Chương 7. THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT, BÔI TRƠN
7.5. THIẾT KẾ CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH TRONG HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC CƯỠNG BỨC MỘT VÕNG KÍN
7.5.4. Xác định lượng nhiệt của két làm mát truyền ra môi trường
Việc xác định nhiệt lượng do két làm mát truyền ra môi trường nhằm kiểm nghiệm khả năng tản nhiệt của két nước thông qua các thông số thực tế của két nước.
Xác định kích thước của các mặt tản nhiệt dựa trên cơ sở lý thuyết truyền nhiệt.
Quá trình truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt chủ yếu là tiếp xúc đối lưu, còn truyền nhiệt bức xạ rất bé không đáng kể, két nước một mặt tiếp xúc với nước nóng từ động cơ đi vào, mặt kia tiếp xúc với không khí. Do đó, truyền nhiệt từ nước ra ngoài không khí là sự truyền nhiệt từ môi chất này đến môi chất khác qua thành mỏng. Nhƣ vậy, quá trình truyền nhiệt trong hệ thống có thể phân ra thành ba giai đoạn ứng với ba phương trình truyền nhiệt, theo [2] ta có như sau:
+ Giai đoạn một: truyền nhiệt từ nước nóng đến thành ống bên trong.
Q‟lm = α1.F1.(tn - tδ1). (J / s) [ 1 ].
+ Giai đoạn hai: truyền nhiệt từ bề mặt trong thành ống ra ngoài thành ống.
Q‟lm =
.F1.(tδ1 – tδ2) ( J/ s) [ 2 ].
+ Giai đoạn ba: truyền nhiệt từ mặt ngoài của thành ống ra ngoài không khí.
Q‟lm = α2.F2.(tδ2 - tδkk) ( J / s) [ 3 ].
Trong đó:
Qlm - Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát bằng nhiệt lượng do nước dẫn qua két nước làm mát - bộ tản nhiệt. ( J / s)
[W/(m2.độ)].
Việc xác định hệ số tản nhiệt từ nước α1 rất phức tạp và khó chính xác.
Theo [2] ta có thể xác định 1 nhƣ sau:
Nu = 0,33 Re.3 Pr Trong đó:
Nu - tiêu chuẩn Nusself, hệ số tỏa nhiệt đối lưu.
Re– tiêu chuẩn Reynolds.
Re =
.l
- tốc độ dòng chảy trong ống, (m/s)
= S Glm
=
2,9.10 3
0,062955
= 0,046 (m/s) l - chiều cao làm việc ống, (m)
- độ nhớt động học, (m2/s). Theo [3], = 0,365.10-6 (m2/s) ở 800C.
Do đó: Re =
3 6
0,046.990.10 0,365.10
= 124767,1
Re = 124767,1 > 2320. Dòng chảy trong ống là dòng chảy rối.
Pr – tiêu chuẩn Prandtl, theo [3], Pr = 2,21 Do đó: Nu = 0,33. 124767,1. 2,213 = 151,8 Bên cạnh đó, theo [2] ta có:
Nu =
1 1.
l
[4]
Trong đó: λ1 - hệ số dẫn nhiệt của nước làm mát trong két ứng với nhiệt độ tn = 800C. Theo [3] có λ1 = 6700,4 (W/m. độ)
l* - chiều cao làm việc tổng các ống (m) Từ phương trình [4] ta có: α1 = *. 1
l Nu
α1= 151,8.6700, 4
0,99.46.6 = 3722,4 [W/(m2. độ)]
α2 - Hệ số tản nhiệt từ thành ống của két làm mát vào không khí; [W/(m2.độ)].
Hệ số này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ lưu động của không khí ωkk. Khi thay đổi
Bên cạnh đó tốc độ lưu động của không khí ωkk phụ thuộc vào tốc độ của xe vxe
và tốc độ hút không khí của quạt gió(đối với loại quạt thiết kế vận tốc gió do quạt tạo ra theo chiều hướng trục vht = Cm = 13,855 m/s).
Khi ta tính toán thiết kế hay tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát, ta thường tính ở chế độ công suất cực đại của động cơ.
Tuy nhiên,do động cơ đặt ở phía sau xe, nên vận tốc không khí lưu động qua két hầu như phụ thuộc hoàn toàn vào tốc độ gió hướng trục do quạt gió tạo ra (khả năng hút gió của quạt).
Vì vậy, ta có thể chọn tốc độ lưu động của không khí ωkk bằng vht của quạt gió.
ωkk = vht = 13,855 (m/s).
Theo [2] tập 3 trang 261, ta có α2 = 11,38.ωkk0,8 [W/ (m2. độ)]
α2 = 11,38.13,8550,8 = 93,202 [W/ (m2. độ)].
λ – Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống tản nhiệt. Ống tản nhiệt làm bằng đồng thau 60% Cu, 40% Zn, theo [2]:
Ta đƣợc: λ = 120 [W/ (m2.độ)];
δ - Chiều dày thành ống. Theo số liệu thực tế, ta có δ = 0,2.10-3 (m);
F1 - Diện tích bề mặt tiếp xúc với nước nóng (m2);
F2 - Diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí (m2);
tδ1 - Nhiệt độ trung bình của bề mặt trong của thành ống;
tδ2 - Nhiệt độ trung bình của bề mặt ngoài của thành ống;
tn - Nhiệt độ trung bình của nước làm mát trong két làm mát;
tn = 2
nr
nv t
t
Trong đó, tnv, tnr lần lượt là nhiệt độ nước vào và ra của két nước có thể lấy bằng nhiệt độ nước ra và nước vào động cơ. Theo [1] trang 216 ta có:
tn = 80 ÷ 850C.
tkk - Nhiệt độ trung bình của không khí đi qua bộ tản nhiệt.
tkk = 2
kkr
kkv t
t
Trong đó, nhiệt độ không khí vào (tkkv) phía trước bộ tản nhiệt, ta lấy tkkv= 400C.
Chênh lệch nhiệt độ của không khí khi qua bộ tản nhiệt tkk= 20 ÷ 300C.
Chọn tkk= 250C.
Với tkkr = tkkv + tkk
tkkr = 40 + 25 = 65 (0C);
Vậy tkk = 2
70 40
= 52,5 (0C).
Giải các phương trình [ 1 ], [ 2], [ 3 ] ta được:
Q‟lm = . ( )
1 .
. .
. 1
1
2
2 1 2 1
1 2
kk
n t
t F F
F F
F
= k.F2.(tn - tkk); [5]
Trong đó: k – hệ số truyền nhiệt của két.
k =
2 1 2 1
1
2 1
. . .
. 1
1
F
F F
F
Từ phương trình [6.11] ta nhận thấy hệ số truyển nhiệt của két làm mát tỷ lệ với hệ số tản nhiệt của nước làm mát đến thành ống két tản nhiệt α1.
k = 1 3
1.44,77 0, 2.10 .44,77 1 3722, 4.7,06 120.7,06 93, 202
90,9 [W/ (m2. độ)].
Mặt khác, xét phương trình [6.10] ta nhận thấy rằng khả năng tản nhiệt của két làm mát Q‟lm tỉ lệ thuận với nhiệt độ trung bình tn của nước làm mát trong két.
Do đó, khi kiểm nghiệm khả năng tản nhiệt của két làm mát, ta lấy giá trị cận biên trái của tn (tức là lấy giá trị giới hạn nhỏ nhất của thông số đó) để tính Q‟lm, ta chọn tn = 800C.
Nếu nhƣ Q‟lm nhận đƣợc có giá trị lớn hơn Qlm là nhiệt lƣợng của động cơ truyền cho nước làm mát, thì két tản nhiệt đảm bảo khả năng tản nhiệt cho nước làm mát.
Thay các giá trị của các thông số k, tn, tkk, F2 vào công thức [5].
Ta đƣợc:
Q‟lm = 90,9.44,7(80 – 52,5) = 111738 (J/s).
+ Nhận xét:
Nhiệt lượng tối đa tỏa ra cho nước làm mát của động cơ ở số vòng quay định mức là:
Qlm = 85500 (J/s)
Trong khi đó khả năng tản nhiệt của két làm mát tối thiểu ra môi trường bên ngoài là:
Q‟lm = 111738 (J /s).
khả năng này đảm bảo cho động cơ đƣợc làm mát tốt ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
7.6. THIẾT KẾ CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG BÔI TRƠN CƢỠNG BỨC CACTE ƢỚT