- •Введение
- •1 Расчёт основных технических параметров проектного тепловоза
- •2.1 Выбор тягового электродвигателя
- •2.3 Выбор тягового генератора проектируемого тепловоза
- •2.5 Оценка параметров тягового зубчатого редуктора
- •1. Параметры работы тэд на проектируемом тепловозе.
- •2. Выбор конструкции тягового привода проектируемого тепловоза.
- •3 Расчёт вспомогательного оборудования проектного тепловоза
- •3.1 Выбор схемы охлаждения теплоносителей дизеля и конструкции охлаждающих устройств
- •3.2 Тепловой расчёт водовоздушных радиаторов
- •I контур
- •II контур
- •3.3. Расчет технических требований вентилятора охлаждающего устройства
- •3.4 Тепловой и гидравлический расчёты водомасляного теплообменника
- •3.5.Оценка основных параметров системы охлаждения тяговых электрических машин
- •3.6 Разработка схемы приводов вспомогательного оборудования тепловоза, расчёт коэффициента отбора мощности на привод вспомогательного оборудования
- •4 Расчет экипажной части проектного тепловоза
- •4.1 Расчет статического коэффициента использования сцепного веса
- •4.1 Расчёт статического коэффициента использования сцепного веса тепловоза
- •4.2 Геометрическое вписывание тепловоза в кривую заданного радиуса
- •5 Технические характеристики спроектированного тепловоза
- •5.1 Расчёт и анализ удельных параметров тепловоза
- •5.2 Расчёт и анализ тяговой характеристики тепловоза
- •Заключение
3.4 Тепловой и гидравлический расчёты водомасляного теплообменника
1.1 Температура воды на входе в ВМТ (- задаем по результатам расчетаII контура системы охлаждения):
1.2 Температура масла на входе в ВМТ:
1.3 Допустимый перепад температуры масла во внутренней масляной системе дизеля:
1.4 Расчетная производительность водяного насоса:.
1.5 Теплоотвод от масла в воду ВМТ: .
2) Условия работы ВМТ.
2.1 Расчетная подача масляного насоса:
где , теплоемкость и плотность масла присоответственно (определяется по универсальному уравнению).
;
.
Теперь можно определить:
2.2 Температуры воды и масла в ВМТ:
1. температура масла на выходе из ВМТ:
2. температура воды на выходе из ВМТ:
где , теплоемкость и плотность воды присоответственно (определяется по универсальному уравнению).
;
Тогда имеем:
2.3 Средние температуры теплоносителей в пределах ВМТ:
- масло
-вода
3) Геометрические характеристики трубок ВМТ.
Дизель в курсовом проекте типа Д49, поэтому для расчёта ВМТ выбираем оребрённые трубки:
диаметр трубки по вершинам ребер;
наружный диаметр трубки;
внутренний диаметр трубки;
шаг оребрения;
толщина основания ребра;
толщина вершины ребра;
шаг разбивки трубок по фронту течения масла.
Теперь рассчитаем остальные параметры трубок ВМТ.
Высота ребра:
Средняя толщина ребра:
Боковая площадь одного витка ребра:
Торцевая площадь одного витка винтового ребра:
Площадь межреберного промежутка, приходящаяся на шаг оребрения:
Полная площадь внешней поверхности трубки, приходящаяся на шаг оребрения:
Площадь внутренней поверхности трубки, приходящаяся на шаг оребрения:
Коэффициент оребрения трубки:
4) Расчет коэффициента теплопередачи ВМТ.
1. Теплофизические параметры для масла, при температуре (определяем по универсальному уравнению):
;
;
;
.
2. Теплофизические параметры для воды, при температуре :
;
;
;
.
3. Число Рейнольдса для потока воды:
где скорость воды в трубках.
4. Число Прандтля для потока воды:
5. Число Нуссельта для потока воды:
6. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде:
7. Число Рейнольдса для потока масла:
где условный диаметр трубки с оребренной стороны;
скорость масла между водяными трубками.
Условный диаметр трубки с оребренной стороны можно найти так:
8. Число Прандтля для потока масла:
Температура стенки трубки:
10. Теплофизические параметры для масла, при температуре =
;
;
;
.
11. Число Прандтля для потока масла при температуре стенки трубки =
12.Число Нуссельта для потока масла:
где параметр шаговых отношений, учитывающий расположение трубок в трубном пучке;
параметр оребрения.
Теперь можно найти:
13. Конвективный коэффициент теплоотдачи от масла к стенке трубки:
14. Расчетная температура стенки водяной трубки:
15. Приведенный коэффициент теплоотдачи от масла к стенке оребрённой трубки.
- число Био для ребра:
где коэффициент теплопроводности для материала ребра.
- параметр ребра:
- коэффициент эффективности винтового ребра:
- коэффициент расширения ребра к основанию:
- поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность теплоотдачи по поверхности ребра:
- приведенный коэффициент теплоотдачи от масла к стенке оребрённой трубки:
16. Коэффициент теплопередачи ВМТ:
5) Расчет технических параметров ВМТ.
1. Теплопередающая поверхность ВМТ со стороны масла:
- расчетный температурный напор между теплоносителями,
Тогда можно определить:
2. Живое сечение водяных трубок для прохода воды:
3. Требуемое число водяных трубок для пропуска воды с заданной скоростью:
где число ходов воды в ВМТ.
4. Диаметр трубного пучка:
где коэффициент заполнения трубной решётки.
5. Ориентировочная длина трубного пучка:
Принимаем 2 теплообменника длиной 2.73/2=1.37 м.
6. Живое сечение между трубками, требуемое для пропуска масла с заданной скоростью:
7. Площадь окна перегородки (сегмента), требуемое для пропуска масла над перегородкой с заданной скоростью:
8. Геометрическая площадь сегмента перегородки:
где - центральный угол сегмента (подбирается так, чтобы).
Принимаем угол
9. Высота сегмента перегородки:
10. Ширина условного среднего сечения для прохода масла между перегородками:
11. Расстояние между перегородками, требуемое для пропуска масла в межтрубном пространстве с заданной скоростью:
12. Число ходов масла в ВМТ:
13. Расчётная длина трубного пучка:
где - толщина перегородки.
14. Расчётный объём трубного пучка:
6) Порядок расчёта показателей работы теплообменника.
1. Мощность масляного насоса, необходимая для прокачки масла через ВМТ:
- число рядов трубок ВМТ, перпендикулярных потоку масла:
- коэффициент гидравлического сопротивления ряда трубок проходу масла:
где - эмпирический коэффициент;
гидравлический диаметр для прохода масла между оребрёнными трубками.
где относительный диаметр трубного пучка.
Тогда можно найти:
- гидравлическое сопротивление ВМТ проходу масла:
- мощность масляного насоса, требуемая для прокачки масла через ВМТ:
где ηмн=0,65 – к.п.д. масляного насоса
2. Мощность водяного насоса, необходимая для прокачки воды через ВМТ:
- коэффициент гидравлического сопротивления ВМТ проходу воды (по формуле Дарси-Вейсбаха ):
где λт – коэффициент потерь напора на трение, возникающее при течении воды в трубках (коэффициент Дарси);
ξмс ≈3,4 – коэффициент потерь напора на местном сопротивлении, вызванном изменением направления движения воды в трубках ВМТ.
Значение коэффициента Дарси можно определить так:
Тогда можем найти:
- гидравлическое сопротивление ВМТ проходу воды:
- мощность водяного насоса, необходимая для прокачки воды через ВМТ:
где ηвн=0,75 – КПД водяного насоса.
3. Показатель энергетической эффективности ВМТ.
4. Коэффициент использования объема ВМТ.
Эскиз водомасляного теплообменника представлен на рисунке 5