Шахматное расположение трубок под углом к воздушному потоку
Шахматное расположение трубок,
Рядное расположение трубок,
Трубчато-ленточные радиаторы.
Значение сопротивления получилось близкое к реальному, а значение коэффициента теплопередачи – сильно заниженным.
Найдем общую поверхность охлаждения радиатора:
(м2).
Определим основные конструктивные размеры радиатора, приняв в качестве исходного параметра площадь фронта для всех типов остовов. Примем
.
Зададимся высотой из условия
(примем
), тогда
.
Выберем число пластин с шагом
:
с шагом
.
Зная ориентировочно глубину остова , число рядов трубок по фронту
и число рядов по глубине
, координаты
,
,
,
, выполняют расчетную схему пластины, по которой вычисляют ее геометрическую площадь, для решетки нашего типа I:
,
где .
Тогда .
Вычислим теплопередающую поверхность пластины:
.
Проверим соотношение: , укладывается в интервал
. Значит параметры радиатора определены с погрешностями в пределах нормы.
Оценим коэффициент объемной компактности радиатора по соотношению:
. То есть радиатор получился конструктивно очень выгодным, так как займет пространство меньше предполагаемого.
Вычислим и оценим коэффициент полезного действия радиатора (тепловую эффективность): . Радиатор получился компактным, но в тоже время малоэффективным (
), его КПД должен быть в пределах 0,7…0,9.
2.2 Определение удельной массы радиатора
Одной из основных задач конструирования радиаторов является снижение их металлоемкости, так как изготавливаются они из дефицитных и дорогостоящих цветных металлов.
Определим физико-механические свойства материалов пластин и трубок(см таб. 1):
Таблица №1. Физико-механические свойства охлаждающих трубок и пластин
Параметры | Материал | ![]() | ![]() | ![]() |
Пластин | Л96 | 0.407 | 0.0002 | |
Трубок | Л96 | 0.408 | 0.00015 |
Тогда масса пластин: ,
масса трубок: .
С учетом этих соотношений масса остова радиатора равна:
.
Запишем соотношение: ,
Откуда - коэффициент массовой компактности радиатора.
Отношение - удельная масса радиатора, характеризующая массу
его теплопередающей поверхности. Из формулы
видно, что удельная масса радиатора зависит не только от плотности и толщины используемых материалов, но и от коэффициента оребрения. Очевидно, что повышение коэффициента оребрения при уменьшении расстояния между ребрами дает возможность снизить массу теплопередающей поверхности радиатора. Для трубчато-пластинчатых радиаторов средние значения удельной массы радиатора составляют
.
В нашем случае: т.е. в пределах нормы.
2.3Гидравлический расчет радиатора
Гидравлический расчет радиатора производится в следующей последовательности. Уточняется величина аэродинамического сопротивления радиатора по эмпирической формуле: .
Где - средняя плотность воздуха при
:
,
где - газовая постоянная воздуха.
Тогда .
Проверка расчета ведется по формуле: ,
где - коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по формуле:
,
- коэффициент гидравлического потока. Примем
.
Тогда
Окончательно принимается среднее значение падения напора воздуха в радиаторе: .
Производится также оценка величины гидравлического сопротивления жидкостного тракта с учетом того, что гидравлическое сопротивление жидкости в радиаторе складывается из сопротивления входа в приемный коллектор
, входа в трубки радиатора
, самих трубок
, выхода из этих трубок
и сопротивления выхода из отводящего коллектора
Обычно скорость жидкости в подводящей и отводящей трубах радиатора принимают равной .
Перечисленные выше сопротивления определяются следующим образом:
, где
- коэффициент местных потерь,
.
Тогда .
, где
,
.
Тогда .
, где
- коэффициент сопротивления потерь в трубках радиатора.
.
Тогда .
, где
,
.
Тогда .
, где
,
.
Тогда .
Полное гидравлическое сопротивление радиатора:
.
Принято считать, что гидравлическое сопротивление трубопроводов и рубашек двигателя соизмеримым с гидравлическим сопротивлением радиатора. На основании статистических данных – гидравлическое сопротивление трубопроводов , а рубашки -
.
Тогда общее сопротивление контура охлаждающей жидкости будет равно:
.
Полученное значение общего сопротивления контура охлаждающей жидкости принимается в качестве исходного при расчете жидкостного насоса.
Расчет жидкостного насоса
3.1. Расчет параметров жидкостного насоса
Водяной насос служит для обеспечения непрерывной циркуляции ОЖ в СО. В автомобильных и тракторных двигателях наибольшее применение получили центробежные насосы с односторонним подводом жидкости
Расчетная объемная производительность насоса определяется с учетом утечек жидкости из нагнетательной полости в всасывающую:
,
где - коэффициент подачи,
- циркуляционный расход жидкости в системе охлаждения двигателя.
,
.
Примем . Для антифриза, марки 40:
,
.
Тогда .
.
Тогда расчетная производительность насоса определяется:
.
Входное отверстие насоса должно обеспечить подвод расчетного кол-ва ОЖ . Это достигается при выполнении условия : ,
где – скорость ОЖ на входе;
– радиус ступицы крыльчатки;
– радиус входного отверстия крыльчатки. Примем
,
. Определим радиус входного отверстия крыльчатки :
.
Окружная скорость схода ОЖ : ,
где и
- углы между направлениями скоростей
,
- напор, создаваемый насосом,
- гидравлический КПД.
С увеличением растет напор, создаваемый насосом, поэтому иногда этот угол берут равным
(радиальные лопатки). Однако увеличение угла
приводит к уменьшению КПД насоса.
Примем ,
,
,
.
Тогда
Радиус крыльчатки на выходе: ,
где – частота вращения крыльчатки ; wв.н – угловая скорость крыльчатки водяного насоса .
Тогда .
Окружная скорость определяется из равенства: ,
откуда .
Угол a1 между скоростями с1 и u1 равен 900, то гол b1 находится из соотношения :
.
3.2. Определение конструктивных размеров жидкостного насоса
Ширина лопатки на входе b1 определяется из выражения:
,
где – число лопаток на крыльчатке,
– толщина лопатки у входа,
– толщина лопатки у выхода.
Примем ,
,
.
Тогда .
Ширина лопатки на выходе b2 определяется из выражения: .
Здесь - радиальная скорость схода.
Тогда .
Ширина лопаток на входе для крыльчаток насоса должна изменяться в пределах: , на выходе -
.
Наши значения и
не укладываются в эти пределы (они в 4 раза меньше положенного), однако, скорее всего пройдут по прочности, так как частота вращения крыльчатки низкая:
.
3.3. Построение профиля лопатки жидкостного насоса
Построение профиля лопатки насоса приведено в приложении и заключается в следующем. Из центра О радиусом r2 проводят внешнюю окружность и радиусом r1 – внутреннюю. На внешней окружности в произвольной точке В строят угол b2. От диаметра ОВ, из точки О, откладывают угол b=b1+b2. Одна из сторон этого угла пересекает внутреннюю окружность в точке К. Через точки В и К проводят линию ВК до вторичного пересечения с внутренней окружностью (точка А). Из точки L, которая является серединой отрезка АВ, восстанавливают перпендикуляр до пересечения его с линией ВЕ в точке Е.
Из точки Е через точки А и В проводят дугу, представляющую собой искомое очертание лопатки. Ниже этой дуги проводят вторую дугу внутренней поверхности лопатки и края скругляют.
Мощность, потребляемая водяным насосом:
Где hМ=0.8 – механический КПД водяного насоса.
Тогда .
Мощность, потребляемая водяным насосом составляет 0.54% от номинальной мощности двигателя.