2. Влияние степени турбулентности потока на теплоотдачу

Естественная турбулентность потока, которой он обладает до начала взаимодействия со стенками, характеризуется обычно значениями Tu<0,01. Такой уровень внешней турбулентности не оказывает влияния на интенсивность теплоотдачи. Однако некоторые процессы в ДВС приводят к значительному увеличению степени турбулентности (процесс сгорания, газообмен через продувочные окна в 2-х тактных ДВС и др.).

Внешняя турбулентность влияет на характер развития и структуру ПС: повышение числа Tu приводит к более ранней потере устойчивости ламинарного ПС. При безнапорном течении (U₀=const) внешние возмущения не оказывают существенного влияния на теплоотдачу и гасятся ламинарным потоком в ПС. При напорном течении (U₀=cx^m) оно весьма существенно. В переходной области это влияние также значительно и приводит к интенсификации теплоотдачи. В турбулентном ПС влияние внешней турбулентности на теплоотдачу не обнаружено вплоть до Tu=0,37.

Рис ХХ. Опыт для обтекания цилиндра при ламинарном ПС

Проведенные опыты по оценке влияния внешней турбулентности на теплоотдачу (см. рис. ХХ) показали, что поправку на турбулентность можно ввести в виде множителя к правой части критериального уравнения или к ₀, определенному для степени турбулентности потока в 1%:

(49)

В качестве параметров при определении поправочного коэффициента в КС ДВС могут быть использованы: Tu, Re_d; доля выгоревшего топлива, скорость сгорания, изменение давления и температуры рабочего тела, скорость нарастания давления, скорость распространения фронта пламени и другие параметры, косвенно свидетельствующие об увеличении степени турбулентности заряда.

Например, для натекания осесимметричной струи на пластину Дыбан и Мазур рекомендуют следующую зависимость:

(50)

Зависимость справедлива для Tu ≤ 0,2 и Re = (2…9)10⁴, подсчитанному по диаметру сопла и скорости истечения газа из него.

Примем Tu = 0,2, Re = 410⁴, тогда _Tu = 1,63, что говорит о значительном влиянии степени турбулентности потока на теплоотдачу.

3. Влияние нестационарности внешних процессов на интенсивность теплообмена

Нестационарность внешних процессов может быть гидродинамической и тепловой.

Гидродинамическая нестационарность состоит в изменении во времени расхода теплоносителя в канале или скорости потока при внешнем обтекании.

Тепловая нестационарность состоит в изменении во времени температуры стенки, температуры теплоносителя или плотности теплового потока через поверхность теплообмена. Поскольку при быстром изменении граничных условий температурные и скоростные поля не успевают прийти в соответствие с квазистационарным состоянием системы, это приводит к изменению интенсивности теплоотдачи.

Строго говоря, задача о ТО при нестационарных условиях должна ставиться как сопряженная. Однако это связано с большими математическими трудностями, поэтому влияние нестационарности на теплообмен оценивают по изменению квазистационарного коэффициента теплоотдачи. При этом используют зависимости вида , где:

(51)

– поправка к коэффициенту теплоотдачи, подсчитанному для стационарных условий, где в качестве параметров используются:

– число подобия, отражающее влияние тепловой нестационарности; – температурный напор; d – характерный размер; a – коэффициент температуропроводности;

– число подобия, отражающее влияние гидродинамической нестационарности; – среднерасходная скорость жидкости,  – коэффициент кинематической вязкости.

Указанные числа подобия могут быть как больше, так и меньше нуля.

Числа Re и Pr входят в зависимость для определения _, поскольку они в неодинаковой мере влияют на стационарный и нестационарный теплообмен. Опыты показывают, что с ростом Re и Pr влияние нестационарности уменьшается, сокращается также продолжительность стабилизации процесса теплоотдачи. И.С. Коченов и В.Ф. Фалий предложили искать коэффициент _ в виде:

(52)

где m₁=m₁(Re, Pr) и m₂=m₂(Re;Pr) – опытные коэффициенты.

К примеру, для труб в диапазоне Re = 10⁴…10⁵, Pr = 2…10, , они дают зависимость:

(53)

Пусть K_T = 200 и K_G = 200, тогда _ = 1,41. Таким образом, быстрое увеличение тепловой нагрузки и расхода теплоносителя вызывают увеличение коэффициента теплоотдачи, а уменьшение их снижает интенсивность теплообмена.