Методические указания к выполнению расчетно-графического задания «Расчет теплообменной поверхности автомобильного радиатора», страница 4

В случае радиатора внутри трубок протекает вода и поэтому значение α_ж достаточно большое, а величина термического сопротивления со стороны жидкости мала:

В радиаторах обычно используются латунные трубки диаметром d = 6мм с толщиной стенки δ = 0,2мм, поэтому термическое сопротивление стенки даже меньше внешнего термического сопротивления со стороны жидкости:

Таким образом, основное термическое сопротивление сосредоточено со стороны воздуха. Это сопротивление приблизительно в 20 раз больше сопротивления со стороны воды. Чтобы уменьшить это сопротивление, следует увеличить величину коэффициента теплоотдачи или увеличить внешнюю поверхность трубки (за счет оребрения), что является более эффективным способом.

2. УРАВНЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНА ЧЕРЕЗ ОРЕБРЕННУЮ                      СТЕНКУ

Уравнение для потока теплоты, проходящего от воды к внутренней поверхности трубок можно записать в виде:

                                                   ,                               (2.1)

 

где  – средняя температура жидкости;  – средняя температура трубки.

От наружной поверхности трубок тепловой поток частично передается в воздух (Q_тр), а частично поступает в ребра (Q_р) и затем от оребренной поверхности в воздух (Рис.2.1):

,                         (2.2)

где – средняя температура воздуха; F_тр – площадь наружной поверхности трубок, не занятая ребрами.

Тепловой поток, поступающий от оребренной поверхности:

                                           ,                                        (2.3)

С вводом коэффициента эффективности оребрения

η_р =  последнее уравнение примет вид:

                                               .                                 (2.4)

Сложив (2.2) и (2.4) в предположении, что коэффициент теплоотдачи от неоребренной поверхности и от поверхности ребра к воздуху одинаков, и учитывая, что Q = Q_тр+Q_р получим:

                                                                        (2.5)

где А = F_р/F_тр – коэффициент оребрения.

Выразим тепловой поток через коэффициент теплопередачи k, отнесенный к внутренней поверхности трубки.

Пренебрегая термическим сопротивлением стенки трубки и контактным термическим сопротивлением трубка-ребро, из совместного решения уравнений (2.1) и (2.5), с заменой η_рF_р+ F_тр ≈

η_рF_общ получим

                                                   .                          (2.6)

Из (2.6) можно определить

                                                   .                         (2.7)

Формулой (2.7) можно пользоваться, если известны коэффициенты теплоотдачи α_ж, α_в и коэффициент эффективности оребрения η_р. Формула может быть использована только для оценочного расчета площади поверхности радиатора, при ориентировочном задании α по справочной литературе.

                 В РГЗ будем последовательно рассчитывать неизвестные параметры, полагая при этом, что изменение температуры воды по длине трубки незначительно по отношению к разности температур между водой и воздухом. То же самое относится к температуре воздуха. Это допущение позволяет принимать за среднюю температуру среды среднеарифметическую температуру входа и выхода:

                                                                  (2.8)

3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАДИАТОРА

3.1. Расчет количества трубок

Рис.3.1. Элемент оребренной трубки

 . Количество оребренных трубок (рис.3.1) определяется по формуле

                                                   n = ψN/Q_тр ,                                   (3.1)

где ψ – доля тепла, отводимая от двигателя радиатором, составляет 0,25…0,27; N – мощность двигателя, Вт; Q_тр – тепло, отводимое одним элементом, (300…700) Вт.

3.2. Расчет коэффициента теплоотдачи от воды к стенке.