Гончаров Андрій Володимирович. Підвищення техніко-експлуатаційних характеристик автомобіля удосконаленням блока "радіатор-вентилятор" системи охолодження двигуна

brief description

Гончаров Андрій Володимирович. Підвищення техніко-експлуатаційних характеристик автомобіля удосконаленням блока "радіатор-вентилятор" системи охолодження двигуна : Дис... канд. наук: 05.22.02 - 2009.

Гончаров А. В. Підвищення техніко-експлуатаційних характеристик автомобіля удосконаленням блока «радіатор-вентилятор» системи охолодження двигуна. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 Автомобілі і трактори. Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2008.
Проведено аналіз роботи систем охолодження двигунів легкових автомобілів у літній період з високою температурою навколишнього повітря і низькою відносною вологістю. Виявлені недоліки та аналіз результатів попередніх досліджень дозволили визначити основні напрямки досліджень блока «радіатор-вентилятор» системи охолодження двигуна автомобіля з метою підвищення ефективності її роботи.
Проведено теоретичні дослідження процесів теплопередачі в радіаторі з урахуванням впливу параметрів його конструкції і режимів роботи. Результати проведених досліджень дозволили уточнити алгоритм та існуючу математичну модель енергетичного розрахунку системи охолодження двигуна автомобіля, що дозволяє робити вибір раціонального кроку розташування ребер у радіаторі для заданих габаритних розмірів радіатора й умов навколишнього середовища, з урахуванням впливу роботи вентиляторної установки.
Наведено результати експериментальних досліджень натурних зразків радіаторів, блоків «радіатор-вентилятор» і вентиляторних установок, проведених на спеціальних стендах і на автомобілі. Отримані результати експериментальних досліджень дозволили уточнити математичну модель і провести, на прикладі автомобілів «Славута» і Daewoo Sens, розрахункові дослідження з вибору найбільш ефективного й економічного типу вентилятора і збільшити крок розташування ребер у радіаторі.
Розроблено практичні рекомендації з вибору раціональних параметрів конструкції і режимів роботи системи охолодження двигунів автомобілів ЗАЗ і Daewoo, що забезпечують їхню надійну роботу в літній період у кліматичних умовах України, що прийняті до впровадження на ДП «ЛАРЗ», АТЗТ «Зліт» і ЗАТ «ЗАЗ».

У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення техніко-експлуатаційних характеристик автомобіля удосконаленням блока «радіатор-вентилятор» системи охолодження двигуна шляхом вибору раціональних параметрів його конструкції і режимів роботи (радіатора, вентилятора й інших елементів). У процесі рішення задачі отримані наступні результати.
1. У результаті проведеного аналізу ефективності експлуатації автомобілів вітчизняного виробництва на території України в жаркий період року, огляду конструкцій і аналізу результатів попередніх досліджень встановлені основні напрямки удосконалення охолоджуючого пристрою і сформульовані задачі теоретичних і експериментальних досліджень блока «радіатор-вентилятор» системи охолодження двигунів автомобілів з метою підвищення ефективності його роботи.
2. На підставі теоретичних досліджень, у тому числі розв’язання системи диференціальних рівнянь, отримане аналітичне вираження, що характеризує інтенсивність процесу конвективного теплообміну на поверхні у виді пластин, що мають турбулізатори типу жалюзі. Отримано рівняння для коефіцієнта теплопередачі радіатора трубчасто-пластинчастої конструкції з урахуванням впливу кроку розташування ребер у радіаторі і періодично розташовних на ребрах турбулізаторів типу жалюзі.
3. У результаті експериментальних досліджень:
визначено енергетичні характеристики радіаторів, вентиляторних установок і блоків «радіатор-вентилятор» автомобілів ЗАЗ і ВАЗ з урахуванням впливу параметрів конструкції і режимів роботи з метою уточнення результатів теоретичних досліджень і математичної моделі енергетичного розрахунку системи охолодження; отримано енергетичні характеристики (коефіцієнти тепловіддачі до повітря, коефіцієнти теплопередачі і аеродинамічні опори) у параметричній і критеріальній формах мідних і алюмінієвих радіаторів трубчасто-пластинчастого і трубчасто-стрічкового типу з урахуванням впливу кроку розташування ребер tр, глибини радіатора L і турбулізаторів на оребренні у вигляді жалюзі;
досліджено вплив турбулізаторів типу жалюзі, розташованих назустріч потокові повітря, на поверхні охолоджуючої пластини на теплорозсіючу здатність радіатора. У результаті були отримані коефіцієнт кореляції Ккдля рівняння (2), що характеризує інтенсивність процесу конвективного теплообміну, і залежність (7) для поправкового коефіцієнта Спр, що враховує вплив турбулізаторів на теплопередачу радіатора, від масової швидкості повітря перед фронтом радіатора;
отримано аеродинамічні характеристики вентиляторних установок (як у блоці з радіатором, так і без нього) автомобілів ЗАЗ, ВАЗ і Daewoo, необхідні для проведення аеродинамічного розрахунку системи охолодження; досліджено вплив швидкості руху автомобіля на продуктивність вентилятора; отримана залежність (9) коефіцієнта, що враховує вплив продуктивності вентилятора і потоку повітря, що набігає, при русі автомобіля на роботу неохопленої кожухом частини радіатора від таких параметрів, як швидкість руху автомобіля і величина зазору між кожухом і радіатором;
досліджено вплив елементів конструкції на виході з вентиляторної установки (дифузора висотою 100 мм і 200 мм на аеродинамічну характеристику вентилятора; розташування екрана, що імітував ДВЗ, щодо вентиляторної установки) на аеродинамічну характеристику вентилятора і встановлена оптимальна відстань від вентиляторної установки до ДВЗ, що повинна бути не менш 120 мм при застосуванні дифузора; повороту перетинок, що з'єднують обичайку вентилятора з втулкою, на 45 у напрямку потоку повітря на аеродинамічну характеристику вентиляторної установки;
досліджено блок «радіатор-вентилятор» на стенді та автомобілі «Славута», що складається з дослідного алюмінієвого непаяного радіатора трубчасто-пластинчастої конструкції з круглими трубками і кроком розташування ребер tр= 1,75 мм, прямокутного кожуха і семилопатевого вентилятора автомобіля ЗАЗ 110308-40.
4. Проведені теоретичні й експериментальні дослідження дозволили уточнити математичну модель і алгоритм розрахунку охолоджуючого пристрою двигуна автомобіля, а також рекомендувати раціональні параметри конструкції і режими роботи блоку «радіатор-вентилятор» із застосуванням більш продуктивного й економічного вентилятора типу К-156 і використанням корисних аеродинамічних ефектів від елементів конструкції на виході з вентиляторної установки, що:
зменшить витрати потужності на привід вентилятора на 1530 %;
збільшить крок розташування ребер у радіаторі з 1,5 мм до 1,62 мм, а масу радіатора зменшить на 516 %.
5. Уточнено методику і програму розрахунку охолоджуючого пристрою двигуна автомобіля в цілому та розроблено практичні рекомендації з удосконалення системи охолодження двигунів автомобілів ЗАЗ і Daewoo, що прийняті до впровадження на ДП «ЛАРЗ», АТЗТ «Зліт» і ЗАТ «ЗАЗ». Очікуваний річний економічний ефект від упровадження рекомендацій з удосконалення блока «радіатор-вентилятор» систем охолодження двигунів автомобілів наступний: економія палива при експлуатації автомобіля складає 0,01470,0223 л/100 км; економія кольорових металів на виробництво одного радіатора складає 0,0730,23 кг. Загальний економічний ефект у розрахунку на випуск 10 тис. автомобілів у рік складає 858,9 тис. грн.