Тепловые и гидравлические характеристики радиаторов

Основная характеристика – коэффициент теплопередачи К, Вт/м²К:

, (21.1)

где a_ж и a_в – коэффициент теплоотдачи жидкости и воздуха; l – коэффициент теплопроводности трубок; d – толщина стенки трубки.

В современных радиато- рах влияние термического сопротивления d x_ор/l на величину K мало, до 0,5%, поэтому для практических расчетов можно принять

K » a_вa_ж/(a_ж + a_вx_ор). (21.2)

Влияние на K скорости течения жидкости незначительно, а скорости воздуха (рис. 21.2) – высокое. Поэтому в инженерных расчетах можно принимать K = 0,3. При этом обычно массовая скорость воздуха Р_вV_в и скорость жидкости в радиаторах обычно составляют соответственно 14…16 кг/(м²с) и 0,4…0,7 м/с.

Значение коэффициента теплопередачи K и гидравлических потерь тракта радиатора DР_р можно оценить для различных конструкций по графикам рис. 21.2.

Используя значение K, находят площадь поверхности охлаждения радиатора, м²:

, (21.3)

где Q_ж – количество теплоты, отдаваемое в охлаждающую жидкость.

Для предварительных расчетов можно принять:

Q_ж = (600…800)N_е ккал/ч – ДсИЗ;

Q_ж = (200…400)N_е ккал/ч – дизели.

Для легковых автомобилей F_охл=(0,1…0,16) N_е м².

Для грузовых –

F_охл=(0,15…0,3) N_е м²,

Для тракторов –

F_охл=(0,3…0.4) N_е м².

Расчет радиатора

В двигателе при сгорании топлива образуется теплота Q_т, часть которой Q_охл охлаждается через радиатор. При этом Q_охл = Q_ж = Q_в.

Производительность системы охлаждения определяется производительностью жидкостного и воздушного охлаждения. Q_ж = Q_в или

Q_охл= G_жC_жDt_ж =F_рад(v_вp_в)C_в Dt_в, (21.4)

обычно Dt_ж = 6…8 К, G_ж – расход жидкости, G_ж = 90…150 л/кВт.ч; C_ж – коэффициент теплоемкости жидкости; v_вp_в – массовая скорость, равная 14…16 кг/(м²с); F_рад – фронтальная площадь радиатора,
F = H×B, м²; C_в = 1005 Дж/кгК – теплоемкость воздуха; Dt_в – величина подогрева воздуха в радиаторе, Dt_в »5…8К.

Порядок расчета

1. Количество теплоты, введенной в двигатель Q_т= G_тН_н/3600 Дж/кг;

G_т – расход топлива на расчетном режиме; Н_н – низшая теплота сгорания топлива.

2. Количество теплоты Q_ж, Дж/с, забираемое системой охлаждения.

На основании статистических данных Q_ж = q_жQ_т, (21.5)

где теплоотвод жидкостного контура системы охлаждения q_ж = 0,24…0,32 для ДсИЗ; q_ж = 0,16…0,25 для дизелей.

3. Циркуляционный расход охлаждающей жидкости, м³/с,

G_ж= Q_ж/(Dt_жC_жr_ж), (21.6)

где Dt_ж = 6…8К; C_ж= 4187 Дж/кгК; r_ж = 1000 кг/м³.

4. Выбирается конструкция решетки радиатора и по рис. 21.2 находится коэффициент теплопередачи K, Вт/м²К, для массовой скорости v_вp_в 14…16 кг/м²с воздуха.

5. Находится поверхность охлаждения радиатора, м²:

, (21.7)

j′= 1,1 – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение решетки радиатора. Обычно принимают К. можно рассчитать:

; ; ;

Dt_в – подогрев воздуха в радиаторе; ;

t_в.вх – температура воздуха на входе в радиатор, °С, t_в.вх=t₀+Dt_ср;

– температура подогрева воздуха в масляном радиаторе, если он предшествует жидкостному, по ходу воздушного потока, К, К;

с_в – 1005 Дж/(кг×К) - теплоемкость воздуха; t₀ – расчетная температура окружающей среды, t₀ =45 °С; t_ж.вых – температура жидкости на выходе из двигателя, t_ж.вых = 90…95 °С – для открытых систем,
t_ж.вых = °С – для закрытых систем; Р_пар.ж – давление срабатывания парового клапана расширенного бачка, МПа.

6. Уточняется фронтальная поверхность радиатора, обычно F_фр=0,2…0,6 м².

В зависимости от принятой конструкции решетки задаются размерами охлаждающего элемента (рис. 21.4). Для каждого элемента трубчато-пластинчатого или трубчато-ленточного устанавливаются высота h, ширина l_фр, глубина l_гл.. Затем выбранную ширину В фронтальной поверхности уточняют, определив число трубок решетки ; округляют и получают ; аналогично по высоте H=k×h.

F_фр = Н×В. (21.8)

Число рядов трубок радиатора , округляют и уточняют В или Н. Определяется глубина радиатора L = l_гл. При этих расчетах могут уточняться и размеры элементов радиатора h, l_фр, l_гл.

Величины охлаждающих поверхностей радиаторов F_охл обычно составляют для двигателей грузовых автомобилей 0,2…0,4 м³/кВт, а для легковых 0,14…0,2 м²/кВт. Глубина L автомобильных радиаторов » 60…120 мм, тракторных – 80…115 мм.

Компактность поверхности охлаждения оценивают коэффициентом объемной компактности, м²/м³, , где V_охл – геометрический объем радиатора. Обычно коэффициент объемной компактности j равен 440…850 м²/м³.

Вводится также коэффициент оребрения, равный отношению площади поверхности, омываемой охлаждающим воздухом, к поверхности, омываемой жидкостью, , обычно x=2,5…5,4.

Трубчато-ленточные радиаторы обладают более высокими значениями j=1100…1200 м²/м³, а x=5…11,5.