Математическое моделирование тепловых процессов в двигателях внутреннего сгорания: Курс лекций, страница 3

Нуссельтовский аддитивный подход впервые был оспорен профессором Цюрихской высшей технической школы Г. Эйхельбергом (1891-1972) в 1939 г. Эйхельберг, известный так же как крупный специалист в области термодинамики паров, обратился к "старой задаче теории двигателей". Воспользовавшись совершенно нетривиальным подходом (согласно которому появилась возможность проводить исследования теплопередачи в КС поршневого двигателя на качественно новом уровне с использованием малоинерционной термометрии цилиндро-поршневой группы и методов решения обратной задачи теплопроводности), получил следующую формулу:

                                               (1.3)

Как видно,  вместо члена ,  характерного для формул (1.1) и (1.2), Эйхельберг ввел , т.е. придал температуре по сравнению с давлением несколько большее значение. Отсутствие в (1.3) эмпирической составляющей лучистого теплообмена, типичной для (1.1) и (1.2), является причиной того, что Эйхельбергу приписывают неучет радиационного компонента коэффициента, теплоотдачи. В действительности же формула (1.3) позволяет получить a в качестве коэффициента рядиационно-конвективной теплоотдачи от рабочего тела в стенки камеры сгорания. Исследования Эйхельберга являются вполне самостоятельными, они положили начало развитию нового направления в области теплообмена в ДВС, и тот факт, что в (1.3) составляющая лучистого теплообмена не входит в виде отдельного члена, как в формулах (1.1) и (1.2), следует считать ее преимуществом, а не недостатком. Модифицированные версии формулы Эйхельберга предложили Кинд, Хенаин, В. Пфлаум (1977). Впервые Пфлаум (1896-1989) профессор Берлинского технического университета указал на неоднородность теплоотдачи на поверхностях деталей, образующих КС (поршень, головка цилиндра, гильза) и оценил долю радиационного теплообмена (до 50 %) в суммарной теплоотдаче от рабочего тела в ДВС. К его заслугам можно отнести два важных вывода:

1. Теплообмен в КС ДВС носит сугубо локальный характер.  Очевидно об этом стало известно уже после экспериментов Эйхельберга, однако Пфлаум обосновал это и предложил для отдельных поверхностей КС различные формулы;

2. Доля радиационного теплообмена в КС дизельного ДВС так высока, что использование простого аддитивного подхода при определении полного теплового потока, переданного от рабочего тела в стенки КС, недопустимо. Впервые это обстоятельство было рассмотрено в 1990 г.

Еще до Пфлаума лучистый теплообмен в цилин-ре дизеля изучал Л.М. Белинкий в 1955 г. Его исследование представляет собой первый, наиболее тщательно поставленный эксперимент по оптическому методу измерения изучения в КС дизеля. Им было установлено, что излучение в КС в целом является сплошным, т.е. оно подобно излучению твердого тела, следовательно, излучают в

2. Основные показатели эффективности циклов тепловых двигателей

Основным показателем термодинамической эффективности любого цикла является термический КПД

,                                                       (2.1)

где l_Ц=L_Ц/G - работа цикла, отнесенная к 1-му кг рабочего тела; q₁=Q/G - теплота, полученная от горячего источника, отнесенная к 1-му кг рабочего тела.

Термический КПД используется для оценки степени совершенства обратимых циклов. В действительности, реальные процессы, составляющие цикл, в той или иной степени необратимы. Необратимость действительных процессов вызывается отводом теплоты от рабочего тела в конструкцию двигателя, наличием трения в потоке газа и т.д.

Эффективность реального необратимого цикла характеризуется внутренним КПД цикла

,                                                           (2.2)

где - работа необратимого цикла, отнесенная к 1-му кг рабочего тела. Отметим, что величина внутреннего КПД цикла сама по себе не показывает степень необратимости цикла.

Преобразуем выражение (2.2), умножив и разделив правую часть на работу обратимого цикла:

,                                                 (2.3)

где - внутренний относительный КПД цикла и  - термический КПД обратимого цикла.