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(shè)計或選用水泵、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(yīng)將傳入機

2、油中的熱量計算在冷卻系統(tǒng)中，則按上式計算的熱量 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)的計算工況，但應(yīng)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

3、接噴射柴油機可取較小值，增 壓的直接噴射式柴油機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)通過樣機的熱平衡試驗確定。取 Qw=0.60 Ne考慮到機油散熱器散走的熱量，所以 QW在上式計算的基礎(chǔ)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

4、420馬力發(fā)動機QW =0.6*250=150千焦/秒增大10淅的 QW =165千焦/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VwVwQw（米3/秒）(1-2)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 去喙可取tw=612C3；w-水的比重，可近似?。粀 =1000千克/米cw-水的比熱，可近似取 6=4.187千焦/千克.度取."：tw=

5、12C額定功率：對于 420 馬力發(fā)動機 Vw =203.94/ (12*1000*4.187 ) =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(yīng)轉(zhuǎn)速13001600)對于 420 馬力發(fā)動機 Vw=165/ (12*1000*4.187 ) =3.28X10-3 (

6、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) =193.10(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 股等于冷卻系統(tǒng)的散熱量QwVa 二Qwta aCa(米3/秒)(1-3)式中A ta -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

7、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/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*

8、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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)和尺寸散熱器的彳熱系數(shù)根和空氣阻力 Pr,只能通過專門的試驗才能確定。影響除最重要

9、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(guān)系更急劇地增長，使風(fēng)扇功率消耗很快增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（1-3）計算出冷卻空 氣量Va。內(nèi)燃機傳給冷卻液的熱量 Qw應(yīng)當?shù)扔谏崞魃⒊龅臒崃浚焕鋮s水的 循環(huán)量Vw應(yīng)當?shù)扔诹鬟^散熱器水管的水流量；冷卻空氣量Va應(yīng)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Va2（米2）va -散熱器正面前的空氣流速（米/秒）。載重汽車取81

10、0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= 0.2925625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;,F r tb=（米）h額定功率：（取b=0.648米）對于 420 馬力發(fā)動機 h= F Jb=0.4017875/0.648 米 2=0.6200424 米 2丁對于 360 馬力發(fā)動機 h=

11、F R/b= 0.345875/0.648 米 2=0.5337577 米 2對于 310 馬力發(fā)動機 h= F Jb= 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Vw f 0式中Vw-水在散熱器水管中的流速，一般取 Vw=0.60.8米/秒f 0-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，并從散熱器特性曲線上尋求相應(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

12、造質(zhì)量決定。5）計算散熱器的散熱表面積FF =巫（米2）Kr t式中At-散熱器中冷卻水和冷卻空氣的平均溫差，A 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=95100c般取 40 C一般取 tw=612cta1-散熱器冷卻空氣的進口溫度，-tw-散熱器冷卻水的進出口溫差, 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?xí)r，散熱性能要有降低，實際選取的散熱面積F。要比計算結(jié)

13、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。.204 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|rlR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(jié)構(gòu)，它是 一個定值。計算所

14、得l R值，應(yīng)與實際的標準散熱器尺寸相符。3、 水泵的設(shè)計要點及計算（一）、水泵的設(shè)計要點在水泵結(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：VwVp =一nv式中Vw-冷卻水的循環(huán)量（米3/秒）n V-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

15、在任一點的壓力均應(yīng)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ri22 V Pri - r2)=一Ci式中r1-進水孔半徑（米）r 0-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夾角；一般取 Q 2=8°12°2 2-葉片出口安裝角，一般取2 2 =240500;n h

16、-液力效率 n 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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中 b1=1235mm b=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(jié)構(gòu)中:1 =4005508 .計算出水泵所消耗的功率Vw PpVp PpNp =（瓦）n n n n n V h mh m式中Pp-水泵的泵水壓力（帕）；V p-水泵的泵水量（米/秒）“m-水泵的機械效率，在現(xiàn)

17、有結(jié)構(gòu)中，可取 0.90.97經(jīng)過計算得出水泵葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)后，就可對葉輪繪制結(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。4、 水冷內(nèi)燃機的風(fēng)扇設(shè)計要點及計算（一）、風(fēng)扇的設(shè)計要點風(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，外界空氣從不密封處短路流入風(fēng)扇，使流過散熱器的風(fēng)量減少， 使散熱器的散熱效果下降。（二）、風(fēng)扇的計算內(nèi)燃機風(fēng)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(fēng)冷內(nèi)燃機風(fēng)扇從風(fēng)扇的外形尺寸要盡可能