- •Кафедра «Сельскохозяйственные машины»
- •Курс лекций
- •Теоретические циклы тепловых двигателей внутреннего сгорания. Основные параметры, применяемые для характеристики теоретических, идеальных и расчетных циклов.
- •Теоретические циклы тепловых двигателей внутреннего сгорания. Основные показатели идеальных циклов.
- •Тема № 3. Механизм газораспределения. Анализ работы и основы расчета.
- •Тема № 4. Система смазки и система охлаждения двс. Анализ работы и основы расчета.
- •По типу картера смазочные системы бывают с мокрым и с сухим картером.
- •Система охлаждения необходима для принудительного отвода теплоты от горячих деталей двигателя и передачи ее в окружающую среду.
- •Необходимая массовая подача (кг/с) воздуха вентилятором через радиатор:
- •Площадь поверхности охлаждения ребер головки цилиндра:
- •Тема № 5. Система питания двигателей с искровым зажиганием. Система питания, воздухоподача и смесеобразование в дизелях. Анализ работы и основы расчета.
- •Топливоподача в дизелях
- •Список литературы
Система охлаждения необходима для принудительного отвода теплоты от горячих деталей двигателя и передачи ее в окружающую среду.
Исходная величина для расчета системы охлаждения – количество теплоты, которое необходимо отвести от двигателя в охлаждающую среду в единицу времени. Это количество теплоты можно определить из теплового баланса двигателя, или из эмпирических зависимостей типа
где q– удельное количество отводимой теплоты, кДж/(кВт–ч). Для карбюраторных двигателей q=2900...4300 кДж/(кВт–ч), для дизелей q =2300... 3600 кДж/(кВт–ч).
Количество отводимой теплоты зависит от ряда конструктивных факторов, таких как степень сжатия , отношение S/D, а также от частоты вращения п и от условий эксплуатации (состава смеси, угла опережения зажигания или угла опережения впрыскивания топлива). Для ориентировочных расчетов четырехтактных двигателей (Дж/с) можно подсчитать по эмпирической формуле:
,
где с=0,41...0,47 – коэффициент пропорциональности; i – число цилиндров; D – диаметр цилиндра, см; п – частота вращения коленчатого вала, об/мин; – коэффициент избытка воздуха; m=0,6...0,7 – показатель степени.
Систему охлаждения обычно рассчитывают для режимов работы двигателя N = NeN и МК=МКmах. Расчет системы жидкостного охлаждения сводится к определению основных размеров водяного насоса, площади поверхности радиатора и подбору вентилятора. При расчете системы воздушного охлаждения определяют площади поверхностей охлаждения ребер цилиндра и головки цилиндра.
Жидкостное охлаждение. В качестве охлаждающей жидкости используют пресную воду и всесезонные низкозамерзающие жидкости (антифризы) на основе этиленгликоля и спиртоглицериновых смесей.
Вместимость системы жидкостного охлаждения (л) принимают на основе следующих соотношений: для тракторов – (0,5…0,7) ,для грузовых автомобилей – (0,27…0,8) , для легковых – (0,13…0,35) .
Рассмотрим расчет отдельных агрегатов системы охлаждения: радиатора, насоса охлаждающей жидкости и вентилятора. Расчет сводится к определению площади поверхности охлаждения, необходимой для передачи теплоты от воды к окружающему воздуху.
Расчет радиатора. Основные параметры радиатора: площадь поверхности охлаждения Fp (м2), омываемой воздухом; фронтальная поверхность радиатора (м2); глубина радиатора l (м), т. е. расстояние между передней и задней стенками его решетки по ходу воздушного потока (l = 0,06...0,15 м); коэффициент компактности радиатора , выражающий отношение охлаждающей поверхности к объему радиатора [ = 600...900 м2/м3]; коэффициент оребрения , определяемый отношением площадей поверхностей, омываемых воздухом и жидкостью ( = 3...6).
Площадь поверхности охлаждения радиатора FP определяют из выражения:
,
где k – коэффициент теплопередачи, Вт/(ма–К); – средняя температура воды в радиаторе, К; – средняя температура воздуха, проходящего через радиатор, К.
Коэффициент теплопередачи:
,
где –коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке радиатора, Вт/(м2 К); – приведенный коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора к воздуху, Вт/(м2 К); и – соответственно толщина (м) и коэффициент теплопроводности (Вт/(м К) материала стенки радиатора; – коэффициент оребрения для трубчато–пластинчатых радиаторов ( =3...6).
Коэффициенты теплоотдачи и при вынужденном движении жидкостей или воздуха определяют из критериальных зависимостей вида:
,
где , Re, – соответственно критерии Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля.
Экспериментальные значения коэффициента = 2300... ...4100 Вт/(м2–К). Значение для трубчатых радиаторов может быть приближенно определено по формуле:
,
где – скорость воздуха, проходящего через радиатор, м/с.
Так как аналитическое определение коэффициента теплопередачи k сложно, то его значения принимают по опытным данным для дизелей 80…100 и для карбюраторных двигателей 140…180 Вт/(м2К). Необходимая массовая подача (кг/с) жидкости насосом через радиатор :
где – удельная теплоемкость циркулирующей жидкости [для воды – 4,178 Дж/(кг–К), для этиленгликолиевых смесей =2,093 Дж/(кг–К)]; – перепад температуры охлаждающей жидкости в радиаторе, К..
При принудительной циркуляции воды в системе температурный перепад = =6...12 К; принимают 353...368 К. Тогда с учетом принятых значений и можно определить среднюю температуру воды в радиаторе:
,
Для тракторных и автомобильных двигателей =358...365 К. Так как в радиаторе теплота передается от воды в окружающую среду, то .