Тепловой, кинематический и динамический расчёт двигателя. Расчёт систе-мы охлаждения

 

На основании таблицы 3 строим графики зависимости  силы инерции P_j , общей силы P, нормальной N  и тангенциальной T сил, а также крутящего момента M_кц в функции угла поворота коленчатого вала. Графики представлены в приложении В.

 

4 Расчёт системы охлаждения

Системы охлаждения двигателей служат для обеспечения их оптимального теплового режима путём принудительного отвода теплоты от нагретых деталей. Применяют системы охлаждения двух типов – жидкостные и воздушные. В данном курсовом проекте будем рассчитывать жидкостную систему охлаждения.

Количество теплоты, передаваемое охлаждающей среде – жидкости, определяется по формуле (4.1):

                                 (4.1)

где  - количество теплоты, передаваемое охлаждающей среде, кДж/с;

 – коэффициент пропорциональности [1];

 – число цилиндров;

Д –диаметр цилиндра, см;

m=0.6 – показатель степени;

- количество  теплоты, теряемое вследствие  химической неполноты сгорания, кДж.

α – коэффициент избытка воздуха.

Рассчитаем по формуле (4.1) количество теплоты, передаваемое охлаждающей среде:

 

Расход жидкости в системе  охлаждения, для отвода  количества теплоты, равной , определяется по формуле (4.2):

                                                 (4.2)

где  - циркулярный расход, м³/с;

- количество  теплоты, передаваемое охлаждающей  среде, кДж/c;

- средняя теплоёмкость  охлаждающей жидкости[1];

 – средняя плотность жидкости [1];

.

Рассчитаем по (4.2):

 

 

Расчётную производительность насоса системы охлаждения определяется по (4.3):

                                                     (4.3)

где  - расчётная производительность насоса, м³/с;

- циркулярный расход, м³;

 – объёмный коэффициент полезного действия насоса[1].

Рассчитаем по (4.3):

 

Радиус входного отверстия  крыльчатки насоса можно найти по выражению  (4.4):

                                                (4.4)

где  - радиус входного отверстия крыльчатки насоса, м;

- расчётная производительность  насоса, м³/с;

 – скорость жидкости на входе в насос [1];

r₀=0.02 м –радиус ступицы крыльчатки насоса [1];

Рассчитаем по (4.4):

 

Окружную скорость потока жидкости на выходе из колеса можно  определить по формуле (4.5):

                             (4.5)

где  - окружная скорость потока жидкости на выходе из колеса, м/с;

 – угол между направлением скорости жидкости  и горизонтальной плоскостью[1];

- угол между направлением скорости жидкости  и вертикальной плоскостью [1];

 – давление, создаваемое насосом [1];

 – средняя плотность жидкости [1];

- гидравлический КПД насоса [1].

 

Рассчитаем скорость U₂  по формуле (4.5):

 

Радиус крыльчатки на выходе из насоса выражаеться формулой (4.6):

                                                 (4.6)

где  - радиус крыльчатки на выходе из насоса, м;

- окружная скорость  потока жидкости на выходе  из колеса, м/с;

- обороты насоса.

Можем найти радиус крыльчатки насоса на выходе:

 

Окружная скорость потока жидкости на входе:

                                                  (4.7)

где  - окружная скорость потока жидкости на входе, м/с;

- окружная скорость  потока жидкости на выходе  из колеса, м/с;

- радиус входного  отверстия крыльчатки насоса, м;

- радиус крыльчатки  на выходе из насоса, м.

Сосчитаем по (4.7):

 

 

Ширина лопатки на входе  жидкости в насос определяем по формуле (4.8):

                                         (4.8)

где  - ширина лопатки на входе жидкости в насос, м;

- расчётная производительность  насоса, м³/с;

- радиус входного  отверстия крыльчатки насоса, м;

 – скорость жидкости на входе в насос [1];

 – толщина лопатки крыльчатки на входе в насос [1];

 – угол;

 – число лопаток на крыльчатке насоса [1].

Рассчитаем по (4.8):

 

Радиальная скорость потока на выходе из колеса насоса определяется выражением (4.9):

                                                  (4.9)

где  - радиальная скорость потока на выходе из колеса насоса, м/с ;

 – давление, создаваемое насосом [1];

 – угол между направлением скорости жидкости  и горизонтальной плоскостью[1];

 – средняя плотность жидкости [1];

- гидравлический КПД насоса [1];

- окружная скорость  потока жидкости на выходе  из колеса, м/с.

Рассчитаем нужную нам  радиальную скорость по формуле (4.9):

 

Ширина лопатки на выходе из насоса определяем по (4.10):

                                            (4.10)

где  - ширина лопатки на выходе из насоса, м;

- расчётная производительность  насоса, м³/с;

- радиус крыльчатки  на выходе из насоса, м;

 – число лопаток на крыльчатке насоса [1];

 – толщина лопаток на выходе из насоса [1];

- угол между направлением скорости жидкости  и вертикальной плоскостью [1];

- радиальная  скорость потока на выходе  из колеса насоса, м/с ;

Рассчитаем ширину лопатки  на выходе с насоса по выражению (4.10):

 

 

 

 

Мощность, потребляемую насосом определяем следующим образом по формуле (4.11):

                                         (4.11)

где  - мощность, потребляемая насосом, кВт;

 – давление, создаваемое насосом [1];

 – механический КПД насоса [1].

Рассчитаем мощность. затрачиваемую на привод насоса системы охлаждения по формуле (4.11):

 

Количество воздуха, проходящего  через радиатор, определяется по формуле (4.12):

                                                 (4.12)

где  - количество воздуха, проходящего через радиатор, м³;

- количество  теплоты, передаваемое охлаждающей  среде, кДж/c;

- средняя теплоёмкость  воздуха [1];

- температурный  перепад воздуха в решётке  радиатора [1].

Рассчитаем по (4.12):

.

Массовый расход жидкости, проходящей через радиатор можно  вычислить по формуле (4.13):

                                           (4.13)

где  - массовый расход жидкости, проходящей через радиатор, кг/с ;

- циркулярный расход, м³/с;

 – средняя плотность жидкости [1].

Рассчитаем по (4.13):

 

Средняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор:

                                        (4.14)

где  - расчётная температура воздуха на входе в радиатор [1];

- температурный  перепад воздуха в решётке  радиатора [1].

Рассчитаем по формуле (4.14):

 

Средняя температура жидкости в радиаторе:

                                      (4.15)

где  - температура охлаждающей жидкости на входе в радиатор [1].

Рассчитаем по (4.16):

 

Площадь поверхности охлаждения определяем по формуле (4.16):

                                          (4.16)

где  - площадь поверхности охлаждения, м²;

- количество теплоты, отводимой от двигателя  и передаваемой от жидкости к охлаждающему воздуху, кДж/с;

 – коэффициент теплопередачи;

 – средняя температура жидкости в радиаторе, К;

- cредняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор, К.

Рассчитаем по формуле (4.16):

 м² .

Плотность охлаждающего воздуха  в радиаторе при его средней  температуре определяем по формуле (4.17):

                                           (4.17)

где  - плотность охлаждающего воздуха, кг/м³;

- расчётное атмосферное  давление [1];

 – удельная газовая постоянная для воздуха [1];

- cредняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор, К.

Рассчитаем:

 

Производительность вентилятора:

                                                  (4.18)

где  - производительность вентилятора, м³/с;

- количество  воздуха, проходящего через радиатор, м³; 

- плотность охлаждающего  воздуха, кг/м³;

Рассчитаем производительность вентилятора по выражению. (4.18):

.

Площадь фронтовой поверхности  радиатора можно найти по формуле (4.19):

                                               (4.19)

где  - площадь фронтовой поверхности радиатора, м²;

- производительность  вентилятора, м³/с;

- скорость воздуха  перед фронтом радиатора без  учёта скорости движения автомобиля [1].

Рассчитаем по (4.19):

Диаметр вентилятора определяем по формуле (4.20):

                                          (4.20)

где -диаметр вентилятора, м;

- площадь фронтовой  поверхности радиатора, м².

Рассчитаем диаметр вентилятора  по формуле (4.20):

 

Окружная скорость вентилятора  определиться выражением (4.21).

                                         (4.21)

где  - окружная скорость вентилятора, м/c ;

 – коэффициент, зависящий от формы лопастей вентилятора [1];

 – давление, создаваемое вентилятором [1];

- плотность охлаждающего  воздуха, кг/м³.

Рассчитаем:

 

 

Частота вращения вентилятора:

                                           (4.22)

где  - частота вращения вентилятора, об/мин ;

- окружная скорость  вентилятора, м/c ;

-диаметр вентилятора, м.

Рассчитаем частоту вращения вентилятора по формуле (4.22):

 

Мощность, затрачиваемая  на привод вентилятора можем определить по (4.23):

                              (4.23)

где  – мощность, затрачиваемая на привод вентилятора, кВт;

- производительность  вентилятора, м³/с;

 – давление, создаваемое вентилятором [1];

 – КПД вентилятора [1].

Рассчитаем по (4.23):

 

Система охлаждения рассчитана полностью.

 

 

 

 

 

Заключение

В данном курсовом проекте  был выполнен тепловой, кинематический, динамический расчёт автомобильного двигателя. Все расчёты показали целесообразность данной конструкции. Было проведено сравнение рассчитанных параметров с двигателем автомобиля прототипа. Сравнение параметров приведено в пункте 1.8 ( эффективный крутящий момент, эффективная мощность, удельный эффективный расход топлива). Также по результатам теплового расчёта была построена индикаторная диаграмма для данного двигателя. По результатам кинематического и динамического расчётов аналогично были построены графики, по которым можно судить о кинематических и динамических характеристиках рассчитанного двигателя. В заключение проекта была рассчитанная система охлаждения с её тепловыми, геометрическими, кинематическими и силовыми параметрами.

При написании данного  проекта было использовано методическое указание по её выполнению, а также, в незначительной мере учебная литература, список которой представлен в соответствующем разделе. Ссылки на литературу в тексте предусмотрены только для указания табличных величин.

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

1. Автомобильные двигатели  / Под ред. М.С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977.

2. Двигатели внутреннего  сгорания. Кн. 1. Теория рабочих процессов / Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1995.

3. Двигатели внутреннего  сгорания. Кн. 2. Динамика и конструирование / Под ред. В.Н.Луканина. М.: Высшая школа, 1985.

4. Двигатели внутреннего  сгорания. Кн. 3. Компьютерный практикум  / Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая  школа, 1995.

5. Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. В.Н.Луканина. М.: Высшая школа, 1995.

6. Двигатели внутреннего  сгорания. Устройство и работа  поршневых и комбинированных двигателей/Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.:Машиностроение, 1980.

7. Двигатели внутреннего  сгорания. Теория поршневых и  комбинированных двигателей/Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.:Машиностроение, 1983.

8. Двигатели внутреннего  сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.:Машиностроение, 1984.

9. Двигатели внутреннего  сгорания. Системы поршневых и  комбинированных двигателей/Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.:Машиностроение, 1985.

10. Колчин А.И., Демидов  В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 2002.