冷卻系統(tǒng)計(jì)算

1、冷卻系統(tǒng)計(jì)算一、閉式強(qiáng)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(jì)算冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水量、冷卻 空氣量，以便設(shè)計(jì)或選用水泵、散熱器、風(fēng)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(fù)雜因素的影響，很難精確計(jì)算，初估QW可以用以下經(jīng)驗(yàn)公式估算：Age Ne huQw千焦 / 秒i-i3600Age內(nèi)燃機(jī)燃料消耗率千克/千瓦.小時(shí)Ne內(nèi)燃機(jī)功率千瓦4-燃料低熱值千焦/千克如果內(nèi)燃機(jī)還有機(jī)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(yīng)將傳入機(jī)油中的熱量計(jì)算在冷卻系統(tǒng)中，那么按上式計(jì)算的熱量 QW值應(yīng)增大510%一般把最大功率額定工況作為冷卻系統(tǒng)的計(jì)算工況，但應(yīng)該對(duì)最

2、大扭 矩工況進(jìn)行驗(yàn)算，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)可能形成蒸汽泡由于氣缸體水套中壓力降 低和內(nèi)燃機(jī)過(guò)熱的現(xiàn)象。具有一般指標(biāo)的內(nèi)燃機(jī)，在額定工況時(shí)，柴油機(jī)ge可取0.21/千瓦.小時(shí)，汽油機(jī)ge可取0.30/千瓦.小時(shí)，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(jī) QW= 0.851.10 Ne柴油機(jī) QW= 0.500.78 Ne車(chē)用柴油機(jī)可取 QW =(0.600.75 ) Ne ，直接噴射柴油機(jī)可取較小值，增 壓的直接噴射式柴油機(jī)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(yīng)通過(guò)樣機(jī)的熱平衡

3、試驗(yàn)確定。取 Qw Ne考慮到機(jī)油散熱器散走的熱量，所以 Qw在上式計(jì)算的根底上增大10%額定功率：對(duì)于420馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Qw增大 10%后的 Qw 對(duì)于 360 馬力發(fā)動(dòng)機(jī) Qw增大 10%后的 Qw 對(duì)于 310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī) Qw=0.6*225=135 千焦/秒增大 10%后的 Qw最大扭矩： 對(duì)于 420馬力發(fā)動(dòng)機(jī) Qw=0.6*250=150 千焦/秒增大10%t的Qw=165千焦/秒 對(duì)于 360馬力發(fā)動(dòng)機(jī) Qw=0.6*245=147 千焦/秒增大 10%后的 Qw 對(duì)于 310馬力發(fā)動(dòng)機(jī) 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(nèi)燃機(jī)中循環(huán)時(shí)的容許溫升，對(duì)現(xiàn)代強(qiáng)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(duì)于 420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī) Vw-3 米 3/秒=243.54L/min33對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Vw-米/秒=209.65L/min對(duì)于 310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī) Vw-3 米 3/秒=177.33L/min 最大扭矩：對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速13001600對(duì)于 420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī) Vw-3 米 3/秒=197.03L/min對(duì)于 360 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)

5、 Vw10-3 米 3/ 秒=193.10L/min對(duì)于 310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī) 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(jìn)入散熱器以前與通過(guò)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(duì)于 420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī) Va=203.94/60*1.01*1.047=3/ 秒對(duì)于 360 馬力發(fā)動(dòng)機(jī) QW =175.56/60*1.0

6、1*1.047=3/ 秒對(duì)于 310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī) QW =148.5/60*1.01*1.047=3/ 秒最大扭矩：對(duì)于420馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW 對(duì)于 310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī) QW二、散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)1 、散熱器的質(zhì)量指標(biāo)：1、傳熱系數(shù) KR 是評(píng)價(jià)散熱效能的重要參數(shù)，它表示當(dāng)冷卻水和空氣之間 的溫差為1C,每1秒通過(guò)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(jié)構(gòu)、 水管中冷卻水的流速、 通過(guò)散熱器的空氣流速、 管片材料以及制造質(zhì)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(jié)構(gòu)和尺寸散熱器的

7、傳熱系數(shù)矗和空氣阻力 R,只能通過(guò)專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)才能確定。影響Kr最重要因素是通過(guò)散熱芯的空氣流速 va，當(dāng)va提高時(shí)，傳熱系數(shù) $ 增大，但同時(shí)使空氣阻力 r按平方關(guān)系更急劇地增長(zhǎng)，使風(fēng)扇功率消耗很快增 加。2、散熱器的計(jì)算程序1 、按熱平衡試驗(yàn)的數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式 1-1 計(jì)算出傳給冷卻液的熱量 QW；同時(shí)按公式1-2 計(jì)算出冷卻水的循環(huán)水量 Vw ；用公式1-3計(jì)算出冷卻空 氣量Va。內(nèi)燃機(jī)傳給冷卻液的熱量 QW應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏崞魃⒊龅臒崃浚焕鋮s水的循環(huán)量Vw應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹鬟^(guò)散熱器水管的水流量；冷卻空氣量 V a應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹鬟^(guò)散 熱器的空氣量。2、計(jì)算散熱器的正面積Fr根據(jù)冷卻空氣量V a計(jì)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(chē)取810米/秒，小客 車(chē)取12米/秒，礦山車(chē)和拖拉機(jī)取8米/秒額定功率：取Va=8米/秒對(duì)于420馬力發(fā)動(dòng)機(jī)V a=3/秒F R=*對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Qw=3/秒Fr=米對(duì)于310馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW= 3/秒Fr=米算出散熱芯的正面積Fr以后，再根據(jù)動(dòng)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(duì)于420馬力發(fā)動(dòng)機(jī)h= F R/b=/0.648 米2=米2對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)h= FJb=/0.648 米2=米2對(duì)于310馬力發(fā)動(dòng)機(jī)h= F R/b=/0.648 米2=米23 、計(jì)算散熱器的水管數(shù)根據(jù)冷

9、卻水的循環(huán)量Vw，計(jì)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(xiàn)上尋求相應(yīng)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(jié)構(gòu)形式和制造質(zhì)量決定。5計(jì)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(jìn)水溫度，對(duì)開(kāi)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(jìn)口溫度，一般取40 Ctw-散熱器冷卻水的進(jìn)出口溫差，一般取tw=6i2Cta-散熱器冷卻空氣的進(jìn)出口溫差，一般取ta=i030C考慮到經(jīng)過(guò)散熱器的冷卻空氣流速不可能均勻，散熱片蒙上塵土?xí)r，散熱性 能要有降低，實(shí)際選取的散熱面積f°要比計(jì)算結(jié) 果F大一些，通常取F0 F式中B -儲(chǔ)藏系數(shù)，一般取B根據(jù)統(tǒng)計(jì)，散熱器的比散熱面積，即內(nèi)燃機(jī)單位功率所需要的散熱面積在下 列范圍內(nèi):小客車(chē)：F。2=0.1360.204 米 / 千瓦Ne載重車(chē)：F02=0.2040.408 米 2/ 千瓦

11、Ne拖拉機(jī)：F。=0.4080.680 米 2/ 千瓦Ne6計(jì)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(duì)于選定的芯部結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)定值。計(jì)算所得|r值，應(yīng)與實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)散熱器尺寸相符。三、水泵的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及計(jì)算一、水泵的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在水泵結(jié)構(gòu)中，影響效率的主要關(guān)鍵是輪葉和蝸殼的形狀，而影響可靠性的關(guān)鍵是水圭寸。二八水泵的計(jì)算水泵主要根據(jù)所需的泵水量和泵水壓力來(lái)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(yīng)當(dāng)足以克服冷卻系統(tǒng)中所有的流動(dòng)阻力并得到必要的冷卻水循環(huán)的流動(dòng)速度；此外，為了冷卻可靠，在工作溫度下水在任一點(diǎn)的壓力均應(yīng)大 于此時(shí)飽和蒸氣壓力。當(dāng)壓力不夠時(shí)，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(jī)車(chē)柴油機(jī)中，泵水壓力約需2.54.5巴3 計(jì)算出葉輪進(jìn)水孔半徑ri22 V Pri 2Ci式中r1-進(jìn)水孔半徑米r0-葉輪輪轂的半徑米Ci-水泵進(jìn)口處的水流速度，一般取 Ci=i2米/秒。假設(shè)Ci取得過(guò)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(bǔ)充公式2 =24

13、0500;式中2-葉片出口處水流絕對(duì)速度與葉輪切線(xiàn)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(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分6 進(jìn)口處與出口處的葉片寬度各為需補(bǔ)充公式式中-輪葉厚度米，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中=3-5mmCr 水在出口處的徑向流速，由下式確定，© =需補(bǔ)充公式在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中 b=1235mm I32 =725mmz-輪葉數(shù)，一般取出48片。7 計(jì)算輪葉進(jìn)口安裝角需補(bǔ)充公式現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中1 =4005508 計(jì)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(jīng)過(guò)計(jì)算得出水泵葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)后，就可對(duì)葉輪繪制結(jié)構(gòu)圖。水泵的泵水量與轉(zhuǎn)速成正比，泵水壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以提高水泵 轉(zhuǎn)速是提高水泵泵水量和泵水壓力而又不增大結(jié)構(gòu)的有效的有效方法，但不宜將轉(zhuǎn)速提得過(guò)高，它不但使水泵消耗功率增加，而且容易在水泵的葉輪內(nèi)形成較低 的壓力，當(dāng)該壓力一旦低于飽和蒸氣壓力時(shí)，就要出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。四、水冷內(nèi)燃機(jī)的風(fēng)扇設(shè)計(jì)要點(diǎn)及計(jì)算一、風(fēng)扇的設(shè)計(jì)要點(diǎn)風(fēng)扇的排量、風(fēng)壓和功率消耗分別與風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速一次、 二次、三次方成正比, 所以，提高轉(zhuǎn)速是增加風(fēng)量和風(fēng)壓的有效方法，但功率的消耗也急劇增加。在散熱器與風(fēng)扇之間要設(shè) 導(dǎo)流風(fēng)罩，并且必須密封導(dǎo)風(fēng)罩與散熱器的聯(lián)結(jié)處， 防止風(fēng)扇抽風(fēng)時(shí)，外界空氣從不密封處短路流入風(fēng)扇，使流過(guò)散熱器的風(fēng)量減少， 使散熱器的散熱效果下降。二八風(fēng)扇的計(jì)算內(nèi)燃機(jī)風(fēng)扇的外徑主要由散熱器芯部正面積決定， 然后再?zèng)Q定其它參數(shù)和尺 寸。而風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)風(fēng)扇從風(fēng)扇的外形尺寸要盡可能小出發(fā)。1. 確定風(fēng)扇的扇風(fēng)量扇風(fēng)