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Qv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Q冷卻系統(tǒng)散走的熱量Q,受很多復(fù)雜因素的影響，很難精確計(jì)算，初估Q,可以用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算：QwAgeNehu3600（千焦/秒）(i-i)A-傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分比，對(duì)汽油機(jī)A=0.230.30,對(duì)柴油機(jī)A=0.180.25ge-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）hu-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，則傳入冷卻系統(tǒng)中的熱量，也應(yīng)將傳入機(jī)油中的熱量計(jì)算在冷

2、卻系統(tǒng)中，則按上式計(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0.210.27千克/千瓦.小時(shí)，汽油機(jī)ge可取0.300.34千克/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

3、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)的熱平衡試驗(yàn)確定。取Qw=0.60Ne考慮到機(jī)油散熱器散走的熱量，所以QW在上式計(jì)算的基礎(chǔ)上增大10%額定功率： 對(duì)于420馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*309=185.4千焦/秒增大10淅的QW=203.94千焦/秒 對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*266=159.6千焦/秒增大10%tIQW=175.56千焦/秒 對(duì)于310馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*225=135千焦/秒增大10淅IQW=148.5千焦/秒最大扭矩： 對(duì)于420馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*250=150千焦/秒增大10淅的QW=165千焦/

4、秒 對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*245=147千焦/秒增大10%tIQW=161.7千焦/秒 對(duì)于310馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*180=108千焦/秒增大10%t的QW=118.8千焦/秒2.冷卻水的循環(huán)量根據(jù)散入冷卻系統(tǒng)中的熱量，可以算出冷卻水的循環(huán)量VwVw=Qw（米3/秒）(1-2)twwCw式中Atw-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)冷去喙可取:：tw=612c7w-水的比重，可近似??？w=1000千克/米3cw-水的比熱，可近似取6=4.187千焦/千克.度額定功率:對(duì)于420馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Vw=203.94/(12*1000*4.187)=4.06X10-3(米3

5、/秒)=243.54(L/min) 對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Vw=175.56/(12*1000*4.187)=3.49X10-3(米3/秒)=209.65(L/min).對(duì)于310馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Vw=148.5/(12*1000*4.187)=2.96X10-3(米3/秒)=177.33(L/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=165/(12*1000*4.187)=3.28X10-3(米3/秒)=197.03(L/min) 對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Vw=161.7/(12*1000*4.187)=3.22X10-3(米3/秒)=193.10(L/min) 對(duì)于310

6、馬力發(fā)動(dòng)機(jī)VW=118.8/(12*1000*4.187)=2.36X10-3(米3/秒)=141.87(L/min)3.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。散熱器的散熱量一股等于冷卻系統(tǒng)的散熱量qwVaQwtaaCa(米3/秒)(1-3)式中Ata-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7a=1.01千克/米3ca-空氣的定壓比熱，可近似取Ca=1.047千焦/千克.度額定功率：(取“2=75)對(duì)于420馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Va=203.94/(60*1.01*1.047)=3.2143米3/秒對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Qw=1

7、75.56/(60*1.01*1.047)=2.7670米3/秒對(duì)于310馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Qw=148.5/(60*1.01*1.047)=2.3405米3/秒最大扭矩：對(duì)于420馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Qw=165/(80*1.01*1.047)=1.9504千焦/秒對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Qw=161.7(80*1.01*1.047)=1.9114千焦/秒對(duì)于310馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Qw=118.8/(80*1.01*1.047)=1.4043千焦/秒二、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與空氣接觸散熱表面所散走的熱

8、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4誄，它主要取決于散熱芯的結(jié)構(gòu)和尺寸散熱器的彳熱系數(shù)根和空氣阻力Pr,只能通過(guò)專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)才能確定。影響除最重要因素是通過(guò)散熱芯的空氣流速V當(dāng)M提高時(shí)，傳熱系數(shù)&增大，但同時(shí)使空氣阻力自按平方關(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（i-i）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

9、給冷卻液的熱量Qw應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏崞魃⒊龅臒崃?；冷卻水的循環(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Va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Va計(jì)算散熱芯的正面積VaFr=（米）VaVa-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)Va=3.2143米3/秒Fr=0.4017875米2對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Qw=2.7670米3/秒Fr=0.345875米2對(duì)于310馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Qw=2.3405米3/秒Fr=0.2925625米2算出散熱芯的正面積Fr

10、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;Frtzb=（米）h額定功率：（取b=0.648米）對(duì)于420馬力發(fā)動(dòng)機(jī)h=FJb=0.4017875/0.648米2=0.6200424米2丁對(duì)于360馬力發(fā)動(dòng)機(jī)h=FR/b=0.345875/0.648米2=0.5337577米2對(duì)于310馬力發(fā)動(dòng)機(jī)h=FJb=0.2925625/0.648米2=0.451485米23）、計(jì)算散熱器的水管數(shù)根據(jù)冷卻水的循環(huán)量Vw，計(jì)算冷卻水管數(shù)VWt二Vwf0式中Vw-水在散熱器水管中的流速，一般取Vw=0.60.8米/秒f0-每根水管的橫斷面積，米24）、確定傳熱系數(shù)選取一定型式的散熱器，并從散

11、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Vaa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)算散熱器的散熱表面積FF=Qw（米2）Krt式中At-散熱器中冷卻水和冷卻空氣的平均溫差，&t=tw-ta式中tw-冷卻水平均溫度tw=tw1-;2tata-冷卻空氣平均溫度ta=ta1一2式中tw1-散熱器進(jìn)水溫度，對(duì)開(kāi)式冷卻系統(tǒng)可取tw1=9095C,閉式冷卻系統(tǒng)，可取tw1=95100cta1-散熱器冷卻空氣的進(jìn)口溫度，一般取40C tw-散熱器冷卻水的進(jìn)出口溫差，一般取Atw=612c ta-散

12、熱器冷卻空氣的進(jìn)出口溫差，一般取Afa=1030c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F。=F式中B-儲(chǔ)備系數(shù)，一般取6=1.11.15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)：Fo小客車(chē)：一=。.136。.2。4米2/千瓦NeF。y,2一一載重車(chē)：=。.2。4。.4。8米/千瓦NeF。、“2一一拖拉機(jī)：=。.4。8。.68。米2/千瓦Ne6）計(jì)算散熱器芯部厚度|r式中平-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，中越大，散熱器愈小，但空氣阻力也

13、大。它決定于散熱片和水管的數(shù)目、布置和形狀，一般取中=5。1。米2/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。3、 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)而影響可靠性的在水泵結(jié)構(gòu)中，影響效率的主要關(guān)鍵是輪葉和蝸殼的形狀，關(guān)鍵是水封。（二）、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)冷卻水的循環(huán)量按下式初步確定：VpVw式中Vw-冷卻水的循環(huán)量（米3/秒）nV-水泵的容積效率，主要考慮水泵中冷卻水的泄露，一般取0.60.852 .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

14、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；止匕外，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。在機(jī)車(chē)柴油機(jī)中，泵水壓力約需P=2.5X1054.5X105（2.54.5巴）3 .計(jì)算出葉輪進(jìn)水孔半徑riCi式中r1-進(jìn)水孔半徑（米）r0-葉輪輪轂的半徑（米）C1-水泵進(jìn)口處的水流速度，一般取C1=12米/秒。若C1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)充公式式中口2-葉片出口處水流絕對(duì)速度與葉輪切線(xiàn)夾角；一般取Q2=8°12°22-葉片出口安裝角

15、，一般取22=240500;n-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30U2（米）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6-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，c,二需補(bǔ)充公式在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中b1=1235mmb=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VwPpVpPpNp=（瓦）nnnnnVhmhm式中pp-水泵的泵水壓力（帕）；Vp-水泵的泵水量（米/秒）“m-水泵的機(jī)械效率，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，

16、可取0.90.97所以提高水泵經(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,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。4、 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）、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