Технические науки / 4. Транспорт

Д.т.н. Кукис В.С., к.т.н. Романов В.А.

Южно-Уральский государственный университет

Система охлаждения

поршневого двигателя внутреннего сгорания

Известно, что в подавляющем большинстве транспортных поршневых двигателей внутреннего сгорания получили распространение циркуляционные двухконтурные системы охлаждения, в которых теплоту от нагретых зон деталей двигателя забирает промежуточный теплоноситель – охлаждающая жидкость, циркулирующая по замкнутому контуру, и передает ее в рекуперационном теплообменнике – радиаторе – воздуху, проходящему по воздушному контуру.

Количество теплоты, передаваемое от охлаждающей жидкости к воздуху, может быть определено по формуле:

, (1)

где Q – количество теплоты, передаваемое от охлаждающей жидкости к воздуху;

k – коэффициент теплопередачи от охлаждающей жидкости к воздуху;

F – величина теплопередающей поверхности радиатора;

Т_ж – средняя температура охлаждающей жидкости в радиаторе;

Т_в – средняя температура воздуха, обдувающего радиатор.

В современных системах охлаждения для обдува радиатора используется атмосферный воздух. Между тем, если температуру воздуха, охлаждающего радиатор, удалось бы понизить, то появилась бы возможность уменьшить размер теплопередающей поверхности радиатора (а значит и расход дорогостоящего цветного металла, так как для изготовления радиаторов используют алюминиевые сплавы, латунь или медь).

Следует отметить, что уменьшение габаритов радиатора ведет и к снижению его гидравлического сопротивления, а значит, и к уменьшению затрат мощности на привод жидкостного насоса.

Авторы статьи предлагают для понижения температуры воздуха, обдувающего радиатор, применить трубу Ранка [1, 2]. Реализуемый в ней эффект заключается в разделении газа при закручивании в цилиндрической камере на две фракции. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре – закрученный охлажденный поток, причем вращение в центре происходит в другую сторону, чем на периферии (рисунок 1).

1 – корпус; 2 – завихритель тангенциального типа для подачи теплого воздуха; 3 – патрубок выхода холодного воздуха; 4 – центральная зона холодных течений; 5 – периферийное вихревое течение; 6 – дроссельный кран (вентиль)

Рисунок 1 – Труба Ранка

При этом в зависимости от интенсивности потока газа снижение температуры может достигать 200 градусов

На рисунке 2 показана принципиальная схема система жидкостного охлаждения поршневого двигателя внутреннего сгорания с использованием трубы Ранка.

Предлагаемая система жидкостного охлаждения поршневого двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

1 ‑ поршневой двигатель внутреннего сгорания; 2 – выпускные коллекторы; 3 – впускные коллекторы; 4 ‑ выхлопная труба; 5 ‑ газовая турбина; 6 ‑ нагнетатель; 7 – патрубок; 8 ‑ труба Ранка; 9 ‑ кожух вентилятора; 10 – радиатор; 11 – подводящий трубопровод; 12 – отводящий трубопровод

Рисунок 2 - Система жидкостного охлаждения

поршневого двигателя внутреннего сгорания с использованием трубы Ранка.

Отработавшие газы поршневого двигателя внутреннего сгорания по выхлопной трубе поступают в газовую турбину, которая приводит в действие нагнетатель. Нагнетатель подает атмосферный воздух в трубу Ранка по патрубку. Охлажденный в трубе Ранка воздух по кожуху вентилятора поступает на обдув радиатора. Поскольку перепад температур охлаждающей жидкости и обдувающего радиатор воздуха больше, чем при обдуве радиатора атмосферным воздухом, поверхность охлаждения радиатора может быть существенно уменьшена при сохранении прежнего теплосъема (см. формулу (1))

Литература

1. Патент США № 1952281, 1934 г.

2. Гупол, А.Ф. Эффект Ранка / А.Ф. Гупол // Успехи физических наук. – Т. 167. – № 8. – С. 665–687