Носов Н.А. - Расчёт и конструирование гусеничных машин, страница 7

Пластины — толщиной 0,1 — 0,2 мм. Расстояние эау. г) оанооы ооо прохоуо осоооогого Рис. !.19. Конструктивные элементы охлаждающей решетки водяных радиаторов: а — трубчатые; б — трубчато-пластинчатые; в — пластинчатые; г — сото- вые подул ооэдух между пластинами (шаг оребрения) 2 — 5 мм. При меньшем шаге оребрения эффективность теплопередачи увеличивается, вместе с тем возрастает аэродинамическое сопротивление и появляется опасность засорения сердцевины радиатора. Применяющиеся в настоящее время радиаторы имеют следующие конструктивные параметры: глубина охлаждающей решетки 80 — 150 мм; активная длина трубок 400 — 500 мм; шаг трубок по фронту 7 — 12 мм; шаг трубок по глубине 20 — 30 мм.

Трубки плоскоовального сечения (до 20х4 мм) располагаются в коридорном или шахматном порядке, с коллекторами они соединяются пайкой. Иногда трубки располагают под углом 10 — 15' к воздушному потоку, что способствует турбулнзации воздуха и повышает теплоотдачу радиатора. Основным недостатком трубчато-пластинчатых радиаторов является невозможность их разборки. Прн появлении течи негодные трубки запаивают, что приводит к уменьшению эффективности теплопередачи. При 15 — 20% негодных трубок необходима замена всей охлаждающей решетки.

Расчет радиаторной установки. Расчет включает: определение количества тепла, отводимого жидкостью; расчет радиатора; 31 Ра,н„ '4 зб 1оз (!.25) где У,.— эффективная мощность в кВт; д, — удельный расход топлива в г/(кВт ч); '̈́— низшая теплотворная способность топлива в кДж(кг; д — относительная теплопередача в окружающую среду: для дизелей д = 0,16 —:0,25; для карбюраторных двигателей д = 0,20 —:0,30.

Для практических целей с допустимой точностью можно счи- тать Я=аЖ,,„, (1.26) где а — опытный коэффициент, равный для дизелей 0,45 — 0,90, для карбюраторных двигателей 0,8 — 1,4. При определении расчетного количества тепла, подлежащего рассеиванию радиатором, вводят коэффициент запаса ~р' = = 1,10 —:1,15, тогда Яф = р'Я.

(1.27) Теплорассеивающая способность радиатора зависит ог большого числа факторов: размеров, типа, конструкции и качества изготовления охлаждающей решетки, скоростей, жидкости и воздуха, организации воздушного потока, продувающего радиатор, и т. д. При плохом контакте между трубками и пластинами оребрения теплопередача ухудшается на 20 — 30)э. Сильная запыленность радиатора также снижает теплопередачу на 10%. На рис.

1.20, а изображены экспериментальные кривые, характеризующие зависимость отводимого тепла Я и воздушного сопротивления Л радиатора от глубины ! охлаждающей решетки. При ! > 150 мм тепловая эффективность радиатора начинает заметно понижаться, тогда как аэродинамическое сопротивление его продолжает расти по примерно линейному закону. Рис. !.20, б свидетельствует о том, что увеличение скорости воды и в решетке радиатора целесообразно до определенного 32 оценку сопротивления воздушного тракта; подбор вентилятора по требуемому расходу воздуха и сопротивлению воздушного тракта.

Расчетным режимом радиаторной установки является режим, соответствующий работе двигателя на максимальной мощности. При установившемся тепловом состоянии двигателя количество тепла (), отводимого от нагретых деталей охлаждающей жидкостью, принимают равным количеству тепла, рассеиваемого радиатором, так как отвод тепла соединительными трубопроводами не превышает 2 — 334 от Для определения количества тепла, уносимого охлаждающей жидкостью, имеется несколько сравнительно простых формул, учитывающих некоторые конструктивные параметры и режимные факторы, например предела (в выполненных конструкциях 0,4 — 0,8 м/с), после которого повышение теплоотдачи незначительно.

Из рис. 1.20, в видно, что изменение скорости воздуха перед фронтом радиатора св оказывает значительное влияние на эффективность теплоотдачи Я и энергетические потери /тр, обусловленные аэродинамическим сопротивлением радиатора. Оптимальные значения скорости воздуха, продувающего радиатор (перед фронтом радиатора), находятся в пределах 10 — 20 м/с. Приведенные на рис.

1.20, б и в зависимости даны для трубчато-пластинчатого радиатора при глубине охлаждающей решетки 95 мм и разности средних температур жидкости и воздуха 60' С. а) п,нйп/и 5/ ар,па а,нпт/М одра ваа 500 «оо гоо вао гоа 00 гоо /00 50 топ 150 гпо 1 ),нв«7/вв «00 5 Га /5 ?0«н,и/с гпп /50 Рис. 1.20. Характеристики 0 05 т,п 15 гптнонв/с радиатора (/ = а,Р, (1 — 7„); (1.28) 1~ — — Р, (/„— /,а); (1.29) ' (с сев~а (/се /в)~ (1.80) 33 3 Н. А. Носов Основным показателем качества радиатора, характеризующим его эффективность как теплообменника, является коэффициент теплопередачи й, в общем случае представляющий собой тепловой поток через единицу поверхности в единицу времени при температурном напоре 1' С. В радиаторе коэффициент теплопередачи характеризует сложный процесс передачи тепла от жидкости к воздуху.

Этот процесс состоит из трех этапов: 1) отдача тепла от воды к стенкам водяных каналов; 2) передача тепла за счет теплопроводности трубок и пластин оребрения; 3) отдача тепла наружной поверхностью трубок и пластин обребрения потоку воздуха..При установившемся процессе теплообмена эти три этапа описываются следующими уравнениями теплопередачи (рис. 1.21): где 1/ — количество тепла, передаваемое от жидкости воздуху, в Вт; ссх и аз — коэффициенты теплоотдачи соответственно от жидкости к внутренней поверхности стенок водяных каналов и от наружной поверхности трубок и пластин оребрения к воздуху, в Вт/(м'К); г', и г"а — площади внутренней и наружной поверхностей охлаждающей решетки радиатора в м'! 1„и 1, — средние температуры жидкости, внутренней и наружной поверхностей охлаждающей решетки и воздуха в 'С; Л вЂ” коэффициент теплопроводности материала трубок и пластин радиа- тора в Вт/(м К); Ь вЂ” условная толщина а стенки охлаждающей решетки.

После несложных преобразований получим (1.31) Рь 1 б 1 — — + — +— Рь.а, Л аь или Я = /егзЯ, (!.32) 1 где /з = Ь 1 — коэффициент — + — +— а, Л а, теплопередачи, отнесенный к площади внешней (омываемой воздухом) поверх- Р"'. 1.21. схема пеРедачи ности радиатора р'; ф = — ь — коэф- д тепла через стенку 3 фициент оребрения радиатора. Параметры, определяющие величину коэффициента тепло- передачи, имеют для современных трубчато-пластинчатых радиаторов следующие значения: ф = 3-:6; 'сах = 7,0 —:9,3 кВт/м'. К (6000 — 8000 ккал/ма ч 'С); аа = 70 —:140 Вт/м' К (60— 120 ккал/мз ч.'С); коэффициент теплопроводности Х: для железа 46 — 58 (40 — 50), для алюминиевых сплавов 116 — 226 (100 — 195), для сплавов на медной основе 81 — 232 (70 — 200), для меди 383 Вт/(м К) (330 ккал/м ч 'С).

Если приведенные величины подставить в формулу для й, становится ясным, что эффективность теплопередачи определяется в основном теплоотдачей от охлаждающей решетки к воздуху и зависит от конструкции радиатора, температурного перепада ХГ и скорости воздуха, омывающего решетку. При изменении скорости воздуха от 5 до 20 м/с значение коэффицйента теплопередачи изменяется в пределах 46 — 140 Вт/м'К (40 — 120 ккал/мз.ч 'С). Разность М между средними температурами жидкости и воздуха может быть определена по формуле гж, вв+ тж. вьи /в. вв+ /в. вьи (1 33) ж в — 2 2 Здесь температуры с индексом вх относятся к условиям входа, с индексом вых — к условиям выхода из радиатора, В связи с тем что температуры воды и воздуха, проходящих через радиатор, изменяются не по линейному закону, более точной является среднелогарифмнческая разность температур.

1в.р» — 1 в 231 'ж — 'в вк Я1Ж 1в. выв Расхождение между Л! и М „в радиаторах не превышает .3— 4%, поэтому с достаточной для практических целей точностью можио пользоваться М. Изменение температуры жидкости в радиаторе ! в,„— ! .,„„, как правило, составляет величину 5 — ! 5' С. Ориентировочное значение перепада температуры воздуха в радиаторе 1,,„при 1,,„= 45' С составляет величину 20 — 30' С. Учитывая неравномерность омывания радиатора, при пред- варительных расчетах требуемую охлаждающую поверхность можно определить по формуле г,= (1.35) вЬа1 ' где у = 0,8 —:0,9 — коэффициент омывания радиатора.

Глубина охлаждающей решетки радиатора — в (1.36) 'РУРфр ' Здесь гф — площадь фронта сердцевины радиатора; уу — объем- ный коэффициент компактности радиатора. Для имеющихся конструкций ~уу = 500 —:1000 мам'. Для каждой конкретной конструкции охлаждающей решетки коэффициент ~ру может быть рассчитан как площадь поверхности, омываемой воздухом, при- ходящаяся на единицу объема решетки. Качество конструкции радиатора кроме вру характеризуется также коэффициентом компактности по фронту ~рфр и весовым коэффициентом компактности ~ух.' д рвр Чф= ' вр=— нфр' ' ~э~ ' где рлр — масса радиатора. У выполненных конструкций = 35 —:50 м'lм', врр = 500 —:800 кг!мв.

Плотность комйоновки охлаждающей решетки радиатора, существенно влияющая на его воздушное сопротивление и тепло- вые качества, характеризуется коэффициентом живого-сечения по воздуху Яу — Р ' =0,7 —:0,8, фр где р,, — площадь живого сечения по воздуху. 3 33 Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта системы охлаждения оценивается суммой перепадов статического давления на всех участках тракта. Аэродинамическое сопротивление радиатора может быть выражено в виде потери напора Нр или перепада давления Лрр (в Па): 2 (1.37) где о, — скорость воздуха перед фронтом радиатора в м(с; р,— массовая плотность воздуха в кгlмр; ~р — коэффициент аэродинамического сопротивления радиатора, определяемый опытным путем.