Задать вопрос юристу

4.1 Методика экспериментального определения воздухообмена в салоне

Колебания скорости и направления воздушных потоков в окнах и люках автомобилей не позволяет с достаточной точностью определить величину воздухообмена только замером скоростей. Более точные результаты может дать антракометрический способ экспериментального исследования воздухообмена в автомобилях, при котором в кузове легкового автомобиля создают известную концентрацию газа-анализатора, а затем, через определенные промежутки времени фиксируют ее уменьшение.

Воздухообмен определяют по скорости снижения концентрации газа- анализатора, в качестве которого используют углекислый газ, азот и пары ацетона. Для быстрого распространения газа-анализатора в салоне его вводят в струю входящего свежего воздуха.

В ГСХИ были проведены экспериментальные исследования по определению воздухообмена в салонах автомобилей с использованием в качестве газа-анализатора углекислый газ. Содержание этого газа в атмосфере, при обычных условиях очень мало 0,03%). Это позволяет при расчетах пренебречь величиной 0,03% и легко определять концентрацию углекислого газа даже при его небольших дозах введения.

Рис.4.1 Установка для определения воздухообмена в салоне автомобиля

Углекислый газ помещают в салоне автомобиля в баллоне 1 (рис. 4.1), из которого через шланг 2 он поступает в змеевик 3 воздухопровода 5. Для предотвращения замерзания имеющейся в газе влаги и выравнивания температур газа и воздуха в салоне предусмотрен подогреватель 4, воздухопровод которого образует замкнутый контур.

Подогретый газ через редуктор 6, регулирующий его расход, и диафрагму 8, поступает в распределительную трубу 11. Контролируют расход газа по указателю 7, а температуру по термометру 9. Температуру газа можно изменить, регулируя подачу бензина в подогреватель. По трубкам 10 газ впускают в салон автомобиля в тех же местах, где входят воздушные потоки, а затем через определенные промежутки времени в выходящих потоках берут пробы воздуха.

Количество воздуха, поступающего в салон в единицу времени,

где Q - расход газа-анализатора в л/с; Sc и SB - концентрация газа- анализатора в салоне автомобиля и свежем воздухе в %.

Для случая использования в качестве газа-анализатора углекислого газа G,=Q(100/Sc).

4.2 Аэродинамика подкапотного пространства

Аэродинамические испытания моделей автомобилей обычно проводят без имитации системы охлаждения, что искажает полученные результаты. Влияние степени имитации натуры для модели легкового автомобиля на величину коэффициента сх лобового сопротивления (по данным Шмида) показано в табл. 4.1

Влияние расположения двигателя и воспроизведения его системы охлаждения на величину коэффициента лобового сопротивления (по данным Риккерта, Гаусса, Вейса, Завацкого и Романи) показано в табл. 4.2.

Таблица 4.1 - Степень имитации натуры для легкового автомобиля Степень имитации натуры Коэффициент сх в абсолютных единицах в % Простая модель, гладкий низ, отсутствуют оконные выемки 0,506 92,5 Имитированы низ и окопные выемки, но отсутствует проход для воздуха, охлаждающего радиатор 0,520 95,0 Имитированы низ, оконные выемки, решетки радиатора и воздушные проходы, но радиатор закрыт 0,530 97,0 Имитированы низ, оконные выемки, решетки радиатора и радиатор открыт 0,547 100,0 Имитирован низ и оконные выемки, но отсутствует система охлаждения 0,523 96,0 Таблица 4.2 - Влияние расположения двигателя на коэффициент сд

Модель Коэффициент сх для модели Исследователи автомобиля Расположение без системы с системой откло двигателя охлаждения охлаждения нения в % Вейс и «Адлер» Переднее 0,349 0,358 -5 Завацкий «Ганза» - 0,530 0,547 -3 «Камм» - 0,196 0,195 +1 Риккерт и Произ - 0,370 0,400 -7 Гаусс вольная - 0,244 0,285 -14 модель - 0,320 0,350 -9 Романи «Рено» Заднее 0,416 0,387 +7 КДФ - 0,485 0,485 0 БМВ Переднее 0,255 0,364 -30 Значительное отклонение результатов, приведенных в табл. 4.1 и 4.2, является следствием не столько различных условий проведения экспериментальных исследований, сколько большим разнообразием форм моделей, подвергавшихся испытаниям. Можно считать, что внутреннее сопротивление, возникающее при протекании воздуха через радиатор и подкапотное пространство, в котором помещается двигатель, составляет у автомобиля с кузовами необтекаемых форм до 10% общего сопротивления воздуха, а у автомобилей с кузовами обтекаемых форм до 20%. Изменение

конструкции облицовки радиаторов в последние годы сопровождается увеличением сопротивления протеканию воздуха.

Для анализа величины внутреннего сопротивления в подкапотном пространстве автомобиля можно использовать способ измерения давлений различных его точках. При этом количество протекающего воздуха может быть определено размерами проходного поперечного сечения и разностью статических давлений воздуха впереди и позади радиатора. Чем больше градиент давления (сопротивление протеканию воздуха), тем меньше количество воздуха, поступающего в подкапотное пространство, и больше общее аэродинамическое сопротивление автомобиля. Поэтому желательно, чтобы радиатор обладал, возможно, меньшим аэродинамическим сопротивлением.

Воздушный приток, проходящий через, проходящий через радиатор, может быть представлен как сумма двух потоков, один из которых вызван движением автомобиля, а другой создается вентилятором. Аналитическое определение величины аэродинамического сопротивления радиатора весьма затруднительно и обычно это сопротивление определяется экспериментально. Дорожные испытания автомобиля ГАЗ-21 «Волга», проведенные в ЛСХИ, показали, что средняя скорость воздушного потока перед фронтом радиатора при малых скоростях движения автомобиля (<40 км/ч) в значительной степени зависит от работы вентилятора, тогда как при больших скоростях (>80 км/ч) влияние вентилятора становится мало ощутимым. Если оценивать эффективность действия натекающего на автомобиль воздушного потока отношением средней скорости воздуха перед фронтом радиатора, при отключенном вентиляторе, к скорости натекающего потока, то эта величина для автомобиля ГАЗ-21 «Волга» составит ~ 0,4.

Схема установки для определения внутреннего сопротивления в подкапотном пространстве автомобиля показана на рис. 4.2. Воздушный поток создается вентилятором. Перед радиатором и позади него установлены пьезометры. Величина сопротивления радиаторов в основном определяется

размерами имеющихся в них отверстии для прохода воздуха.

Рис. 4.2 Схема установки для определения внутреннего сопротивления в подкапотном пространстве автомобиля

ПО

80

Ар, мм Ш.ст 2*0 / f _ Ул * * У\ / V / О *О SO 1Z0Ws/c

Рис. 4.3 Зависимость градиента давления от количества прошедшего через радиатор за 1 с воздуха при различной величине отверстий в проволочных ситах, заменивших радиатор: 1,2 и 3 - сетки с отверстиями диаметром

соответственно 10,20 и 30 мм На рис. 4.3 показана зависимость показана зависимость градиента давления от количества прошедшего через радиатор за 1с воздуха при различной величине отверстий в проволочных ситах, заменивших радиатор.

А. И. Матвеев проводил аэродинамические испытания радиаторов на специально спроектированной для этой цели установке (рис. 4.4), представлявшей собой аэродинамическую трубу с плавным переходом от входной 13 к рабочей части 15, обеспечивающим равномерное поле скоростей

Рис. 4.4 Установка для аэродинамических испытаний радиаторов: 1 - дроссельная заслонка; 2 - центробежный вентилятор; 3 - электродвигатель водяного насоса; 4 - водяной насос; 5, 8 и 9 - трубы для подачи воды; 6 - радиатор подогрева воды; 7 — бак для нагревания воды; 10 - спиртовой манометр; 11 - приемник воздушного давления; 12 и 16 - подвижные координатники; 13 - входная часть аэродинамической трубы; 14 - ртутный термометр; 15 - рабочая часть трубы; 17 - маховик для управления дроссельной заслонкой; 18 - дифференциальный манометр; 19 - автоматический терморегулятор; 20 - пульт управления; 21 исполнительный механизм; 22 - труба паровой магистрали; 23 - расширительный диффузор; 24 - электродвигатель центробежного вентилятора

и возможность испытания радиаторов различной глубины. Сечение рабочей части трубы составляло 400x400 мм. Подвижный координатник 12 позволял определять при помощи трубки Пито скорость воздушного потока в любой точке сечения. Давление измеряли дифференциальным манометром 18. Перепад статического давления по обе стороны радиатора измеряли манометром 10. Температура воздуха за радиатором измеряли как среднее показаний трех ртутных термометров, также помещенных на подвижном

координатнике 16. За рабочей частью трубы находится диффузор 23 с выпрямителем потока.

Воздух в трубу поступал непосредственно из помещения цеха, в котором она была установлена. Скорость поступления регулировали дроссельной заслонкой 1, управляемой маховиком 17 с пульта управления 20. Горячая вода из бака 7 подавалась в радиатор водяным насосом 4, приводимым электродвигателем 3. Терморегулятор 19 поддерживал постоянную температуру поступающей в радиатор воды в пределах 90-92°С. Исполнительный механизм 21 терморегулятора был установлен в трубе 22 паровой магистрали. Расход воды через радиатор определяли при помощи двойных конических насадков и ртутных манометров. Число включаемых насадков меняли в зависимости от расхода воды.

В результате испытаний устанавливали зависимость лобового сопротивления радиатора от секундного расхода воздух перед ним при заданной скорости воздуха и колебаниях его температуры в пределах 2,0- 5,0°С. Секундный расход воздуха измеряли от 5 до 40 кгс/(см2).

В действительных условиях благодаря тому, что часть воздуха проходит под капотом мимо радиатора имеются дополнительные сопротивления, происходит некоторое снижение скорости прохождения воздушного потока через радиатор.

Работа вентилятора, помещенного под капотом двигателя позади радиатора, нарушает равномерность распределения давления в подкапотном пространстве и вызывает дополнительное снижение давления в зоне вращение его лопастей. В углах же радиатора, имеющего прямоугольную форму, градиент давления уменьшается вследствие повышения давления в подкапотном пространстве, вызванного работой вентилятора.

Это явление иллюстрируют зависимости, показанные на рис. 4.5. Очевидно, что для повышения к.п.д. радиатора важно добиться равномерного распределения давления по его лобовой поверхности.

На внутреннее сопротивление, температур, скорость и направление

воздушного потока решающее влияние может оказать форма каналов, направляющих движение воздуха в подкапотном пространстве. Однако следует учитывать изменения плотности воздуха, связанные с его нагревом и охлаждением. Поэтому часто в качестве измерителя используют не абсолютную величину давления, а высоту (в м) Н=р/у.

Кроме конструкции, величины и конфигурации капота и расположенных под ним элементов двигателя, на воздушный поток в подкапотном пространстве влияют также режимы работы двигателя и системы охлаждения. На рис. 4.6 схематически показаны процессы, имеющие место на пути охлаждающего воздуха в подкапотном пространстве.

В сечении 1-1, выбранном перед облицовкой радиатора, уровень давлений соответствует скоростному напору встречного потока воздуха. Между сечениями 1-1 и 2-2 происходит уменьшение скорости и динамического давления, однако статическое давление повышается. На участке между сечениями 2-2 и 3-3 от облицовки радиатора происходит некоторое снижение давления вследствие образования пограничного слоя. Между сечениями 3-3 и 4-4, в пределах направляющего насадка, давление сохраняется неизменным, а при протекании воздуха через радиатор между сечениями 4-4 и 5-5 происходит значительная потеря энергии воздушным потоком.

Увеличение динамического давления за радиатором является следствием увеличения объема воздуха при его нагревании о время прохождения через радиатор. От сечения 5-5 к сечению 6-6 происходит дальнейшее снижение общего давления, хотя сужение поперечного сечения потока и вызывает повышение динамического давления. Работа вентилятора вызывает повышение давления между сечениями 6-6 и 7-7. В сечении 7-7 воздушный поток выходит из воздухопровода в подкапотное пространство и на участок между сечениями 7-7 и 8-8 происходит быстрое снижение динамического давления, не сопровождающееся повышением статического давления.

Практически скорость воздушного потока становится почти равной нулю. На участке между сечениями 8-8 и 9-9 при постоянной величине общего давления его динамическая составляющая повышается, а статическая понижается. При этом величина статической составляющей определяется режимом внешнего потока в месте выхода охлаждающего воздуха из подкапотного пространства.

Таким образом, сопротивление, встреченное воздушным потоком при прохождении через радиатор, связано с теплопередачей от воды к воздуху, тогда как се прочие сопротивления на его пути являются «вредными» и их необходимо по возможности снизить. Очевидно, наилучший результат может быть достигнут при замкнутой циркуляции воздушного потока, устраняющей повышение сопротивления, связанное с внезапным расширением потока в сечении 7-7 и снижением давления на участке между сечениями 7-7 и 9-9. Кроме того, устраняется возможность возникновения высокого давления в подкапотном пространстве, способствующего проникновению тепла и газов в салон автомобиля.

j / А 7 А V / г / у 4.

J / t с,

У / А У J IS А ш zio zoo tso

iZO

so *0 о

Рис. 4.6 Изменение давления по длине пути прохождения воздуха в

подкапотном пространстве

го is zo zi / *fi*zc/M*c Рис. 4.7 Аэродинамическое сопротивление радиаторов автомобилей: 1 - М-20 «Победа» (радиатор имеет 30 пластин); 2 - ГАЗ-51; 3 - ГАЗ-11; 4 - М-20 «Победа» (радиатор имеет 38 пластин) Аэродинамическое сопротивление Арр трубчато-пластинчатого радиатора зависит от его глубины, числа рядов и расположения трубок, расстояния между этими трубками и между охлаждающими пластинами. Аэродинамическое сопротивление радиатора

где Apjj, - потери давления на трение: Дрс - потери давления, вызванные изменением сечения и воздушного потока.

При этом &рс пропорционально числу п рядов трубок и зависит от их формы и расположения, а также от формы охлаждающих пластин и глубины радиатора, т. е.

2

Обозначив глубину радиатора е, а эквивалентный диаметр канала для прохода воздуха между соседними пластинами d, для холодного радиатора получим

Для автомобилей аэродинамические сопротивления нагретых и холодных радиаторов практически мало отличаются.

Аэродинамическое сопротивление радиатора (84) возрастает пропорционально квадрату скорости воздушного потока, что подтверждается зависимостями (рис. 4.7), полученными в результате экспериментальных исследований. Эти зависимости характеризуют также влияние на сопротивление воздуха конструкции радиатора и количества пластин, приходящихся на 100 мм высоты радиатора. Характерно, что увеличение числа пластин для радиатора автомобиля М-20 «Победа» с 30 (кривая 1) до 38 (кривая4) приводит к резкому возрастанию сопротивления.

Конструктивные особенности радиаторов могут оказать значительное влияние на турбулентность воздушного потока. Наибольшее аэродинамическое сопротивление оказывают радиаторы с узкими сплюснутыми трубками, обеспечивающими в то же время достаточное сечение для протекания воды с небольшим гидравлическим сопротивлением.

Расположение трубок и конфигурация пластин имеют большее значение для степени турбулентности проходящего через радиатор воздушного потока. Расположение трубок в радиаторе может быть коридорным (трубки устанавливаются под углом или параллельно воздушному потоку), шахматным или специальным. Наибольшее

аэродинамическое сопротивление имеет место при коридорном расположении трубок под углом к потоку. Удовлетворительные результаты могут быть получены при специальном расположении трубок, когда каждый последующий ряд несколько смещен относительно предыдущего, для того чтобы холодный воздух мог омывать трубки всех рядов. Большая турбулентность воздушного потока возникает при шахматном расположении трубок по сравнению с коридорным расположение.

Применение индивидуальных охлаждающих пластин увеличивает аэродинамическое сопротивление на 15-20% по сравнению с сопротивлением радиатора, имеющего общие пластины. Следует иметь в виду, что при переходе от ламинарного к турбулентному движению теплоотдача проходящего через радиатор воздушного потока возрастает.

Турбулентность воздушного потока зависит от числа пластин на 100 мм высоты радиатора и возрастает с его увеличением. Обычно это число меняется в пределах от 20 до 50.

При совершенствовании конструкции автомобилей характерно стремление к повышению мощности двигателей при сохранении небольших габаритных размеров. Это приводит к увеличению глубины радиаторов, что, в свою очередь вызывает возрастание их аэродинамического сопротивления. Лучше расширять охлаждающую поверхность радиатора, увеличивая не его глубину, а число пластин, так как это ведет к меньшим аэродинамическим потерям.

Поступление в подкапотное пространство достаточного количества незапыленного воздуха определяется конструкцией воздушных каналов и выбором мест забора наружного воздуха. Особенно сложно осуществить достаточное поступление воздуха в подкапотное пространство при заднем расположении двигателя. Успешное решение подобной задачи невозможно без проведения аэродинамических испытаний различных вариантов конструкций. Во время таких испытаний определяют давление у входа в воздухоприемные отверстия и расход воздуха при различных скоростях

движения автомобиля. Эти испытания обычно проводят в аэродинамической трубе.

Скорость v (в м/с) воздушного потока (скорость автомобиля) определяют по показаниям h мнкроамперметра: v=(4,5/ylp)yJh. При сравнительных испытаниях эта скорость должна оставаться постоянной и соответствовать наиболее высокой тепловой напряженности двигателя автомобиля.

Уравнение Бернулли для сечения 2-2 и 4-4 (см. рис. 4.6) примет вид:

где Си С - коэффициент сопротивления облицовки радиатора и воздуховода, определяемые экспериментально.

Давление р и расход Q воздуха связаны уравнением

где Sb - площадь суммарного поперечного сечения воздухоприемных отверстий.

Большое влияние на величину сопротивления воздуха оказывают облицовки радиатора и конструкция жалюзи (рис. 4.8). Следует отметить, что обычно пропускная способность щелей в облицовке радиатора отличается известной неравномерностью. Равномерность распределения потока по отдельным щелям определяют во время специальных испытаний.

Интересные результаты получены при испытании воздухоприемннков автомобилей ЗАЗ-965, ЗАЗ-966 и ЗАЗ-970, у которых двигатель расположен сзади. Испытания показали, что расход воздуха непосредственно зависит от изменения величины давления перед воздухоприемниками. Однако при одном и том же давлении у входа можно увеличить расход воздуха соответствующим изменением конструкции воздухоприемной накладки.

Рис. 4.8 Зависимости сопротивления воздуха от материала облицовок и конструкции жалюзи радиаторов автомобилей: 1 - ГАЗ-51; 2 - М-20»Победа» В последнее время фирмы, выпускающие автомобили, стремясь улучшить работу систем охлаждения двигателей, часто проводят аэродинамические исследования подкапотного пространства, так как именно здесь можно найти еще не выявленные резервы повышения мощности двигателей.

Рис. 4.9 Характеристики воздушного тракта и вентилятора: а и б - соответственно при положительном и отрицательном избыточных давлениях у входа в воздухоприемник $ / / -it а

с* Рассматривая характеристики воздушного тракта и вентилятора при положительном (рис. 4.9, а) и отрицательном (рис. 4.9, б) избыточном давлении у входа в воздухоприемник, можно заключить, что производительность вентилятора возрастает при увеличении этого давления. Характеристики вентилятора (кривые 1) и воздушного тракта (кривые 2) пересекаются в точках А, определяющих необходимую производительность вентилятора.

<< | >>
Источник: Матвеев Денис Викторович. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РАСЧЕТА СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ижевск - 2006. 2006

Еще по теме 4.1 Методика экспериментального определения воздухообмена в салоне:

  1. 1.2.2. Графический метод расчета воздухообмена в салоне
  2. 1.2.3 Метод расчёта системы отопления и вентиляции салона автомобиля, основанный на экспериментальных данных
  3. Тестирование. Типы тестов. Тест Томаса, тест на определение стиля управления, методика «Психологическое время личности» А. Кроника, методика исследования самооценки С.А Будасси, методика Т. Лири, методика «Личностная агрессивность и конфликтность» Е.П. Ильина и П.А. Ковалева, тест ценностных ориентаций М. Рокича.
  4. 2.2 Обоснование выбора методики проведения экспериментальных исследований
  5. 3.2. Разработка конструкции экспериментальной установки и методики проведения экспериментов
  6.     3. Методика проведения экспериментальных исследований
  7. Секреты маркетинга салонного бизнеса Как правильно построить маркетинговую политику салона красоты
  8. Контент-анализ эмпирических данных по экспериментальной методике «Перевод на суахили»
  9. Определение экспериментальной психологии.
  10. 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ ИСЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ
  11. ГЛАВА 2. Экспериментальная установка. Планирование и методика проведения экспериментов
  12. 4.1. Методика экспериментального исследования эффективности СОЖ на металлорежу щих станках
  13. § 1.22. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТАРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
  14. Секреты эффективной рекламы. Что такое реклама? Зачем она нужна в салоне? Реклама в салоне красоты