Лабораторная работа.
Расчет ОУ производится с целью определения номинальной поверхности охлаждения, необходимой для полного отвода тепла от охлаждающей жидкости.
Расчет начинается с определения количества теплоты, кДж/с, отводимой от воды, масла и надувочного воздуха:
где а – доля тепла, отводимая в ОУ от теплоносителей, из таблицы.
1. Уравнение теплопередачи:
где К – коэффициент теплопередачи радиатора, кВт/м2×К;
FP – расчетная поверхность теплообмена, м2
ΔtСР – средний температурный напор, т. е. разность средней температуры жидкости и воздуха, °С.
Для новых радиаторов К определяется, Вт/м2×К:
где а1 – коэффициент теплоотдачи от жидкости к трубке, Вт/м2×К;
d –толщина трубки, м;
l – коэффициент теплопроводности материала трубки, Вт/м2×К;
F1 и F2 – площадь поверхности, омываемая соответственно жидкостью и воздухом, м2;
а2 – коэффициент теплоотдачи от трубки к воздуху, Вт/м2×К.
Применяемая в качестве теплоносителей вода имеет высокое значение коэффициента теплоотдачи (а1 = 4650–6400 Вт/м2×К по сравнению с
воздухом а2 = 58–1 75 Вт/м2×К). Поэтому у всех радиаторов наружные поверхности трубок имеют дополнительное оребрение. В случае использования стандартных радиаторов коэффициент теплопередачи определяется по графической зависимости К = f (UВ), где
UВ – массовая скорость воздуха в радиаторе, кг/м2×с.
2 Уравнение теплового баланса (количество теплоты, отдаваемой
охлаждаемой жидкостью в ОУ)
Q = GЖ C Ж(t1 – t2).
3 Уравнение теплового баланса (количество теплоты, воспринимаемой воздухом, подаваемым вентилятором)
Q = GВ CВ (t2 – t1),
где GЖ, GВ – весовой расход жидкости и воздуха, кг/ч. По этим параметрам определяется производительность насоса и вентилятора;
СЖ, СВ –удельная теплоемкость жидкости и воздуха, Дж/кг×К; t1 и t2 – температура жидкости до и после ОУ;
t2 и t1 – температуры воздуха до и после ОУ.
Для решения этих уравнений определяют коэффициент теплопередачи. При этом для водяных радиаторов задаются UВ = 8–10 кг/м2с, для
масляных радиаторов массовую скорость воздуха рассчитывают исходя
из расположения радиаторов: при однорядном расположении радиаторов исходят из равенства сопротивлений водяных и масляных радиаторов (тепловоз ТЭМ2), при двухрядном расположении радиаторов исходят из равенства количества воздуха проходящего через радиаторы (тепловоз ТЭ3). Кроме коэффициента теплопередачи, еще необходимо задаться значениями температур жидкости и воздуха до и после ОУ.
По первой формуле определяют расчетную площадь, м2, охлаждения
В связи с тем, что радиаторы во время эксплуатации загрязняются,
рассчитывают действительную поверхность охлаждения, м2
Зная поверхность теплообмена одного радиатора ΔF, м2, определяют
их численность, шт.,
По второй и третьей формулам рассчитывают расход жидкости и расход воздуха. В конце расчета выполняют проверку путем определения количества воздуха, которое может пройти через найденное число радиаторов, кг/ч,
где ω – живое сечение радиатора для прохода воздуха, м2, берется из
учебника.
Если G 1В отличается от GВ не более 2–3 %, то расчет выполнен вер-
но, если более, то необходимо пересчитать число радиаторов.
Расчет поверхности охлаждения водомасляного теплообменника про-
водится в следующей последовательности: определяется расчетная по-
верхность теплообмена, м2,
где КВМТ – коэффициент теплопередачи ВМТ берется в пределах
700–800 Вт/м2×К;
– средние температуры масла и воды. Перепад температур находится в пределах (10–15) °С.
Затем, задаваясь значениями наружного диаметра трубок – d и чис-
лом – n, определяют длину теплообменника, м:
Например, водомасляный теплообменник тепловоза 3ТЭ10М имеет
следующие параметры: d = 1 0 мм, n = 955, L = 2484 мм.