Розрахунок системи охолодження двигунів..

                 1. РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ

                     РІДИННОЇ СИСТЕМИ ОХОЛОДЖЕННЯ.

    До основних параметрів рідинної системи охолодження відносяться:

• розрахункова кількість теплоти, відведена системою охолодження;

• загальна площа охолодження водо – водяного охолоджувача чи радіатора;

• циркуляційна витрата рідини у системі охолодження двигуна.

1.1. Визначення розрахункової кількості теплоти, відведеною системою охолодження.

1.1.1. Визначаємо кількість тепла, виділеного паливом.

де: Q_H – нижча теплотворна здатність палива, у кДж / с [з теплового 

              розрахунку];

    g_e – ефективна питома витрата палива у г/кВт_*г [з теплового розрахунку];

    N_e – номінальна потужність, у кВт [з завдання].

    1.1.2. Визначаємо кількість тепла, відведеного у охолоджуючу рідину

               Q_р = (0,25 – 0,35) Q_П , Дж / с

1.1.3. Визначаємо розрахункову кількість теплоти, відведеною системою охолодження

                Q_охол = (1,10 – 1,15) Q_ж , Дж / с

   1.2.Визначення загальної площі охолодження водо – водяного охолоджувача.

    1.2.1. Визначаємо коефіцієнт теплопередачі від води внутрішнього контуру до води зовнішнього контуру

    де: α₁ =(5800 – 9300) Вт / (м²*К) – коефіцієнт теплопередачі від води внутрішнього контуру до стінок трубок [2. стор. 319];

          δ – товщина стінки трубки, у м [з креслення];

          λ₁ = (80 – 125) Вт / (м²*К) – коефіцієнт теплопровідності латунної стінки трубки [1. стор. 474];

          α₂ =(5800 – 9300) Вт / (м²*К) – коефіцієнт теплопередачі від стінок трубок до води зовнішнього контуру [2. стор. 319].

    1.2.2. Визначаємо загальну площу охолодження водо – водяного охолоджувача

    де: t_ср.вн. – середня температура води внутрішнього контуру у водо – водяному охолоджувачі, у ⁰С;

          t_ср.зов. – середня температура води зовнішнього контуру у водо – водяному охолоджувачі, у ⁰С.

    1.3. Визначення загальної площі радіатора.

    1.3.1. Визначаємо загальну площу радіатора яка необхідна для передачі теплоти від рідини до навколишнього повітря.

    де: t_ср.р. – середня температура води у радіаторі, у ⁰С;

          t_ср.пов. – середня температура повітря, минаючого крізь радіатор, у ⁰С;

          К – коефіцієнт теплопередачі [1. стор. 486].

Із – за складності розрахунку коефіцієнта теплопередачі значення його приймається:

Для легкових автомобілів                          140 – 180 Вт / (м²*К)

Для вантажних автомобілів і тракторів    80 - 100 Вт / (м²*К)

Температурний перепад рідини у радіаторі приймається 6 – 12 ⁰С [1. стор. 480].

Температурний перепад повітря у решітці радіаторі приймається 20 – 30 ⁰С [1. стор. 486].

    1.4. Визначення циркуляційної витрати рідини у системі охолодження двигуна.

    1.4.1. Циркуляційна витрата рідини у системі охолодження двигуна визначається по формулі

    де: С_Р = 4187 Дж / (кг*К) – теплоємкість води [1. стор. 479];

          ρ_р = 1000 кг / м³ – густина води[1. стор. 482];

         ΔТ_Р = 6 – 12 ⁰С – температурний  перепад рідини у радіаторі [1. стор. 480].

    2. РОЗРАХУНОК ВОДО – ВОДЯНОГО ОХОЛОДЖУВАЧА 

        ТРУБЧАТОГО ТИПУ.

    Розрахунок водо – водяного охолоджувача трубчатого типу полягає у визначенні кількості трубок.

    2.1. Визначаємо поверхню охолодження однієї трубки.

                F_тр = π * D_тр * L_тр , м²

    де: D_тр – діаметр трубки, у м [з креслення];

           L_тр – довжина трубки, у м [з креслення].

     2.2. Визначаємо кількості трубок у пакеті.

                 n_тр = F / F_тр , шт.

     Кількості трубок приймається з округленням у більшу сторону виходячи з конструктивних можливостей.

      3. РОЗРАХУНОК РІДИННОГО НАСОСА ВІДЦЕНТРОВОГО ТИПУ.

    Розрахунок рідинного насоса відцентрового типу виконувати по книзі

А. И. Колчин, В. П. Демидов „Розрахунок автомобільних і тракторних двигунів” М., „Вища школа”, 2002 р. стор. 480.

        4. РОЗРАХУНОК ВОДО – ПОВІТРЯНОГО ОХОЛОДЖУВАЧА 

            НАДУВНОГО ПОВІТРЯ ТРУБЧАТОГО ТИПУ.

    4.1. Визначаємо годинну витрату палива.

            G_пал = g_e * N_e, кг/г

    4.2. Визначаємо дійсну кількість повітря минаючого охолоджувач.

             G_пов = μ_пов* М₁ * G_пал / 3600 , кг/с

    де: μ_пов = 28,96 кг/кмоль – маса 1 кмоль повітря [1. стор. 49];

          М₁ – дійсна витрата повітря необхідна для згоряння 1кг палива [з теплового розрахунку].

    4.3. Визначаємо кількість тепла, відведеного від повітря, охолоджувачем.

             Q =  G_пов* С_пов*(Т_вх – Т_вих.) , Дж/с

    де:  С_пов = 1000 Дж / (кг*К) – теплоємкість повітря [1. стор. 480];

           Т_вх = Т_к – температура повітря на вході у охолоджувач [з теплового 

           розрахунку];

           Т_вих - температура повітря на виході з охолоджувача [з теплового 

           розрахунку].

    4.4. Визначаємо розрахункову кількість тепла відведеного охолоджувачем.

              Q_р = (1,1 – 1,15) Q , Дж/с

    4.5.  Визначаємо коефіцієнт теплопередачі від повітря до води 

    де: α₁ =(70 – 116) Вт / (м²*К) – коефіцієнт теплопередачі від повітря до стінок трубок [2. стор. 319];

          δ – товщина стінки трубки, у м [з креслення];

          λ₁ = 382 Вт / (м²*К) – коефіцієнт теплопровідності мідної стінки трубки [2. стор. 315];

          α₂ =(5800 – 9300) Вт / (м²*К) – коефіцієнт теплопередачі від стінок трубок до води  [2. стор. 319].

    4.6. Визначаємо загальну площу охолоджувача

    де: Т_ср.пов. – середня температура повітря у  охолоджувачі, у К;

          Т_ср.в. – середня температура води у охолоджувачі, у К.

    4.7. . Визначаємо поверхню охолодження однієї трубки.

                F_тр =К  π  D_тр * L_тр , м²

    де: D_тр – діаметр трубки, у м [з креслення];

           L_тр – довжина трубки, у м [з креслення];

           К = 1,15 – 2,5 – коефіцієнт враховуючий оребріння  трубок

    4.8. Визначаємо кількості трубок у пакеті.

                 n_тр = F_пов / F_тр , шт.

     Кількості трубок приймається з округленням у більшу сторону виходячи з конструктивних можливостей.

           5. РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ ТОРЦЕВОЇ КРИШКИ                                     

               ВОДО – ВОДЯНОГО ОХОЛОДЖУВАЧА.

       5.1. Так як, кришка має складну конфігурацію і для спрощення виготовлення можна прийняти матеріал кришки сірий чавун або алюмінієвий сплав.

                                    Мал.        Ескіз кришки.

        5.2. Для спрощення розрахунку приймаю, що кришка має плоску форму. Кришка розраховується на вигин від дії максимального тиску забортної води, як рівномірно навантажена  кругла плита, вільно що спирається на циліндр.

       Напруга вигину у кришці дорівнює

      Р_maх  – максимальний тиск забортної води у МПа [прототип];

      r – внутрішній радіус кришки у мм [креслення];

      δ – товщина кришки у мм [креслення].

       Для забезпечення міцності необхідно щоб   σ < [σ]

[σ] = 0,4 σ_в – для чавунних кришок;

[σ] = 0,4 σ_т – для алюмінієвих кришок. 

           6. РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ КОРПУСА ВОДО – ВОДЯНОГО 

               ОХОЛОДЖУВАЧА.

    6.1. Так як, корпус водо – водяного охолоджувача має складну конфігурацію і для спрощення виготовлення можна прийняти матеріал корпуса сірий чавун або алюмінієвий сплав.

    6.2. Для спрощення розрахунку приймаю, що корпус має циліндричну форму. Корпус  розраховується на напруги що розтягають його від дії максимального тиску води внутрішнього контуру.

                               Мал.        Ескіз корпуса.

    6.3. Напруги що розтягують корпус під дією тиску води внутрішнього контуру визначаються по приблизній залежності

               σ_р = Р_max* D /(2 δ), МПа

де: Р_max – максимальний тиск води у внутрішньому контурі у МПа [прототип];

     D – внутрішній діаметр корпуса у мм [креслення];

     δ – товщина корпуса у мм [креслення].

       Для забезпечення міцності необхідно щоб   σ_р < [σ_р]

[σ_р] = 0,4 σ_в – для чавунних корпусів;

[σ_р] = 0,4 σ_т – для алюмінієвих корпусів. 

                                      ЛІТЕРАТУРА.

    1. А.І. Колчин, В.П. Дємідов. „Розрахунок автомобільних і тракторних двигунів”. М., „Вища школа”, 2002 р.

    2. Ю. Б. Моргуліс. „Двигуни внутрішнього згоряння”. М. „Машинобудування”, 1972.

Записати розрахунок у зошит.