Исходные данные к расчету двигателя – ВАЗ-2101:
- число оборотов коленчатого вала двигателя, n=5600 об/мин;
- эффективная мощность цилиндра, Ne=47,1 кВт;
- диаметр цилиндра, D=76 мм;
- число цилиндров двигателя, i=4;
- число оборотов вала водяного насоса, nнас=2400 об/мин;
- вид охлаждающей жидкости марка: Антифриз 40
Общим для всех вариантов расчета являются температура окружающей среды, Т=313 К; температура теплоносителя на входе в систему охлаждения, Тв=363 К; давление окружающей среды, Р=101325 МПа.
Необходимые для расчетов дополнительные для расчетов данные выбираются по таблицам, по рекомендациям методических указаний или преподавателя.
Определение количества тепла, отводимого в систему охлаждения
На тепло, отводимое охлаждающей жидкостью (ОЖ), оказывают влияние многие эксплутационные и конструктивные факторы. С увеличением частоты вращения двигателя и температуры ОЖ, а также коэффициента избытка воздуха величена 
уменьшается, а с увеличением размеров охлаждающей поверхности и отношений хода поршня к диаметру цилиндра возрастает.
Величину можно определить по эмпирическим зависимостям.
Теплота, передаваемая охлаждающей среде: 
.
Где 
– коэффициент пропорциональности; 
– показатель степени; 
. Примем 
, 
, 
.
Тогда 
.
Или по аналогичной формуле: 
, где 
- коэффициент пропорциональности, 
- диаметр поршня в мм. 
при 
.
- низшая теплотворность топлива.
Тогда
.
Согласно рекомендациям, для дальнейших расчетов берем большую величину, то есть 
.
Расчет радиатора
2.1 Расчет основных характеристик радиатора
Радиатор фактически представляет собой теплообменный аппарат для воздушного охлаждения жидкости, поступающей от нагретых деталей двигателя.
Поэтому расчет радиатора, как и любого теплообменного аппарата, состоит в определении поверхности теплообмена, необходимой для передачи тепла от охлаждающей жидкости к воздуху, обдувающему эту поверхность. Кроме того, всегда проводится гидравлический расчет жидкостного и воздушного трактов, оценка компактности и коэффициента полезного действия радиатора.
В системах жидкостного охлаждения автомобильных и тракторных двигателей обычно применяются два типа конструкций теплопередающих поверхностей: трубчато-пластинчатые и трубчато-ленточные.
Рассчитаем основные характеристики для трубчато-пластинчатой конструкции радиатора. Согласно рекомендациям, выберем тип трубной решетки: шахматная с плоскоовальными трубками (рис. 1).
Рис. 1 – Конструктивный тип решетки(шахматный с плоскоовальными трубками)
Расчет начинается с определения суммарного проходного(живого) сечения трубок одного хода потока жидкости в радиаторе: 
,
где 
, 
- коэффициент учета гидропотерь в трубках, 
.
Примем 
, 
, тогда 
. Для антифриза 40: 
, 
.
Тогда 
.
Живое сечение одной плоскоовальной трубки определяется по формуле:
.
Где 
, 
, 
(рис.2). Отсюда
.
Рис.2 – Схема ячейки остова радиатора
Оценим возможное суммарное число трубок в трубной решетке радиатора:
.
Округлим это значение и примем его равным 
.
Зададимся числом рядов трубок (не более 6), например, 
.
Тогда число трубок в одном ряду по фронту будет: 
. С таким числом трубок и по глубине и по фронту уложится целое число элементов.
Средняя температура жидкости в радиаторе выбирается исходя из следующих соображений: при принудительной циркуляции жидкости в системе охлаждения температурный перепад в радиаторах всегда находится в пределах 
.
Принятый . Оптимальное значение температуры на входе, которая характеризует температурный режим системы жидкостного охлаждения, принимается в интервале: 
. Примем 
. Исходя из принятых значений, определим среднюю температуру жидкости в радиаторе:
.
Эта температура является определяющей.
Определим число Рейнольдса: 
, где 
- скорость жидкости, 
для 
, согласно рекомендациям.
Эквивалентный диаметр найдем по формуле: 
,
где 
- площадь сечения трубки(см. рис. 2); 
.
Тогда 
.
Число Рейнольдса: 
.
Вычислим критерий Нуссельта для жидкости: 
,
где 
- эмпирические коэффициенты, согласно рекомендации для 
.
Тогда 
.
Задавшись материалом (примем латунь Л96) трубки, определим его теплопроводность: 
.
Вычислим коэффициент теплоотдачи жидкости:
.
Коэффициент теплоотдачи от решетки к воздуху 
определяется аналогично. Эквивалентный диаметр найдем по формуле: ,
где 
- площадь сечения ячейки(см. рис. 3);
Рис.3 - Схема ячейки остова радиатора
.
Тогда 
.
Средняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор выбирается исходя из следующих соображений: температурный перепад в радиаторах всегда находится в пределах 
.
Принимаем 
. Оптимальное значение температуры на входе, принимается: 
. Исходя из принятых значений, определим среднюю температуру воздуха, проходящего через радиатор: 
.
Эта температура является определяющей
Число Рейнольдса: 
, где 
. Примем 
.
Тогда 
Вычислим критерий Нуссельта для жидкости: 
,
где 
- эмпирические коэффициенты, согласно рекомендации для воздуха. Тогда 
.
Вычислим коэффициент теплоотдачи от трубки к воздуху:
.
Определим коэффициент теплопередачи радиатора по формуле:
,
где 
- коэффициент оребрения трубок решетки, в которой 
- площадь внутренней поверхности трубки на длине шага ребер 
, для данного типа решетки равная:
.
- суммарная поверхность трубки и условного ребра, припаянного к ней:
, здесь 
.
Площадь ребра:
Тогда 
.
Отсюда
.
Определим среднее значение давления воздуха в радиаторе: 
. Падение напора примем равным: 
.
Тогда 
.
Отсюда 
.
Сравним полученные значения коэффициента теплопередачи радиатора К и падения давления радиатора 
с экспериментальными данными (Рис. 4).
Рис. 4 – Коэффициент теплопередачи радиатора К и аэродинамическое сопротивление радиаторов 
в зависимости от массовой скорости воздуха:
