Конструкція, параметри та розрахунок водомасляних теплообмінників
(4.22)
де αвд - коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні трубок до охолоджуючої води; αм - коефіцієнт тепловіддачі від олії до зовнішньої поверхні трубок;dH, dB- відповідно зовнішній та внутрішній діаметри трубок охолоджуючого елемента.
Коефіцієнт тепловіддачі αвд (Вт/(м 2 ·К)) визначають із критеріального рівняння
(4.23)
де - критерій Нуссельта для води; λвд - коефіцієнт теплопровідності води, Вт/(м·К); - Критерій Рейнольдса для потоку води; υвд - швидкість охолоджуючої води в трубках, значення якої вибирають рівним 1,3-2,5 м/с через обмеження найменшої швидкості за умов забезпечення турбулентного режиму руху теплоносія і найбільшої - за умовами міцності трубок і витрат потужності на прокачування води; υвд - Коефіцієнт кінематичної в'язкості води, м 2 / с; - критерій Прандтля для води; свд - питома теплоємність води, кДж/(кг К); ρвд - густина води, кг/м 3 . Фізичні характеристики води визначають за середньої температури tвд.сp.
Коефіцієнт тепловіддачі αм знаходять із критеріального рівняння
(4.24)
де - критерій Нуссельта для олії; λм - коефіцієнт теплопровідності олії, Вт/(м К); Rем, Рrм - критерії відповідно Рейнольдса та Прандтля, віднесені до середньої температури олії; Рrт - критерій Прандтля для олії, віднесений до температури стінки трубки;Вк- безрозмірний коефіцієнт, що залежить від зовнішнього діаметра трубок dН,мінімальної відстані між поверхнями сусідніх трубок і відношення внутрішнього діаметра кожуха D до відстані між перегородкамиl(для dН=10 мм і δ = 3 ммВквизначають за кривою на рис.4.41).
Площа перерізу (м 2 ) для проходу олії у просторі між трубками охолоджуючого елемента
(4.25)
де GМ - витрата олії через теплообмінник, кг/с; ρм - щільність олії при середній температурі, кг/м 3 ; υм - середня швидкість олії в міжтрубному просторі, яку приймають у діапазоні 1,2-2 м/с, обмеженому зверху за умов різкого збільшення гідравлічних опорів масляного тракту.
З умови рівності перерізів для проходу олії в міжтрубному просторі між перегородками та над ними (рис. 4.42) площа сегмента перегородки
Малюнок 4.41 - Залежність коефіцієнтівВктаСвід відносин D/lпри
1,2— коефіцієнтВкдля теплообмінника відповідно з кільцевими та сегментними перегородками;3- коефіцієнтСдля теплообмінника з сегментними перегородками.
Рисунок 4.42 – Розрахункова схема середнього прохідного перерізу теплообмінників із сегментними перегородками:
D – внутрішній діаметр кожуха; S - хорда сегмента; b - ширина середнього перерізу для проходу масла;А- усереднену відстань між центрамиfпотоку масла в площині перегородки;l- відстань між перегородками; t1, t2 - крок розбивки трубок.
Значення центрального кута φ сегмента перегородки в залежності від відношенняf/D2:
Розрахунковий температурний напір між олією та водою
де - температура масла відповідно на вході в теплообмінник і на виході з нього; — відповідно води на вході та виході з теплообмінника та середня.
Розрахункову величину поверхні охолодження теплообмінникавизначають із рівняння теплопередачі
(4.27)
де Q-кількість теплоти, що відводиться маслом.
При тепловому розрахунку необхідні вихідні дані: кількість теплоти, що відводиться олією, Вт; значення витрат олії та води через теплообмінник (відповідно Gмі Gвд), кг/с, відомі з технічної характеристики насосів дизеля; температури масла на вході t'M та виході t''M теплообмінника, також відомі з технічної характеристики дизеля; температура води на вході теплообмінника t'ВД приймається відповідно до обраної раніше схеми руху води через теплообмінники в контурі. Перед розрахунком вибирають зовнішній dіі внутрішній dвдіаметри трубок охолоджуючого елемента, розбивку трубок у трубній дошці, яка обумовлена найменшою відстанню між сусідніми трубками 5; а також число ходів охолодної води zвд.
Після теплового виконують гідродинамічний розрахунок теплообмінника, який полягає у визначенні гідравлічних опорів олійного та водяного трактів. Повний гідравлічний опір (Па) масляного тракту теплообмінника
детT- кількість рядів трубок, перпендикулярних до потоку олії;С, р- експериментальні константи. Для теплообмінників із сегментними перегородками при dН= 10 мм і δ = 3 мм у діапазоні Rем = 10-250 константар =0,65. Значення З приймають за графіком (рис. 4.41).
Гідравлічний опір водяного тракту теплообмінника (Па)
(4.29)
де L-повна довжина трубок, м; βТР - коефіцієнт, що залежить від середньої температури tвд.ср та швидкості υвд води (рис. 4.43).
Витрати потужності (Вт) на прокачування води та олії через теплообмінники:
де ηВД,ηм - ККД відповідно водяного та масляного насосів.
Тепловозні водомасляні теплообмінники включають у водяний контур послідовно з радіатором, тому їх показники залежать від співвідношень температурних температур, що реалізуються.
Системи повітряпостачання та повітряного охолоджування.