PZP (2011/2012) 3/1 Stanislav Beroun

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "PZP (2011/2012) 3/1 Stanislav Beroun"

Vít Šmíd
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 PZP (0/0) 3/ tanislav Beroun

2 Výměna tela mezi nální válce a stěnami, telotní zatížení vybraných dílů PM elo, které se odvádí z nálně válce, se ředává stěnám ve válci řevážně řestuem, u vznětových motorů ři hoření uhlíku otom v malé míře i sáláním: následně ostuuje toto telo vedením do chladnějších artií jednotlivých dílů motoru odkud je dalším sdílením (řestuem, sáláním) řiváděno do chladicího média a okolí motoru. elo vysálané, dokonale černým tělesem je odle tefan-boltzmanova zákona vyjádřeno vztahem: 00 Q C C, kde C konstanta sálání absolutně černého tělesa 0,76 kj /m h. sálající locha. telota tělesa Pro racovní rostor salovacích motorů je možno oužít uvedeného vztahu, známe-li konstantu skutečného sálání mezi nální válce a stěnou válce. Potom je množství tela odvedeného sáláním dáno rovnicí: Ve výočtech teelných ztrát z nálně válce PM do stěn se ztráty sáláním většinou neuvažují Množství tela ředané řestuem (konvekcí) tela ve válci motoru chlazeným stěnám (válce, ístu, hlavě válců) je otom dáno známou rovnicí (Newton): oučinitel řestuu tela P závisí na řadě arametrů, ředevším ale na stavu nálně válce (mechanizmus řestuu tela z hlediska kinetické teorie lynů, vliv tlaku, teloty a rychlosti roudění v blízkosti telosměnné lochy). PZP (0/0) 3/ tanislav Beroun Q Q

3 V roce 939 odvodil Eichelberg vztah ro velikost součinitele řestuu tela ve tvaru: 3, Měření, na jejichž odkladě byl stanoven tento vztah, byla rováděna na dvoudobém motoru: Eichelbergův vztah se stále oužívá a v jednotkách I soustavy je jeho tvar 3,85 Z n W m K V 60. letech 0. století byly ublikovány další ráce Pflauma a Woschniho: součinitel řestuu tela byl stanoven na základě odobnostních čísel, řičemž řešení vycházelo z oisu řestuu tela v trubce s turbulentním rouděním. Nusseltovo odobnostní kriterium ro trubku, v níž robíhá turbulentní roudění, se uvádí vztahem: 0, 05 Pro dvouatomové lyny se mění Prandtlovo odobnostní číslo v závislosti na tlaku a telotě jen velmi málo, a roto je ři odvozování vztahů ro řestu tela v motorech ovažováno za konstantní, s hodnotou 0,7. Pro motory se otom ředokládá d/l = 0,8. Dosazením do ředcházející rovnice za oměr úravě vztah ro Nusseltovo číslo ve tvaru: C d N u f Re Pr d,, l N u d l R e N R P 0, 786 0, 5 u 0, 036 e r. Zm min c d Pr d l 0 8 n MPa c K, a za hodnotu Pr = 0,7 obdržíme o 0,786 Nu konst Re PZP (0/0) 3/3 tanislav Beroun

4 Vztah ro Nusseltovo číslo lze rozesáním uravit do tvaru: alfa [W/m.K] Nu konst konstc d 0,786 0, 0,786 0,786 0,786 s 0, 78, 0, , 58 0 Okamžitou hodnotu součinitele řestuu tela otom určuje vztah D/Z = 30/50 n = 000 /min e ~ 0.8 MPa 0,786 0,786 0,786 c d c d Re konst konst úhel [ ] LPG Diesel CNG PZP (0/0) 3/ tanislav Beroun K,8 0, 308 k c s 0,786 0, 0, 55 n 79 K ( n ) d ( n ) Funkční závislost součinitele řestuu tela na stavových veličinách nálně válce (a zejména její hustotě) rozhoduje o nižších hodnotách součinitelů řestuu tela u zážehových motorů. ato závislost vysvětluje, roč i ři zvýšených telotách nálně válce u zážehových motorů nedochází v zážehových motorech k významnějšímu zvýšení středních telot dílů ve válci motoru.

5 Autorem nejnovějšího (990) emirického vztahu ro určení součinitele řestuu tela je Bargende, který určuje hodnotu součinitele řestuu tela odle stuně vyhoření nálně válce (tzv. dvouzónový model): 0,073 0,78 0,77 0, 78 stěn 57,5 V w Ekvivalent rychlosti rozvíření je stanoven ro oblast telotní mezní vrstvy omocí stěnové funkce se seciálním modelem turbulence: w 8 k 3 c s Vliv stuně vyhoření vyjadřuje součinitel A B A x hoř sal sal stěn stěn B x hoř sm sm stěn stěn Bargendeho řešením došlo k výraznému zvýšení hodnot součinitelů řestuu tela ředevším v oblasti za HÚ ři hoření směsi, kde jsou velikosti součinitelů řestuu tela odle Bargendeho x až 3x vyšší než v říadě výočtu odle jiných emirických vztahů. PZP (0/0) 3/5 tanislav Beroun

6 6000 oučinitel řestuu tela, k=300 [m /s ] [W/m K] Bargende Eichelberg Woschni Výrazně vyšší hodnoty součinitele odle Bargendeho mají vliv na zvýšený řestu tela do stěn v blízkosti HÚ, na celkové teelné ztrátě se rojeví až ři vysoké měrné energii turbulence v nálni válce Odvedené telo stěnami, k=300 [m /s ] 3 W [J/ ],5,5 0,5 Bargende Eichelberg Woschni oučasné exerimentální a výočtové nástroje umožňují rovádět termodynamické výočty s relativně velkou řesností oisu dějů ve válcové jednotce: ředokladem dosažení solehlivých výsledků řešení je kombinace obou metod, ostavená na důsledné verifikaci vstuních dat a okrajových odmínek ,5 PZP (0/0) 3/6 tanislav Beroun

7 Určujícími arametry ro řestu tela mezi nální válce a stěnami jsou telota nálně válce a součinitel řestuu tela, množství tela které do stěn řestouí je otom dále určeno velikostí telosměnné lochy a telotou stěny. Povrchová telota dílu, do kterého řestuuje telo z rostředí s roměnlivou telotou je rovněž roměnlivá. Pokud by telota měla harmonický růběh s amlitudou, otom závislost amlitudy ovrchové teloty na roměnlivosti teloty nálně válce (ro určitou harmonickou složku) vyjadřuje vztah n a a telotní vodivost materiálu [m/s] c + xn x v an t = konst. x Časová a místní roměnlivost teloty v materiálu je jenom do určité hloubky od ovrchem stěny (ze strany zdroje tela): tato hloubka je tím větší, čím menší je frekvence n. harmonického růběhu telotní amlitudy. - v a n x r f f a c b, f konst Q k 70KH 0 0 KH d Q i V růběhu jednoho racovního oběhu motoru se všechny arametry, ovlivňující řestu tela mezi nální válce a stěnami ve válcové jednotce mění v závislosti na oloze klikového hřídele (na fázi racovního oběhu, ři teelně-technických výočtech se v ustáleném rovozním režimu ovažuje telota v určitém místě stěny za konstantní (na ovrchu stěny je však telotní ole s rozdílnými telotami). PZP (0/0) 3/7 tanislav Beroun 70 KH i0 KH

8 Pomocí modelování racovního oběhu motoru (zravidla v kvazistatické odobě), založeném na oisu (výočtové simulaci) jednotlivých dějů ve válci motoru a vycházejícím z oznaných zákonitostí odle termodynamické analýzy změřených indikátorových diagramů (zákon hoření), lze s dostatečnou řesností zjistit růběh teloty i růběhy všech dalších arametrů, otřebných ro kalkulaci ředaného tela Q (jak v jeho časovém růběhu, tak v celkové velikosti). Při výočtovém modelování racovního oběhu se zjednodušeně ředokládá homogenní telotní ole (v nálni válce). Vstuní veličinou ro výočet je i odhad střední teloty stěn ve válci motoru: zadává se buď odhad střední teloty, solečný ro všechny telosměnné lochy (stěn) ve válci motoru, nebo odděleně jako různé střední teloty ro stěny hlavy válce, vložky válce a čelo ístu (vč. ří. salovacího rostoru v ístu). Pravděodobnou střední ovrchovou telotu určitého dílu motoru (event. jeho části) určíme za ředokladu (zjednodušujícího) jednorozměrného toku tela uvažovanou součástí, kterou ro tento výočet rovněž zjednodušíme - nař. hlavu válce nahradíme lnou deskou (ze stejného materiálu jako je vyrobena hlava válce) o stálé tloušťce (odovídající střední tloušťce sodní desky hlavy válce). 3 H H Q H chladicí medium deska hlavy válce válec (telota nálně válce) Přestu tela z nálně válce do stěny hlavy válce QH je v růběhu racovního oběhu časově roměnlivý, vedení tela deskou hlavy válce a řestu tela z desky hlavy válce do chladicího media lze ale ovažovat za časově ustálené toky. Q Q H H o H 3 H 3 o H H QH o Pozn.: výraz v hrané závorce ředstavuje tzv. střední teelný odor ro odvod tela z říslušného dílu (event. jeho vybrané artie). Dnešní možnosti výočetní techniky (W i HW) oskytují téměř detailní ohled na rozložení telot, telotních deformací i najatosti v telotně zatížených dílech ístového motoru. rávnost takových řešení je řitom závislá na důvěryhodnosti vstuních údajů o zdroji telotního zatížení a na oisu okrajových odmínek i ochoení významných souvislostí, daných strukturálním a konstrukčním usořádáním ístového salovacího motoru. PZP (0/0) 3/8 tanislav Beroun

9 t C t vnější t vnitřní t C t C elotní ole urostřed tlouštky (výšky) základové desky hlavy válců (horní část nákresu -a) a telotní sád v základové desce hlavy válců (dolní část nákresu -b) řelňovaného naftového motoru odle výočtu MKP: údaj v rámečku je výsledek římého měření teloty v daném místě. PZP (0/0) 3/9 tanislav Beroun

10 elotní ole a deformace růměru ístu dle Eichelberga dle Woschniho PZP (0/0) 3/0 tanislav Beroun

Podobné dokumenty

Termodynamické základy ocelářských pochodů

29 3. Termodynamické základy ocelářských ochodů Termodynamika ůvodně vznikla jako vědní discilína zabývající se účinností teelných (arních) strojů. Později byly termodynamické zákony oužity ři studiu chemických