冷卻系統(tǒng)計算.doc
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冷卻系統(tǒng)計算一、 閉式強制冷卻系統(tǒng)原始參數(shù)都以散入冷卻系統(tǒng)的熱量QW為原始數(shù)據(jù),計算冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水量、冷卻空氣量,以便設(shè)計或選用水泵、散熱器、風扇1冷卻系統(tǒng)散走的熱量QW冷卻系統(tǒng)散走的熱量QW,受很多復(fù)雜因素的影響,很難精確計算,初估QW,可以用下列經(jīng)驗公式估算:(千焦/秒) (1-1)-傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比,對汽油機A=0.230.30,對柴油機A=0.180.25-內(nèi)燃機燃料消耗率(千克/千瓦.小時)-內(nèi)燃機功率(千瓦)-燃料低熱值(千焦/千克)如果內(nèi)燃機還有機油散熱器,而且是水油散熱器,則傳入冷卻系統(tǒng)中的熱量,也應(yīng)將傳入機油中的熱量計算在冷卻系統(tǒng)中,則按上式計算的熱量值應(yīng)增大510%一般把最大功率(額定工況)作為冷卻系統(tǒng)的計算工況,但應(yīng)該對最大扭矩工況進行驗算,因為當轉(zhuǎn)速降低時可能形成蒸汽泡(由于氣缸體水套中壓力降低)和內(nèi)燃機過熱的現(xiàn)象。具有一般指標的內(nèi)燃機,在額定工況時,柴油機可取0.210.27千克/千瓦.小時,汽油機可取0.300.34千克/千瓦.小時,柴油和汽油的低熱值可分別取41870千焦/千克和43100千焦/千克,將此值帶入公式即得汽油機=(0.851.10)柴油機=(0.500.78)車用柴油機可取=(0.600.75),直接噴射柴油機可取較小值,增壓的直接噴射式柴油機由于掃氣的冷卻作用,加之單位功率的冷卻面積小,可取=(0.500.60),精確的應(yīng)通過樣機的熱平衡試驗確定。取=0.60考慮到機油散熱器散走的熱量,所以在上式計算的基礎(chǔ)上增大10%額定功率: 對于420馬力發(fā)動機=0.6*309=185.4千焦/秒增大10%后的=203.94千焦/秒 對于360馬力發(fā)動機=0.6*266=159.6千焦/秒增大10%后的=175.56千焦/秒 對于310馬力發(fā)動機=0.6*225=135千焦/秒增大10%后的=148.5千焦/秒最大扭矩: 對于420馬力發(fā)動機=0.6*250=150千焦/秒增大10%后的=165千焦/秒 對于360馬力發(fā)動機=0.6*245=147千焦/秒增大10%后的=161.7千焦/秒 對于310馬力發(fā)動機=0.6*180=108千焦/秒增大10%后的=118.8千焦/秒 2冷卻水的循環(huán)量根據(jù)散入冷卻系統(tǒng)中的熱量,可以算出冷卻水的循環(huán)量(米3/秒) (1-2)式中 -冷卻水在內(nèi)燃機中循環(huán)時的容許溫升,對現(xiàn)代強制循環(huán)冷卻系,可取=612 -水的比重,可近似取=1000千克/米3 -水的比熱,可近似取=4.187千焦/千克.度取=12額定功率: 對于420馬力發(fā)動機=203.94/(12*1000*4.187)=4.06X10-3(米3/秒)=243.54(L/min)對于360馬力發(fā)動機=175.56/(12*1000*4.187)=3.49X10-3(米3/秒)=209.65(L/min)對于310馬力發(fā)動機=148.5/(12*1000*4.187)=2.96X10-3(米3/秒)=177.33(L/min)最大扭矩:(對應(yīng)轉(zhuǎn)速13001600) 對于420馬力發(fā)動機=165/(12*1000*4.187)=3.28X10-3(米3/秒)=197.03(L/min)對于360馬力發(fā)動機=161.7/(12*1000*4.187)=3.22X10-3(米3/秒)=193.10(L/min)對于310馬力發(fā)動機=118.8/(12*1000*4.187)=2.36X10-3(米3/秒)=141.87(L/min)3冷卻空氣需要量冷卻空氣的需要量一般根據(jù)散熱器的散熱量確定。散熱器的散熱量一般等于冷卻系統(tǒng)的散熱量(米3/秒) (1-3)式中 -空氣進入散熱器以前與通過散熱器以后的溫度差,通常=1080 -空氣的比重,可近似取=1.01千克/米3 -空氣的定壓比熱,可近似取=1.047千焦/千克.度額定功率:(取=75) 對于420馬力發(fā)動機=203.94/(60*1.01*1.047)=3.2143米3/秒 對于360馬力發(fā)動機=175.56/(60*1.01*1.047)=2.7670米3/秒 對于310馬力發(fā)動機=148.5/(60*1.01*1.047)= 2.3405米3/秒最大扭矩: 對于420馬力發(fā)動機=165/(80*1.01*1.047)=1.9504千焦/秒 對于360馬力發(fā)動機=161.7(80*1.01*1.047)=1.9114千焦/秒 對于310馬力發(fā)動機=118.8/(80*1.01*1.047)=1.4043千焦/秒二、 散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點1、散熱器的質(zhì)量指標:1)、傳熱系數(shù)KR是評價散熱效能的重要參數(shù),它表示當冷卻水和空氣之間的溫差為1,每1秒通過1米2與空氣接觸散熱表面所散走的熱量。提高散熱系數(shù)可以改善散熱效能,減少尺寸和材料消耗。傳熱系數(shù)受散熱器芯部結(jié)構(gòu)、水管中冷卻水的流速、通過散熱器的空氣流速、管片材料以及制造質(zhì)量等許多因素的影響。2)、空氣阻力PR ,它主要取決于散熱芯的結(jié)構(gòu)和尺寸散熱器的傳熱系數(shù)KR和空氣阻力PR,只能通過專門的試驗才能確定。影響KR最重要因素是通過散熱芯的空氣流速Va,當Va提高時,傳熱系數(shù)KR增大,但同時使空氣阻力PR按平方關(guān)系更急劇地增長,使風扇功率消耗很快增加。2、散熱器的計算程序 1)、按熱平衡試驗的數(shù)據(jù)或經(jīng)驗公式(1-1)計算出傳給冷卻液的熱量;同時按公式(1-2)計算出冷卻水的循環(huán)水量;用公式(1-3)計算出冷卻空氣量。內(nèi)燃機傳給冷卻液的熱量應(yīng)當?shù)扔谏崞魃⒊龅臒崃浚焕鋮s水的循環(huán)量應(yīng)當?shù)扔诹鬟^散熱器水管的水流量;冷卻空氣量應(yīng)當?shù)扔诹鬟^散熱器的空氣量。2)、計算散熱器的正面積FR根據(jù)冷卻空氣量計算散熱芯的正面積 (米2)-散熱器正面前的空氣流速(米/秒)。載重汽車取810米/秒,小客車取12米/秒,礦山車和拖拉機取8米/秒額定功率:(取=8米/秒) 對于420馬力發(fā)動機=3.2143米3/秒 FR=0.4017875米2 對于360馬力發(fā)動機=2.7670米3/秒 FR= 0.345875米2 對于310馬力發(fā)動機= 2.3405米3/秒FR= 0.2925625米2算出散熱芯的正面積FR以后,再根據(jù)動力裝置的總布置確定散熱器芯部的高度h和寬度b; (米)額定功率:(取b=0.648米) 對于420馬力發(fā)動機h= FR/b=0.4017875/0.648米2=0.6200424米2 對于360馬力發(fā)動機h= FR/b= 0.345875/0.648米2=0.5337577米2 對于310馬力發(fā)動機h= FR/b= 0.2925625/0.648米2=0.451485米2 3)、計算散熱器的水管數(shù)根據(jù)冷卻水的循環(huán)量,計算冷卻水管數(shù)式中-水在散熱器水管中的流速,一般取=0.60.8米/秒 -每根水管的橫斷面積,米24)、確定傳熱系數(shù)選取一定型式的散熱器,并從散熱器特性曲線上尋求相應(yīng)的冷卻水流速和空氣重量流速條件下傳熱系數(shù)KR的值。KR的值通常等于0.0690.117(千焦/米2.秒.度),主要由散熱器的結(jié)構(gòu)形式和制造質(zhì)量決定。5)計算散熱器的散熱表面積F (米2)式中-散熱器中冷卻水和冷卻空氣的平均溫差,=-式中 -冷卻水平均溫度=-;-冷卻空氣平均溫度式中-散熱器進水溫度,對開式冷卻系統(tǒng)可取=9095,閉式冷卻系統(tǒng),可取=95100-散熱器冷卻空氣的進口溫度,一般取40-散熱器冷卻水的進出口溫差,一般取=612-散熱器冷卻空氣的進出口溫差,一般取=1030考慮到經(jīng)過散熱器的冷卻空氣流速不可能均勻,散熱片蒙上塵土時,散熱性能要有降低,實際選取的散熱面積要比計算結(jié)果大一些,通常取式中-儲備系數(shù),一般取=1.11.15根據(jù)統(tǒng)計,散熱器的比散熱面積,即內(nèi)燃機單位功率所需要的散熱面積在下列范圍內(nèi):小客車:=0.1360.204 米2/千瓦載重車:=0.2040.408 米2/千瓦拖拉機:=0.4080.680 米2/千瓦6)計算散熱器芯部厚度式中-散熱器芯的容積緊湊性系數(shù),它表示單位散熱芯部容積所具有的散熱面積,越大,散熱器愈小,但空氣阻力也大。它決定于散熱片和水管的數(shù)目、布置和形狀,一般取=5001000米2/米3,對于選定的芯部結(jié)構(gòu),它是一個定值。計算所得值,應(yīng)與實際的標準散熱器尺寸相符。三、 水泵的設(shè)計要點及計算(一)、水泵的設(shè)計要點在水泵結(jié)構(gòu)中,影響效率的主要關(guān)鍵是輪葉和蝸殼的形狀,而影響可靠性的關(guān)鍵是水封。(二)、水泵的計算水泵主要根據(jù)所需的泵水量和泵水壓力來選擇,其程序大致如下:1 確定水泵的泵水量水泵的泵水量可根據(jù)冷卻水的循環(huán)量按下式初步確定:式中-冷卻水的循環(huán)量(米3/秒)-水泵的容積效率,主要考慮水泵中冷卻水的泄露,一般取0.60.852 確定水泵的泵水壓力()水泵的壓力應(yīng)當足以克服冷卻系統(tǒng)中所有的流動阻力并得到必要的冷卻水循環(huán)的流動速度;此外,為了冷卻可靠,在工作溫度下水在任一點的壓力均應(yīng)大于此時飽和蒸氣壓力。當壓力不夠時,水泵入口處可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象,因此此處的壓力最低。在機車柴油機中,泵水壓力約需P=2.5X1054.5X105(2.54.5巴)3 計算出葉輪進水孔半徑式中-進水孔半徑(米)-葉輪輪轂的半徑(米)-水泵進口處的水流速度,一般取=12米/秒。若取得過大,水泵可能發(fā)生氣蝕。4 算出水流流出葉輪外緣的圓周速度:需補充公式式中-葉片出口處水流絕對速度與葉輪切線夾角;一般取=80120;-葉片出口安裝角,一般取=240500;-液力效率=0.60.8;-水泵的泵水壓力,帕5 求出葉輪外緣半徑(米)式中n-水泵轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)6 進口處與出口處的葉片寬度各為需補充公式式中-輪葉厚度(米),在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中=3-5mm;-水在出口處的徑向流速,由下式確定,=需補充公式在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中=1235mm,=725mm;z-輪葉數(shù),一般取出48片。7 計算輪葉進口安裝角需補充公式現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中=4005508 計算出水泵所消耗的功率(瓦)式中-水泵的泵水壓力(帕);-水泵的泵水量(米3/秒)-水泵的機械效率,在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中,可取0.90.97經(jīng)過計算得出水泵葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)后,就可對葉輪繪制結(jié)構(gòu)圖。水泵的泵水量與轉(zhuǎn)速成正比,泵水壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比,所以提高水泵轉(zhuǎn)速是提高水泵泵水量和泵水壓力而又不增大結(jié)構(gòu)的有效的有效方法,但不宜將轉(zhuǎn)速提得過高,它不但使水泵消耗功率增加,而且容易在水泵的葉輪內(nèi)形成較低的壓力,當該壓力一旦低于飽和蒸氣壓力時,就要出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。四、 水冷內(nèi)燃機的風扇設(shè)計要點及計算(一)、風扇的設(shè)計要點風扇的排量、風壓和功率消耗分別與風扇的轉(zhuǎn)速一次、二次、三次方成正比,所以,提高轉(zhuǎn)速是增加風量和風壓的有效方法,但功率的消耗也急劇增加。 在散熱器與風扇之間要設(shè)導(dǎo)流風罩,并且必須密封導(dǎo)風罩與散熱器的聯(lián)結(jié)處,防止風扇抽風時,外界空氣從不密封處短路流入風扇,使流過散熱器的風量減少,使散熱器的散熱效果下降。(二)、風扇的計算內(nèi)燃機風扇的外徑主要由散熱器芯部正面積決定,然后再決定其它參數(shù)和尺寸。而風冷內(nèi)燃機風扇從風扇的外形尺寸要盡可能小出發(fā)。1 確定風扇的扇風量扇風量由公式(1-3)確定2 確定風扇的壓力空氣道的阻力計算如下:式中-散熱器的阻力,當重量風速為1020千克/米2,管片式散熱器阻力100500帕-除散熱器以外的所有空氣通道,如百頁窗、導(dǎo)風罩,發(fā)動機罩等的阻力,它約等于=(0.41.1)詳細確定之前,應(yīng)根據(jù)風洞試驗確定。3按照總布置的要求和散熱器芯部的尺寸,確定風扇外徑,因為風扇輪葉掃過的環(huán)面積等于散熱器芯部正面積的45%60%,而風扇輪葉內(nèi)徑與外徑之比=0.280.3611- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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