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Qv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Q冷卻系統(tǒng)散走的熱量Q,受很多復雜因素的影響，很難精確計算，初估Q,可以用下列經(jīng)驗公式估算：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，對汽油機A=0.230.30,對柴油機A=0.180.25ge-內(nèi)燃機燃料消耗率（千克/千瓦.小時）Ne-內(nèi)燃機功率（千瓦）hu-燃料低熱值（千焦/千克）如果內(nèi)燃機還有機油散熱器，而且是水油散熱器，則傳入冷卻系統(tǒng)中的熱量，也應將傳入機油中的熱量計算在

2、冷卻系統(tǒng)中，則按上式計算的熱量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，但應該對最大扭矩工況進行驗算，因為當轉(zhuǎn)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(nèi)燃機過熱的現(xiàn)象。具有一般指標的內(nèi)燃機，在額定工況時，柴油機ge可取0.210.27千克/千瓦.小時，汽油機ge可取0.300.34千克/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=(0.60-0.75)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

3、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試驗確定。QQW=0.60Ne考慮到機油散熱器散走的熱量，所以QW在上式計算的基礎上增大10%額定功率： 對于420馬力發(fā)動機QW=0.6*309=185.4千焦/秒增大10淅的QW=203.94千焦/秒 對于360馬力發(fā)動機QW=0.6*266=159.6千焦/秒增大10淅的QW=175.56千焦/秒 對于310馬力發(fā)動機QW=0.6*225=135千焦/秒增大10淅的QW=148.5千焦/秒最大扭矩： 對于420馬力發(fā)動機QW=0.6*250=150千焦/秒增大10淅的QW=165千焦

4、/秒 對于360馬力發(fā)動機QW=0.6*245=147千焦/秒增大10淅的Qw=161.7千焦/秒 對于310馬力發(fā)動機QW=0.6*180=108千焦/秒增大10淅的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=612C3；w-水的比重，可近似取；w=1000千克/米cw-水的比熱，可近似取6=4.187千焦/千克.度取-：tw=12C額定功率:對于420馬力發(fā)動機Vw=203.94/(12*1000*4.18

5、7)=4.06X10-3(米3/秒)=243.54(L/min) 對于360馬力發(fā)動機Vw=175.56/(12*1000*4.187)=3.49X10-3(米3/秒)=209.65(L/min).對于310馬力發(fā)動機Vw=148.5/(12*1000*4.187)=2.96X10-3(米3/秒)=177.33(L/min)最大扭矩：(對應轉(zhuǎn)速13001600)對于420馬力發(fā)動機Vw=165/(12*1000*4.187)=3.28X10-3(米3/秒)=197.03(L/min) 對于360馬力發(fā)動機Vw=161.7/(12*1000*4.187)=3.22X10-3(米3/秒)=193.

6、10(L/min) 對于310馬力發(fā)動機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)對于420馬力發(fā)動機Va=203.94/(60*1.01*1.047)=3.2143米3

7、/秒對于360馬力發(fā)動機Qw=175.56/(60*1.01*1.047)=2.7670米3/秒對于310馬力發(fā)動機Qw=148.5/(60*1.01*1.047)=2.3405米3/秒最大扭矩：對于420馬力發(fā)動機Qw=165/(80*1.01*1.047)=1.9504千焦/秒丁對于360馬力發(fā)動機Qw=161.7(80*1.01*1.047)=1.9114千焦/秒對于310馬力發(fā)動機Qw=118.8/(80*1.01*1.047)=1.4043千焦/秒二、散熱器的結構設計要點1、散熱器的質(zhì)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

8、1米2與空氣接觸散熱表面所散走的熱量。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(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構和尺寸散熱器的彳熱系數(shù)根和空氣阻力Pr,只能通過專門的試驗才能確定。影響除最重要因素是通過散熱芯的空氣流速V當M提高時，傳熱系數(shù)&增大，但同時使空氣阻力自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(jīng)驗公式（i-i）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-

9、3）計算出冷卻空氣量Va。內(nèi)燃機傳給冷卻液的熱量Qw應當?shù)扔谏崞魃⒊龅臒崃?；冷卻水的循環(huán)量Vw應當?shù)扔诹鬟^散熱器水管的水流量；冷卻空氣量Va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Va計算散熱芯的正面積VaFR=一（米）VaVa-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Va=3.2143米3/秒Fr=0.4017875米2對于360馬力發(fā)動機Qw=2.7670米3/秒Fr=0.345875米2對于310馬力發(fā)動機Qw=2.3405米3/秒Fr=0.29

10、25625米2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;,Frtb=（米）h額定功率：（取b=0.648米）對于420馬力發(fā)動機h=FJb=0.4017875/0.648米2=0.6200424米2丁對于360馬力發(fā)動機h=FR/b=0.345875/0.648米2=0.5337577米2對于310馬力發(fā)動機h=FJb=0.2925625/0.648米2=0.451485米23）、計算散熱器的水管數(shù)根據(jù)冷卻水的循環(huán)量Vw，計算冷卻水管數(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

11、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(zhì)量決定。5）計算散熱器的散熱表面積FF=人（米2）Krt式中At-散熱器中冷卻水和冷卻空氣的平均溫差，At=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-散熱器進水溫度，對開式冷卻系統(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口溫度，一般取40C tw-散熱器冷卻水的進出口

12、溫差，一般取Atw=612c ta-散熱器冷卻空氣的進出口溫差，一般取Atan。30c考慮到經(jīng)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F。'F式中B-儲備系數(shù)，一般取6=1.11.15根據(jù)統(tǒng)計，散熱器的比散熱面積，即內(nèi)燃機單位功率所需要的散熱面積在下列范圍內(nèi)：F。小客車：一=。.136。.2。4米2/千瓦NeF。y,2一一載重車：=。.2。4。.4。8米/千瓦NeF。、“2一一拖拉機：=。.4。8。.68。米2/千瓦Ne6）計算散熱器芯部厚度|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

13、的散熱面積，中越大，散熱器愈小，但空氣阻力也大。它決定于散熱片和水管的數(shù)目、布置和形狀，一般取中=5。1。米2/米3,對于選定的芯部結構，它是一個定值。計算所得lR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）、水泵的設計要點而影響可靠性的在水泵結構中，影響效率的主要關鍵是輪葉和蝸殼的形狀，關鍵是水封。（二）、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

14、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；止匕外，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。在機車柴油機中，泵水壓力約需P=2.5X1054.5X105（2.54.5巴）3 .計算出葉輪進水孔半徑ri22VPri-r2)=一Ci式中r1-進水孔半徑（米）r0-葉輪輪轂的半徑（米）C1-水泵進口處的水流速度，一般取C1=12米/秒。若C1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：需補充公式式中口2-葉片出口處水流絕對速度與葉輪切線

15、夾角；一般取Q2=8°12°22-葉片出口安裝角，一般取22=240500;nh-液力效率nh=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 .進口處與出口處的葉片寬度各為需補充公式式中6-輪葉厚度（米），在現(xiàn)有結構中每=3-5mmCr-水在出口處的徑向流速，由下式確定，c,二需補充公式在現(xiàn)有結構中b1=1235mmb=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VwPpVpPpNp=（瓦）nnnnnVhmhm式中Pp-水泵的泵水壓力

16、（帕）；Vp-水泵的泵水量（米/秒）“m-水泵的機械效率，在現(xiàn)有結構中，可取0.90.97所以提高水泵經(jīng)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(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構的有效的有效方法，但不宜將轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)速一次、二次、三次方成正比，所以，提高轉(zhuǎn)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）、風扇的計算內(nèi)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(nèi)燃機風扇從風扇的外形尺寸要盡可能小出