3.1. Анализ термических параметров теплоносителей горячего контура охлаждения

3.1.1. Расчет параметров теплоносителей для горячего контура системы охлаждения серийного тепловоза

Для оценки эффективности работы горячего контура системы охлаждения серийного и расчетного тепловозов необходимо использовать следующий алгоритм.

1. Обозначить: (см. табл. 3.1).

2. Записать уравнение теплового баланса для охлаждаемой жидкости (воды), кДж/ч

.

(3.1)

3. Записать уравнение теплового баланса для охлаждающего воздуха, кДж/ч:

.

(3.2)

4. Записать уравнение теплопередачи, кДж/ч

,	(3.3)
где – удельное количество тепла, отводимого теплоносителем (водой) в горячем контуре охлаждения (от неподвижных деталей дизеля), кДж/(кВтч);
– плотность жидкости в контуре охлаждения, кг/м3;
– площадь живого сечения стандартной воздушно-водяной секции холодильника со стороны жидкости и со стороны воздуха, м2;
– количество секции холодильника в контуре;
– линейная скорость жидкости в секциях горячего контура, м/с;
– весовая скорость воздуха в секциях горячего контура, (кг/(м2·с));
– удельная теплоемкость охлаждаемой жидкости и охлаждающего воздуха горячего контура, кДж/(кг·К);
– температура жидкости на входе и выходе из секций горячего контура системы охлаждения, К;
– температура воздуха на входе и на выходе из секций горячего контура, К;
F – общая поверхность теплообмена воздушно-водяной секции холодильника, м2;
– коэффициент теплопередачи воздушно-водяной секции холодильника горячего контура, кДж/(м2·ч·К).

5. Рассчитать плотность (кг/м³) и удельную теплоемкость (кДж/(кгК) теплоносителей, используя эмпирические выражения:

для воды –

;	(3.4)
;	(3.5)

для масла –

;	(3.6)
;	(3.7)

для воздуха при нормальных атмосферных условиях (Ро = 0, 1033 МПа, То = 273 К) –

;	(3.8)
;	(3.9)

для сухого воздуха и условий, отличных от нормальных –

;	(3.10)
,	(3.11)

где – давление (Па) и температура (К) воздуха;

R = 287 – газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг·К).

При расчете плотности и удельной теплоемкости теплоносителей по выражениям (3.4) – (3.11) значения температуры воды, масла, атмосферного и наддувочного воздуха необходимо принимать в соответствии с заданием. Конструктивные параметры секций холодильника приведены в табл. 3.2. Технические характеристики агрегатов системы охлаждения выбираются из табл. П.2, рис. П.7 – П.11 или по справочной литературе [1, 10].

Т а б л и ц а 3.2
Конструктивные параметры тепловозных секций холодильника
Наименование параметра	Значение параметра для секции
	воздушно-водяной	воздушно-масляной
Рабочая длина трубок, мм	1206	1206
Ширина фронта секции, мм	154	154
Глубина секции, мм	187	187
Число трубок	76	80
Наружные осевые размеры трубок, мм	19  2,2	17,5  4,0
Толщина стенки трубки, мм	0,55	0,55
Живое сечение для прохода жидкости, м2	0,00132	0,00366
Живое сечение для прохода воздуха, м2	0,1361	0,1135
Общая поверхность теплообмена, м2	29	19,3

6. Решить совместно уравнения (3.1 – 3.3) для серийного тепловоза и определить:

температуру воды на выходе из системы охлаждения , К;

температуру воздуха на выходе из системы охлаждения , К;

весовую скорость воздуха в секциях холодильника , кг/(м²·с);

коэффициент теплопередачи секции холодильника , кДж/(м²·ч·К).

Решение системы уравнений (3.1 – 3.3) целесообразно выполнять в следующей последовательности:

а) используя конструкцию системы охлаждения тепловоза, определить скорость движения жидкости в трубках секции, м/с:

,

(3.12)

б) задать минимально возможное значение весовой скорости воздуха в секциях холодильника = 1 кг/(м²с);

в) из уравнения (3.1) определить температуру воды на выходе из системы охлаждения , из (3.2) – температуру воздуха :

,	(3.13)
;	(3.14)

г) рассчитать коэффициент теплопередачи, кДж/(м²чК):

,

(3.15)

где

,

.

д) по выражению (3.3), с учетом (3.13 – 3.15) рассчитать общее количество тепла, передаваемого в контуре охлаждающему воздуху:

;

(3.16)

д) если > 0,1 то изменить значение весовой скорости воздуха на величину и повторить расчет, начиная с пункта (в);

е) если < 0,1, то рассчитать:

температуру жидкости и температуру воздуха на выходе из системы охлаждения соответственно по выражениям (3.13), (3.14);

расход воздуха через секции горячего контура охлаждения, кг/ч

;

коэффициент теплопередачи секции холодильника по выражению (3.15).

7. Параметры теплоносителей, рассчитанные для горячего контура серийного тепловоза обозначить: и т. д. и представить в табл. 3.3.