Лабораторная работа № 8:

"Расчет системы охлаждения ПДВС и проверка работоспособности термостата"

1. Цель работы: рассчитать систему охлаждения двигателя и проверить работу термостата.

2. Приборы и оборудование: Устройство для проверки работоспособности термостата, универсальный термостат УИ – 15, испытуемый термостат двигателя ВАЗ.

В этой части работы необходимо:

а) произвести расчет количества теплоты, выделяемой двигателем;

б) произвести расчет вентилятора и радиатора.

Проверка работоспособности состоит из следующих операций:

а) изучить устройство термостата;

б) собрать устройство;

в) включить термостат УИ – 15;

г) отметить температуру начала открытия и величину подъема клапана термостата;

д) полученные данные сравнить с техническими условиями и представить в виде таблицы.

4. Расчет системы охлаждения двигателя ВАЗ

4.2. Расчет количества теплоты. 

Исходная величина для расчета элементов системы охлаждения – количество теплоты, которое необходимо отвести от двигателя в охлаждающую среду:

, Дж/с,

где q_Ж - удельное количество теплоты, Дж/(кВтс);

N_e - эффективная мощность, кВт.

На основании статистических данных для различных типов двигателей удельное количество теплоты q_Ж (Дж/(кВтс)] 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

,

где С = 0,414-0,47 — коэффициент пропорциональности;

i — число цилиндров; D_цил — диаметр цилиндра, см;

n_е — частота вращения коленчатого вала, об/мин;

a — коэффициент избытка воздуха;

m=0,6—0,7— показатель степени.

4.3. 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 – 0,15 м; коэффициент компактности радиатора j - отношение охлаждающей поверхности к объему радиатора, , j=600 – 900 (м²/м³); коэффициент оребрения y — отношение площадей поверхностей, омываемых воздухом и жидкостью: y=3 –6.

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

,

где с_Ж — теплоемкость циркулирующей жидкости: для воды с_Ж=4,178 Дж/(кгК), для этиленгликолиевых смесей с_Ж= 2,093 Дж/(кгК); DТ_Ж = 5 – 10 — перепад температуры охлаждающей жидкости в радиаторе, К.

Поверхность охлаждения радиатора (м²)

где К - полный коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×град); Т_ж._ср = 353¸368 - средняя температура жидкости в радиаторе, К:

Т_в.ср = 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/(м²К)]

,

где y - коэффициент оребрения; a_ж - коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке трубки радиатора, Вт/(м²-К);

d-толщина стенки трубки, м; l- коэффициент теплопроводности металла тру­бок радиатора, Вт/(м×К); а_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_р = F_p/N_eN и удельная емкость системы охлаждения (л/кВт):

n_ж = V_ж/N_eN, где V_ж - полная емкость системы (л).

V_ж имеет следующие значения:

Для легковых автомобилей

f_р = 0,136—0,313; n_ж = 0,613—0,354

для грузовых автомобилей

f_р = 0,204—0,408; n_ж = 0,272—0,816

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

,

где Q_В - количество теплоты, отводимое от радиатора охлаждающим воздухом: Q_В= Q_Ж Дж/с; с_В= 1000 — теплоемкость воздуха, Дж/(кгК); DТ=Т_в.вых.-Т_в.вх.=20 – 30 — перепад температуры воздуха в радиаторе, К (Т_в.вх = 313 К); r_в — плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе, кг/м³:

р₀ — атмосферное давление, МПа; R_В = 287 — удельная газовая по­стоянная для воздуха, Дж/(кгК); 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)

,

где v_в— скорость воздуха перед фронтом радиатора без учета скорости движения машины, м/с.

По найденным значениям поверхности охлаждения радиатора F_p и фронтальной поверхности ре-тетки радиатора F_ф.р определяют соответственно глубину радиатора (м) и коэффициент компактно­сти (м²/м³):

; . 

4.4. Подбор вентилятора

Для подбора вентилятора необходимо знать аэродинамическое сопротивление воздушного тракта. Сопротивление воздушного тракта складывается из сопротивления при входе воздуха в радиатор и при выходе из-под капота двигателя. В существующих системах жидкостного охлаждения двигателей, устанавливаемых на строительные и дорожные машины, общее сопро­тивление воздушного тракта Н_в=600 – 1000 Па. Зная потребный расход воздуха через радиатор и сопротивление воздушного тракта, можно определить мощность (кВт), затрачиваемую на привод вен­тилятора,

,

где h_вен — к.п. д. вентилятора:

клепаного h_вен = 0,32 – 0,40, литого h_вен = 0,55 – 0,65.

Частоту вращения вентилятора определяют исходя из предель­ного значения окружной скорости u=70 – 100 м/с.

Окружная ско­рость зависит от напора и конструкции вентилятора

,

где r_в — плотность воздуха, определяемая по средним параметрам, кг/м³; y_в— коэффициент, зависящий от формы лопастей:

для плоских лопастей………………………….y_в=2,8 – 3,5;

для криволинейных…………………………….y_в=2,2 – 2,9.

Частота вращения (об/мин) при известной окружной скорости

,

где D_вен— диаметр вентилятора, м:

.

Фактическая производительность вентилятора

,

где R, г — наружный и внутренний радиусы вентилятора, м; b_вен — ширина лопасти, м; z_вен — число лопастей вентилятора; h_в¢=0,4 – 0,7 — коэффициент, учитывающий сопротивление потоку воздуха при выходе его из-под капота двигателя; n_вен=(1,0 – 1,4)n_е — ча­стота вращения вентилятора, об/мин; a=35 – 45 — угол наклона лопасти вентилятора к направлению воздушного потока, град.

Число лопастей следует выбирать минимальным, насколько поз­воляют габариты вентилятора, обеспечивающего необходимый рас­ход воздуха через радиатор; ширину лопастей — 80—120 мм. При малом числе лопастей следует принимать большую ширину, ближе к верхнему пределу.

5. Проверка работоспособности термостата

Устройство состоит из ультратермостата УТ-15 1, в котором на площадке 6, регулируемой по высоте устанавливается испытуемый термостат 2. К нему прикрепляется измерительный рычаг 3, на конце которого, находится самописец 9. Запись хода клапана термостата производится на миллиметровую шкалу 4. Нагревательные элементы 8 имеют суммарную потребляемую мощность 1,5 кВт. Для измерения температуры нагревательной жидкости и установки заданной температуры применяется регулируемый термометр 5. С целью создания циркуляции жидкости на установке размещен электрический насос 7.

Рычажный измерительный механизм имеет следующее соотношение плеч L₁/L₂ =750/65 =11,5 то есть ходу клапана в 0,1 мм соответствует ход стрелки самописца равный 1,15 мм.

Проверка действия термостата выполняется в такой последовательности.

Укладывается на дно площадки 6 (рис.1) в специальное гнездо испытуемый термостат байпасным клапаном вверх. Затем устанавливается измерительный рычаг 3. Шкала 4 подводится к стрелке самописца на нулевое положение с помощью подвижных кронштейнов. Заполняется водой бак УТ-15 до полного закрытия баллона корпуса термостата. После чего включается нагревательные элементы УТ-15 в сеть 220В и циркулирующий насос. При проверке термостата нужно следить за его состоянием и показателями термометра.

При проведении опыта необходимо записать температуру начала открытия и величину подъема клапана термостата.

Полученные данные сравниваются с техническими условиями

В результате проверки термостата делается заключение о его работе.

При неудовлетворительной работе термостат либо ремонтируется, либо заменяется на новый.

Рис.1 Устройство для проверки работоспособности термостата

<В начало>

<Содержание>