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 ; w_в.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 h_М=0.8 – механический КПД водяного насоса.

Тогда .

Мощность, потребляемая водяным насосом составляет 0.54% от номинальной мощности двигателя.