Циклические процессы теплоотдачи. Среднецикловая плотность теплового потока. Средний за цикл коэффициент теплоотдачи. Результирующая температура

Из-за цикличности рабочих процессов в ДВС большинство процессов теплообмена в нем носит также цикличный характер. Однако, для решения задач стационарной теплопроводности в стенках необходимо знать стационарные ГУ. Очевидно, что продолжительность цикла по углу поворота коленчатого вала составляет величину 2p m радиан. Рассмотрим элементарную площадку dF с локальной температурой T_w= const (см. рис.).

РИСУНОК

Поверхность dF омывается потоком жидкости или газа. U ₀ =U ₀(j) и T_f=T_f (j) – известные величины, причем, по определению цикличности: U ₀(0) =U₀ (2p m); T_f (0) =T_f (2p m). Поскольку U ₀и T_f известны, для каждого момента времени можем определить мгновенный, локальный для поверхности dF (с координатами x, y, z) коэффициент теплоотдачи, который также будет функцией угла п.к.в. a=a(j).

Определим среднюю за цикл температуру потока:

(54)

Будем считать, что имеем некий тепловой поток в стенку (поскольку ), мгновенное значение которого:

(55)

Осредненная за цикл плотность нестационарного теплового потока:

(56)

Последнее выражение представляет собой стационарные ГУ второго рода, использовать которые неудобно. Поэтому введем понятие плотности стационарного теплового потока, таким образом, что:

(57)

где – средний за цикл локальный коэффициент теплоотдачи. Теперь определим результирующую температуру, подставив и приравняв :

т.к. T _рез = const и T_w= const, вносим их под знак интеграла:

Сокращая в обоих подынтегральных выражениях одинаковые комплексы T_w a(j) и разворачивая все относительно T _рез, получим:

(58)

Очевидно, что !

– такая предполагаемая температура внешнего потока, при которой предполагаемая стационарная плотность теплового потока равна осредненной за цикл плотности нестационарного теплового потока (или: за цикл стенка получит такое же количество теплоты, как в нестационарных условиях и будет выполнен закон сохранения энергии).

Таким образом, стационарные граничные условия 3-го рода имеем в виде: . Очевидно, если , то и ГУ 3-го рода можно задать в виде . Или, если , то . В КС ДВС обычно . Еще: теплоизолированный шарик при нестационарном циклическом теплообмене принимает температуру T _рез!