Необходимая массовая подача (кг/с) воздуха вентилятором через радиатор:

,

где – удельная теплоемкость воздуха[ =1000 Дж/(кг–К)].

Температурный перепад ( 7) воздуха в решетке радиатора составляет 20...30 град; . принимают равной 313К. Тогда с учетом принятых значений и можно определить среднюю температуру охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор:

,

Для тракторных и автомобильных двигателей =323...328 К. После подстановки в уравнение значений , , k и можно определить площадь поверхности радиатора (м²):

,

Фронтальная площадь поверхности решетки радиатора (м²), выполненная в виде квадрата, для получения коэффициента обдува, равного единице:

,

где = ; – плотность воздуха (кг/м³) при средней его температуре в радиаторе; – скорость воздуха перед фронтом радиатора без учета скорости движения машины ( =6...24 м/с).

Конструктивная компактность радиатора характеризуется объемным коэффициентом компактности:

где – объем решетки радиатора ( ), м ; здесь – глубина радиатора, м.

Для автомобильных радиаторов = 900...1100 м .

Глубина радиатора:

.

Для автомобильных радиаторов = 60...130 мм.

Для систем жидкостного охлаждения автотракторных двигателей удельная площадь поверхности охлаждения радиатора f =F_p/N_e (м²/кВт) и удельная емкость системы охлаждения =V_ж/N_e (л/кВт), где V_ж – полная емкость системы (л) равна следующим значениям:

для тракторов = 0,408...0,543, = 0,816...2,04;

для грузовых автомобилей = 0,204...0,408, =0,272...0,816;

для легковых автомобилей =0,136...0,313, = 0,613...0,354.

Расчет насоса охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость в системе охлаждения двигателей циркулирует, как правило, с помощью центробежных насосов с односторонним подводом жидкости.

Исходные данные для расчета: подача насоса V_ж (м³/с), создаваемый насосом напор Н (МПа) и частота вращения колеса п (об/мин).

Расчетная подача насоса:

,

где – объемный КПД насоса ( =0,7...0,85).

Напор, создаваемый насосом, полностью идет на преодоление гидравлических сопротивлений жидкостного тракта и у современных автотракторных двигателей составляет 0.03...0.10 МПа.

Необходимую на привод насоса мощность (кВт) определяют по формуле:

,

где – гидравлический КПД насоса, равный 0,4...0,7; – механический КПД насоса, равный 0,7...0,9.

Далее определяют основные размеры насоса, расчетная схема которого приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1. Расчетная схема крыльчатки водяного насоса.

Радиус входного отверстия крыльчатки:

,

где – скорость воды на входе в лопасти, м/с; – радиус ступицы крыльчатки, м.

Скорость воды на входе в лопасти принимают (из условий неразрывности струи воды) равной 1...2 м/с. Радиус ступицы колеса выбирают из конструктивных соображений в зависимости от диаметра вала d.

Приближенное значение радиуса выходного отверстия крыльчатки можно определить по формуле:

,

где g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Остальные размеры насоса выбирают в следующих пределах: толщина лопаток = 3...5 мм; высота лопатки на входе =12...35 мм; высота лопатки на выходе ₂= 10...25 мм; число лопаток z = 4...8.

Подбор вентилятора. Вентилятор необходим для создания направленного воздушного потока, отводящего теплоту от радиатора.

В системах жидкостного охлаждения современных автотракторных двигателей в основном применяют осевые вентиляторы, преимущественно пропеллерного типа с одним рабочим колесом. Лопасти пропеллера изготавливают из стали, алюминиевых (0,5...1,7)N_e, для грузовых автомобилей – (0,27...0,8)N_e, для плоских лопастей и 35...40° для выпуклых лопастей. Углы наклона лопастей изменяются от основания к вершине от 95 до 35°.

Для большинства существующих вентиляторов на рабочем режиме =0,1…2; = 0,05...0,09; = 0,3...0,38. Большие значения и соответствуют меньшим значениям .

Подача вентилятора (м³/с):

,

где q – удельное количество теплоты, отводимое от двигателя системой охлаждения, Дж/(кВт–с); N_e – эффективная мощность двигателя, кВт; с_В – теплоемкость воздуха при t=50°...55°С; – подогрев воздуха в радиаторе,.

Статическое давление, развиваемое вентилятором ( ),. расходуется на преодоление сопротивлений воздушного тракта ( )

где –коэффициент суммарного аэродинамического сопротивления трактат – скорость воздуха перед фронтом радиатора, м/с.

Для автотракторных двигателей =600...1000 Па.

Мощность (кВт), потребляемая вентилятором:

,

где – КПД вентилятора, равный для клепанных вентиляторов 0,3...0,4; для литых – 0,6...0,7.

Тип вентилятора определяют по условному коэффициенту быстроходности:

,

где – частота вращения вентилятора.

По найденному значению подбирают прототип вентилятора и уточняют его размеры.

Диаметр лопастей вентилятора (м):

,

где – скорость воздуха, проходящего через вентилятор (13...30 м/с).

Вентиляторы у V–образных двигателей выбирают с большей подачей, чем у однорядных, из–за повышенных сопротивлений потоку воздуха в подкапотном пространстве. Более широкое распространение получают системы охлаждения с регулируемыми вентиляторами (регулируемый наклон лопастей, электромагнитные муфты, электропривод и др.).

Воздушное охлаждение. В двигателях с воздушным охлаждением теплота от цилиндров и их головок отводится охлаждающим воздухом, омывающим внешние оребренные поверхности этих деталей. Все охлаждаемые поверхности находятся на линии нагнетаемого воздуха. Для более равномерного охлаждения и уменьшения затрат мощности применяют дефлекторы – устройства для подачи потока воздуха с заданной скоростью и направлением. В первую очередь охлаждающий воздух подается в зону перемычки между гнездами клапанов, к свечам зажигания (в карбюраторных двигателях) или к форсункам (в дизелях).

Расчет системы воздушного охлаждения сводится к определению параметров оребрения и расчету вентилятора. За расчетный режим работы двигателя принимают режим максимальной, мощности, при котором теплоотдача в стенки достигает максимума.

Общее количество теплоты (Дж/с), которое необходимо отвести от двигателя через оребрения цилиндра и головки:

,

где В – коэффициент, определяющий долю теплоты, передаваемой площадью поверхности оребрения (для дизелей В=0,25...0,3; для карбюраторных двигателей В=0,28...0,33); N_e – эффективная мощность, кВт; g_e – эффективный удельный расход топлива, кг/(кВт ); Q_H – удельная низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Площадь поверхности оребрения рассчитывают раздельно для головки и цилиндра. Принимают, что от головки цилиндра отводится 45...75%, а от цилиндра 25–55% общего количества отводимой от двигателя теплоты. При этом для дизелей =(0,45...0,6) , и =(0,45...0,55) ,; для карбюраторных двигателей = (0,6...0,75) и = (0,25...0,4) .

Необходимую массовую подачу вентилятором охлаждающего воздуха (кг/с) определяют из выражения:

,

где – средняя удельная теплоемкость воздуха в интервале температур и , Дж/(кг–К); – температура входящего воздуха ( К); – температура выходящего воздуха ( =353...373 К).

Площадь поверхности охлаждения ребер цилиндра (м²):

,

где – коэффициент теплоотдачи поверхности оребрения, Вт/(м²–К); – средняя температура у основания ребер цилиндра, К.; – средняя температура воздуха в межреберном пространстве, К.