第4章 发动机的传热(2003版).ppt

(3)对流换热的影响因素 对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。其影响因素主要有以下四个方面：(a)流动起因; (b)流动状态; (c)换热表面的几何因素; (d)流体的热物理性质 (a) 流动起因 自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动 强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动 (b) 流动状态 层流：整个流场呈一簇互相平行的流线 湍流：流体质点做复杂无规则的运动 (c) 换热表面的几何因素： 内部流动对流换热：管内或槽内 外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束 (d) 流体的热物理性质： 热导率 密度 比热容 动力粘度 运动粘度 4.4 辐射换热 由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量。 4.4 辐射换热 4.4.1 辐射换热的基本知识 (1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量； (2) 特点：a 任何物体,只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均有关。 电磁波的波谱 由于热的原因而产生的电磁波辐射，这种辐射称为热辐射。 热辐射的电磁波波长区域 范围内的红外线和可见光范围内。 对于大多数的固体和液体： 对于不含颗粒的气体： 黑体：对投入辐射全部吸收的物体 镜体或白体： 透明体： α吸收率 ρ反射率 τ透射率 当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和穿透，如图所示。 (3). 物体对热辐射的吸收、反射和穿透 物体对热辐射的 吸收反射和穿透 图4.15 4.4.3 气体辐射 （1）气体辐射现象 在工程上，经常遇到气体辐射换热问题，如在内燃机汽缸中，燃料在燃烧时，发光的火焰及炽热的多原子气体就具有很强的辐射。 （2）气体辐射的特点： a、气体向外辐射的能量，取决于分子本身的结构，如单原子和分子结构对称的双原子气体，可以认为它们是透明体，既不向外辐射能量也不吸收外来的辐射能量，如空气、H2、O2等。但对于多原子气体（CO2、H2O）则有相当大的辐射力和吸收率； （2）气体辐射的特点： b、气体只能辐射和吸收某一定波长间隔范围内的热射线，其他波长范围，它既不能辐射也不能吸收；例如CO2的主要吸收光谱有三段：2.65μm-2.8μm、4.14μm -4.45μm 、13.0μm -17.0μm。 c、固体的辐射和吸收是在表面上进行的，而气体的辐射和吸收是在整个气体中进行。 4.4.4 火焰辐射 火焰除了总是存在着三原子气体辐射成分之外，还包含着具有强烈辐射能力的固体颗粒。按颗粒的不同，一般可区分为不发光火焰、发光火焰、半发光火焰三种类型。 1)不发光火焰 当气体燃料或没有灰分的其他燃料燃烧时，得到略带蓝色而近于无色的火焰，通常称为不发光火焰。这种火焰中没有固体颗粒，其主要辐射成分是二氧化碳和水蒸气。 2)发光火焰 液体燃料及预先没有与空气充分混合的气体燃料燃烧时，由于烃类物质在高温下裂解时产生炭烟粒子，在燃烧器根部火焰发光。这种火焰称为发光火焰。 3)半发光火焰 各种固体燃料燃烧时形成半发光火焰。这种火焰的主要辐射成分是焦炭粒子和灰粒。 4.5 发动机换热分析 当发动机工作时，燃气对壁面的辐射换热在数值上要比对流换热小很多，但在某些情况下，例如存在火焰辐射时，辐射换热也将达到燃气对壁面总换热量的1/4-1/3；因此，辐射换热对零件热负荷的影响也不能忽略。 发动机的燃气对周围壁面的辐射比一般气体辐射还要复杂，因为综合的发动机燃气辐射实际上包含了很多内容，其中最重要的两个方面就是：气体辐射和火焰辐射。 4.5.2 发动机燃气与壁面间的换热 发动机的燃烧火焰在性质上可以分为两种类型，一种是以气体燃料混合气的预混燃烧为代表的明线光谱火焰，另一种是以液体燃料蒸发扩散燃烧为代表的连续光谱火焰。 燃烧火焰 明线光谱火焰 连续光谱火焰 明线光谱火焰因火焰透明发光很少，辐射量也很低，一般可以忽略； 连续光谱火焰由于火焰中存在很多燃烧分解出的碳粒子云，会产生辐射较强的连续光谱，因此在换热中不能忽略。 在汽油机和气体燃料发动机的燃烧过程中，预混燃烧占主要成分，因此其火焰辐射水平较低。 柴油机中的主要燃烧过程是发生在上止点后的扩散燃烧阶段，而且燃烧中不断有碳烟粒子生成，因此火焰辐射的问题要突出得多。 作业 1、热传递有几种传递方式？每种传递方式有什么特点？ 第四章 发动机的传热 要求掌握热传递的基本理论； 三种传热方式的机理及分析计算方法； 内燃机中三种热传递