Методика расчета
Исходные данные:
· количество теплоты Q, выделяемое двигателем;
· производительность насоса VВ.Н., осуществляющего циркуляцию теплоносителя;
максимально допустимая температура охлаждаемой жидкости 
при выходе из двигателя;
температура окружающей среды 
;
· расход охлаждаемой воды VВ;
· производительность вентилятора Vвент;
Порядок расчета
- определяется рациональный режим течения
теплоносителей в принятых охлаждающих секциях данного контура охлаждения: скорость воды Uводы и массовая скорость воздуха Uвозд;
по скорости воды и массовой скорости воздуха определяют коэффициент теплопередачи КТ;
определяют количество радиаторных секций холодильника воды соответствующее принятой скорости течения воды:
количество секций z, необходимых для обеспечения температуры воды при входе в холодильник 
, при температуре воздуха 
определяется методом последовательных приближений.
второе приближение
.
Для нового значения 
и принятого ранее 
находим z2.
для полученного числа секций z2 проверяем температуру воды при выходе из двигателя для первого контура, после охладителя наддувочного воздуха (ОНВ) и водомасляного теплообменника:
где: 
.
Расчет блока радиаторных секций 1-го контура водяного охлаждения
Исходные данные:
QВ = 406000 ккал/час (472 кВт), производительность водяного насоса VВ.Н.= 83 м3/час, максимально допустимая температура на выходе из двигателя (вход в радиаторные секции)) t1воды = 850С, температура окружающего воздуха t0 = 400С.
Скорость воды в радиаторной секции принимаем Uводы = 1 м/с, массовую скорость атмосферного воздуха Uвозд = 10,6 кг/м2с, коэффициент теплопередачи КТ = 75 ккал/м2чК.
Расчет
Количество радиаторных секций, соответствующее принятой скорости течения воды:
Количество секций, необходимое для обеспечения температуры воды при входе в радиаторные секции t1воды = 850С, при температуре окружающего воздуха t0 = 400С:
Второе приближение:
;
По U1воды и Uвозд находим коэффициент теплопередачи
КТ = 85 ккал/м2чК = 98 Вт/м2К.
При таких параметрах количество секций составит:
Принимаем количество секций z = 10, при этом
Uводы = 1 м/с и КТ = 82 ккал/м2чК.
Для принятого количества секций z = 10 проверяем температуру воды на выходе из дизеля
,
где: 
Тогда
,
т.е. на 100С ниже, чем максимально допустимая температура воды на выходе из дизеля при использовании 10 секций. Это и предопределяет значительный запас по теплорассеивающей способности 1-го контура водяного охлаждения.
Расчет блока радиаторных секций 2-го контура водяного охлаждения
Исходные данные:
Вода после блока радиаторных секций поступает в охладитель наддувочного воздуха, а затем в водомасляный теплообменник.
QМ = 217000 ккал/ч (252 кВт), Qвозд = 125000 ккал/ч (145 кВт) при GS = 2,41 кг/с, t0 = 400С, tК = 1350С, pК = 2,1, tS = 750С.
Q2 = QM + Qвозд = 342000 ккал/ч.
Расход воды во 2-ом контуре V2 = 64 м3/ч.
Максимально допустимая температура на входе в блок радиаторных секций при температуре окружающего воздуха 400С, t1воды = 700С. Скорость воды принимаем Uводы = 1,3 м/с. Коэффициент теплопередачи при заданной Uводы и Uвозд определяется по графику рис. 34 [12] - КТ = 77 ккал/м2чК.
Количество радиаторных секций z, соответствующее принятой скорости течения воды
.
Количество секций z’, необходимое для обеспечения температуры воды на входе в радиаторные секции 700С при температуре окружающего воздуха 400С
Принимаем z=10 секций, при Uводы=1,3 м/с и КТ=77 ккал/м2чК. Для этого количества секций проверим температуру воды на выходе из водомасляного теплообменника (т.е. на входе в блок радиаторных секций 2-го контура водяного охлаждения).
Температура воды практически не отличается от максимально допустимой температуры воды на входе в блок радиаторных секций 2-го контура водяного охлаждения. Теплорассеивающая способность холодильной камеры тепловоза М62 существенно выше (в каждом блоке по 15 радиаторных секций), чем это требуется при замене дизеля 14Д40 на 10ЧН26/27.
В процессе эксплуатации, вследствие загрязнения, происходит снижение теплорассеивающей способности радиаторных секций. Поэтому устанавливается «запас» в размере 15-20%, для компенсации потерь. С учетом этого в 1-й контур охлаждения следует включить 12 радиаторных секций, а во 2-ой контур 14 секций. Таким образом целесообразно использовать полностью штатную холодильную камеру тепловоза М62. Это обеспечит в условиях эксплуатации снижение продолжительности работы вентилятора холодильной камеры. Учитывая, что до 6-6,5% мощности дизеля может быть израсходовано на привод вентилятора холодильной камеры, снижение продолжительности его работы приведет к сокращению эксплуатационного расхода топлива.
3.5 Расчет охладителя наддувочного воздуха дизеля
Расчет охладителя наддувочного воздуха выполнен при температуре окружающей среды t=400C. Исходные данные для расчета представим в виде таблицы 3.3.
Таблица 3.3
Исходные данные для расчета охладителя наддувочного воздуха
| Наименование параметров | Обозначение | Величина | Размерность |
| 1. Количество воздухоохладителей на дизеле | N | шт. | |
| 2. Температура воздуха на входе в охладитель | tв’ | 0C | |
| 3. Температура воздуха на выходе из охладителя | tв” | 0C | |
| 4. Давление воздуха перед воздухоохладителем | Pв | 2,1 | кгс/см2 |
| 5. Расход наддувочного воздуха | Gв | 2,41 | кг/с |
| 6. Температура охлаждающей воды на входе в охладитель | tж’ | 0C | |
| 7. Расход охлаждающей воды | Gж | м3/ч | |
| 8. Наружный диаметр охлаждающей трубки (без оребрения) | dн | 0,0012 | м |
| 9. Внутренний диаметр охлаждающей трубки | dвн | 0,01 | м |
| 10. Диаметр оребрения трубки | D | 0,026 | м |
| 11. Эффективная длина трубки | lэф | 0,503 | м |
| 12. Полная длина трубки | l | 0,55 | м |
| 13. Шаг витков оребрения по длине трубки | t | 0,005 | м |
| 14. Поверхность погонного метра оребрения трубки | fа | 0,258 | м2/м |
| 15. Минимальное число трубок в ряду | nmin | шт. | |
| 16. Максимальное число трубок в ряду | nmax | шт. | |
| 17. Общее число трубок | n | шт. | |
| 18. Число рядов | m | - | |
| 19. Среднее число трубок в ряду nср=n/m | nср | ~10 | шт. |
| 20. расстояние между трубками в ряду | S1 | 0,032 | м |
| 21. Расстояние между рядами трубок | S2 | 0,022 | м |
| 22. Удельная теплоемкость воздуха | Сpв | 0,241 | ккал/кг0С |
| 23. Удельная теплоемкость воды | Сpж | 1,0 | ккал/кг0С |
| 24. Удельный вес воды | gж | кг/м3 | |
| 25. Коэффициент кинематической вязкости воды при средней температуре | nж | 0,44*10-6 | м2/с |
Тепловой расчет
1. Поверхность охладителя со стороны наддувочного воздуха
2. Сечение входа в охладитель
где F1=0,518 м2/м2 - живое сечение 1 м2 охладителя;
qa=1 - число ходов воздуха в охладителе.
3. Средняя температура воздуха
4. Количество тепла, отдаваемое воздухом охлаждающей воде
5. Температура воды на выходе из охладителя
6. Весовая скорость воздуха
где Ку=1,02 - коэффициент утечки воздуха.
7. Удельный вес воздуха
где R=29,27 кгм/кг0К - газовая постоянная.
8. Линейная скорость воздуха
. Число Рейнольдса для потока воздуха
где 
- динамическая вязкость воздуха при tср.
. Критерий Нуссельта по воздуху.
где l0=0,785мм - шаг пятки по наружному диаметру;
h=7мм - высота оребрения.
. Коэффициент теплопроводности воздуха при средней температуре
.
. Конвективный коэффициент теплоотдачи
.
. Коэффициент теплового сопротивления проволочного оребрения
где 
где lм=0,375 кВт/м0С - коэффициент теплопроводности меди;
d0=0,0005 м - диаметр проволочного оребрения.
. Приведенный коэффициент теплоотдачи.
где fор=0,242 м2/м - поверхность проволочного оребрения, приходящаяся на 1 погонный метр трубки.
. Площадь сечения одной трубки для прохода воды.
. Сечение трубок для прохода воды
17. Скорость воды в трубках
где к=3 - число ходов воды.
. Число Рейнольдса для воды.
. Число Прандтля при средней температуре воды.
где lж=0,572 ккал/мч0С - коэффициент теплопроводности воды при средней температуре.
. Коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны охладителя.
21. Коэффициент теплопередачи.
где fом=0,0314 м2 - внутренняя поверхность трубки омываемая водой на одном погонном метре
. Средняя логарифмическая разность температур
23. Теоретически необходимая площадь охлаждения
. Коэффициент запаса
25. Критерий Эйлера для воздуха
. Падение напора по воздуху
Расчет охладителя наддувочного воздуха показал, что воздухоохладитель с такими параметрами обеспечит необходимое охлаждение воздуха, не оказывая значительного сопротивления.
Проверочный расчет водомасляного теплообменника тепловоза
Расчет выполнен по штатному исполнению водомасляного теплообменника на параметры теплоотвода двигателя 10ЧН 26/27. Исходные данные для расчета представлены в табл. 3.4.
Таблица 3.4
Исходные данные для расчета водомасляного теплообменника
| Наименование параметров | Обознач. | Величина | Размерн. |
| 1. Количество тепла отдаваемое маслом | QМ | ккал/час | |
| 2. Температура масла на входе в холодильник | tМ’ | 0C | |
| 3. Теплоемкость масла | CPМ | 0,49 | ккал/кг0C |
| 4. Удельный вес масла | gМ | кг/м3 | |
| 5. Количество масла проходящего через холодильник | GМ | м3/ч | |
| 6. Температура воды на входе в холодильник | tВ’ | 0C | |
| 7. Теплоемкость воды | CPВ | 0,998 | ккал/кг0C |
| 8. Удельный вес воды | gВ | кг/м3 | |
| 9. Расход охлаждающей воды | GВ | м3/ч | |
| 10. Количество охлаждающих трубок | n | шт. | |
| 11. Число ходов охлаждающей воды | zВ | - | |
| 12. Наружный и внутренний диаметр трубки | dН/dВН | 0,01/0,008 | м/м |
| 13. Расстояние между внешними образующими трубок по треугольнику | d | 0,003 | м |
| 14. Диаметр расточки корпуса | D | 0,46 | м |
| 15. Расстояние между перегородками | l | 0,14 | м |
| 16. Центральный угол сегмента | j | град | |
| 17. Поверхность охлаждения | F | м2 |
Расчет средних температур охлаждающих жидкостей:
9. Температура масла на выходе из теплообменника
.
10.Температура воды на выходе из теплообменника
.
11.Средняя температура масла
.
12.Средняя температура воды
.
Физические параметры жидкостей при средней температуре представлены в таблице 3.5.
Таблица 3.5 Физические параметры жидкостей
| Параметры | Обознач. | Величина | Размерн |
| 1. Теплоемкость масла | CPM | 0,485 | ккал/кг0C |
| 2. Удельный вес масла | gM | кг/м3 | |
| 3. Коэффициент теплопроводности масла | lM | 0,106 | ккал/мч°С |
| 4. Коэффициент кинематической вязкости масла | nM | 0,29×10-6 | м2/с |
| 5. Теплоемкость воды | CPB | 1,0 | ккал/кг0C |
| 6. Удельный вес воды | gB | кг/м3 | |
| 7. Коэффициент теплопроводности воды | lB | 0,568 | ккал/мч°С |
| 8. Коэффициент кинематической вязкости воды | nB | 0,422×10-6 | м2/с |
Тепловой расчет
13.Скорость охлаждающей воды в трубках
.
. Коэффициент теплоотдачи от стенок трубок к охлаждающей воде
.
3. Шаг разбивки трубок по треугольнику
.
4. Скорость движения масла принимаем WM=2,9 м/с.
5. Живое сечение для прохода масла
.
. Площадь сегмента перегородки
.
. Коэффициент b
.
. Коэффициент b’
.
. Хорда сегментной перегородки
.
. Ширина усредненного сечения для прохода масла при WM=2,9 м/с
.
. Число Рейнольдса для масла при средней температуре
.
. Отношение диаметра расточки корпуса к расстоянию между перегородками
.
. Коэффициент b1
.
. Критерий Прандтля для масла при средней температуре
.
. Коэффициент b2
.
. Принимаем температуру стенок труб
.
. Число Прандтля для масла при tW=750C, PrW=425.
. Коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам труб
.
. Температура стенок труб полученная расчетом
.
. Коэффициент теплоотдачи от масла к воде
.
. Коэффициент, учитывающий погрешность расчета h=0,9.
. Расчетный коэффициент теплопередачи
.
. Среднелогарифмическая разность температур
.
. Количество тепла, отводимое от масла (теплосъем)
.
. Запас по теплосъему
.
Проверочный расчет водомасляного теплообменника
показал, что поверхность охлаждения имеет достаточный запас по теплосъему и обеспечит надежную работу дизеля, следовательно, при модернизации тепловоза установкой дизеля 10ЧН26/27, может быть использован штатный теплообменник.