p = 0,136 ÷0,313; v_ж = 0,613 ÷ 0,354;
     для грузовых автомобилей f_p = 0,204 ÷ 0,408; v_ж = 0,272 ÷ 0,816.
     Количество теплоты, отводимой от двигателя Q_ж и передаваемой через охлаждающую жидкость охлаждающему воздуху в радиаторе Q_в, принимают равными. В этом случае расход воздуха через радиатор (м³/с)

G_в=Q_в/(ρ·c_в·ΔT_в),

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

ρ_в=ρ₀·10⁶/(R_в·T_в.ср),

где p₀ - атмосферное давление, МПа; R_B = 287 - удельная газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг·К); Т_в.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)

F_ф.р.=G_в/v_в,

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

     По найденным значениям поверхности охлаждения радиатора F_ф.р. и фронтальной поверхности решетки радиатора Fф.р определяют соответственно глубину радиатора (м):

l=F_p/(F_ф.р.·φ)

О ПОСОБИИ            НАЗАД            ВПЕРЕД            СОДЕРЖАНИЕ            СПИСОК ПОСОБИЙ