1.5.3 Радіатор

Радіатор являє собою теплообмінний апарат для повітряного охолодження рідини, що находять від нагрітих деталей двигуна.

Розрахунок рідинно-повітряного радіатора зводиться в основну до визначення його поверхні охолодження (м²), необхідної для передачі теплоти від охолодної рідини повітрю

, (1.17)

де: Q – кількість теплоти, яка відводиться в систему охолодження, кДж/с;

к – коефіцієнт теплопередачі радіатора, Вт/(м²К);

Т_{сер.рід.} – середня температура рідини у радіаторі, К;

Т_{сер.пов.} – середня температура повітря, яке проходить через радіатор, К.

Коефіцієнт теплопередачі у формулі (1.17) має таке значення

, (1.18)

де: _рід. – коефіцієнт тепловіддачі від рідини до стінки радіатора, Вт/(м²К);

₁ – товщина стінки труби, м;

₁ – коефіцієнт теплопровідності метала трубок радіатора, Вт/(м²К);

_пов. – коефіцієнт тепловіддачі від стінок радіатора до повітря, Вт/(м²К).

За даними дослідження величина К складає для легкових автомобілів 140…180, для вантажних – 80…100 Вт/(м²К).

Середня температура охолодної рідини у радіаторі приймається у межах Т_{сер.рід.} = 358…365К.

Середня температура повітря Т_{сер.рід.} = 323…328К.

Кількість охолодної рідини (кг/с), що проходить через радіатор

. (1.19)

При примусовій циркуляції рідини в системі температурний перепад Т=Т_рід.вх.-Т_{рід.вих.}=6…12К. Оптимальне значення температури Т_рід.вх., яка характеризує температурний режим системи рідинного охолодження, приймається в інтервалі 353…368К. В зв’язку з прийнятими значеннями Т і Т_рід.вх. можна визначити середню температуру рідини в радіаторі:

. (1.20)

В радіаторі тепло передається від рідини до охолодного повітря, тобто Q=Q_пов..

Кількість повітря (кг/с), що проходить через радіатор

. (1.21)

Температурний перепад Т_пов.=Т_{пов.вих.}-Т_пов.вх. повітря в серцевий радіатор складає 20…30К. Температура перед радіатором Т_пов.вх. приймається 313К. Середня температура охолодного повітря, що проходить через радіатор

. (1.22)

Підставив в рівняння (1.17) значення Т_{сер.пов.}, Т_{сер.рід.}, К і Q визначають поверхню охолодження радіатора (м²)

. (1.23)

1.5.4 Вентилятор

Вентилятор забезпечує обдування радіатора просмоктуванням через його серцевину атмосферного повітря. У двигунів з системами рідинного охолодження застосовуються осьові вентилятори. Розрахунок вентилятора зводиться до визначення його основних параметрів: діаметра лопат, частоти обертання, потужності, яка витрачається на його привід.

Кількість повітря, яка проходить через радіатор, визначають із рівняння теплового балансу, м³/с

, (1.24)

де: _пов. – густина повітря, яка визначається за параметрами навколишнього середовища, кг/м³. Густина повітря при середній його температурі в радіаторі Т_{сер.пов.}=325К;

;

R_пов.=287 Дж/(кгК) – питома газова постійна для повітря;

с_пов. – середня теплоємність повітря, Дж/(кгК);

Т_пов.- температурний напір повітря у радіаторі, Т_пов.=(20…30)К.

Для вибору вентилятора крім його продуктивності необхідно знати гідравлічний опір повітряної мережі. Вона складається із опору, викликаного утратами на тертя і місцевими втратами. При розрахунку систем охолодження опір повітряного тракту приймається р_тр.=(600…1000)Па.

По заданій продуктивності вентилятора і величині р_тр. знаходять необхідну потужність, витрачену на привід вентилятора і його основні розміри

, (1.25)

де: р_тр. – гідравлічний опір повітря, Па;

_вент. – ККД вентилятора, для осьових клепаних вентиляторів _вент.=0,32…0,4, для литих _вент.=0,55…0,65.

Звичайно ця потужність складає (7…14)% від номінальної потужності двигуна.

Діаметр вентилятора, м (рис. 1.5)

, (1.26)

, (1.27)

де: V_пов. – кількість повітря, яке проходить через радіатор, м³/с;

w_пов. –швидкість повітря перед фронтом радіатора без обліку швидкості руху транспортного засобу, м/с, w_пов.=(6…24).

Рисунок 1.5 – Розрахункова схема вентилятора

Одержання значення D_вент. округлюють до ближнього в розмірному ряду по ГОСТ 10616-73 (…0,25; 0,265; 0,280; 0,300; 0,315; 0,335; 0,355; 0,375; 0,400; 0,425; 0,450; 0,475; 0,500; 0,530; 0,560; 0,600; 0,630; 0,670;…)м. В двигунах існуючих конструкцій використовують вентилятори діаметром 0,25…0,67м.

Частоту обертання вентилятора _вент. приймають, виходячи із граничного значення його колової швидкості, яка дорівнює u_вент.=(70…100) м/с.

Колова швидкість залежить від напору вентилятора та його конструкції, м/с

, (1.28)

де: Ψ_л – коефіцієнт, який залежить від форми лопатей (для плоских лопатей Ψ_л=2,8…3,5; для криволінійних Ψ_л=2,2…2,9.

Частота обертання вентилятора при відомій коловій швидкості, хв^-1

.