Министерство образования и науки российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный индустриальный университет (ФГБОУ ВПО МГИУ)

Кафедра «Электротехника, теплотехника, гидравлика и энергетические машины»

К У Р С О В А Я Р А Б О Т А
по дисциплине «Перенос энергии и массы, основы теплотехники» _______________________________________________________________
на тему «Гидравлический и тепловой расчет системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания»
Группа	7321
Студент	___________	О.Л.Сидорцова
Вариант	№ 14
Допускается к защите Дата		«___» ___________
Оценка работы Дата	___________	«___» ___________
Преподаватель	___________	М.А. Чекалов

МОСКВА 2011

Принятые в курсовой работе обозначения.

Таблица 1

Обозначение показателя	Наименование показателя	Единица измерения показателя
A1, A2, A3, A4, A5	Размерные коэффициенты
A	Площадь поверхности трубок	м2
Aб	Площадь живого сечения эквивалентного трубопровода блока	м2
Ap	Площадь живого сечения радиаторных трубок	м2
Aт	Площадь живого сечения соединяющих трубок	м2
a	Размер радиатора по глубине	м
b	Размер радиатора по ширине	м
w	Скорость потока воздуха
wт	Скорость течения жидкости в сечении соединяющих трубок
wб	Скорость течения жидкости в сечении эквивалентного трубопровода блока
cp	Удельная теплоемкость при постоянном давлении
dг	Гидравлический диаметр трубок радиатора	м
dб	Диаметр эквивалентного трубопровода для каналов блока цилиндров	м
dт	Диаметр соединяющего трубопровода	м
Q	Мощность теплового потока, отводимого от ДВС в охлаждающую жидкость	кВт
k	Коэффициент теплопередачи
kэ.р.	Эквивалентная шероховатость трубок радиатора	м
kэ.т.	Эквивалентная шероховатость соединяющего трубопровода	м
kэ.б.	Эквивалентная шероховатость эквивалентного трубопровода для каналов блока	м
l1, l2, lб	Длина эквивалентных трубопроводов для каналов блока цилиндра l1 = l2 = lб	м
lр	Длина радиаторных трубок	м
lт	Длина соединяющего трубопровода	м
p1	Давление на выходе из насоса	МПа
p2	Давление на входе в насос	МПа
G0	Объемный расход охлаждающей жидкости
G	Массовый расход
g	Ускорение свободного падения
Hн	Напор насоса	м
Nn	Мощность потока жидкости	кВт
Nн	Мощность насоса системы охлаждения	кВт
n	Количество трубок в радиаторе	шт.
z1	Геометрический напор в сечении на выходе в насос
z2	Геометрический напор в сечении на входе в насос
α	Коэффициент теплоотдачи
β	Коэффициент живого сечения
βт	Температурный коэффициент объемного расширения	К-1
λб	Коэффициент гидравлического трения в блоке
λр	Коэффициент гидравлического трения в радиаторе
λт	Коэффициент гидравлического трения в соединяющем трубопроводе
λ	Коэффициент теплопроводности
ηн	КПД насоса системы охлаждения	-
ηр	КПД радиатора	-
ρ	Плотность охлаждающей жидкости
S	Шаги трубок радиатора	м
ξт	Коэффициент местных потерь в термостате
ν	Коэффициент кинематической вязкости
δ	Толщина стенок трубок радиатора	м
ψ	Коэффициент оребрения	-
Gr	Критерий Грасгофа
Pr	Критерий Прандтля
Nu	Критерий Нуссельта
Re	Критерий Рейнольдса
Tср	Перепад температур охлаждающей жидкости на входе в ДВС и на выходе из ДВС	К
	Среднелогарифмический температурный напор	°С

I. Гидравлический расчет системы охлаждения двс. Исходные данные для расчетов.

Рис.1. Принципиальная гидравлическая схема системы охлаждения ДВС.

Таблица 2.

Исходные данные.

Наименование показателя	Обозначение показателя	Единица измерения показателя	Численное значение показателя
Мощность теплового потока, отводимого от ДВС в охлаждающую жидкость	Q	кВт	35
Длина эквивалентного трубопровода для каналов блока цилиндра	lб	м	2,5
Длина соединяющего трубопровода	lт	м	1,5
Диаметр соединяющего трубопровода	dт	м	0,02
Мощность насоса системы охлаждения	Nн	кВт	2,0
КПД насоса системы охлаждения	ηн	-	0,3
Длина радиаторных трубок	lр	м	0,4
Эквивалентная шероховатость соединяющего трубопровода	kэ.т.	м	10-4
Эквивалентная шероховатость трубок радиатора	kэ.р.	м	10-4
Площадь радиатора	a∙b	м2	0,1∙0,4
Диаметр эквивалентного трубопровода для каналов блока цилиндров	dб	м	0,1
Удельная теплоемкость при постоянном давлении	cp		4190
Плотность охлаждающей жидкости	ρ		975
Перепад температур охлаждающей жидкости на входе в ДВС и на выходе из ДВС	Tср	К	10
Коэффициент кинематической вязкости	ν		0,39∙10-6
Коэффициент местных потерь в термостате	ξт	-	10
Эквивалентная шероховатость эквивалентного трубопровода для каналов блока	kэ.б.	м	10-3
Начальный гидравлический диаметр трубок, из которых состоит радиатор системы охлаждения ДВС	dго	м	0,003

Расчет ведется для разного числа трубок n = 10, 50,100, 200, 400 штук.

Расчет гидравлического диаметра трубок для радиатора системы охлаждения двс.

1) Определяем величину объемного расхода охлаждающей жидкости G₀ из уравнения теплового баланса, записанного для жидкости, протекающей через рубашку охлаждения блока цилиндров:

Следовательно:

().

2) Определяем величину напора насоса:

(м).

3) Определяем скорость течения жидкости и числа Рейнольдса в блоке цилиндров и трубопроводов:

Площадь живого сечения соединяющих трубок:

(м²).

Скорость течения жидкости в сечении соединяющих трубок:

(м/с).

Число Рейнольдса соединяющих трубок:

.

Площадь живого сечения эквивалентного трубопровода блока:

(м²).

Скорость течения жидкости в сечении эквивалентного трубопровода блока:

(м/с).

Число Рейнольдса эквивалентного трубопровода блока:

.

4) Определяем коэффициенты гидравлического трения в трубопроводе и горле цилиндра:

Так как число Рейнольдса Re_т = 139897,44 > = 2000, то рассчитываем коэффициент гидравлического трения в трубопроводе по формуле:

;

Так как число Рейнольдса Re_б = 27948,718 > = 10000, то рассчитываем коэффициент гидравлического трения в трубопроводе по формуле:

.

5) Определяем значения размерных коэффициентов А₁ и А₂ с учетом режимов течения жидкости в каналах блока и соединяющих трубопроводах.

Используем уравнение Бернулли:

Следовательно:

(м⁶);

(м).

6) Приведем уравнение Бернулли

к виду:

;

Отсюда формула для расчета гидравлического диаметра трубок радиатора будет иметь вид:

.

Расчет для радиатора с числом трубок равным десяти (n = 10).

1) Начальный гидравлический диаметр трубок, из которых состоит радиатор системы охлаждения ДВС d_го = 0,003 = 3∙10^-3 м.

Скорость потока воздуха в радиаторе:

(м/с).

Число Рейнольдса радиатора:

.

Так как число Рейнольдса Re = 93276,7 > = 300, то рассчитываем коэффициент гидравлического трения в радиаторе по формуле:

2) Первое приближение:

(м);

Δ = | d_г` - d_го| = |2,78·10^-3 – 3·10^-3| = 0,22·10^-3 <10^-5.

Так как Δ = 0,22·10^-3 <10^-5, то принимаем d_г = d_г' = 2,78·10^{-3 (}м).

3) Второе приближение:

Скорость потока воздуха в радиаторе:

(м/с).

Число Рейнольдса радиатора:

.

Так как число Рейнольдса Re` = 100764,64> = 275, то рассчитываем коэффициент гидравлического трения в радиаторе по формуле:

;

(м);

Δ= | d_г`` - d_г`| = |2,7875·10^-3 – 2,78·10^-3| = |1,04·10^-5| < 10^-5.

Так как Δ = 1,04·10^-5 <10^-5, то принимаем d_г = d_г`` = 2,7875·10^-3м.

4) Третие приближение:

Скорость потока воздуха в радиаторе:

(м/с).

Число Рейнольдса радиатора:

Так как число Рейнольдса Re`` = 100386,67> = 278,5, то рассчитываем коэффициент гидравлического трения в радиаторе по формуле:

;

Δ = | d_г``` - d_г``| = | 2,7870·10^-3 – 2,7875·10^-3| = 5,1·10^-7 <10^-5

Таким образом, искомый гидравлический диаметр для радиатора с числом трубок равным десяти d = d_г``` = 2,787013·10^-3 м.

Аналогично ведется расчет для радиатора с числом трубок равным пятидесяти, ста, двумстам, четыремстам (n = 50, 100, 200, 400).

Итоговые данные приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Полученные значения искомых величин при расчете радиатора с числом трубок равным десяти, пятидесяти, ста, двумстам, четыремстам.

n	w, м/с	Re	λр	dг∙10-3, м	Аб , м2
10	14,045015	100386,67	0,048097	2,787013	0,035
50	9,541981	37004,047	0,056163	1,510141	0,095
100	8,080198	24078,306	0,060059	1,159928	0,146
200	6,814873	15636,115	0,064210	0,89089	0,224
400	5,799393	10199,44	0,06874	0,684438	0,344

Построение графиков зависимостей гидравлического диаметра трубок от их количества и площади боковой поверхности трубок от их количества.

Для построения графика зависимости площади боковой поверхности трубок от их количества используем формулу А_б = π∙ d_г ∙ l_р∙ n.

Тогда:

А_б10 = 3,14∙2,787013∙10^-3∙0,4∙10 = 122,60∙10^-3 (м²);

А_б50 = 3,14∙1,150141∙10^-3∙0,4∙50 = 332,45∙10^-3 (м²);

А_б100 = 3,14∙1,159928∙10^-3∙0,4∙100 = 510,60∙10^-3 (м²);

А_б200 = 3,14∙0,89089∙10^-3∙0,4∙200 = 784,67∙10^-3 (м²);

А_б400 = 3,14∙0,684438∙10^-3∙0,4∙400 = 1206,26∙10^-3 (м²).

График 1. Зависимость гидравлического диаметра трубок от их количества.

График 2. Зависимость площади боковой поверхности трубок от их количества.