- •Содержание
- •Реферат
- •Перечень условных обозначений, символов, сокращений единиц и терминов
- •Введение
- •Цель и задачи курсовой работы
- •Исходные данные к расчету элементов сжо
- •1. Определение количества тепла, отводимого в систему охлаждения
- •2. Расчет радиатора
- •2.1 Расчет основных характеристик радиатора
- •2.2 Определение удельной массы радиатора
- •2.3Гидравлический расчет радиатора
- •3. Расчет жидкостного насоса
- •3.1. Расчет параметров жидкостного насоса
- •3.2. Определение конструктивных размеров жидкостного насоса
- •3.3. Построение профиля лопатки жидкостного насоса
- •4. Расчет осевого вентилятора
- •4.1. Расчет основных характеристик вентилятора
- •4.2. Определение конструктивных размеров вентилятора
- •Список использованных источников
Цель и задачи курсовой работы
Выполнение курсовой работы по предмету «Системы охлаждения поршневых двигателей» должно закрепить знания, полученные в ходе изучения этой дисциплины, применению их при расчетах основных элементов системы охлаждения карбюраторного двигателя при заданных исходных данных; проявить умение выбирать оптимальные соотношения параметров данной системы; закрепить навыки использования рекомендуемых соотношений и предельных значений допустимых величин при проектирование таких систем для поршневого двигателя.
По выполненной работе составляется пояснительная записка с необходимыми расчетами, графиками, рисунками, таблицами, которая оформляется в соответствии с требованиями стандартов единой системы конструкторской документации к текстовым документам ГОСТ 2.105-95.
Постановка задачи
В ходе выполнения курсовой работы необходимо провести расчет элементов системы жидкостного охлаждения поршневого двигателя внутреннего сгорания заданного варианта. Это может быть двигатель с внешним смесеобразованием на жидком (ж) или газообразном (г) топливе (карбюраторный), или с внутренним смесеобразованием (дизель).
Предполагается, что студент имеет необходимые величины по составу и термодинамическим характеристикам рабочего тела для своего варианта задания.
Расчет системы жидкостного охлаждения сводится к определению основных размеров водяного насоса, поверхности радиатора и подбору вентилятора.
Исходные данные к расчету элементов сжо
Исходные данные к расчету двигателя – ВАЗ-2101:
-
число оборотов коленчатого вала двигателя , n=5600 об/мин;
-
эффективная мощность цилиндра , Ne=47,1 кВт;
-
диаметр цилиндра , D=76 мм;
-
число цилиндров двигателя , i=4 ;
-
число оборотов вала водяного насоса, nнас=2400 об/мин ;
-
вид охлаждающей жидкости марка: Антифриз 40
Общим для всех вариантов расчета являются температура окружающей среды, Т=313 К; температура теплоносителя на входе в систему охлаждения, Тв=363 К; давление окружающей среды, Р=101325 МПа .
Необходимые для расчетов дополнительные для расчетов данные выбираются по таблицам, по рекомендациям методических указаний или преподавателя.
1. Определение количества тепла, отводимого в систему охлаждения
На тепло, отводимое охлаждающей жидкостью (ОЖ), оказывают влияние многие эксплутационные и конструктивные факторы. С увеличением частоты вращения двигателя и температуры ОЖ, а также коэффициента избытка воздуха величена уменьшается, а с увеличением размеров охлаждающей поверхности и отношений хода поршня к диаметру цилиндра возрастает.
Величину можно определить по эмпирическим зависимостям.
Теплота, передаваемая охлаждающей среде: .
Где – коэффициент пропорциональности; – показатель степени; . Примем , , .
Тогда .
Или по аналогичной формуле: , где - коэффициент пропорциональности, - диаметр поршня в мм. при .
- низшая теплотворность топлива.
Тогда
.
Согласно рекомендациям, для дальнейших расчетов берем большую величину, то есть .
2. Расчет радиатора
2.1 Расчет основных характеристик радиатора
Радиатор фактически представляет собой теплообменный аппарат для воздушного охлаждения жидкости, поступающей от нагретых деталей двигателя.
Поэтому расчет радиатора, как и любого теплообменного аппарата, состоит в определении поверхности теплообмена, необходимой для передачи тепла от охлаждающей жидкости к воздуху, обдувающему эту поверхность. Кроме того, всегда проводится гидравлический расчет жидкостного и воздушного трактов, оценка компактности и коэффициента полезного действия радиатора.
В системах жидкостного охлаждения автомобильных и тракторных двигателей обычно применяются два типа конструкций теплопередающих поверхностей: трубчато-пластинчатые и трубчато-ленточные.
Рассчитаем основные характеристики для трубчато-пластинчатой конструкции радиатора. Согласно рекомендациям, выберем тип трубной решетки: шахматная с плоскоовальными трубками (рис. 1).
Рис. 1 – Конструктивный тип решетки(шахматный с плоскоовальными трубками)
Расчет начинается с определения суммарного проходного(живого) сечения трубок одного хода потока жидкости в радиаторе: ,
где , - коэффициент учета гидропотерь в трубках, .
Примем , , тогда . Для антифриза 40: , .
Тогда .
Живое сечение одной плоскоовальной трубки определяется по формуле:
.
Где , , (рис.2). Отсюда
.
Рис.2 – Схема ячейки остова радиатора
Оценим возможное суммарное число трубок в трубной решетке радиатора:
.
Округлим это значение и примем его равным .
Зададимся числом рядов трубок (не более 6), например, .
Тогда число трубок в одном ряду по фронту будет: . С таким числом трубок и по глубине и по фронту уложится целое число элементов.
Средняя температура жидкости в радиаторе выбирается исходя из следующих соображений: при принудительной циркуляции жидкости в системе охлаждения температурный перепад в радиаторах всегда находится в пределах .
Принятый . Оптимальное значение температуры на входе, которая характеризует температурный режим системы жидкостного охлаждения, принимается в интервале: . Примем . Исходя из принятых значений, определим среднюю температуру жидкости в радиаторе:
.
Эта температура является определяющей.
Определим число Рейнольдса: , где - скорость жидкости, для , согласно рекомендациям.
Эквивалентный диаметр найдем по формуле: ,
где - площадь сечения трубки(см. рис. 2); .
Тогда .
Число Рейнольдса: .
Вычислим критерий Нуссельта для жидкости: ,
где - эмпирические коэффициенты, согласно рекомендации для .
Тогда .
Задавшись материалом (примем латунь Л96) трубки, определим его теплопроводность: .
Вычислим коэффициент теплоотдачи жидкости:
.
Коэффициент теплоотдачи от решетки к воздуху определяется аналогично. Эквивалентный диаметр найдем по формуле: ,
где - площадь сечения ячейки(см. рис. 3);
Рис.3 - Схема ячейки остова радиатора
.
Тогда .
Средняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор выбирается исходя из следующих соображений: температурный перепад в радиаторах всегда находится в пределах .
Принимаем . Оптимальное значение температуры на входе, принимается:. Исходя из принятых значений, определим среднюю температуру воздуха, проходящего через радиатор: .
Эта температура является определяющей
Число Рейнольдса: , где . Примем .
Тогда
Вычислим критерий Нуссельта для жидкости: ,
где - эмпирические коэффициенты, согласно рекомендации для воздуха. Тогда .
Вычислим коэффициент теплоотдачи от трубки к воздуху:
.
Определим коэффициент теплопередачи радиатора по формуле:
,
где - коэффициент оребрения трубок решетки, в которой - площадь внутренней поверхности трубки на длине шага ребер , для данного типа решетки равная:
.
- суммарная поверхность трубки и условного ребра, припаянного к ней:
, здесь .
Площадь ребра:
Тогда .
Отсюда
.
Определим среднее значение давления воздуха в радиаторе: . Падение напора примем равным: .
Тогда
.
Отсюда .
Сравним полученные значения коэффициента теплопередачи радиатора К и падения давления радиатора с экспериментальными данными (Рис. 4).
Рис. 4 – Коэффициент теплопередачи радиатора К и аэродинамическое сопротивление радиаторов в зависимости от массовой скорости воздуха:
-
шахматное расположение трубок под углом к воздушному потоку,
-
шахматное расположение трубок,
-
рядное расположение трубок,
-
трубчато-ленточные радиаторы.
Значение сопротивления получилось близкое к реальному, а значение коэффициента теплопередачи – сильно заниженным.
Найдем общую поверхность охлаждения радиатора:
(м2).
Определим основные конструктивные размеры радиатора, приняв в качестве исходного параметра площадь фронта для всех типов остовов. Примем .
Зададимся высотой из условия (примем ), тогда .
Выберем число пластин с шагом : с шагом .
Зная ориентировочно глубину остова , число рядов трубок по фронту и число рядов по глубине , координаты , , , , выполняют расчетную схему пластины, по которой вычисляют ее геометрическую площадь, для решетки нашего типа I:
,
где .
Тогда .
Вычислим теплопередающую поверхность пластины:
.
Проверим соотношение: , укладывается в интервал . Значит параметры радиатора определены с погрешностями в пределах нормы.
Оценим коэффициент объемной компактности радиатора по соотношению: . То есть радиатор получился конструктивно очень выгодным, так как займет пространство меньше предполагаемого.
Вычислим и оценим коэффициент полезного действия радиатора (тепловую эффективность): . Радиатор получился компактным, но в тоже время малоэффективным (), его КПД должен быть в пределах 0,7…0,9.