Теплообмен в сопряжении канавка-поршневое кольцо. Граничные условия теплообмена для кольцевой канавки поршня и кольца. Температура кольца

Одним из наиболее ответственных в двигателе моментов является процесс теплопередачи от поршня к кольцу. Очевидно, что среда, заполняющая зазор - масло (за счет явления смачиваемости). В данном случае можно рекомендовать к применению формулу, полученную В.М. Поповым:

. (1)

Здесь: P - текущее давление в контакте:

, (2)

где: D - диаметр цилиндра, b - ширина кольца, P - нагрузка на кольцо.

. (3)

В формуле (3):

D P_i = P_i - P_{i +1} - перепад давления на кольце;

m - коэффициент динамической вязкости;

m _к - масса поршневого кольца.

E - приведенный модуль Юнга:

. (4)

B - коэффициент, есть функция суммарной высоты микронеровностей (h ₁+ h ₂) и падает с ее увеличением.

Nu_к - контактное число Нуссельта:

. (5)

Здесь: a_кт - искомый коэффициент теплоотдачи; (1 - m) - опытный коэффициент, отражающий наличие пустот в контакте; d - опытный коэффициент, характеризующий влияние максимальных высот выступов в паре; l_c - коэффициент теплопроводности среды, заполняющий пространство между контактирующими парами.

Nu_м - число Нуссельта материала:

, (6)

где: l_пр - приведенная теплопроводность материала:

. (7)

Поскольку нагрузка на кольцо есть функция угла поворота коленчатого вала, то и контактный коэффициент теплоотдачи также будет его функцией. Для получения осредненных за цикл ГУ теплообмена a_кт необходимо осреднить:

. (8)

Для задания ГУ теплообмена для кольцевой канавки поршня используем величину , поскольку кольцо попеременно прижато к верхней или к нижней поверхности канавки. В качестве пограничной температуры обычно используют т.н. температуру кольца, которую принимают постоянной. Как показывают подробные расчеты, изменение температуры по телу кольца не превышает 5…10 К (по Г.Б. Розенблиту) и в пределах цикла практически не меняется. Обычно, для режимов внешней скоростной характеристики, принимают:

T _к = T _{ср канавки} - (10…20) К, (9)

где: T _{ср канавки} - осредненная по поверхности (и времени) температура кольцевой канавки.