Problemele de răcire revistei noastre a scris în articolul „Antigel“. Vom continua această temă și să ia în considerare problema calculării valorii debitului de aer și ventilator de putere sisteme de răcire.
Un pic de teorie
Toti fanii de mașini mobile de răcire sunt clasificate ca fiind „axial“ sau „elice“, adică. E. Ventilator de evacuare în direcția axei de rotație a lamelor. Acest lucru este diferit de „centrifugal“, care schimbă direcția de curgere 90 ° și dirijat perpendicular pe axa de rotație a lamelor.
Schimbul de căldură în sistemele de răcire a radiatorului
Baza de calcul este formula de răcire de transfer de căldură
în cazul în care ΔQ - cantitatea de căldură transmisă organismului;
m - masa corpului;
AT - diferența de temperatură;
C - căldura specifică.
Din formula de mai sus se pot trage concluzii importante. Dacă ΔQ și C - valori ale constantelor, AT mai mare. M mai mic. Și mai mult: cantitatea de căldură ΔQ. care pot fi transmise de la un corp la altul, direct proporțional cu diferența de temperatură a două corpuri AT. În ceea ce privește schimbul de căldură în radiatorul sistemului de răcire, aceasta înseamnă: mai mare diferența de temperatură a fluidului de răcire și aerul ambiant AT (Tzh -TV). este mai mic fluxul de aer F. kg / s este necesară pentru răcire. Această dependență este prezentată în Fig. 1. Graficul prezinta: .. Atunci când temperatura mediului ambiant este apropiată de temperatura lichidului de răcire, adică scade la aproape AT zero, debitul dorit de aer crește rapid.
Aceasta și graficele următoare se bazează pe teste reale.
Energia necesară pentru a crea fluxul de aer valoarea de referință
Acum, ia în considerare dependența de consumul de energie al unității ventilatorului din valoarea debitului de aer și viteza acestuia.
După cum se cunoaște din mecanica clasică, cantitatea de energie necesară pentru a aduce corpul în mișcare este proporțională cu viteza corpului în pătrat:
În ceea ce privește sistemul de răcire a acestei ecuații urmează: pentru a crește fluxul de aer care trece prin radiator, este necesar să se mărească debitul în cazul în care zona efectivă a radiatorului rămâne neschimbată.
Raportul debitului de aer și energia necesară pentru a crea acest flux, exprimat „legea fan“:
în care E1 - energia consumată pentru a crea un curent de curgere a aerului;
E2 - energia necesară pentru a crea viitorul fluxului de aer;
F1 - valoarea curentă a fluxului de aer;
F2 - cantitatea necesară de fluxul de aer.
Din această ecuație putem trage o concluzie importantă: energia necesară pentru a crește fluxul de aer este proporțională cu valorile vechi și noi ale fluxului în al treilea grad. Aceasta este, pentru a crește fluxul de aer prin radiator de 2 ori, este necesar să se mărească cantitatea de energie în cele de 8 ori (chiar și fără a crește rezistența aerodinamică a radiatorului).
Fig. 2 arată relația relativă dintre puterea consumată de ventilator, iar cantitatea fluxului de aer.
Principiile de dezvoltare a sistemelor de răcire
Proiectarea sistemului de răcire tipic începe cu selectarea unei temperaturi maxime de funcționare, adică. E. Temperatura ambiantă maximă la care sistemul de răcire este capabil să mențină temperatura lichidului de răcire a motorului la nivelul specificat.
După selectarea temperaturii maxime de funcționare poate fi calculată pentru a determina diferența de temperatură în AT sistem și valoarea debitului de aer necesar. Cu cât temperatura de funcționare maximă selectată, cu atât mai mare debitul de aer necesar.
Pur și simplu pune, dacă vom calcula sistemul de răcire să funcționeze în banda de mijloc, luând temperatura ambiantă maximă de 35 ° C, avem nevoie de un ventilator mai puternic decât atunci când sistemul de răcire este proiectat să funcționeze la +50 ° C
Pentru a crea caracteristicile optime ale sistemului de răcire ar trebui să ia în considerare factorii enumerați mai jos.
Cum de a alege temperatura maximă de funcționare
Dacă vom alege temperatura maximă de operare prea mică, aparatul va supraîncălzi la temperaturi ambientale ridicate, dar dacă vom alege prea mare, de stabilire în proiectarea sistemului de răcire este un loc de trecere prea mare, sistemul va consuma prea multă putere și acest lucru va duce la un consum de combustibil excesiv și deteriorarea eficienței mașinii . Prin urmare, este foarte important să selectați valoarea optimă a temperaturii maxime de funcționare.
Fig. 3 prezintă dependența debitului de aer de la temperatura ambiantă, la schimbătorul de căldură al „aer-aer“. În ventilatorul sistemului testat utilizat Ø 864 mm, temperatura maximă de funcționare a fost de 43 ° C
Fig. 4 prezintă dependența puterii consumate de ventilator, temperatura mediului ambiant: putere scade rapid cu scăderea temperaturii. Dacă temperatura mediului ambiant este de numai 17 ° C sub temperatura maximă de funcționare a sistemului de răcire, consumul de energie este redus cu mai mult de 50%.
Pentru a minimiza sarcina asupra sistemului de răcire
Este necesar să se identifice și să elimine toate încărcătura de parazit pe motor care crește disiparea căldurii și încărcarea sistemului de răcire. Astfel de sarcini parazitare apar de obicei din cauza deciziilor de proiectare iraționale.
De exemplu, unitatea ventilatorului eficienta cuplaj hidraulic este în mod tipic 75-85%. Aceasta înseamnă că 15-25% din puterea furnizată la acesta este transformată în căldură, care încălzește uleiul hidraulic. Această căldură trebuie să fie descărcat de ventilator prin sistemul de răcire. ventilator hidraulică la modul maxim de stres generează în mod tipic 5-7% din energia termică totală, care este dat la sistemul de răcire. Datorită acestui fapt, la exploatarea maximă a capacității, necesară pentru acționarea ventilatorului, a crescut cu 16-22%, pentru a se îndepărta în continuare căldura generată de unitatea plus pierderea de 15-25%, din cauza nu o eficiență de 100% Ca rezultat, „acumulează“ consumul inutil de energie a ventilatorului conduce la 31-47% la capacitate maximă.
Compara: curea de transmisie ventilator are de obicei eficiență 93-98% și crește încărcarea sistemului de răcire.
Selectarea diametrul ventilatorului
Creșterea diametrul rotorului ventilatorului poate mări aria secțiunii transversale a fluxului de aer, prin care este posibil să se reducă viteza. Deoarece aria unui cerc este schimbată proporțională cu diametrul la patrat, debitul de aer variază în pătratul diametrului ventilatorului.
După cum sa menționat anterior, consumul de energie al unui ventilator este proporțională cu pătratul fluxului de aer. Astfel, puterea consumată de către ventilatorul este invers proporțională cu schimbarea diametrului de gradul al patrulea:
în cazul în care E1 - puterea consumată de ventilator existent;
E2 - puterea consumată de un ventilator nou;
Ø1 - diametrul ventilatorului existent;
Ø2 - diametrul unui ventilator nou.
Din ecuația se vede că prin creșterea diametrului ventilatorului la 10% (și, prin urmare, suprafața radiatorului), consumul de energie al ventilatorului este redus cu 32%, menținând în același timp aceeași magnitudine a fluxului de aer. Prin urmare, este avantajos să se utilizeze un radiator și ventilator cea mai mare dimensiune care poate fi plasat în compartimentul motor al mașinii.
Sistemele cu o cantitate controlată de debit de aer
Soluția optimă. Sisteme de răcire cu cantitate debit de aer variabil permite să asigure temperatura maximă de funcționare ridicată fără costuri excesive de putere parazite. Cele două modalități mai comune pentru a regla cantitatea fluxului de aer - un unghi de schimbare de viteză sau de rotație a paletelor ventilatorului. Trebuie remarcat faptul că scăderea vitezei ventilatorului este avantajoasă nu numai din punctul de vedere de economisire a energiei, dar, de asemenea, pentru a reduce zgomotul de funcționare.
Ventilatoarele de răcire cu lame rotative (cu pas variabil) vă permit să reglați debitul de aer. Utilizarea unor astfel de ventilatoare permite dezvoltatorilor de sisteme pentru a asigura cerințele de răcire la temperaturi ambiante extrem de ridicate și, în același timp, pentru a reduce consumul de energie la minim în unitate.
Fig. 5 prezintă dependența debitului de aer care trece prin radiator, presiunea statică: prin creșterea fluxului de aer scade presiunea statică. Mai mult aer va curge prin radiator, cu atât mai mult presiunea este necesară pentru a crea. Graficul arată modul în care valoarea debitului de aer atunci când unghiul de rotație al paletelor (curbe deplasate în grafic).
Testele au arătat că, chiar cu vreme relativ caldă (+27 ° C), folosind ventilator cu palete rotative permite reducerea consumului de energie cu 50%.