- •Теплотехника
- •634003, Г. Томск, ул. Партизанская, 15. Общие методические указания
- •Литература
- •1.Программа дисциплины
- •1.1.Цель и задачи дисциплины
- •1.2.Основное содержание дисциплины
- •1.2.1.Введение
- •1.2.2. Основные понятия и определения термодинамики
- •Методические указания
- •1.2.3. Законы термодинамики
- •Методические указания
- •1.2.4. Термодинамические процессы
- •Методические указания
- •1.2.5. Реальные газы и пары
- •Методические указания
- •1.2.6. Влажный воздух
- •Методические указания
- •1.2.7. Термодинамика потока. Истечение и дросселирование газов я паров
- •Методические указания
- •1.2.8.Термодинамический анализ процессов в компрессорах
- •Методические указания
- •1.2.9.Циклы двигателей внутреннего сгорания
- •Методические указания
- •1.2.10.Циклы холодильных установок и термотрансформаторов
- •Методические указания
- •1.2.11 .Основные понятия и определения теплопередачи
- •Методические указания
- •1.2.12.Теплопроводность
- •Методические указания
- •1.2.13.Конвективный теплообмен
- •Методические указания
- •1.2.14. Теплообмен излучением
- •Методические указания
- •1.2.15.Основы расчета теплообменных аппаратов
- •Методические указания
- •1.2 1.2.16.Основы теплоснабжения
- •2.Курсовая работа
- •2.1Методические указания к курсовой работе
- •2.2 Задание к курсовой работе
- •2.2.1 Расчет турбонагнетателя двс
- •2.2.2. Расчет теоретического цикла двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •2.2.3 Расчет водяного радиатора двс
- •Расчет температурного поля в стенке цилиндра двс
- •2.3 Контрольные вопросы
- •2.4 Примеры расчета задач
- •2.4.1. Расчет турбонагнетателя двс
- •2.4.2. Расчет теоретического цикла двигателя внутреннего сгорания
- •2.4.3. Расчет теплообменного аппарата ( водяного радиатора)
- •2.4.4. Расчет температурного поля в стенке цилиндра двс
- •2.4.5. Расчет радиационного теплообмена
- •Курсовая работа по « Теплотехнике»
2.4.4. Расчет температурного поля в стенке цилиндра двс
Задача № 4. Рассчитать тепловой поток, передаваемый через стенку цилиндра ДВС и температуры поверхностей стенки, толщина которой = 5мм, высота L=150мм, теплопроводность материала =42Вт/(м·К), внутренний диаметр цилиндра D1=0,08м.
Стенка с одной стороны омывается охлаждающей водой со средней температурой tж2=80, коэффициент теплоотдачи 2=3500Вт/(м2К) с другой стороны омывается раскаленными газами с температурой tгаз=1000 0С и коэффициентом теплоотдачи 1=150Вт/(м2К).
Во время работы двигателя на наружной поверхности стенки цилиндра образуется накипь толщиной = 5мм, теплопроводность которой λн=0,8 Вт/(м К)
Рассчитать температурное поле в стенке, т.е температуры на поверхностях накипи tc3 , tc2 и на внутренней стенке цилиндра tc1, а также температуру газов tгаз при условии, что tж2, α2, α1 и тепловой поток остаются неизменными.
Изобразить температурное поле в стенке цилиндра ДВС без отложения накипи и с отложением накипи графически в масштабе.
Решение
Рассчитываем тепловой поток, передаваемый через стенку цилиндра ДВС по уравнению
Q =( tгаз- tж2) L /(1/(D1)+ln(D2/D1)+1/ (D3))
Q =3,14(1000-80) 0,15/(1/(1500.08)+ln(0.09/0.08) + +1/(35000,09))=4930 Вт.
Тепловой поток, передаваемый от газа к охлаждающей жидкости, равен тепловому потоку отдаваемому от газа к стенке цилиндра
Q =D1 ( tж1- tс1) L,
равен тепловому потоку, передаваемому через стенку цилиндра
Q = =( tс1- tс2) L /(ln(D2/D1))
и равен тепловому потоку, отдаваемому от поверхности стенки цилиндра к охлаждающей воде
Q =D2 ( tс2- tж2) L.
Используя данные уравнения, находим интересующие нас температуры:
температура на поверхности стенки цилиндра со стороны газа
tс1= tгаз- Q/(D1 l) = 1000 - 4930/(1500,083,140,15) = 125 0С;
температура на поверхности стенки цилиндра со стороны охлаждающей воды
tс2= tж2 + Q/(D2 l) = 80 + 4930/(35000,093,140,15) = 110 0С.
Тепловой поток ,передаваемый от раскаленного газа к охлаждающей жидкости через стенку цилиндра с отложенной на ней накипью описывается системой уравнении
Q =D1 (tгаз- tс1) L;
Q = =( tс1- tс2) L /(ln(D2/D1));
Q = =( tс2- tс3) L /(ln(D3/D2));
Q =D3 (tс3- tж2) L.
Используя данные уравнения, рассчитываем интересующие нас температуры:
температура на поверхности накипи со стороны охлаждающей воды
tс3= tж2 + Q/(D3 L) = 80 + 4930/(35000,103,140,15) = 110 0С:
температура на поверхности между накипью и стенкой цилиндра
tс2= tс3 + Q ln(D3/D2)/ (2н L) = 110 + 4930 ln(0,10/0,09)/ (23,140,80,15) = 799 0С;
температура на поверхности стенки цилиндра со стороны газа
tс1= tс2+ Q ln(D2/D1)/( 2 L) = 799 + 4930 ln(0,09/0,08)/ (23,14420,15) = 814 0С;
температура газа внутри цилиндра при наличии накипи на стенках цилиндра двигателя внутреннего сгорания
tгаз= tс1 + Q/(D1 L) =814 +4930/(1500,083,140,15) = 1686 0С.
Образование накипи на стенках цилиндра вызывает повышение температуры сгорания горючей смеси, что ведет нарушению тепловых процессов протекающих в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. Образование накипи на стенках цилиндра двигателя явление нежелательное.
t t
а) t t
tгазст1
D1
1500
1000
500
0
tгазст1
D1
1000
500
0
tст2
D2
tст1
D2
D3
tст1
tст2
tст3
tж2
tж2
х
х
Рис 2.7. Температурное поле в стенке цилиндра:
а) без отложения накипи; б) с отложением накипи.