Использование дополнительного фреонового цикла на тепле отработанных в двигателе внутреннего сгорания выхлопных газов, страница 6

1.1 Термодинамический цикл и методика расчета параметров рабочего тела в поршневой машине.

Процесс расширения в цилиндре, последующая конденсация в конденсаторе, повышение давления насосом и испарение в испарителе является циклическим процессом для рабочего тела двигателя. Этот цикл отличается от классического цикла Карно (рис. 1.2-1.3), который состоит из двух адиабат и двух изотерм. В нашем случае цикл близок к известному циклу Ренкина, и состоит из двух изобар, изохоры и кривой насыщения (рис. 1.4-1.5). Отличие от цикла Ренкина состоит в том, что в нем предполагается расширение пара по изоэнтропе, в то время как в цилиндре расширение, как предполагается, происходит по кривой насыщения.

Рис.1.2 P-V диаграмма цикла Карно.

Рис.1.3 T-S диаграмма цикла Карно.

Рис.1.4 P-V диаграмма цикла установки.

Рис. 1.5 T-S диаграмма цикла установки.

Рис. 1.6 Принципиальная схема установки.

В данной установке двигатель внутреннего сгорания совершает работу, сжигая топливо, генератор совершает электрическую работу, отдавая необходимую электрическую энергию потребителям. Отработавшие выхлопные газы делятся на следующие потоки: газы в выхлоп, безвозвратные потери, высокотемпературный контур, низкотемпературный контур (система охлаждения). Безвозвратные потери составляют 104 кВт (5 %), газы в выхлоп – 754 кВт (36,7 %), в низкотемпературный контур – 315 кВт (15,3 %), в высокотемпературный контур – 881 кВт (42,9 %). В системе охлаждения предусмотрен теплообменник для охлаждения поступающих в него выхлопных газов холодной водой температурой 40°С.  Для повышения КПД цикла данной установки наиболее привлекательным выглядит использования тепла высокотемпературного контура. Выхлопные газы при температуре 450 °С выходят из ДВС и поступают в пластинчатый теплообменник, в котором также протекает низкотемпературное рабочее тело (НРТ). Выхлопные газы отдают часть своего тепла НРТ , тем самым превращая его из жидкого состояния в газообразное. Далее выхлопные газы выходят из теплообменника при температуре 230 °С. НРТ далее поступает в поршневую установку, в которой также совершается работа при необходимых входных и выходных параметрах, а именно температура на входе 180 °С, температура на выходе из поршневой установки 40 °С. В качестве поршневой установки выбирается поршень диаметром 159 мм. Также интересующими нас параметрами были давление на входе, на выходе. Также предусмотрена система испарения несконденсировавшихся газов в поршневой установке для бесперебойной работы поршня , путем подвода воды из системы охлаждения температурой 40 °С, которой достаточно для испарения НРТ. Отработавшие газы низкотемпературного теплоносителя поступают в конденсатор воздушного охлаждения, в котором рабочее тело полностью конденсируется и далее поступает в пластинчатый теплообменник, тем самым замыкая цикл энергетической установки и позволяя использовать НРТ постоянно, циркулирующим в данной системе.

1.2. Принципиальная методика расчета испарителя энергетической установки.

Хотелось бы более подробно рассмотреть принцип расчета пластинчатого теплообменника [8]. В качестве более подходящего теплообменника выбран сеточно-поточный пластинчатый теплообменник.

Основными параметрами для расчета являются коэффициент теплоотдачи и гидравлического сопротивления при движении жидкости в межпластинных каналах.

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к поверхности теплопередачи для плоской стенки, может быть найден по известной формуле:

Где  и  – термическое сопротивление стенки и загрязнений соответственно.

Главная трудность при  расчете коэффициента теплопередачи состоит в определении коэффициентов теплоотдачи  и  . В извилистых межпластинных каналах исключительная сложность гидромеханических и тепловых явления в непрерывно дестабилизируемом турбулентном потоке создает большие трудности для аналитического решения задач о теплоотдаче и гидравлическом сопротивлении. Поэтому основные расчетные уравнения получены экспериментально и представлены в критериальной форме.