23. Передача теплоты через твёрдую стенку.

Уравнение теплопередачи

Теплопередача – это теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку.

Процесс теплопередачи комплексный и он может быть разделён на три зоны в зависимости от вида теплообмена (рис. 4.3).

Зона I – теплоотдача от горячего теплоносителя и

поверхности стенки.

Зона II – теплопроводность через твёрдую стенку.

Зона III – теплоотдача от поверхности твёрдой стенки к холодному теплоносителю.

Согласно закону сохранения энергии при стационарном режиме плотность теплового потока через рассматриваемую плоскую стенку не изменяется. Т.е. к единице левой поверхности стенки (рис. 4.3) в единицу времени от теплоносителя поступает количество теплоты . Это же количество теплоты

Рис. 4.3

проходит в единицу времени через 1 м2 любой изотермической поверхности стенки и, наконец, то же количество теплоты отдаётся от единицы правой поверхности стенки к нагреваемой среде (холодному теплоносителю) в единицу времени. Тогда для вывода теплопередачи составим систему трёх уравнений, описывающих теплообмен в каждой их трёх зон: (4.14) (4.15) (4.16)

Разделит каждое из этих уравнений на тепловые коэффициенты , , и, сложив их, получим общее уравнение (4.17):

(4.17)

После выполнения простых алгебраических действий будем иметь:

(4.18)

Величину, обратную знаменателю правой части уравнения (4.18) принято обозначать коэффициентом теплопередачи k, т.е.

, (4.19)

Тогда уравнение теплопередачи с учётом (4.18) и (4.19) будет иметь следующий вид:

, (4.20)

Коэффициент теплоотдачи характеризует интенсивность теплопередачи и численно равен плотности теплового потока при разности температур 1°К. Величина обратная коэффициенту теплопередачи , называется полным термическим сопротивлением:

, (4.21)

Уравнение теплопередачи (4.20) с учётом (4.19) лежит в основе расчётов теплообменных аппаратов.

24. Назначение и диаграмма работы четырёхтактного двс

На рис. 5.1. изображена схема устройства четырёхтактного ДВС и диа­грамма его рабочего процесса в координатах. Обычно двигатель со­стоит из четырёх цилиндров. Цилиндр двигателя 1 снабжён двумя клапа­нами: впускным 2 и выхлопным 4, расположенными в головке цилиндра. Клапаны управляются газораспределительным механизмом, который на схеме 5.1. не по­казан. Поршень 5 совершает циклическое возвратно-по­ступательное движе­ние, которое с помощью кривошипно-шатунного меха­низма, состоящего из шатуна 6 и кривошипа 7, преобразуется во враща­тельное движение вала 8. Крайние положения поршня, при которых на­правления его движений изме­няются на противоположные, называются соответственно верхней мёртвой точкой (ВМТ) и нижней мёртвой точкой (НМТ). Расстояние между ВМТ и НМТ принято называть ходом поршня, а объём рабочего тела, вы­талкиваемый за один ход поршня – рабочим объё­мом цилиндра. Рабочий объём цилиндра является технической характери­стикой ДВС.

Рис. 5.1

Описание рабочего процесса двигателя начинается с такта всасыва- ния I, когда поршень 5 движется от ВМТ вниз при открытом выпускном клапане 2. Под действием небольшого раз­ряжения ( < ) в цилиндр посту­пает смесь бензина с воздухом, приготовленная в специальном устройстве карбюраторе (вариант 2 – инжектор)*.

В НМТ впускной клапан 2 закрывается и поршень, двигаясь в обратном направлении, совершает такт сжатия II. Вблизи ВМТ свечей 3 по­даётся

ис­кра и в момент прихода поршня в ВМТ топливовоздушная смесь сгорает. При сгорании топлива его температура и давление продуктов сго­рания резко возрастает и начинается такт рабочего хода III. В ДВС высокого сжатия свеча зажигания отсутствует, и возгорание топлива осуществля­ется впрыскиванием через форсунку жидкого топлива в среду сильно сжа­того и нагретого до 500 ÷ 600°С воздуха. Осуществляемый после возгора­ния такт расширения III называется рабочим ходом, т.к. в этом такте со­вершается по­лезная работа. Вблизи НМТ открывается выпускной клапан 4, давление па­дает и при движении поршня вверх от НМТ к ВМТ отработан­ные газы вытал­киваются из цилиндра при давлении, несколько больше ат­мосферного (такт выхлопа IV). Описанная последовательность тактов ра­бочего процесса ДВС записывается обычно индикатором и называется ин­дикаторной диаграммой. На индикаторной диаграмме записывается изме­нение объёма цилиндра в зависимости от положения поршня.

**«опережение зажигания»…

Действительные процессы, протекающие в ДВС являются необрати­мыми, поэтому индикаторную диаграмму нельзя отождествлять с замкну­тым термодинамическим циклом. Для теоретического анализа действи­тельных процессов обычно используются приближённые термодинамические циклы, состоящие из обратимых процессов. На практике установлено, что эффек­тивность работы ДВС во многом зависит от способов подвода теп­лоты.

Основными техническими характеристиками двигателя внутреннего сго­рания являются рабочий объём цилиндра и мощность. Известно, что дейст­вительная мощность двигателя по ряду причин всегда меньше теоре­тиче­ской, поэтому в двигателестроении мощности подразделяются на ин­дика­торную, эффективную и литровую.

Индикаторная мощность (N_i) – это работа, совершаемая газами в ци­линдрах двигателя в единицу времени, т.е.

N_i = 2p_iV_hni /10³ , кВт, (5.2)

где: p_i – среднее индикаторное давление, Па;

V_h – рабочий объём цилиндра, м³;

n - частота вращения коленчатого вала, об/с;

- тактность двигателя;

i - число цилиндров.

В уравнении (5.2) рабочий объём цилиндра V_h определятся по формуле (5.3):

V_h= , (5.3)

где D - диаметр цилиндра, м;

S - рабочий ход поршня, м.

Перечень вопросов

19. Приборы для измерения гидростатического давления. Пьезометр:

назначение, устройство и принцип действия.

20. Гидравлические машины. Назначение, устройство и принцип рабо-

ты центробежного насоса.

21. Понятие термодинамики как науки. Первый закон термодинамики.

22. Второй закон термодинамики. Цикл Карно.

23. Передача теплоты через твёрдую стенку. Уравнение тепло-

передачи.

24. Назначение и диаграмма работы четырёхтактного двигатель внут-

реннего сгорания.