ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен в цилиндре поршневой машины из "Конвективный теплообмен в поршневых машинах" В настоящ,ее время изучение теплообмена осуществляется под углом зрения двух приложений. Первое приложение, именуемое дальше термодинамическим, связано с расчетом рабочего процесса поршневой машины. Вторая задача, которую дальше будем именовать термокинетической (от французского termo inetique — распространение теплоты), имеет целью расчет температурных полей в деталях камеры. [c.78] Остановимся ближе на каждой задаче. [c.78] Термодинамическая задача решается интегрированием уравнения первого закона термодинамики в форме Лагранжа. Вывод уравнения первого закона термодинамики для необратимых процессов, имеющих место в цилиндре поршневой машины, основывается на принципе экстремума элемента теплоты в обратимых процессах. [c.78] Пусть d Qo — количество теплоты, подводимой к элементар ному объему Б обратимом процессе, — количество теплоты подводимой к элементарному объему газа в соответствующем не обратимом процессе (знак штрих у дифференциала указывает на то что теплота есть функция процесса). Тогда по принципу экстре мальности d Q . [c.78] Методы решения уравнения (2.1а) рассмотрены в специальной литературе [11, 54]. [c.79] Для нас важно отметить, что вычисление функции С1(а связано с заданием среднего по поверхности мгновенного значения коэффициента теплоотдачи (при этом температура Го, вообще говоря, является обусловленной величиной). [c.79] Совершенно иной, чрезвычайно плодотворный метод моделирования рабочих процессов поршневых машин разработан в 1970— 1975 гг. Ю. Н. Масловым и И. И. Любимовым в Саратовском политехническом институте. Он основан на выявлении связи между потоком энтропии и изменением объема рабочего тела. При этом используется второй закон термодинамики в форме Гюи. Задача сводится к нахождению экстремума функционала, выражающего баланс энтропии внутри и на границе рабочего тела методами термодинамики необратимых процессов. В результате найден эффективный путь вычисления внешних потерь (теплопередачи) в двигателе внутреннего сгорания и моделирования его индикаторной диаграммы. Подробности см. в [44, 451. [c.80] Точность решения, при прочих равных условиях, зависит от точности задания граничных условий (теплообмена). В практическом отношении наиболее удобны граничные условия третьего рода (коэффициент теплоотда- ц чн), хотя нередко задаются и плотности тепловых потоков и температуры поверхности — граничные условия соответст- 0,35 венно второго и первого родов. [c.81] Наибольшие трудности вызывает задание граничных условий теплообмена на поверхности подвода теплоты. На по-верхностях охлаждения эта операция уже не должна вызывать большого труда, по край- 0,18 ней мере для однофазного теплообмена и поверхностного кипения [25, 53]. Кроме того, поскольку значение среднего за цикл коэффициента теплоотда- о,Ов[ чи на газовой стороне на порядок меньше коэффициента теплоотдачи па стороне охлаждения, то требования к заданию граничных условий иа стороне охлаждения долл ны быть в 10 раз мягче, чем на стороне подвода теплоты. [c.81] Для уяснения сказанного рассмотрим пример. Пусть дан круговой цилиндр радиуса а и высотой Ь. Верхнее основание и боковая поверхность цилиндра поддерживаются при постоянной температуре, равной нулю. На нижнее основание цилиндра падает тепловой поток постоянной плотности q [ккал/(м -ч) 1—рис. 2.1. Найдем температурное поле этого цилиндра. [c.81] Частное решение уравнения (2.5), регулярное на оси цилиндра, есть Rk = Ja Pki), где (г) — функция Бесселя первого рода порядка 0. [c.82] Из граничного условия при г = О вытекает, что все = О (fe = = О, 1, 2, 3,. ..). Из граничного условия на боковой поверхности цилиндра следует Ьа = О, Ь О, если e = 1, 2, 3, 4. .. Р = = nJa, где — корни функции Бесселя первого рода порядка 0. [c.82] Иными словами, хвостовые участки диаграммы теплового потока слабо влияют на его среднецикловое значение. [c.85] что в правой части стоит не константа, а некоторая (режимная) функция от параметров газа в цилиндре. Поэтому принципиально величины а и Ь константами не являются. [c.87] Широкое распространение зависимостей типа (2.14) — зависимостей первой группы — можно объяснить только одним — чрезвычайной простотой их построения и фактического использования (хотя с точки зрения обобщенного анализа их использование совершенно недопустимо). Весьма часто они применяются для постановки термокинетической задачи [50, 51 ]. В целом к такому подходу применимо высказывание А. А. Гухмана, характеризующее состояние учения о теплообмене на рубеже нынешнего столетия ... вся инженерная деятельность в вопросах теплообмена опиралась на рецептуру откровенно эмпирического происхождения, лишенную фактически каких бы то ни было элементов теории [19]. Значительно большие возможности открывает использование зависимостей третьей группы [9, 10, 55, 60, 61, 69]. [c.87] Здесь Уд — скорость на внешней границе пограничного слоя Го — температура твердой поверхности Г — температура невозмущенного газового потока за пределами пограничного слоя. Пусть 1 0 = сг где с и т — постоянные. [c.88] для существования теплоотдачи необходимо и достаточно существование несобственного интеграла в знаменателе правой части (2.22). Для этого необходимо, чтобы при больших значениях величина ф была бы неотрицательна. Во всяком случае ясно, что квазитвердое вращение всегда адиабатно даже при конечном напоре Т — То. Численным интегрированием (2.18а) можно исследовать остальные случаи. С помощью идеи о локальном подобии профилей скорости и температуры решение (2.21) можно использовать для построения модели Г. Б. Розенблита. [c.90] О —декремент, согласно [9, 10] для четырехтактного двигателя О = 1 для 5/ берется среднее за такт впуска значение. [c.91] Вывод последней зависимости основан на предположеннп о том, что радиальная составляющая вектора скорости равна скорости изменения радиуса г точечного источника пламени. [c.92] объективное суждоте о пространственно-временной интенсивности конвективной теплоотдачи от рабочего тела к стенкам камеры предполагает знание скоростного поля газа в камере. До сих пор скоростное поле назначалось априорно, так как выражение для распределения скорости по времени и в пространстве задавалось. Значительно более широкие возможности дает создание математической модели процесса, т. е. использование для описания теплообмена системы (1.1). Поскольку при ее решении неизбежно будут делаться некоторые допущения, загрубляющие постановку задачи, то решения, полученные таким образом, естественно, ке являются строгими. Физическую определенность модели гарантирует сходимость результатов расчета и эксперимента. [c.93] Вернуться к основной статье