Исходные данные для расчетов.
Рис.1. Принципиальная гидравлическая схема системы охлаждения ДВС.
Таблица 2.
Исходные данные.
| Наименование показателя | Обозначение показателя | Единица измерения показателя | Численное значение показателя |
| Мощность теплового потока, отводимого от ДВС в охлаждающую жидкость | Q | кВт | |
| Длина эквивалентного трубопровода для каналов блока цилиндра | lб | м | 2,5 |
| Длина соединяющего трубопровода | lт | м | 1,5 |
| Диаметр соединяющего трубопровода | dт | м | 0,02 |
| Мощность насоса системы охлаждения | Nн | кВт | 2,0 |
| КПД насоса системы охлаждения | ηн | - | 0,3 |
| Длина радиаторных трубок | lр | м | 0,4 |
| Эквивалентная шероховатость соединяющего трубопровода | kэ.т. | м | 10-4 |
| Эквивалентная шероховатость трубок радиатора | kэ.р. | м | 10-4 |
| Площадь радиатора | a∙b | м2 | 0,1∙0,4 |
| Диаметр эквивалентного трубопровода для каналов блока цилиндров | dб | м | 0,1 |
| Удельная теплоемкость при постоянном давлении | cp | 
| |
| Плотность охлаждающей жидкости | ρ | 
| |
| Перепад температур охлаждающей жидкости на входе в ДВС и на выходе из ДВС |  Tср
| К | |
| Коэффициент кинематической вязкости | ν | 
| 0,39∙10-6 |
| Коэффициент местных потерь в термостате | ξт | - | |
| Эквивалентная шероховатость эквивалентного трубопровода для каналов блока | kэ.б. | м | 10-3 |
| Начальный гидравлический диаметр трубок, из которых состоит радиатор системы охлаждения ДВС | dго | м | 0,003 |
Расчет ведется для разного числа трубок n = 10, 50,100, 200, 400 штук.
Расчет гидравлического диаметра трубок для радиатора системы охлаждения ДВС.
1) Определяем величину объемного расхода охлаждающей жидкости G0 из уравнения теплового баланса, записанного для жидкости, протекающей через рубашку охлаждения блока цилиндров:
Следовательно:
(
).
2) Определяем величину напора насоса:
(м).
3) Определяем скорость течения жидкости и числа Рейнольдса в блоке цилиндров и трубопроводов:
Площадь живого сечения соединяющих трубок:
(м2).
Скорость течения жидкости в сечении соединяющих трубок:
(м/с).
Число Рейнольдса соединяющих трубок:
.
Площадь живого сечения эквивалентного трубопровода блока:
(м2).
Скорость течения жидкости в сечении эквивалентного трубопровода блока:
(м/с).
Число Рейнольдса эквивалентного трубопровода блока:
.
4) Определяем коэффициенты гидравлического трения в трубопроводе и горле цилиндра:
Так как число Рейнольдса Reт = 139897,44 > 
= 2000, то рассчитываем коэффициент гидравлического трения в трубопроводе по формуле:
;
Так как число Рейнольдса Reб = 27948,718 > 
= 10000, то рассчитываем коэффициент гидравлического трения в трубопроводе по формуле:
.
5) Определяем значения размерных коэффициентов А1 и А2 с учетом режимов течения жидкости в каналах блока и соединяющих трубопроводах.
Используем уравнение Бернулли:
Следовательно:
(м6);
(м).
6) Приведем уравнение Бернулли
к виду:
;
Отсюда формула для расчета гидравлического диаметра трубок радиатора будет иметь вид:
.
Расчет для радиатора с числом трубок равным десяти (n = 10).
1) Начальный гидравлический диаметр трубок, из которых состоит радиатор системы охлаждения ДВС dго = 0,003 = 3∙10-3 м.
Скорость потока воздуха в радиаторе:
(м/с).
Число Рейнольдса радиатора:
.
Так как число Рейнольдса Re = 93276,7 > 
= 300, то рассчитываем коэффициент гидравлического трения в радиаторе по формуле:
2) Первое приближение:
(м);
Δ = | dг` - dго| = |2,78·10-3 – 3·10-3| = 0,22·10-3 <10-5.
Так как Δ = 0,22·10-3 <10-5, то принимаем dг = dг' = 2,78·10-3 (м).
3) Второе приближение:
Скорость потока воздуха в радиаторе:
(м/с).
Число Рейнольдса радиатора:
.
Так как число Рейнольдса Re` = 100764,64> 
= 275, то рассчитываем коэффициент гидравлического трения в радиаторе по формуле:
;
(м);
Δ= | dг`` - dг`| = |2,7875·10-3 – 2,78·10-3| = |1,04·10-5| < 10-5.
Так как Δ = 1,04·10-5 <10-5, то принимаем dг = dг`` = 2,7875·10-3м.
4) Третие приближение:
Скорость потока воздуха в радиаторе:
(м/с).
Число Рейнольдса радиатора:
Так как число Рейнольдса Re`` = 100386,67> 
= 278,5, то рассчитываем коэффициент гидравлического трения в радиаторе по формуле:
;
Δ = | dг``` - dг``| = | 2,7870·10-3 – 2,7875·10-3| = 5,1·10-7 <10-5
Таким образом, искомый гидравлический диаметр для радиатора с числом трубок равным десяти d = dг``` = 2,787013·10-3 м.
Аналогично ведется расчет для радиатора с числом трубок равным пятидесяти, ста, двумстам, четыремстам (n = 50, 100, 200, 400).
Итоговые данные приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Полученные значения искомых величин при расчете радиатора с числом трубок равным десяти, пятидесяти, ста, двумстам, четыремстам.
| n | w, м/с | Re | λр | dг∙10-3, м | Аб, м2 |
| 14,045015 | 100386,67 | 0,048097 | 2,787013 | 0,035 | |
| 9,541981 | 37004,047 | 0,056163 | 1,510141 | 0,095 | |
| 8,080198 | 24078,306 | 0,060059 | 1,159928 | 0,146 | |
| 6,814873 | 15636,115 | 0,064210 | 0,89089 | 0,224 | |
| 5,799393 | 10199,44 | 0,06874 | 0,684438 | 0,344 |
Построение графиков зависимостей гидравлического диаметра трубок от их количества и площади боковой поверхности трубок от их количества.
Для построения графика зависимости площади боковой поверхности трубок от их количества используем формулу Аб = π∙dг ∙ l р∙ n.
Тогда:
Аб10 = 3,14∙2,787013∙10-3∙0,4∙10 = 122,60∙10-3 (м2);
Аб50 = 3,14∙1,150141∙10-3∙0,4∙50 = 332,45∙10-3 (м2);
Аб100 = 3,14∙1,159928∙10-3∙0,4∙100 = 510,60∙10-3 (м2);
Аб200 = 3,14∙0,89089∙10-3∙0,4∙200 = 784,67∙10-3 (м2);
Аб400 = 3,14∙0,684438∙10-3∙0,4∙400 = 1206,26∙10-3 (м2).
График 1. Зависимость гидравлического диаметра трубок от их количества.
График 2. Зависимость площади боковой поверхности трубок от их количества.