Общие сведения о теплообменных аппаратах

При работе современных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) необходимо постоянно отводить от них теплоту в окружающую среду. Часть теплоты отводится вместе с выхлопными газами, и этот процесс обусловлен вторым законом термодинамики — для получения полезной работы в тепловых двигателях обязателен как подвод теплоты, так и её отвод. Кроме этой теплоты, её соизмеримое количество отводится в окружающую среду системой охлаждения двигателя. Отвод этой части теплоты имеет в основном иную причину. Она связана, в первую очередь, с необходимостью поддержания допустимого термического и напряжённого состояния деталей двигателя, а также с поддержанием определённой температуры смазочного масла, при котором оно обеспечивает оптимальный режим смазывания трущихся пар.

С учётом сформулированной оценки функций системы охлаждения следует понимать, что такой теплоотвод является вынужденным и что он вреден с точки зрения термодинамики, поскольку в этом процессе теплота, подведенная с топливом, просто теряется, пусть даже вынужденно. Очевидно, что для повышения экономичности двигателя следует по возможности уменьшать количество теплоты, отведенной по названной причине. Такая концепция успешно реализуется в современном двигателестроении и должна учитываться при проектировании систем охлаждения и их аппаратов. Так, охлаждение камеры сгорания двигателя должно обеспечивать не только допустимое термическое и напряжённое состояние деталей этого элемента, но и поддерживать температуру внутренних стенок на том уровне, при котором процессы наполнения цилиндра воздушным зарядом и сгорания в цилиндре двигателя будут проходить наиболее эффективно. Аналогичным образом, охлаждение наддувочного воздуха нельзя свести только к оценке количества отводимой в этом случае теплоты. Охлаждение наддувочного воздуха сильно влияет на рабочий цикл двигателя и должно оцениваться с учётом такого влияния. Затраты энергии на работу системы охлаждения составляют в отдельных случаях до 7% мощности двигателя, а масса и габариты — примерно такую же величину от массы и объёма двигателя.

Теплообменные аппараты ДВС достаточно разнообразны по своей конструкции, по назначению, по видам теплоносителей, по особенности влияния на работу двигателя, по особенностям компоновки в системе охлаждения и на двигателе и по ряду других параметров. Соответственно на современных двигателях могут одновременно применяться от 3 до 6 и даже более существенно различных по всем своим особенностям теплообменников, которые должны работать согласованно в одной системе и обеспечивать нормальную работу двигателя для всех возможных режимов и условий эксплуатации.