#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QW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，很難精確計算，初估QW,可以用以下經(jīng)驗公式估算：AgNhQW-3600T〔千焦/秒〕〔小Ag內(nèi)燃機燃料消耗率〔千克/千瓦.小時〕eN內(nèi)燃機功率〔千瓦〕eh燃料低熱值〔千焦/千克〕u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)將傳入機油中的熱量計算在冷卻系統(tǒng)中，則按上式計算的熱量Q值應(yīng)W增大5~10%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(jìn)行驗算，因為當(dāng)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(biāo)的內(nèi)燃機，在額定工況時，柴油機g可取0.21~/千瓦?小時,e汽油機g可取0.30~/千瓦?小時，柴油和汽油的低熱值可分別取41870千焦/千e克和43100千焦/千克，將此值帶入公式即得汽油機Q二〔0.85~1.10〕NWe柴油機Q二〔0.50~0.78〕NWe車用柴油機可取Q二〔0.60~0.75〕N，直接噴射柴油機可取較小值，增We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Q二〔0.50~0.60〕N，精確的Q應(yīng)通過樣機的熱平衡試驗確定。WeW取QNWe考慮到機油散熱器散走的熱量，所以Q在上式計算的基礎(chǔ)上增大10%W額定功率：???對于420馬力發(fā)動機QW增大10%后的QW???對于360馬力發(fā)動機QW增大10%后的QW???對于310馬力發(fā)動機Q=0.6*225=135千焦/秒W增大10%后的QW最大扭矩：???對于420馬力發(fā)動機Q=0.6*250=150千焦/秒W增大10%后的Q=165千焦/秒W???對于360馬力發(fā)動機Q=0.6*245=147千焦/秒W增大10%后的QW???對于310馬力發(fā)動機Q=0.6*180=108千焦/秒W增大10%后的QW2．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V

V二WQW—〔米3/秒〕〔1-2〕At丫cwww式中At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w卻系，可取肚=6~12°Cw丫水的比重，可近似取丫=1000千克/米3wwc―-水的比熱，可近似取cww取心=12Cw額定功率：???對于420馬力發(fā)動機V-3〔米3/秒〕=243?54(L/min)W???對于360馬力發(fā)動機V-3〔米3/秒〕=209?65(L/min)W???對于310馬力發(fā)動機V-3〔米3/秒〕=177?33(L/min)W最大扭矩：〔對應(yīng)轉(zhuǎn)速1300~1600〕???對于420馬力發(fā)動機V-3〔米3/秒〕=197?03(L/min)W???對于360馬力發(fā)動機V10-3〔米3/秒〕=193?10(L/min)W??????對于310馬力發(fā)動機V-3〔米3/秒〕=141?87(L/min)W3．冷卻空氣需要量冷卻空氣的需要量V一般根據(jù)散熱器的散熱量確定。散熱器的散熱量一a般等于冷卻系統(tǒng)的散熱量QW米3/秒〕1-3〕Q米3/秒〕1-3〕WAt丫caa式中At空氣進(jìn)入散熱器以前與通過散熱器以后的溫度差，通常aAt=10~80C丫-一空氣的比重，可近似取丫3

aaC-―空氣的定壓比熱，可近似取Caa額定功率：〔取&=75°C〕a???對于420馬力發(fā)動機V=203.94/(60*1.01*1.047)=3/秒a:.對于360馬力發(fā)動機Q=175.56/(60*1.01*1.047)=3/秒W:.對于310馬力發(fā)動機Q=148?5/(60*1.01*1.047)=3/秒W最大扭矩：???對于420馬力發(fā)動機QW???對于360馬力發(fā)動機QW???對于310馬力發(fā)動機QW二、散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點1、散熱器的質(zhì)量指標(biāo)：1〕、傳熱系數(shù)K是評價散熱效能的重要參數(shù)，它表示當(dāng)冷卻水和空氣之間R的溫差為1C,每1秒通過1米2與空氣接觸散熱外表所散走的熱量。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AP，它主要取決于散熱芯的結(jié)構(gòu)和尺寸R散熱器的傳熱系數(shù)K和空氣阻力AP,只能通過專門的試驗才能確定。RR影響K最重要因素是通過散熱芯的空氣流速V,當(dāng)V提高時，傳熱系數(shù)KRaaR增大，但同時使空氣阻力AP按平方關(guān)系更急劇地增長，使風(fēng)扇功率消耗很快增R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〔1-1、計算出傳給冷卻液的熱量Q;W同時按公式〔1-2、計算出冷卻水的循環(huán)水量V；用公式〔1-3、計算出冷卻空W氣量V。內(nèi)燃機傳給冷卻液的熱量Q應(yīng)當(dāng)?shù)扔谏崞魃⒊龅臒崃浚焕鋮s水的aW循環(huán)量V應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹鬟^散熱器水管的水流量；冷卻空氣量V應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹鬟^散Wa熱器的空氣量。2〕、計算散熱器的正面積fr根據(jù)冷卻空氣量卩計算散熱芯的正面積aVF二亠〔米2〕Rvav散熱器正面前的空氣流速〔米/秒〕。載重汽車取8~10米/秒，小客a車取12米/秒，礦山車和拖拉機取8米/秒額定功率：〔取v=8米/秒〕a???對于420馬力發(fā)動機V=3/秒卩=米2aR???對于360馬力發(fā)動機Q=3/秒F=米2WR???對于310馬力發(fā)動機Q=3/秒F=米2WR算出散熱芯的正面積F以后，再根據(jù)動力裝置的總布置確定散熱器芯部的R高度h和寬度b;b=FR7T〔米〕額定功率：（取b二〕???對于420馬力發(fā)動機h=F/b=/0.648米2=米2R???對于360馬力發(fā)動機h=F/b=/0.648米2=米2R???對于310馬力發(fā)動機h=F/b=/0.648米2=米2R3〕、計算散熱器的水管數(shù)根據(jù)冷卻水的循環(huán)量V，計算冷卻水管數(shù)Wt-Vt——WVTw0

式中v水在散熱器水管中的流速，一般取v=0.6~/秒wwf每根水管的橫斷面積，米204〕、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v和空w氣重量流速v7條件下傳熱系數(shù)Kr的值。Kr的值通常等于0.069~0.117（千焦/aaRR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〕計算散熱器的散熱外表積FF=Q—K>（米2）R式中At――散熱器中冷卻水和冷卻空氣的平均溫差，At二t-1waAt式中t冷卻水平均溫度t=t-w;www1t冷卻空氣平均溫度t冷卻空氣平均溫度t=t+aaa1Ata"2式中t-—散熱器進(jìn)水溫度，對開式冷卻系統(tǒng)可取t=90~95°C，閉式冷卻w1w1系統(tǒng)，可取t=95~100Cw1t-―散熱器冷卻空氣的進(jìn)口溫度，一般取40Ca1At-—散熱器冷卻水的進(jìn)出口溫差，一般取At=6~12CwwAt散熱器冷卻空氣的進(jìn)出口溫差，一般取At=10~30Caa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F0要比計算結(jié)果F大一些，通常取F=0F0式中B―-儲備系數(shù)，一般取B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以范圍內(nèi)：F小客車：一0=0.136~0.204米2/千瓦NeF載重車：一0=0.204~0.408米2/千瓦NeF拖拉機：一0=0.408~0.680米2/千瓦Ne6）計算散熱器芯部厚度1RF0F申R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，一般取申=500~1000米2/米3,對于選定的芯部結(jié)構(gòu)，它是一個定值。計算所得1值，應(yīng)與實際的標(biāo)準(zhǔn)散熱器尺寸相符。R三、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:

式中VW冷卻水的循環(huán)量〔米3/秒〕nV2．確定水泵的泵水壓力〔P〕p水泵的壓力應(yīng)當(dāng)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；此外，為了冷卻可靠，在工作溫度下水在任一點的壓力均應(yīng)大于此時飽和蒸氣壓力。當(dāng)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55（2.5~4.5巴）3.計算出葉輪進(jìn)水孔半徑r1(r(r2r1式中r1進(jìn)水孔半徑〔米〕r0葉輪輪轂的半徑〔米〕C水泵進(jìn)口處的水流速度，一般取C=1~2米/秒。假設(shè)C取得過大,111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d――葉片出口處水流絕對速度與葉輪切線夾角；一般取d=8。~12。；22卩葉片出口安裝角，一般取卩=24。~50。；22耳―-液力效率耳=0.6~0.8；hhP水泵的泵水壓力，帕p5．求出葉輪外緣半徑

30ur2.n〔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充公式式中輪葉厚度〔米〕在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中=3-5mm；c水在出口處的徑向流速，由下式確定，c=需補充公式rr在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中b=12~35mm，b=7~25mm；12z輪葉數(shù)，一般取出4~8片。7．計算輪葉進(jìn)口安裝角需補充公式現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中卩=40。~55。18．計算出水泵所消耗的功率VPWP耳耳耳瓦〕VPVPWP耳耳耳瓦〕PPhm式中PP水泵的泵水壓力〔帕〕；V水泵的泵水量〔米3/秒〕Pnm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(dāng)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(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?！捕?、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小出發(fā)。1．確定風(fēng)扇的扇風(fēng)量扇風(fēng)量由公式〔1-