И.В. Коломин - Расчет элементов системы жидкостного охлаждения 2021

И.В. Коломин - Расчет элементов системы жидкостного охлаждения 2021





МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА»
(САМАРСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
И.В. КОЛОМИН, С.В. КРАШЕНИННИКОВ
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Рекомендовано редакционно-издательским советом федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» в качестве учебного пособия для обучающихся по основным образовательным программам высшего образования по направлению подготовки 13.03.03 Энергетическое машиностроение и специальности 24.05.02 Проектирование авиационных и ракетных двигателей
САМАРА
Издательство Самарского университета
2021
2
УДК 621.4(075)
ББК 39.55я7
К612
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В.Н. Матвеев,
канд. техн. наук, доц. Д.В. Зеленцов
Коломин, Илья Викторович
К612 Расчет элементов системы жидкостного охлаждения поршневого двигателя внутреннего сгорания: учебное пособие / И.В. Коломин, С.В. Крашенинников. – Самара: Издательство Самарского университета, 2021. – 76 с.
ISBN 978-5-7883-1705-2
Содержит рекомендации по методике расчета основных эле-ментов системы жидкостного охлаждения поршневого двигателя внутреннего сгорания: радиатора, жидкостного насоса и вентиля-тора. Расчет проводится на основе заданных исходных данных: мощности, оборотов, геометрии цилиндров и их числа.
Предназначено для обучающихся по направлению подготов-ки 13.03.03 Энергетическое машиностроение, профиль «Двигате-ли внутреннего сгорания» и специальности 24.05.02 Проектиро-вание авиационных и ракетных двигателей, специализация «Дви-гатели внутреннего сгорания» при изучении курса «Системы двигателей».
Подготовлено на кафедре теплотехники и тепловых двигателей.
УДК 621.4(075)
ББК 39.55я7
ISBN 978-5-7883-1705-2 © Самарский университет, 2021
3
СОДЕРЖАНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ........................................................... 5
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................... 6
1 Выбор системы охлаждения двигателя ........................................... 7
2 Классификация, общее устройство и работа систем
жидкостного охлаждения ..................................................................... 9
2.1 Радиаторы ................................................................................... 12
2.2 Жидкостные насосы .................................................................. 14
2.3 Вентиляторы............................................................................... 18
2.4 Термостаты ................................................................................. 20
3 Охлаждающие жидкости ................................................................ 23
3.1 Вода ............................................................................................. 24
3.2 Антифризы ................................................................................. 25
4 Основные особенности конструкции и расчетов
радиаторов систем жидкостного охлаждения .................................. 28
5 Цель и задачи курсовой работы ..................................................... 31
6 Постановка задачи ........................................................................... 32
7 Исходные данные к расчету элементов
системы жидкостного охлаждения ................................................... 32
8 Методические указания к расчетам ............................................... 33
8.1 Определение количества тепла, отводимого
в систему охлаждения за одну секунду ......................................... 33
8.2 Расчет радиатора ........................................................................ 34
8.2.1 Расчет основных характеристик радиатора ................ 34
8.2.2 Определение удельной массы радиатора ........................ 43
8.2.3 Гидравлический расчет радиатора ................................. 44
8.3 Расчет жидкостного насоса ....................................................... 47
8.3.1 Расчет параметров жидкостного насоса ..................... 47
4
8.3.2 Определение конструктивных размеров
жидкостного насоса .................................................................. 49
8.3.3 Построение профиля лопатки насоса ............................. 49
8.3.4 Мощность, потребляемая жидкостным насосом ........ 50
8.4 Расчет осевого вентилятора ...................................................... 50
8.4.1 Расчет основных характеристик вентилятора ............ 50
8.4.2 Определение конструктивных размеров
вентилятора ............................................................................... 51
9 Порядок оформления пояснительной записки ............................. 52
10 Современные теплообменные устройства автомобилей ........... 53
10.1 Алюминиево-паяные теплообменники .................................. 53
10.2 Теплообменные устройства охлаждения
наддувочного воздуха (интеркулеры) ............................................ 58
10.2.1 Интеркулеры воздух/воздух ............................................ 61
10.2.2 Интеркулеры воздух/вода ............................................... 62
10.2.3 Комбинированные системы ........................................... 63
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................. 65
ПРИЛОЖЕНИЯ .................................................................................. 66
5
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
b – ширина, м;
c – удельная теплоёмкость, Дж/кгК; скорость м/с;
D – диаметр, мм, м;
F, H – поверхность охлаждения, м2;
G – расход, массовый кг/с, объемный м3/с;
u H – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;
i – число цилиндров;
N – мощность, Вт;
n – частота вращения, об/мин, 1/с;
p – давление, Па;
Q – количество тепла, Дж/с, Вт;
r – радиус, м;
T, t – температура, К, °С;
u, W – скорость, м/c;
ΔT, Δt – температурный перепад, К, °С;
Δp – сопротивление тракта, Па;
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·К; коэффициент избытка
воздуха;
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/мК;
η – коэффициент полезного действия;
ρ – плотность, кг/м3.
6
ВВЕДЕНИЕ
Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода тепла от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния двигателя и его нормальной работы. Большая часть отводимого тепла воспринимается системой охлаждения (СО), меньшая – системой смазки и окружающей средой.
В зависимости от рода используемого теплоносителя в авто-мобильных, судовых и тракторных двигателях применяют систему жидкостного (СЖО) или воздушного (СВО) охлаждения.
Каждая из указанных СО имеет преимущества и недостатки. К преимуществам жидкостного охлаждения относят:
а) более эффективный отвод тепла от нагретых деталей дви-гателя при любой тепловой нагрузке;
б) быстрый и равномерный прогрев двигателя при пуске;
в) допустимость применения блочных конструкций цилин-дров;
г) меньшая склонность к детонации в бензиновых двигателях;
д) более стабильное тепловое состояние двигателя при изме-нении режима его работы;
е) меньшие затраты мощности на охлаждение и возможность использования тепла, отводимого в систему охлаждения и др.
Недостатки системы жидкостного охлаждения:
а) большие затраты на обслуживание и ремонт в эксплуатации;
б) пониженная надежность работы двигателя при отрицатель-ных температурах окружающей среды и большая чувствитель-ность к ее изменению.
Расчет основных конструктивных элементов СО производится исходя из количества тепла, отводимого от двигателя в единицу времени.
Показать/скрыть дополнительное описание