CC BY
10
жухом. В таких случаях вентилятор устанавливают в одном из крайних положений, а в противоположной части кожуха делаются отверстия. В случае использования набегающего потока, часть воздуха как обычно идет через отверстие в кожухе, где установлен вентилятор, а вторая часть - через специальные отверстия в кожухе.
1 - радиатор, 2 - кожух вентелятора, 3 - электровентилятор, 4 - два отверстия закрытые клапанами
Рисунок 1 - Радиатор с экспериментальным кожухом
Степень использования набегающего потока зависит от нескольких параметров. В данном случае необходимо было определить влияние направления открытия клапанов - в правую или в левую сторону (от центра или к центру кожуха). Для этого экспериментальный кожух вентилятора имел возможность установки клапанов с правым и левым открытием. На рисунке 2 изображены оба варианта.
а) - клапаны открываются вправо; б) - клапаны открываются влево Рисунок 2 - Расположение клапанов на кожухе вентилятора
Рисунок 3 - Поле скоростей воздушного потока по фронту радиатора, при правостороннем открытии клапанов
Рисунок 4 - Поле скоростей воздушного потока по фронту радиатора, при левостороннем открытии клапанов
Как предполагалось ранее, правостороннее открытие клапанов более предпочтительно, поскольку обеспечивает лучшее использование набегающего потока. Расход воздуха в этом случае больше на 5%. На рисунках 3 и 4 изображены эпюры поля скоростей воздуха по фронтальной поверхности радиатора. Хорошо видно, что снижение расхода воздуха, происходит в первую очередь в той части радиатора, что расположена напротив отверстий в кожухе (зоны с 8 по 12, эпюры повернуты по отношению к рисунку 1).
На рисунке 2 стрелками показаны траектории потока воздуха, проходящего через вентиляторную установку и радиатор. Через отверстия в кожухе проходит не только воздух с участков радиатора напротив отверстий, но и значительная часть воздуха, которая не может пройти через отверстие, где расположен вентилятор. Открытие кланов в левую сторону в большей степени искривляет траекторию потока этого воздуха, тем самым увеличивается аэродинамическое сопротивление кожуха.
Проведенные эксперименты показывают высокую эффективность использования жестких клапанов с принудительным открытием и закрытием. При отсутствии таких клапанов скорость воздуха с правой стороны радиатора была бы очень низкой.
А.П. Петров, С.Н. Синицын
Курганский государственный университет,
г. Курган
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ ПО ОТНОШЕНИЮ К РАДИАТОРУ
Подача воздуха через радиатор системы охлаждения двигателя легкового автомобиля может осуществляться за счет работы вентилятора или под действием набегающего потока воздуха. Коэффициент полезного действия второго способа выше, поэтому стараются использовать набегающий на автомобиль поток воздуха. При этом не работающая вентиляторная установка препятствует прохождению воздуха. Для того, чтобы уменьшить ее сопротивление, кожух вентилятора делают с неполным охватом радиатора. Через свободную часть ра-
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 1
111
диатора идет значительная часть воздуха. Существует множество факторов, снижающих эффективность использования набегающего потока. Это, в первую очередь, конструкция вентиляторной установки, но, как оказывается, на расход воздуха через радиатор влияет не только форма вентиляторной установки, но и ее расположение на радиаторе. Вентиляторная установка с неполным охватом кожухом радиатора может располагаться по отношению к радиатору по-разному В большинстве случаев варианты расположения вентиляторной установки ограничены компоновкой подкапотного пространства. В таком случае необходимо знать, как это повлияет на эффективность системы охлаждения. При этом эффективность системы может измениться и при работе вентилятора.
Использование неполного охвата кожухом радиатора, кроме улучшения использования набегающего потока, имеет отрицательный эффект, который наблюдается на малых скоростях движения автомобиля. При большой нагрузке на двигатель набегающего потока воздуха становится недостаточно для его охлаждения, поэтому включается вентилятор. В таких условиях вентилятор начинает всасывать воздух не только через воздухозаборные отверстия на передней панели автомобиля, но и через свободную зону радиатора (рисунок 1). Это происходит потому, что в предрадиаторной камере возникает разряжение. Возникает рециркуляция воздуха, что снижает эффективность системы охлаждения, поскольку всасываемый из подкапотного пространства воздух - горячий.
предраЗиаторная камера
сйоВодная зона
кожух вентилятора
радиатор ■—"
Рисунок 1 - Схема течения воздуха через воздушный тракт системы охлаждения
Были изготовлены две вентиляторных установки (с охватом кожухом радиатора 64 и 80%), исследовались два варианта расположения: с традиционным размещением у края радиатора и расположенной посередине радиатора (рисунок 2).
Оба варианта расположения вентиляторной установки имеют разное влияние на формирование и прохождение воздушного потока через радиатор системы охлаждения, хотя у них одинаковая площадь свободной зоны радиатора. Разница заключается в том, что поток в случае расположения вентиляторной установки посередине радиатора делится на две струи, проходящие слева и справа от кожуха. Такое разделение потока воздуха приводит к увеличению аэродинамического сопротивления комплекта «радиатор и вентиляторная установка», причем это происходит как в случае работы вентилятора, так и в случае использования набегающего потока. Чем больше степень охвата кожухом радиатора, тем больше отличаются варианты расположения вентиляторной установки.
При степени охвата кожухом радиатора 64% производительность вентиляторной установки (подача воздуха осуществляется за счет вентилятора) с симметричным
112
расположением (рисунок 2 б) меньше на 1% по сравнению с крайним ее положением (рисунок 2 а), а при степени охвата 80% - меньше на 2%. Казалось бы, при перемещении вентиляторной установки с края на центр условия всасывания не должны измениться. Снижение расхода воздуха через зону кожуха вентилятора вызвано уменьшением рециркуляции воздуха из подкапотного пространства через свободные зоны радиатора. Это происходит за счет того, что увеличивается сопротивление движению воздуха по двум траекториям. Увеличение сопротивления перетоку хотя и приводит к тому, что снижается расход воздуха через зону кожуха, зато в нем возрастает доля холодного воздуха, поступающего через воздухозаборные отверстия. Поступление воздуха через воздухозаборные отверстия увеличивается на 4-5%. В случае изменения аэродинамического сопротивления подкапотного пространства или самого радиатора условия рециркуляции в том и другом вариантах изменятся.
Рисунок 2 - Расположение вентиляторной установки по отношению к радиатору
В случае размещения вентиляторной установки симметрично по отношении к радиатору (рисунок 2 б) использование набегающего потока ухудшается по сравнению с крайним положением вентиляторной установки (рисунок 2 а). Расход воздуха при одном и том же напоре уменьшается на 1% с кожухом, имеющим 64%-ный охват и на 2% с кожухом 80%-ного охвата. Этот факт также связан с тем, что разделяющийся поток воздуха, обтекающий вентиляторную установку с той и другой стороны, имеет большее сопротивление движению, по сравнению с потоком, идущим через свободную зону радиатора лишь только с одной стороны.
Как показали эксперименты, расположение кожуха вентилятора по отношению к радиатору влияет на движение потока воздуха через систему охлаждения, правда надо сказать, что это влияние не очень большое.
ВЕСТНИК КГУ, 2005. №4
