Расчет температурного поля в стенке цилиндра ДВС

Задача № 4.Рассчитать тепловой поток, передаваемый через стенку цилиндра ДВС, толщина которой õ= 5мм, высота 150мм, теплопроводность материала =42 Вт/(м·К), внутренний диаметр цилиндра D (численное значение D взять из решения задачи №2).

Стенка с одной стороны омывается охлаждающей водой со средней температурой t_срв коэффициент теплоотдачи α₂=3000 Вт/(м²К) с другой стороны омывается раскаленными газами с температурой t_газ и коэффициентом теплоотдачи α₁=200 Вт/(м²К).

Во время работы двигателя на наружной поверхности стенки цилиндра образуется накипь толщиной õ_н= 4мм, теплопроводность которой λ_н=0,8 Вт/(м К)

Рассчитать температурное поле в стенке, т.е температуры на поверхностях накипи t_c3 , t_c2 и на внутренней стенке цилиндра t_c1, а также среднюю температуру газов t_газ при условии, что t_срв,α₂ и α₁ остаются неизменными.

Изобразить графически в масштабе температурные поля в стенке цилиндра без накипи и с отложением накипи на стенке.

Пояснение к задаче №4.Среднюю температуру охлаждающей воды t_срв определить из выражения

t_срв =0,5(t^/₁ + t^//₁ ),

где численные значения t^/_1, t^//₁ берутся из задачи №3.

Среднюю температуру газов в цилиндре в процессе сгорания топлива определяется по уравнению

Т_газ= q₁/Ds_подв.

где численные значения q_1, Ds_подв берутся из задачи №2.

 

2.2.5 Расчет радиационного теплообмена

Задача № 5. Во выпускном коллекторе для измерения температуры удаляемых газов из цилиндра ДВС поставлена термопара

Вычислить показание термопары и ее погрешность за счет излучения.

Внутренний диаметр коллектора D = 0.065 м; диаметр королька термопары d=0.001м; температуру удаляемых газов принять из задачи №2 по температуре в конце адиабатного расширения газа; температура стенок выпускного коллектора t_ст=120 ⁰С; коэффициент теплового излучения (степень черноты) стенок выпускного коллектора e_ст=0.87; коэффициент теплового излучения (степень черноты) королька термопары e_к=0.76; коэффициент теплоотдачи от газа к поверхности королька термопары a=50 Вт/(м²×К).

 

 

2.3 Контрольные вопросы

1.Какие параметры состояния относят к термическим и какие к калорическим? Дайте их размерность и физический смысл.

2.Каким соотношением связаны между собой термические параметры" состояния для идеального газа? Поясните величины, входящие в это соотношение.

3. Дайте понятия равновесного и неравновесного, обратимого и необратимого процессов. Приведите примеры таких процессов.

4. Какие удельные теплоемкости Вы знаете и приведите их размерности. Что понимают под теплоемкостями при постоянном объеме и постоянном давлении? Как они связаны между собой для идеального газа?

5.Приведите физический смысл таких параметров как внутренняя энергия, энтальпия, энтропия. Дайте их размерности.

6.Назовите и поясните способы задания газовой смеси. Как можно определить газовую постоянную смеси газов?

7.Как графически изображаются в Р-V диаграмме работа и техническая работа процесса? Приведите примеры.

8.Дайте формулировку и математическую запись первого закона термодинамики: Поясните величины, входящие в него.

9.Приведите формулировку и математическую запись второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Поясните величины, входящие в него.

10.Приведите и поясните основные свойства Т-S диаграммы.

Дайте примеры.

11.Что называют эксергией? Как она определяется для неподвижного рабочего тела? Приведите примеры.

12.Что называют эксергией? Как она определяется для теплоты процесса? Приведите примеры.

13.Приведите и поясните цикл ДВС, работающего по циклу Карно. Почему такой цикл, имеющий наибольший термический КПД, не применяется на практике?

14-Как изменится показатель политропы сжатия, если в этом процессе увеличить отвод теплоты? Сделайте необходимые пояснения.

15 .Приведите экспериментальные методы определения показателя политропы.

16.Как изображается на Т-5 диаграмме изменение внутренней энергии и энтальпии в политропном процессе? Приведите примеры.

17.Приведите и поясните основные отличия реального газа от

идеального.

18.Приведите Id диаграмму для влажного воздуха и изобразите на ней процесс подогрева воздуха. Поясните его.

19.3апишите первый закон термодинамики для потока и поясните величины, входящие в него. Дайте их размерности.

20.Запишите уравнение неразрывности потока в дифференциальной форме и конечно-разностной. Поясните величины, входящие в него, и дайте их размерности.

21.Что называют дросселированием газа? Как изменяются параметры потока при дросселировании? Покажите это на примерах.

22.Каковы особенности истечения газов через отверстия? Как изменяется давление, температура и скорость потока при таком истечении? Покажите эти изменения на примере.

23. Как влияет на производительность компрессора "вредное пространство"? Покажите и поясните это на примере

24.При каком термодинамическом процессе сжатия будут

минимальные затраты технической работы? Что необходимо предпринять, чтобы осуществить такой процесс?

25. Что понимают под объемным коэффициентом подачи компрессора и от каких: факторов он зависит? Приведите примеры.

26. Почему сжатие газа до высоких давлений осуществляют в многоступенчатых компрессорах? Какими факторами при этом определяется максимальная степень повышения давления в ступени компрессора?

27.Почему отношение давлений на каждой ступени многоступенчатого компрессора целесообразно делать одинаковым? Каким образом это требование осуществляется на практике?

28. Какие показатели эффективности работы компрессора используются при анализе его работы? Приведите примеры.

29.Для чего используют турбонаддув в ДВС? Поясните эффективность его использования.

30.Приведите и поясните конструктивные параметры, характеризующие обобщенный цикл ДВС.

31. Как влияет степень сжатия ДВС при неизменном количестве подводимой теплоты в цикле на удельный расход топлива и мощность двигателя? Поясните это на примере.

32.Как влияет степень предварительного расширения на термический КПД и среднеиндикаторное давление цикла ДВС? Приведите пример.

33.Как влияет степень повышения давления на термический КПД и среднеиндикаторное давление цикла ДВС?

34.Приведите достоинства и недостатки цикла Стерлинга по сравнению с другими циклами ДВС.

35. Поясните сущность методики сравнения циклов ДВС через среднеинтегральные температуры подвода и отвода теплоты.

36.Поясните сущность методики сравнения циклов ДВС по площадям.

37.Приведите расчетные формулы и поясните удельные расходы теплоты, рабочего тела и топлива, оценивающие эффективность работы ДВС.

38. Приведите и поясните способы повышения термического

кпд двс.

39. Приведите цикл газовой холодильной машины и поясните принцип её работы.

40.Какими параметрами оценивается эффективность работы холодильных установок? Приведите эти параметры и сделайте пояснение

41.риведите основные способы теплопереноса и поясните их.

42.айте понятие температурного поля. Назовите характеристики температурного поля. Приведите примеры.

43. Укажите, в чем состоят условия, характеризующие наряду с формой, размерами и физическими параметрами однозначность стационарного теплообмена твердого тела.

44.Опишите плоское одномерное температурное поле. Дайте его аналитическое и графическое изображение. Приведите примеры.

45.Опишите одномерное цилиндрическое температурное поле, Дайте его аналитическое и графическое изображение. Приведите примеры.

46.Дайте пояснение понятиям тепловой поток, плотность теплового потока, линейная плотность потока; приведите их единицы измерения.

47.Какую роль играет коэффициент теплопроводности при расчетах теплопроводности твердых тел? Приведите численные значения теплопроводности для алюминия, латуни, стали, чугуна, минеральной ваты и воздуха при нормальных условиях.

48.Сформулируйте закон теплопроводности Фурье. Дайте, пояснение и размерность величин, входящих в аналитическое выражение закона.

49.Сформулируйте закон теплоотдачи Ньютона-Рихмана.

50. Изобразите графически распределение температуры в двухслойной стенке для случая. Объясните различие в полях температуры каждого слоя.

51 .Что такое коэффициент теплопередачи? Каковы его выражения для плоской и цилиндрической стенки? Укажите единицы размерности.

52.В чем заключаются условия однозначности? С какой целью они используются?

53. Для чего используют оребрение теплообменивающихся поверхностей? С какой стороны его применяют и почему? Дать примеры.

54.Какие физические свойства жидкости и газов используются для расчетов в теплопередаче?

55. Дайте краткое словесное и графическое описание теплового пограничного слоя.

56. Дайте краткое словесное и графическое описание Гидродинамического пограничного слоя.

57.Поясните различие между определяющими и определяемыми числами подобия.

58. Сформулируйте условия подобия физических процессов.

59.От каких факторов зависит интенсивность теплоотдачи между жидкостью и твердой поверхностью?

60.Приведите схему гидродинамического пограничного слоя и характер изменения коэффициента теплоотдачи около вертикальной стенки при свободной конвекции.

61.Приведите схему гидродинамического пограничного слоя и характер изменения коэффициента теплоотдачи около плоской стенки при смывании её вынужденным потоком жидкости.

62.Назовите два-три материала с высокой степенью черноты. Укажите возможности использования этого свойства.

63. Назовите два-три материала с низкой степенью черноты. Укажите возможности использования этого свойства.

64.Назовите два-три материала с высокой отражательной способностью. Укажите возможности использования этого свойства.

65.Назовите два-три материала с низкой отражательной способностью. Укажите возможности использования этого свойства.

66.Назовите два-три материала с высокой пропускной способностью. Приведите примеры их использования.

67.Что понимают под собственным и эффективным потоками излучения? Как они связаны между собой?

68.Что понимают под отраженным и эффективным потоками излучения? Как они связаны между собой?

69. Что понимают под собственным и отраженным потоками излучения? Как они связаны между собой?

70.Приведите связь между поглощательной, пропускательной и отражательной способностями тела.

71.Сформулируйте закон Планка и поясните его.

72.Сформулируйте закон Стефана-Больцмана для абсолютно черных и серых тел. Поясните его.

73.Сформулируйте закон косинусов Ламберта и поясните его.

74. Приведите особенности излучения газов и паров.

75.Поясните, почему излучение газов и паров не подчиняется закону Стефана-Больцмана?

76.Изобразите схематично график изменения температуры теплоносителей в рекуперативном теплообменнике при прямотоке и поясните его.

77.Изобразите схематично график изменения температуры теплоносителей в рекуперативном теплообменнике при противотоке 0и поясните его.

78.Как определяется средний температурный напор в рекуперативном теплообменнике при противоточном движении теплоносителей. Поясните его нахождение.

79.Как определяется средний температурный напор в рекуперативном теплообменнике при прямоточном движении теплоносителей. Поясните его нахождение.

80.Как определяется средний температурный напор в рекуперативном теплообменнике при перекрестном движений.

 

Примеры расчета задач