Быстрый поиск

Курсовая работа: Выбор основных параметров, расчет и конструирование тепловозов

Для монтажа охлаждающего устройства применяются стандартные секции с длиной активной части 1206 мм.

3.3.1Определение ориентировочного числа секций второго контура охлаждения

где: – массовая скорость воды в трубках секции. Принимаем

секций.

3.3.2 Определение числа секций радиаторов исходя из теплорассеивающей способности

где – теплорассеивающая способность секции радиатора при заданных условиях теплообмена, Вт.

где – коэффициент теплопередачи секции радиатора.

где – критерий Кирпичева.

3.3.3 Определение числа Рейнольдса для воды и воздуха

Число Рейнольдса для воды при :

Число Рейнольдса для воздуха при :

3.3.4 Определение величины температурного фактора

3.3.5 Определение критерия Кирпичева

3.3.6 Коэффициент теплопередачи

3.3.7 Определение необходимого количества секций

Используя уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи, находим необходимое количество секций.

С учетом запаса на загрязнение стенок трубок радиаторов принимаем количество секций равным 22 шт.

3.3.8 Температура на выходе из секций радиаторов

3.3.9 Температура воздуха на выходе из секций радиаторов

3.3.10 Гидравлическое сопротивление движению воды через водовоздушные секции радиаторов

Для всего контура охлаждения воды дизеля гидравлическое сопротивление движению воды увеличиваем в 2,5 раза:

3.3.11 Определение необходимой мощности на привод водяного насоса

Предварительное значение расхода мощности:

где – расчетный КПД водяного насоса.

Принимаем , тогда:

С учетом ответственности выполняемой функции и обеспечения бесперебойной циркуляции воды в контуре охлаждения, предварительно рассчитанную величину необходимой мощности увеличиваем в 2…3 раза. Для привода водяного насоса применяем двигатель мощностью 8 кВт.

3.4 Тепловой расчёт водомасляного теплообменника

Используемые на тепловозах водомасляные теплообменники предназначены для охлаждения водой масла дизеля. Для реализации максимального теплосъёма в ограниченных габаритах теплообменника чаще всего применяют противоточно–перекрестное течение жидкостей. Вода проходит по гладким или оребренным с внешней стороны трубкам, завальцованным в трубные доски. Масло, попадающее в теплообменник, ввиду наличия сегментных перегородок, движется поперек трубного пучка, отдавая тепло воде, движущейся по трубкам. Температурные удлинения трубок охлаждающего элемента компенсируются за счет возможности перемещения одной из трубных досок теплообменника.

Рис 3.2 Принципиальная схема конструкции водомасляного теплообменника.

Тепловой расчет сводится к определению величины поверхности охлаждения F теплообменника, а также конструктивных параметров его элементов. В основу методики расчета, как и при определении необходимого количества секций радиаторов, положены уравнения теплопередачи, теплового баланса.

где Кт - коэффициент теплопередачи от масла к воде Вт/м2·К, Δt – температурный напор между маслом и водой, ºС.

Тогда расчетная поверхность охлаждения теплообменника

В этом выражении неизвестны Кт и Δt. Определению этих величин и посвящается значительная часть расчетов.

В соответствии со схемой теплообменника принимаем: температуру масла на входе в теплообменник , температуру масла на выходе из теплообменника , , внутренний диаметр трубок теплообменника , наружный диаметр трубок теплообменника , расстояние между трубками в трубной доске , количество ходов воды в теплообменнике .

Рассчитаем величины расходов масла Gм и воды Gв, которые обеспечивают используемые на дизеле насосы, при соответствующих значениях температур теплоносителей.

3.4.1 Находим величину средней температуры масла в теплообменнике

3.4.2 Рассчитываем температуру воды на выходе из теплообменника

3.4.3 Находим величину средней температуры воды в теплообменнике

3.4.4 Используя данные, находим физические параметры теплоносителей при их средних температурах

Для воды при температуре 72,7 С (на основе табличных данных) плотность , коэффициент динамической вязкости , удельная теплоёмкость , коэффициент теплопроводности , коэффициент кинематической вязкости .

Для масла при температуре 80,0 С плотность , теплоёмкость , коэффициент теплопроводности , коэффициент кинематической вязкости .

3.4.5 Выбираем скорость движения охлаждающей воды в трубках теплообменника в пределах 1,3...2,5 м/с. Принимаем .

3.4.6 Определяем число Рейнольдса , критерии Прандтля (характеризует физические свойства теплоносителей) и Нуссельта (характеризует интенсивность или режим теплоотдачи) для воды при температуре .

3.4.7 Находим коэффициент теплопередачи от внутренней стенки трубки к воде

3.4.8 Выбираем скорость движения масла Vм между перегородками теплообменника в пределах 1,2...2,0 м/с. Принимаем Vм=1,6 м/с.

3.4.9 Рассчитываем и при средней температуре масла в теплообменнике

3.4.10 Из условия, что температура стенки трубки принимаем .

3.4.11 При температуре стенки трубки находим критерии Прандтля и Нуссельта

, где

В – эмпирический коэффициент. В нашем случае он равен 0,3.

3.4.12 Находим ориентировочное значение коэффициента теплоотдачи от масла к стенке трубки при температуре стенки

3.4.13 Определяем расчетное значение температуры стенки трубки

Если ( в пределах 2ºС), то принимаем

Если значительно отличаются, то необходимо задаться новым значением и повторить расчет до получения сходимости значений .

Таким образом, разница между составляет 1ºС и расчёт можно продолжить.

3.4.14 Рассчитываем коэффициент теплопередачи от масла к охлаждающей воде

3.4.15 Определяем расчётный температурный напор Δt между маслом и водой

3.4.16 Находим предварительное значение расчетной поверхности охлаждения теплообменника

Учитывая возможность загрязнения, увеличиваем расчётную поверхность теплообменника в 1,1 раз. Тогда

3.4.17 Рассчитываем число трубок в теплообменнике

3.4.18 Коэффициент заполнения трубной доски должен находиться в пределах . Принимаем

3.4.19 Рассчитываем внутренний диаметр кожуха теплообменника или диаметр трубной доски

3.4.20 Находим расстояние между трубными досками теплообменника

3.4.21 Рассчитываем живое сечение для прохода масла между перегородками теплообменника

3.4.22 Находим величину площади сегмента над перегородками

3.4.23 Находим величину S хорды сегмента над перегородкой

. Величина центрального угла зависит от отношения . В рассматриваемом случае величина . Величина центрального угла в соответствии с табличными данными составляет 114º. Рассчитываем величину хорды S

3.4.24 Ширина осреднённого сечения b для прохода масла над (или под) сегментными перегородками, в соответствии со схемой составляет

3.4.25 Расстояние между сегментными перегородками

3.4.26 Число ходов масла в водомасляном теплообменнике между сегментными перегородками

Принимаем =14 ходов.

3.4.27 Находим окончательную длину трубок между трубными досками, учитывая толщину сегментных перегородок

Принимаем расчетную длину теплообменника 2,7м. Конструктивно теплообменник будет выполняться их двух блоков, длиной 1,35 м.

3.4.28 Чтобы найти гидросопротивление масляного тракта теплообменника рассчитаем число рядов трубок , перпендикулярных потоку масла.

Находим отношение и по графику находим величину С (см. рис 3.7. методич. указ.); С=10.

С учетом загрязнений

3.4.29 Гидравлическое сопротивление водяного тракта теплообменника составит

Величина коэффициента определяется в зависимости от принятой скорости и температуры воды в трубках по графику (см. рис. 3.9. методич. указ.). Принимаем величину .