7. Расчёт элементов системы охлаждения

По данным теплового баланса количество теплоты, отводимой от двигателя жидкостью: Q_В = 60836 Дж/с; средняя теплоемкость жидкости с_ж = 4187 Дж/(кг•К), средняя плотность жидкости р_ж ? 1000 кг/м³; напор, создаваемый насосом, принимается р_Ж = 120000 Па; частота вращения насоса n_В.И.=4600мин^-1. Циркуляционный расход жидкости в системе охлаждения

G_ж=Q_В/(с_жр_ж?Т_ж)=60836/(4187•1000•9,6) = 0,00151 м³/с,

где ?Т_Ж = 9,6 К -- температурный перепад жидкости при принудительной циркуляции.

Расчетная производительность насоса

G_ж._р = G_ж/? = 0,00151/0,82=0,00184м³/с,

где ? = 0,82 -- коэффициент подачи насоса.

Радиус входного отверстия крыльчатки

r₁= = = 0,0206 м,

где С₁ = 1,8 -- скорость жидкости на входе в насос, м/с; г₀=0,01 -- радиус ступицы крыльчатки, м.

Окружная скорость потока жидкости на выходе из колеса

u₂ = = = 14,7 м/с,

где угол ?₂=10°, а угол ?₂=45°; ?_h = 0,65 -- гидравлический КПД насоса.

Радиус крыльчатки колеса на выходе

г₂=30u₂/(?n_в.н) = 30 • 14,7/(3,14•4600)=0,0304 м. Окружная скорость входа потока

u₁ = u₂r₁/r₂ = 14,7 • 0,0206/0,0304=9,96 м/с.

Угол между скоростями с₁ и u₁ принимается ?₁ = 90°, при этом tg?₁=c₁/u₁=1,8/9,96=0,1807, откуда ?₁ = 10°15. Ширина лопатки на входе

b₁ = = ,=0165м

b₁= где z=4 - число лопаток на крыльчатке насоса; ?₁=0,003 - толщина лопаток у входа, м.

Радиальная скорость потока на выходе из колеса

c_r= = =2,2 м/с.

Ширина лопатки на выходе

b₂= ==0,0048 м,

где ?₂=0,003 -- толщина лопаток на выходе, м.

Мощность, потребляемая жидкостным насосом:

N_в.н = G_ж.рр_ж/(1000?_м)=0₎00184•120000/(1000•82) = 0,27 кВт,

где ?_м=0,82 -- механический КПД жидкостного насоса.

Расчет поверхности охлаждения жидкостного радиатора карбюраторного двигателя. По данным теплового баланса (см. § 5.3) количество теплоты, отводимой от двигателя и передаваемого от жидкости к охлаждающему воздуху: Q_возд=Q_ж = 60836 Дж/с; средняя теплоемкость воздуха с_возд= 1000 Дж/(кг * К); объемный расход жидкости, проходящей через радиатор, принимается по данным § 20.2: G_ж=0,00151 м³/с; средняя плотность жидкости ?_ж= 1000 кг/м³.

Количество воздуха, проходящего через радиатор:

G_возд=Q_возд/(с_возд?Т_возд)= 60836/(1000•24)= 2,53кг/с,

где ?Т_возд=24 -- температурный перепад воздуха в решетке радиатора, К.

Массовый расход жидкости, проходящей через радиатор:

G_ж=G_ж?_ж = 0,00151•1000 = 1,51 кг/с.

Средняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор:

Т_{ср. возд}== =325,0 К,

где Т_{возд. вх}=313--расчетная температура воздуха перед радиатором, К.

Средняя температура жидкости в радиаторе

Т_{ср. ж}= ==358,2 К,

где Т_ж. вх = 363 -- температура жидкости перед радиатором; К; ?Т_в = 9,6 -- температурный перепад жидкости в радиаторе, принимаемый по данным § 20.2, К.

Поверхность охлаждения радиатора

F===11,45 м²,

где К=160--коэф-т теплопередачи для радиаторов легковых автомобилей, Вт/(м² * К).

Расчет вентилятора для карбюраторного двигателя. По данным расчета жидкостного радиатора массовый расход воздуха, подаваемый вентилятором:

G_возд=2,53 кг/с, а его средняя температура Т_{ср. возд}=325 К. Напор, создаваемый вентилятором, принимается ?р_тр = 800 Па.

Плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе

р_возд=р₀р•10⁶/(R_вТ_{ср. возд})=0,1 * 10^б/(287 * 325)= 1,07 кг/м³.

Производительность вентилятора

G_возд=G_возд/р_возд= 2,53/1,07 = 2,36 м³/с.

Фронтовая поверхность радиатора

F_{фр. рад}= G_возд/w_возд=2,36/20 = 0,118 м²,

где w_возд=20 -- скорость воздуха перед фронтом радиатора без учета скорости движения автомобиля, м/с.

Диаметр вентилятора

D_вент= 2= 2=0,388 м.

Окружная скорость вентилятора

и =?_л =2,2 = 71,0 м/с,

где ?_л =2,2 -- безразмерный коэффициент для криволинейных лопастей. Частота вращения вентилятора

n_вент =60u/(?D_вент)= 60 * 71/(3,14 * 0,388) = 3500 мин^-1.

Мощность, затрачиваемая на привод осевого вентилятора,

N_вент = G_возд?p_тр/ (1000?_в) = 2,36• 800/(1000•0,65) = 2,9 кВт,

где ?_в=0,38 -- КПД литого вентилятора.