冷卻系統(tǒng)計(jì)算

1、無(wú) 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QW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QW 冷卻系統(tǒng)散走的熱量QW，受很多復(fù)雜因素的影響，很難精確計(jì)算，初估QW，可以用下列經(jīng)驗(yàn)公式估算： 3600hNgQueeWA（千焦（千焦/ /秒）秒） （1-1） 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=0.180.25 ge-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

2、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 無(wú) 車用柴油機(jī)可取QW

3、=（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(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：額定功率： 對(duì)于對(duì)于 420420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*309=185.4=0.6*309=185.4 千焦千焦/ /秒秒 增大增大 10%10%后的后的QW=203.94=203.94 千焦千焦/ /秒秒 對(duì)于對(duì)于 360360 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*266=159.6=0

4、.6*266=159.6 千焦千焦/ /秒秒 增大增大 10%10%后的后的QW=175.56=175.56 千焦千焦/ /秒秒 對(duì)于對(duì)于 310310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*225=135=0.6*225=135 千焦千焦/ /秒秒 增大增大 10%10%后的后的QW=148.5=148.5 千焦千焦/ /秒秒 最大扭矩：最大扭矩： 對(duì)于對(duì)于 420420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*250=150=0.6*250=150 千焦千焦/ /秒秒 增大增大 10%10%后的后的QW=165=165 千焦千焦/ /秒秒 對(duì)于對(duì)于 36360 0 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*

5、245=147=0.6*245=147 千焦千焦/ /秒秒 增大增大 10%10%后的后的QW=161.7=161.7 千焦千焦/ /秒秒 對(duì)于對(duì)于 310310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=0.6*180=108=0.6*180=108 千焦千焦/ /秒秒 增大增大 10%10%后的后的QW=118.8=118.8 千焦千焦/ /秒秒 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VW 無(wú) ctQVwwwWW（米3/秒） （1-2） 式中 tw-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)冷卻系，可取tw=612 w-水的比重，可近似取w=1000 千克/米3 cw-水

6、的比熱，可近似取cw=4.187 千焦/千克.度 取取tw=12=12 額定功率：額定功率： 對(duì)于對(duì)于 420420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)VW=203.94/=203.94/（12*1000*4.18712*1000*4.187）=4.06X10=4.06X10- -3 3（米（米3 3/ /秒）秒）=243.54(L/min)=243.54(L/min) 對(duì)于對(duì)于 360360 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)VW=175.56/=175.56/（12*1000*4.18712*1000*4.187）=3.49X10=3.49X10- -3 3（米（米3 3/ /秒）秒）=209.65(L/min)=2

7、09.65(L/min) 對(duì)于對(duì)于 310310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)VW=148.5/=148.5/ （1212*1000*4.187*1000*4.187） =2.96X10=2.96X10- -3 3（米（米3 3/ /秒）秒）=177.33(L/min)=177.33(L/min) 最大扭矩： （對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速最大扭矩： （對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速 1300160013001600） 對(duì)于對(duì)于 420420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)VW=165/=165/（12*1000*4.18712*1000*4.187）=3.28X10=3.28X10- -3 3（米（米3 3/ /秒）秒）=197.03(L/min)=

8、197.03(L/min) 對(duì)于對(duì)于 360360 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)VW=161.7/=161.7/ （12*1000*4.18712*1000*4.187） =3.22X10=3.22X10- -3 3（米（米3 3/ /秒）秒）=193.10(L/min)=193.10(L/min) 對(duì)于對(duì)于 310310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)VW=118.8/=118.8/（12*1000*4.18712*1000*4.187）=2.36X10=2.36X10- -3 3（米（米3 3/ /秒）秒）=141.87(L/min)=141.87(L/min) 3冷卻空氣需要量 冷卻空氣的需要量Va一般根

9、據(jù)散熱器的散熱量確定。散熱器的散熱量一般等于冷卻系統(tǒng)的散熱量QW 無(wú) ctQVaaaWa（米3/秒） （1-3） 式中 ta-空氣進(jìn)入散熱器以前與通過散熱器以后的溫度差，通常 ta=1080 a-空氣的比重，可近似取a=1.01 千克/米3 ca -空氣的定壓比熱，可近似取ca=1.047 千焦/千克.度 額定功率： （取額定功率： （取ta=75=75） 對(duì)于對(duì)于 420420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Va=20=203.94/(60*1.01*1.047)=3.21433.94/(60*1.01*1.047)=3.2143 米米3 3/ /秒秒 對(duì)于對(duì)于 360360 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW

10、=175.56/(60*1.01*1.047)=2.7670=175.56/(60*1.01*1.047)=2.7670 米米3 3/ /秒秒 對(duì)于對(duì)于 310310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=148.5/(60*1.01*1.047)= 2.3405=148.5/(60*1.01*1.047)= 2.3405 米米3 3/ /秒秒 最大扭矩：最大扭矩： 對(duì)于對(duì)于 420420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=165/(80*1.01*1.047)=1.9504=165/(80*1.01*1.047)=1.9504 千焦千焦/ /秒秒 對(duì)于對(duì)于 360360 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=161.7(8

11、0*1.01*1.047)=1.9114=161.7(80*1.01*1.047)=1.9114 千焦千焦/ /秒秒 對(duì)于對(duì)于 310310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW=118.8/(80*1.01*1.047)=1.4043=118.8/(80*1.01*1.047)=1.4043 千焦千焦/ /秒秒 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 1，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、

12、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PR ，它主要取決于散熱芯的結(jié)構(gòu)和尺寸 散熱器的傳熱系數(shù) KR和空氣阻力PR，只能通過專門的試驗(yàn)才能確定。 影響 KR最重要因素是通過散熱芯的空氣流速 Va，當(dāng) Va提高時(shí)，傳熱系數(shù) KR增大，但同時(shí)使空氣阻力PR按平方關(guān)系更急劇地增長(zhǎng)，使風(fēng)扇功率消耗很快增無(wú) 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（1-1）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?；冷卻水的應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏?/p>

13、器散出的熱量；冷卻水的循環(huán)量循環(huán)量VW應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹鬟^散熱器水管的水流量；冷卻空氣量Va應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹鬟^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 vVFaaR （米2） va-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(jī)取 8 米/秒 額定功率： （取額定功率： （取va=8 米/秒） 對(duì)于對(duì)于 420420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)Va=3.2143=3.2143 米米3 3/ /秒秒 F FR R= =0.40178750.4017875 米米2 2 對(duì)于對(duì)于 360360 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW

14、=2.7670=2.7670 米米3 3/ /秒秒 F FR R= = 0.340.3458755875 米米2 2 對(duì)于對(duì)于 310310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī)QW= 2.3405= 2.3405 米米3 3/ /秒秒 F FR R= = 0.29256250.2925625 米米2 2 算出散熱芯的正面積 FR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; hbFR（米） 額定功率： （取額定功率： （取 b b=0.648 米） 對(duì)于對(duì)于 420420 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī) h= Fh= FR R/b=/b=0.40178750.4017875/0.648/0.648

15、 米米2 2= =0.62004240.6200424 米米2 2 對(duì)于對(duì)于 360360 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī) h= Fh= FR R/b=/b= 0.3458750.345875/0.648/0.648 米米2 2= =0.53375770.5337577 米米2 2 無(wú) 對(duì)于對(duì)于 310310 馬力發(fā)動(dòng)機(jī)馬力發(fā)動(dòng)機(jī) h= Fh= FR R/b=/b= 0.29256250.2925625/0.648/0.648 米米2 2= =0.4514850.451485 米米2 2 3） 、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) fvVwWt0 式中vw-水在散熱器水管中的流速

16、，一般取vw=0.60.8 米/秒 f0-每根水管的橫斷面積，米2 4） 、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aav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 F tFKQRW (米2) 式中t -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=tw1-2tw; ta-冷卻空氣平均溫度21tttaaa 式中tw1-散熱器進(jìn)水溫度，對(duì)開式冷卻系統(tǒng)可取tw1=9095，閉式冷卻系統(tǒng)，可取tw1

17、=95100 ta1-散熱器冷卻空氣的進(jìn)口溫度，一般取 40 tw-散熱器冷卻水的進(jìn)出口溫差，一般取tw=612 無(wú) ta-散熱器冷卻空氣的進(jìn)出口溫差，一般取ta=1030 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(shí)際選取的散熱面積F0要比計(jì)算結(jié)果F大一些，通常取FF0 式中-儲(chǔ)備系數(shù)，一般取=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)： 小客車：NFe0=0.1360.204 米2/千瓦 載重車：NFe0=0.2040.408 米2/千瓦 拖拉機(jī)：NFe0=0.4080.680 米2/千瓦 6)計(jì)算散熱器芯

18、部厚度lR FFlRR0 式中-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，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=5001000 米2/米3，對(duì)于選定的芯部結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)定值。 計(jì)算所得lR值，應(yīng)與實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)散熱器尺寸相符。 三、 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) 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，而影響可靠性的無(wú) 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： VWPVV

19、式中VW-冷卻水的循環(huán)量（米3/秒） V-水泵的容積效率，主要考慮水泵中冷卻水的泄露，一般取 0.60.85 2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；此外，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r1 CVrrP122)21 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

20、。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(bǔ)充公式需補(bǔ)充公式 式中2-葉片出口處水流絕對(duì)速度與葉輪切線夾角；一般取2=80120； 無(wú) 2-葉片出口安裝角，一般取2=240500； h-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 nur3022（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)充公式需補(bǔ)充公式 式中-輪葉厚度（米） ，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中=3-5mm； cr-水在出口處的徑向流速，由下式確定，cr=需補(bǔ)充公式需補(bǔ)充公式 在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中b1=1235mm，b2=725mm； z-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)充公式需補(bǔ)充公式 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中1=400550 8計(jì)算出水泵所消耗的功率 mhPPmhVPWPPVPVN（瓦） 式中PP-水泵的泵水壓力（帕） ； VP-水泵的泵水量（米3/秒） m-水泵的機(jī)械效率，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，可取 0.90.97 經(jīng)過計(jì)算