7章1内燃机缸内传热-2008.pdf

内燃机缸内传热

北京理工大学

BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY
内容提要内容提要
一一、、内燃机传热内燃机传热
二二、、经验与半经验传热模型经验与半经验传热模型
一一））对流换热的经验模型对流换热的经验模型
二二））对流换热的半经验模型对流换热的半经验模型
三三））辐射换热的经验模型辐射换热的经验模型
三三、、柴油机缸内辐射换热研究柴油机缸内辐射换热研究
四四、、壁面对流换热理论分析壁面对流换热理论分析
五五、、缸内近壁区域的对流换热模型缸内近壁区域的对流换热模型

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一、内燃机传热
内燃机机内传热问题
热侧换热壁面导热冷侧换热
1.燃烧与燃烧温度
2.缸内气流与对流1.对流换热
换热系数2.沸腾换热
压力波动附面
3.~3.强化换热技术
层厚度与换热系数
冲击冷却
3.油雾的蒸发
振荡冷却等
4.燃烧与辐射换热
q(TWTf)
火焰辐射、气体辐射1.导热；2.隔热
442qkdT/dn
q(TgTW)(TgTW)kW/m3
内燃机的传热

是所有工程传热问题中最复杂的！
（1）内燃机工作过程强烈非定常性，带来温度变化的
高度瞬变性。在毫秒级
（2）空间变化也非常剧烈。
（3）燃烧湍流、喷雾引起的三项流（气、雾、液）
（4）所有传热方式共存。除常规对流换热、导热、辐
射外，还包括：空间蒸发吸热、壁面蒸发吸热、冲击
换热、振荡换热，等。

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二、经验与半经验传热模型
一）气缸内的平均热流
由性能或传热计算获得缸内瞬态温度和换热系数
一个循环的平均热流、平均壁温、平均放热系数：

101010
q(TT)dTdTd
0ggw0gg0gw
000

1010
TTdd
gm0ggm0g
00

在一个循环内,一般壁温变化幅度不大。取平均值Twm

10
qTdT(T)T[(T)/T][TT]
0gggmwmggmgmwmgmggmgmwmgmreswm
0

1010
加权平均燃气温度：T(T)/Tdd
resggmgm0gg0g
005
一）气缸内的热流

实际计算需要分零件，按壁面温度以及换热系数
不同的区域进行分区计算求和：
dq3

qgFi(TwiTg)
dti1

问题：
（1）缸内空间平均换热系数
（2）缸内换热系数随空间的变化规律
（3）缸内换热系数随工况等参数的变化规律

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二）经验模型

以实机试验或模拟实验数据为基础的经验公式
1.努塞尔特（Nussel）公式（1923）
利用燃烧弹实验研究获得：

44
0.421TTw32
1.166pT(11.24m)
TTw100100
该公式问题：
①对进气、压缩、排气过程较为适合，对燃烧过程偏差大，
辐射热量偏大（试验时将内腔处理成绝对黑体）
②没有反映尺度（缸径）的影响
③燃烧弹中的气流速度远远低于实际汽缸，对流换热部分也
有误差。
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1.努塞尔特（Nussel）公式

44
0.421TTw32
1.166pT(11.24m)
TTw100100

R0k辐射换热R低速换热（启动）0气流作用项k

1）只针对当时的低速机。vm<5m/s
2）试验或验证机型：
①Clerk:四冲程奥托煤气机：S/D=559/356；

n=160r/min；Pe=45kW；外源点火，ε=5.4
②Nagel:二冲程柴油机：S/D=1100/680；n=85r/min；

Pe=1200kW；压燃式
③Raftopoulos:四冲程柴油机：S/D=600/425；

n=180r/min；Pe=63.75kW；压燃式

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2.伯利林格（Брилинг）公式（1931）

1）在实机试验的基础上,认为努塞尔特对活塞平均速度
的影响估计过高，进行如下修正：

44
0.421TT
w1.1663p2T(11.450.185)
TT100100m
w

R0k

辐射换热R低速换热（启动）0进气涡流气流作用k
2）试验或验证机型：

①四冲程单缸柴油机：S/D=460/310；n=220r/min；Pe=30kW

②四冲程单缸柴油机：S/D=600/400；n=170r/min；Pe=52.5kW

③四冲程12缸柴油机：S/D=178/127；n=1850r/min；Pe=337.5kW
汽油机:αω=0
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3.伯虑斯哥夫（