热负荷计算

为了预测零部件的寿命和确定故障是否会提前发生，必 须计算热负荷。计算出零件内部的热应力。分析热负荷的第一步是测定零件内部的温度分布情况，这可能是稳定状态， 也可能是瞬时变化状态。可以采用方程(3)或(4)来解析。 不论那一种情况，一开始都必须给定边界条件。

图3-2 计算出来的温度分布情况(250mm的菜油机 活塞)。转载自〔4〕,承国际内燃机会议认可

例如，若我们要研究图3-2[42所示的活塞，首先需要知 道流体在每个平面上的温度和传热系数。由于循环效应非常小，我们可以假设一个乎均温度和传热系数。对于活塞的第 一道环槽至活塞顶的区域，可以通过循环计算和乌希尼 (Woschni) 相关式的乎均传热系数得到一个乎均温度。空间的温度变化在后面的段落叙述。 其余所有平面的温度和传热系数都需要确定，这是通过流体流到下一个平面的情况，检索与传热有关的流体流动文献，并从相关式导出传热系数等来完成。 为说明如何确定上述的温度和传热系数，我们举一个 “鸡尾酒搅拌器”冷却通道的例子(见图3-2)。 研究鸡尾酒搅拌器操作的动作图像，可以看出：有时流体冲击通道的表面，有时它 又只沿着表面径直流动。 如图3-3和图3-4所示。

因此，如参考文献〔5〕 中所述，用冲击传热的相关 式可以得出冲击时的传热系 数，而“环形流动”的相关式 则可应用于简单热对流。每 一个传热系数是与传热时间 及与作用在其上的表面大小成正比例加权的。两者都是 从流体流动研究中获得的，将综合平均的传热系数与图3-5中的测量值比较，非常明 显，预期的结果是很好的。了解采用那种相关式是这个过程 中的重要步骤，同时，掌握传热范围内某些已意识到了的事情应作为先决条件。在四年一度的“国际传热会议”会刊上 发表的评论性文章，为任何研究都开创了一个良好的开端。