Использование дополнительного фреонового цикла на тепле отработанных в двигателе внутреннего сгорания выхлопных газов, страница 9

Записывая в выражении (1.10) вместо дифференциалов соответствующие производные по , получаем:

 (1.11)

где x- вертикальная координата, отчитываемая от головки цилиндра, V(x) – текущий рабочий объем в зависимости от положения поршня, - начальная масса пара фреона, - плотность жидкой фазы фреона.

Масса газовой фазы определяется соотношением:

                                      (1.12)

Учитывая, что , ,, подставляя в (1.12) получаем:

             `                         (1.13)

Слагаемым    в дальнейшем можно пренебречь, т.к. плотность жидкой фазы на 3 порядка больше газовой.

Подставляем (1.13) в выражение (1.11), упрощаем и приводим дифференциальное уравнение первого порядка к следующему виду:

(1.14)

здесьF – площадь поршня.

Поскольку кривая насыщения низкокипящих рабочих тел в области совершения работы сильно напоминает изоэнтропу, имеет смысл, вдобавок, рассчитать параметры пара по уравнению изоэнтропы:

                                                  (1.15)

Зависимость давления от положения поршня будет определяться соотношением:

                                           (1.16)

Зависимость температуры от положения поршня будет определяться соотношением:

                                         (1.17)

Глава 2. Расчет энергетической установки на фреоне 141b.

Рис. 2.1 Принципиальная схема установки на фреоне 141b.

Параметры данной установки:

 °С – температура выхлопных газов на входе в испаритель, °С – температура выхлопных газов на выходе из испарителя, °С – температура фреона 141b на входе в испаритель,   °С – температура фреона 141b на выходе из испарителя, давление фреона на входе в конденсатор, давление фреона на выходе из испарителя.

Основным ограничением для расчета установки на фреоне 141b из-за опасности разложения фреона является температура на выходе из испарителя, равная 180 °С.

2.1 Тепловой расчет пластинчатого испарителя.

Аппарат проектируем на базе пластин “ПР- 0,5Е” из стали Х18Н10Т.

Соответствующие параметры:  – поверхность теплопередачи одной пластины,  м - эквивалентный диаметр межпластинчатого канала,  - площадь поперечного сечения одного канала,  м – приведенная длина канала, м – диаметр углового отверстия,  м – толщина пластины.

1)  По известным нам параметрам составляем уравнение баланса и находим расход фреона:

Соответственно

,

Отсюда находим расход фреона:   .

2)  Вычисляем средний температурный напор:

°С

°С

38.64

3)  Определяем скорость движения фреона в канале:

     

4)  Вычисляем критерий Прандтля  и  при средней температуре фреона и стенки:

При  °С физические свойства фреона: ,   , ,   .

5)  Вычисляем критерий Нуссельта со стороны фреона:

6)  Находим коэффициент теплоотдачи от фреона к стенке:

 

7)  Аналогично определяем скорость движения выхлопных газов в канале:

 

8)  Вычисляем критерий Прандтля  и  при средней температуре выхлопных газов и стенки:

При  °С физические свойства выхлопных газов:   ,     , , .

9)  Вычисляем критерий Нуссельта со стороны выхлопных газов:

10)  Находим коэффициент теплоотдачи от выхлопных газов к стенке:

 

11)   Вычисляем коэффициент теплопередачи:

12)    Определяем общую поверхность теплопередачи аппарата:

13)  Компоновочный расчет и уточнение величины рабочей поверхности:

а) Площади поперечных пакетов составят:

- со стороны фреона  -  ;

- со стороны выхлопных газов  -  ;

б) Число каналов в одном пакете:

- со стороны фреона  - 

- со стороны выхлопных газов  -  ;

в) Число пластин в одном пакете:

- со стороны фреона  - 

- со стороны выхлопных газов  -  ;

г) Определяем поверхность теплообмена одного пакета при полученном числе пластин:

- со стороны фреона  - 

- со стороны выхлопных газов  -  ;

д) Число пакетов в аппарате:

- со стороны фреона  -  ;

- со стороны выхлопных газов  -   ;

е) Число пластин в аппарате определяем с учетом наличия концевых пластин:

14)   Фактическая площадь поперечного сечения каналов в пакетах для обеих сред составит: ;

15)   Гидромеханический расчет - рассчитаем коэффициент общего гидравлического сопротивления гидравлические сопротивления пластин: