冷卻系統(tǒng)計算

1、冷卻系統(tǒng)計算一、閉式強制冷卻系統(tǒng)原始參數(shù)都以散入冷卻系統(tǒng)的熱量 QW為原始數(shù)據(jù)，計算冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水量、冷卻 空氣量，以便設計或選用水泵、散熱器、風扇1冷卻系統(tǒng)散走的熱量QW冷卻系統(tǒng)散走的熱量QW受很多復雜因素的影響，很難精確計算，初估QW可以用以下經驗公式估算：Age Ne huQw千焦 / 秒i-i3600Age內燃機燃料消耗率千克/千瓦.小時Ne內燃機功率千瓦4-燃料低熱值千焦/千克如果內燃機還有機油散熱器，而且是水油散熱器，那么傳入冷卻系統(tǒng)中的熱量，也應將傳入機油中的熱量計算在冷卻系統(tǒng)中，那么按上式計算的熱量 QW值應增大510%一般把最大功率額定工況作為冷卻系統(tǒng)的計算工況，但應該對最

2、大扭 矩工況進行驗算，因為當轉速降低時可能形成蒸汽泡由于氣缸體水套中壓力降 低和內燃機過熱的現(xiàn)象。具有一般指標的內燃機，在額定工況時，柴油機ge可取0.21/千瓦.小時，汽油機ge可取0.30/千瓦.小時，柴油和汽油的低熱值可分別取 41870千焦/千 克和43100千焦/千克，將此值帶入公式即得汽油機 QW= 0.851.10 Ne柴油機 QW= 0.500.78 Ne車用柴油機可取 QW =(0.600.75 ) Ne ，直接噴射柴油機可取較小值，增 壓的直接噴射式柴油機由于掃氣的冷卻作用， 加之單位功率的冷卻面積小， 可取QW= (0.500.60 ) Ne，精確的QW應通過樣機的熱平衡

3、試驗確定。取 Qw Ne考慮到機油散熱器散走的熱量，所以 Qw在上式計算的根底上增大10%額定功率：對于420馬力發(fā)動機Qw增大 10%后的 Qw 對于 360 馬力發(fā)動機 Qw增大 10%后的 Qw 對于 310 馬力發(fā)動機 Qw=0.6*225=135 千焦/秒增大 10%后的 Qw最大扭矩： 對于 420馬力發(fā)動機 Qw=0.6*250=150 千焦/秒增大10%t的Qw=165千焦/秒 對于 360馬力發(fā)動機 Qw=0.6*245=147 千焦/秒增大 10%后的 Qw 對于 310馬力發(fā)動機 Qw=0.6*180=108 千焦/秒增大 10%后的 Qw2 冷卻水的循環(huán)量根據(jù)散入冷卻系

4、統(tǒng)中的熱量，可以算出冷卻水的循環(huán)量 VwVwQw(米 3/ 秒)(1-2)tw w Cw式中tw-冷卻水在內燃機中循環(huán)時的容許溫升，對現(xiàn)代強制循環(huán)冷卻系，可取tw=612Cw3-水的比重，可近似取w=1000千克/米Cw-水的比熱，可近似取Cw取 tw=12C額定功率：對于 420 馬力發(fā)動機 Vw-3 米 3/秒=243.54L/min33對于360馬力發(fā)動機Vw-米/秒=209.65L/min對于 310 馬力發(fā)動機 Vw-3 米 3/秒=177.33L/min 最大扭矩：對應轉速13001600對于 420 馬力發(fā)動機 Vw-3 米 3/秒=197.03L/min對于 360 馬力發(fā)動機

5、 Vw10-3 米 3/ 秒=193.10L/min對于 310 馬力發(fā)動機 Vw-3 米 3/ 秒=141.87L/mi n3.冷卻空氣需要量冷卻空氣的需要量 Va一般根據(jù)散熱器的散熱量確定。散熱器的散熱量 般等于冷卻系統(tǒng)的散熱量QwQw3 ,Va米 / 秒 1-3 ta a Ca式中 ta空氣進入散熱器以前與通過散熱器以后的溫度差，通常ta =1080C空氣的比重，可近似取ca - 空氣的定壓比熱，可近似取 ca額定功率：取 ta=75°C對于 420 馬力發(fā)動機 Va=203.94/60*1.01*1.047=3/ 秒對于 360 馬力發(fā)動機 QW =175.56/60*1.0

6、1*1.047=3/ 秒對于 310 馬力發(fā)動機 QW =148.5/60*1.01*1.047=3/ 秒最大扭矩：對于420馬力發(fā)動機QW對于360馬力發(fā)動機QW 對于 310 馬力發(fā)動機 QW二、散熱器的結構設計要點1 、散熱器的質量指標：1、傳熱系數(shù) KR 是評價散熱效能的重要參數(shù)，它表示當冷卻水和空氣之間 的溫差為1C,每1秒通過1米2與空氣接觸散熱外表所散走的熱量。提高散熱 系數(shù)可以改善散熱效能，減少尺寸和材料消耗。傳熱系數(shù)受散熱器芯部結構、 水管中冷卻水的流速、 通過散熱器的空氣流速、 管片材料以及制造質量等許多因素的影響。2、空氣阻力厶Pr，它主要取決于散熱芯的結構和尺寸散熱器的

7、傳熱系數(shù)矗和空氣阻力 R,只能通過專門的試驗才能確定。影響Kr最重要因素是通過散熱芯的空氣流速 va，當va提高時，傳熱系數(shù) $ 增大，但同時使空氣阻力 r按平方關系更急劇地增長，使風扇功率消耗很快增 加。2、散熱器的計算程序1 、按熱平衡試驗的數(shù)據(jù)或經驗公式 1-1 計算出傳給冷卻液的熱量 QW；同時按公式1-2 計算出冷卻水的循環(huán)水量 Vw ；用公式1-3計算出冷卻空 氣量Va。內燃機傳給冷卻液的熱量 QW應當?shù)扔谏崞魃⒊龅臒崃浚焕鋮s水的循環(huán)量Vw應當?shù)扔诹鬟^散熱器水管的水流量；冷卻空氣量 V a應當?shù)扔诹鬟^散 熱器的空氣量。2、計算散熱器的正面積Fr根據(jù)冷卻空氣量V a計算散熱芯的正面

8、積FrVaVa米 2Va -散熱器正面前的空氣流速米/秒。載重汽車取810米/秒，小客 車取12米/秒，礦山車和拖拉機取8米/秒額定功率：取Va=8米/秒對于420馬力發(fā)動機V a=3/秒F R=*對于360馬力發(fā)動機Qw=3/秒Fr=米對于310馬力發(fā)動機QW= 3/秒Fr=米算出散熱芯的正面積Fr以后，再根據(jù)動力裝置的總布置確定散熱器芯部的高度h和寬度b;Frb米h額定功率：取b=對于420馬力發(fā)動機h= F R/b=/0.648 米2=米2對于360馬力發(fā)動機h= FJb=/0.648 米2=米2對于310馬力發(fā)動機h= F R/b=/0.648 米2=米23 、計算散熱器的水管數(shù)根據(jù)冷

9、卻水的循環(huán)量Vw，計算冷卻水管數(shù)Vw式中Vw -水在散熱器水管中的流速，一般取 Vw=°.67秒2f 0-每根水管的橫斷面積，米4、確定傳熱系數(shù)選取一定型式的散熱器，并從散熱器特性曲線上尋求相應的冷卻水流速Vw和空氣重量流速Va a條件下傳熱系數(shù)Kr的值。Kr的值通常等于0.0690.117千焦/ 米2.秒度，主要由散熱器的結構形式和制造質量決定。5計算散熱器的散熱外表積FQw 2F 米2t =tw- taKr t式中 t -散熱器中冷卻水和冷卻空氣的平均溫差,w式中 tw -冷卻水平均溫度tw=twi-2tata-冷卻空氣平均溫度ta tai2式中twi-散熱器進水溫度，對開式冷卻

10、系統(tǒng)可取twi =9095°C，閉式冷卻系統(tǒng)，可取twi =95100Ctai-散熱器冷卻空氣的進口溫度，一般取40 Ctw-散熱器冷卻水的進出口溫差，一般取tw=6i2Cta-散熱器冷卻空氣的進出口溫差，一般取ta=i030C考慮到經過散熱器的冷卻空氣流速不可能均勻，散熱片蒙上塵土時，散熱性 能要有降低，實際選取的散熱面積f°要比計算結 果F大一些，通常取F0 F式中B -儲藏系數(shù)，一般取B根據(jù)統(tǒng)計，散熱器的比散熱面積，即內燃機單位功率所需要的散熱面積在下 列范圍內:小客車：F。2=0.1360.204 米 / 千瓦Ne載重車：F02=0.2040.408 米 2/ 千瓦

11、Ne拖拉機：F。=0.4080.680 米 2/ 千瓦Ne6計算散熱器芯部厚度l RFolRFr式中-散熱器芯的容積緊湊性系數(shù)，它表示單位散熱芯部容積所具有的散熱面積，越大，散熱器愈小，但空氣阻力也大。它決定于散熱片和水管的23數(shù)目、布置和形狀，一般取=5001000米/米，對于選定的芯部結構，它是一個定值。計算所得|r值，應與實際的標準散熱器尺寸相符。三、水泵的設計要點及計算一、水泵的設計要點在水泵結構中，影響效率的主要關鍵是輪葉和蝸殼的形狀，而影響可靠性的關鍵是水圭寸。二八水泵的計算水泵主要根據(jù)所需的泵水量和泵水壓力來選擇，其程序大致如下：1 .確定水泵的泵水量水泵的泵水量Vp可根據(jù)冷卻水

12、的循環(huán)量按下式初步確定：VpVwV式中Vw-冷卻水的循環(huán)量米3/秒2 確定水泵的泵水壓力pp水泵的壓力應當足以克服冷卻系統(tǒng)中所有的流動阻力并得到必要的冷卻水循環(huán)的流動速度；此外，為了冷卻可靠，在工作溫度下水在任一點的壓力均應大 于此時飽和蒸氣壓力。當壓力不夠時，水泵入口處可能發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，因此此處 的壓力最低。55在機車柴油機中，泵水壓力約需2.54.5巴3 計算出葉輪進水孔半徑ri22 V Pri 2Ci式中r1-進水孔半徑米r0-葉輪輪轂的半徑米Ci-水泵進口處的水流速度，一般取 Ci=i2米/秒。假設Ci取得過大，水 泵可能發(fā)生氣蝕。4算出水流流出葉輪外緣的圓周速度：需補充公式2 =24

13、0500;式中2-葉片出口處水流絕對速度與葉輪切線夾角；一般取2=80i20；2 -葉片出口安裝角，一般取h-液力效率h=0.60.8 ;Pp-水泵的泵水壓力，帕5.求出葉輪外緣半徑230w米n式中n-水泵轉速轉/分6 進口處與出口處的葉片寬度各為需補充公式式中-輪葉厚度米，在現(xiàn)有結構中=3-5mmCr 水在出口處的徑向流速，由下式確定，© =需補充公式在現(xiàn)有結構中 b=1235mm I32 =725mmz-輪葉數(shù)，一般取出48片。7 計算輪葉進口安裝角需補充公式現(xiàn)有結構中1 =4005508 計算出水泵所消耗的功率Vw Ppvp PpNp瓦V h mh m式中pp-水泵的泵水壓力帕

14、；V p-水泵的泵水量米3/秒m經過計算得出水泵葉輪的結構參數(shù)后，就可對葉輪繪制結構圖。水泵的泵水量與轉速成正比，泵水壓力與轉速的平方成正比，所以提高水泵 轉速是提高水泵泵水量和泵水壓力而又不增大結構的有效的有效方法，但不宜將轉速提得過高，它不但使水泵消耗功率增加，而且容易在水泵的葉輪內形成較低 的壓力，當該壓力一旦低于飽和蒸氣壓力時，就要出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。四、水冷內燃機的風扇設計要點及計算一、風扇的設計要點風扇的排量、風壓和功率消耗分別與風扇的轉速一次、 二次、三次方成正比, 所以，提高轉速是增加風量和風壓的有效方法，但功率的消耗也急劇增加。在散熱器與風扇之間要設 導流風罩，并且必須密封導風罩與散熱器的聯(lián)結處， 防止風扇抽風時，外界空氣從不密封處短路流入風扇，使流過散熱器的風量減少， 使散熱器的散熱效果下降。二八風扇的計算內燃機風扇的外徑主要由散熱器芯部正面積決定， 然后再決定其它參數(shù)和尺 寸。而風冷內燃機風扇從風扇的外形尺寸要盡可能小出發(fā)。1. 確定風扇的扇風量扇風