Особенности расчета интенсивности теплообмена в открытых КС дизелей

Рассмотрим некоторые особенности расчета теплоотдачи в открытых КС дизелей.

1. Зависимость типа используется при отсчете текущей криволинейной координаты от места присоединения потока в зависимости от направления течения вблизи стенки, которое, в свою очередь, определяется направлением движения поршня (см. предыдущий §).

2. Ответим на вопрос как получить параметр m?

Поскольку скорость внешнего потока аппроксимирована зависимостью , то выбрав окрестность некоторой точки x (рис. ХХ), можно записать:

, .

Отнеся одно к другому, получаем:

,

откуда

.

(172)

3. Каковы численные значения функции

В литературе достаточно часто приводится формула С. Леви:

.

(173)

Однако зависимость (173) нельзя считать достаточно точной. В книге П.Н. Романенко [ ] приводится таблица, в предположении, что

.

(174)

Таблица ХХ. Значения функций F (m) и Z (m).

m	-0,0904		0,5
F (m)	0,22	0,33	0,48	0,57	0,72	0,84	0,95
Z (m)	0,254	0,327	0,345	0,355	0,359	0,363	0,367

Точка m = –0,0904 представляет собой точку, в которой коэффициент трения C_f = 0, т.е. происходит отрыв потока. Поэтому при меньших значениях m (внутри зоны отрыва) следует использовать зависимость

,

при m > 4: ,

как для случая набегания потока на тупой конус.

4. В литературе [ ] приводятся результаты решения уравнения энергии для случая граничных условий 4-го рода (собственные числа решения не равны нулю, см. предыдущий параграф, формула (160)). Данное решение выглядит так:

,

(175)

где – функция, учитывающая влияние градиентов скорости и температур на стенке. K _a в данном случае – коэффициент сопряжения. Изменение температуры на стенке аппроксимируется следующим образом:

,

(176)

где n – параметр градиентности температуры стенки вдоль по потоку:

.

(177)

С учетом изложенного, уравнение (175) запишем в виде:

,

(178)

причем по данным Леви [ ],

.

(179)

Уравнение для теплоотдачи в виде (178) следует использовать при решении сопряженных задач теплообмена (к примеру, для контактирующей пары воздух-сталь).

5. Как рассчитывать теплоотдачу в критических точках?

В точках присоединения потока (K, K ', K ²) – по таблице в зависимости от m, но следует контролировать, чтобы , т.е. как для теплообмена в передней критической точке. При нулевой же скорости внешнего потока рассчитанный уровень теплоотдачи не может быть ниже, чем при кондуктивном теплообмене, (см. § 3.4).

6. Приведенное в § 3.6 решение уравнения энергии относится к плоской постановке задачи, а течение в КС осесимметрично. Учтем данный факт при помощи введения дополнительного коэффициента:

.

(180)

где – радиальная криволинейная координата, отсчитываемая вдоль поверхности теплообмена.

7. Процессы наполнения и сгорания в КС наводят интенсивную мелкомасштабную турбулентность. Увеличение интенсивности теплоотдачи в связи с этим учтем при помощи дополнительного коэффициента:

,

(181)

где

,

(182)

т.е. является функцией величин, определяющих влияние процесса сгорания топлива на теплоотдачу (степени турбулентности заряда, числа Рейнольдса, превышения давления над линией сжатия, доли выгоревшего топлива, скорости тепловыделения, скорости изменения температуры рабочего тела, турбулентной скорости пламени и т.д.)

Поправку на турбулентность можно представить в виде:

,

(183)

где первое слагаемое учитывает степень турбулентности, наведенную процессом газообмена (), а второе определяется параметрами выгорания топлива. К примеру, Р.М. Петриченко [ ] предложил следующую зависимость:

.

(184)

Поскольку доля выгоревшего топлива к ВМТ составляет 0,15…0,25, то величина поправки может быть весьма значительной – до 5…8! Таким образом косвенно учитывается высокая интенсивность турбулентности заряда во время процесса сгорания топлива.

8. Для задания стационарных ГУ теплообмена среднецикловые коэффициенты теплоотдачи и результирующие температуры для локальных точек КС определятся по зависимостям из параграфа 2.7.

9. На участке газообмена, для замыкания цикла, чаще всего используют эмпирические зависимости для средней по площади интенсивности теплообмена (см. § 3.1).

10. Вдоль гильзы цилиндра имеем линейное распределение касательной скорости. Для линейного распределения скорости u ₀: m = 1.