ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы теории теплообмена в поршневых машинах из "Конвективный теплообмен в поршневых машинах" Конвективным теплообменом называется перенос теплоты в движущейся среде. В двигателях внутреннего сгорания в качестве рабочих тел и теплоносителей используются газообразные и капельные среды. В дальнейшем, следуя установившейся традиции, все они будут называться жидкостями [15, 39]. [c.5] Краткие сведения из теории поля приводятся в приложении 1. [c.5] Для решения системы (1.1) необходимо задать начальные и граничные условия. Как правило, в дальнейшем большинство задач будет рассматриваться в стационарной постановке и первый тип краевых условий отпадает. Граничные условия содержат сведения о значениях искомых величин на границе области, в которой исследуется конвективный теплообмен. Так, на твердой поверхности должно быть v = v , Т = Т , где Vp и Тр — соответственно скорость и температура границы. Если твердая граница неподвижна, то == О, и из условия v = О на границе получаем непроницаемость твердой поверхности и прилипание жидкости к твердой поверхности. [c.6] Для решения системы (1.1) необходимо также постулировать связь между величиной касательного напряжения трения и скоростью, величиной плотности теплового потока и температурой, величиной мощности объемных источников и параметрами движения. [c.6] Количественное выражение этих связей различно для различных режимов движения жидкости и обусловливается особенностями механизмов переноса субстанции (т. е. количества движения и теплоты). [c.6] Остановимся, во-первых, на ламинарном режиме движения жидкости. Ламинарным движением называется параллельноструйное движение жидкости, в котором отсутствует перемещение ее частиц в направлении, ортогональном к направлению движения. Короче, ламинарное движение жидкости — это движение жидкости эквидистантными слоями, стратифицированное движение. Поэтому перенос теплоты и импульса в направлении, ортогональном к направлению движения, возможен только за счет молекулярного обмена. В этом случае составляющая тензора касательного напряжения трения является линейной функцией от величины, соответствующей скорости деформации сдвига (гипотеза Ньютона). [c.6] Здесь Ц — динамический коэффициент вязкости жидкости, численно равный значению компоненты тензора касательного напряжения трения, соответствующей единичной деформации. [c.7] Выпишем выражение для компонент тензора касательного напряжения трения в различных координатных системах. При этом в силу симметрии тензора т,-у выпишем только шесть из девяти компонент. [c.7] Пусть жидкость движется в цилиндрической трубе круглого сечения. В таком движении все проекции скорости нулевые, кроме одной, параллельной оси трубы. Если ввести цилиндрические координаты г, ф, 2, совместив ось 0Z с осью трубы, то и, = и р = О, Vj, 4= 0. Ясно, благодаря симметрии движения относительно азимутального угла ф, V , = v , (г, z). Дополнительно предположим, что канал длинный — размер канала в осевом направлении значительно больше радиуса канала. Тогда аргумент г выпадает, и из девяти компонент тензора касательного напряжения трения только две не нулевые = iidu,.ldz. [c.8] Располагая компонентами тензора касательного напряжения трения, можем представить уравнения количества движения в компонентах вектора скорости и их производных. В общем случае этого делать не будем ввиду громоздкости. Этот вопрос подробно изложен в [15, 85]. [c.8] Перейдем к рассмотрению уравнения энергии — третьего уравнения системы (1.1). В правой его части стоит член, выражающий количество энергии, выделяющейся в элементарном объеме жидкости ( 7г,). В левой части стоят расходные статьи баланса, т. е. то, на что расходуется теплота на изменение энтальпии жидкости в данной точке пространства [рСр (dT/dt)], перенос теплоты самим потоком (p pV grad Т) и на потерю теплоты вследствие внутренней теплопроводности. [c.8] Скалярный множитель Я О — коэффициент теплопроводности. Физический смысл коэффициента теплопроводности легко усматривается, если взять два эквидистантных куска изотермических поверхностей (Го = onst и Го + 1 = onst ), имеющих единичную площадь поверхности и отстоящих один от другого на расстоянии единицы длины. Тогда % будет численно равно количеству теплоты, прошедшему в единицу времени от второй поверхности к первой. [c.9] Здесь — оператор Лапласа. [c.9] Уравнение (1.8) — линейное относительно температуры. Наличие диссипативного члена делает это уравнение неоднородным. Известно, что общее решение неоднородного уравнения есть сумма общего решения соответствующего однородного уравнения [в данном случае — уравнение (1.8) без диссипативного члена] и частного решения, определяемого неоднородностью. Поэтому наличие диссипации механической энергии в потоке приводит к изменению (очевидно, увеличению) температурного уровня жидкости. [c.9] Для капельных жидкостей и сжатых газов нахождение коэффициентов переноса связано с учетом сил межмолекулярного взаимодействия, что приводит к усложнению вычислений. Поэтому для них коэффициенты [х и X определяются экспериментально. [c.11] Важно отметить, что у газов и капельных жидкостей коэффициенты переноса слабо зависят от давления в интервале, характерном для рабочих тел и теплоносителей поршневых машин. Зависимость же от температуры суш,ественна для газов она может быть аппроксимирована степенным уравнением вида а = а. Т Т о) , где Ао — значение коэффициента переноса при температуре То , а — при-температуре 7 п — показатель степени, п = п (Г) 0,5 п 1. [c.11] Для капельных жидкостей коэффициент теплопроводности с увеличением температуры увеличивается, а динамический коэффициент вязкости — уменьшается. Простых степенных аппроксимаций для этого случая нет. [c.11] Рассмотрим несколько задач на установившееся ламинарное движение несжигаемой жидкости, результаты которых будут использованы в дальнейшем. [c.11] получено двупараметрическое семейство решений, зависящее от параметров Рг и Ес. Очевидно, что при малых значениях РгЕс формула (1.20) мало отличается от температурного поля пластины при граничных условиях первого рода. [c.13] Рассмотренная задача имеет много общего с моделью теплопередачи через поршневые кольца (см. гл. 3). Следует обратить внимание на то, что диссипативный.разогрев масла в сочленении кольцо-гильза соизмерим с температурным напором, в силу чего возможно не только нарушение теплоотвода через поршневые кольца, но и изменение направления теплового потока на обратное [84]. [c.14] Вернуться к основной статье