CC BY
49
УДК 621.867.7:62-82
Е.А. Сорокин, М.П. Хомутов
ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА КАТАЛИТИЧЕСКОГО ТЕПЛООБМЕННИКА НА ТЕПЛОВЫХ ТРУБАХ ДЛЯ ГИДРОПРИВОДА САМОХОДНЫХ МАШИН
В статье приведена методика расчета каталитического теплообменника на тепловых трубах, позволяющая определить температуру рабочей жидкости в зависимости от времени ее разогрева и температуры окружающего воздуха.
Ключевые слова: теплообменник, тепловые трубы, инженерная методика, гидропривод.
ENGINEERING TECHNIQUES FOR CALCULATION OF THE CATALYTIC HEAT EXCHANGER ON THE THERMAL PIPES FOR THE SELF-PROPELLED VEHICLE HYDRAULIC ACTUATOR
The techniques for calculation of the catalytic heat exchanger on the thermal pipes that allow to determine power fluid temperature depending on time for its warming up and air temperature is given in the article.
Key words: heat exchanger, thermal pipes, engineering techniques, hydraulic actuator.
При расчете теплообменника на тепловых трубах [1] на первом этапе определяются параметры тепловых труб, используемых в нем.
Термическое сопротивление пограничного слоя газа на внешней поверхности испарителя определяется по формуле
E.A. Sorokin, M.P. Khomutov
термическое сопротивление стенки испарителя:
2-п-Х '
термическое сопротивление фазового перехода в зоне испарения:
термическое сопротивление фазового перехода в зоне конденсации:
*,= а-
4 • ак ' /к '
термическое сопротивление стенки конденсатора:
-ІП
2-п-Х
н /
термическое сопротивление пограничного слоя рабочей жидкости на внешней поверхности конденсатора:
*=. ■
4-аж-/к-^н
полное термическое сопротивление тепловой трубы:
Я = ЯХ +Я2 +Я3 +Я4 +К5 +К6,
где аг - коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности испарителя;
аи - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности испарителя; ак - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности конденсатора; аж - коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности конденсатора; dвн - внутренний диаметр тепловой трубы; dн - наружный диаметр тепловой трубы;
/и - длина испарителя;
/к - длина конденсатора;
А - теплопроводность материала корпуса тепловой трубы.
Внешний теплообмен гладких цилиндрических труб при поперечном обтекании газом будет складываться из конвективного и лучистого теплообменов.
Конвективный теплообмен определяется следующим выражением:
Ш = С-(Ог-Рг)и,
где 1\1и - число Нуссельта; вг - число Г расгофа;
Рг - число Прандтля;
С, п - коэффициент и показатель степени, зависящие от условий теплообмена на внешней поверхности тепловых труб.
При (вг Рг) > 109 эти величины принимают следующие значения:
С = 0,15; п = 1/3.
При (вг Рг) < 109 эти величины имеют такие значения:
С = 0,75; п = 0,25.
Числа подобия определяются следующими выражениями:
№ = а.
Ог =
V
где аг - коэффициент теплоотдачи при конвекции газа на поверхности испарителя;
д - ускорение свободного падения; в - коэффициент температурного расширения;
Д/ - температурный напор;
/и - длина испарителя;
V - коэффициент кинематической вязкости; а - коэффициент температуропроводности;
Аг - коэффициент теплопроводности отработавших газов.
Температурный напор определяется как разность температур газа и стенки трубы:
Д = Ъ - /ст.
Коэффициент температурного расширения находят по формуле
в = 1/1
Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене
л
а^С-Сг-Рг^-і
и
Лучистый теплообмен
г * \
чЮОу
ч100у
где дл - плотность теплового потока;
£ - степень черноты;
О, - коэффициент излучения;
/ст - температура стенки трубы;
/г - температура газа.
Коэффициент теплоотдачи при лучистом теплообмене:
ал =
Таким образом, для тепловой трубы при продольном обтекании газом коэффициент теплоотдачи
I
и
3
4
Ї
ст
г
(X = (X + (X
^ки 1 ^л
Тепловой поток, передаваемый тепловой трубой:
<?тт=^?
где ^ - температура газов;
/ж - температура рабочей жидкости;
1 - полное термическое сопротивление тепловой трубы.
Количество теплоты, передаваемое пакетом тепловых труб за время Дт:
Ох = Яхх ‘ к • ■ Ат,
где цл - тепловой поток, передаваемый тепловой трубой в осевом направлении;
к - количество тепловых труб в теплообменнике;
Гп - площадь поперечного сечения тепловой трубы.
На втором этапе определяют параметры каталитического нагревателя. Расчетная мощность каталитического нагревателя
где д - удельный расход топлива;
5 - площадь катализатора;
5 - теплопроводная способность бензина.
Температура газа на поверхности тепловой трубы:
N -Ат
^ ур
Г
тг -С,
г
где тг - масса газа;
Сг - удельная теплоемкость газа.
Приращение температуры рабочей жидкости в гидроприводе, происходящее за время Дт:
А Т =
Сж-тж+См-тм
где Сж - удельная теплоемкость рабочей жидкости;
См - удельная теплоемкость материалов гидропривода; тж - масса рабочей жидкости; тм - масса гидрооборудования;
Онг - количество теплоты, идущее на нагрев и определяемое по формуле
ОнГ _ Ох Она •
Здесь Оизл - количество теплоты, выделяемой поверхностью гидропривода в окружающую среду за время Дт:
£?ИЗЛ ^Ч П ' ^\ и ' С / О ,
где кт - коэффициент теплопередачи;
Гт - площадь теплоотдачи;
/ - температура рабочей жидкости в гидросистеме;
/о - температура окружающей среды.
С целью проверки метода на адекватность при проведении расчетов в качестве исходных данных использовали параметры теплообменника, на котором проводились эксперименты [2]. Сравнение результатов, полученных экспериментальным путем, с результатами, полученными расчетным путем, показали, что расхождение между этими данными не превышает 10 %.
Литература
1. Каверзин С.В., Сорокин Е.А., Хомутов М.П. Теплообменники на тепловых трубах для предпускового разогрева гидропривода машин // Строительные и дорожные машины. - 2008. - № 8. - С. 38-39.
2. Хомутов М.П. Стенд для испытания каталитического теплообменника на тепловых трубах // Вестн. КрасГАУ. - 2007. - № 3. - С. 153-155.
---------♦'-----------
УДК 630.232.427+004.942 И.М. Бартенев, М.В. Шавков, В.В. Посметьев
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СОШНИКА ЛЕСОПОСАДОЧНОЙ МАШИНЫ
Сошник лесопосадочной машины является одним из основных рабочих органов, определяющим качество посадки растений. В статье дана математическая модель сошника лесопосадочной машины, оценивающая его не только как бороздообразующий, но и почвозаделывающий рабочий орган.
Ключевые слова: лесопосадочная машина, моделирование, лесная почва, сеянец, сошник.
I.M. Bartenev, M.V. Shavkov, V.V. Posmetyev MATHEMATICAL MODEL OF TREE PLANTING MACHINE PLOWSHARE OPERATION
Tree planting machine plowshare is one of the basic operating devices that determine planting quality of the plants. Mathematical model of tree planting machine plowshare estimating it not only as groove creating, but also as soil- embedding in operating device is given in the article.
Key words: tree planting machine, modeling, forest soil, seedling, plowshare.
Актуальность и постановка проблемы. Сошник лесопосадочной машины производит только образование борозды, в которую подаются растения ротационно-лучевым посадочным аппаратом, а заделка корней их осуществляется частично за счет осыпания и подачи почвы загортачами или уплотняющими катками. Подобное разделение функций рабочих органов является причиной некачественной посадки растений. При осыпании почвы происходит попадание верхнего подсушенного слоя на дно борозды, образование воздушных пустот внутри борозды, перемещение растений катками в направлении движения агрегата и, как следствие, наклонная посадка их. Для устранения отмеченных недостатков предлагается новая конструкция лесопосадочной машины, отличительной чертой которой является использование сошника с почвозаделывающими окнами (рис. 1), благодаря чему сошник производит не только образование борозды, но и полную засыпку корней растений влажной почвой из нижних и средних слоев борозды. Катки выполняют только уп-
