|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ЗАНЯТИЙ ПО ДИСЦИШЩНЕ «ТЕПЛОТЕХНИКА И ПРИМЕНЕНИЕ TEIUIQTbl В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ»Стр 1 из 5Следующая ⇒
Тюмень 2014 Методическое пособие переработано с типовых и дополнено: заданиями, примерами решения задач и табличным материалом Снохиным А.С., Ивакина Е.А. Пособие составлено в соответствии с программой по специальностям 250403. Печатаются по решению методической комиссии Механико-технологического института (протокол № 19 от 14.04.14 г.).
Ответственный за выпуск: Снохин А.С. Подготовлено к печати, отпечатано в Издательско-полиграфическом комплексе Тюменской государственной сельскохозяйственной академии Тираж 300 экз.
Литература:
ВВЕДЕНИЕ В общем энергетическом балансе сельского хозяйства большое место занимает тепловая энергия. На её долю приходится около 90% всей общей потребляемой сельским хозяйством энергии. Создание животноводческих комплексов, теплично-парниковых хозяйств, капитальное строительство жилых, культурно-бытовых и производственных зданий увеличивает удельный вес тепловой энергии в общем энергетическом балансе. Поэтому развитие сельской теплофикации является одним из важнейших условий подъёма сельского хозяйства. В связи с этим вопросы теплоснабжения и рационального использования тепловой энергии должны находиться в центре внимания инженерной службы. При подготовке инженерных кадров для сельского хозяйства важное значение приобретает курс " Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве". Проработка материала в соответствии с программой (рабочим планом курса) ведётся по основным рекомендованным учебникам. Для более глубокой проработки отдельных вопросов, а также в помощь при выполнении контрольного задания и при подготовке к лабораторному практикуму рекомендуется дополнительная литература. При знакомстве с материалом курса необходимо уяснить сущность разбираемого вопроса и лишь затем переходить к изучению отдельных разделов. Необходимо отчётливо представлять себе главное содержание изучаемых явлений и процессов, при этом математическое описание явлений не должно заслонять их физической сущности. Большое внимание надо уделять разбору теоретических основ теплотехники (теоретической термодинамики, теории теплопередачи, теории горения топлива). Если при изучении курса у студентов возникают какие-либо вопросы, то они могут получить консультацию в письменной или устной форме.
СОДЕРЖАНИЕ Литература.............................................................................................................3 Введение................................................................................................................4 Методические указания по разделам курса........................................................6 1. Теоретические основы теплотехники..............................................................6 2. Теплоэнергетические установки...........................................................……..11 3. Применение теплоты в сельском хозяйстве..................................................14 Методические указания к выполнению задания для контрольной работы.......-....................................................................................20 Задания для контрольной работы...................................................................... 20 Примеры решения задач..................................................................................... 22 Индивидуальные задания для контрольной работы......................... ………. 31 Приложения..........................................................................................................36
ПРИЛОЖЕНИЯ Таблица 1. Параметры сухого насыщенного пара и воды на кривой насыщения (по давлениям)
Таблица 2. Физические характеристика воздуха
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ И ЛАБОРАТОРНЫХ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАЗДЕЛАМ КУРСА
Введение. При изучении данного курса необходимо уяснить роль и значение теплоэнергетики в народном хозяйстве, развитие и современный уровень отечественной и мировой теплоэнергетической науки и техники; уделить внимание работам отечественных учёных и инженеров по разработке теоретических проблем теплотехники и созданию наиболее экономичных и перспективных типов и конструкций тепловых машин, агрегатов и аппаратов. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ Техническая термодинамика
Изучение законов взаимного превращения теплоты и работы и установление эффективных способов осуществления этого превращения -одна из важнейших задач курса «Техническая термодинамика». В основу технической термодинамики положены первое и второе начала (законы) термодинамики. Приступая к их изучению, студент должен чётко представлять себе основные свойства и параметры состояния рабочих тел, используемых в тепловых машинах, и знать законы связи между этими параметрами для идеальных газов, т.е. их характеристические уравнения (уравнения состояния). В тепловых расчётах, связанных с определением количества теплоты, большое значение имеет теплоёмкость рабочего тела. При изучении этого вопроса необходимо разобраться в различии между истинной и средней теплоёмкостями, обратив особое внимание на зависимость теплоёмкости газов от температуры, а также усвоить разницу между единицами измерения массовой, обьёмной и молярной теплоёмкостей. При рассмотрении молярной теплоёмкости газов следует усвоить, что молярные теплоёмкости, если пренебречь их зависимостью от температуры, зависят от характера процесса и атомности газов; все двухатомные газы имеют свою одинаковую для этих газов молярную теплоёмкость в данном процессе; свою одинаковую для всех газов молярную теплоёмкость имеют и многоатомные газы. Например, в процессе при постоянном объёме молярные теплоёмкости двухатомных газов равны 20, 9 кДж/(мольК), трёх и многоатомных газов-29, 2 кДж/(мольК). Следует запомнить разницу между теплоёмкостями в процессах при постоянном объёме и при постоянном давлении, так как эти теплоёмкости наиболее часто встречаются в теплотехнических расчётах. Необходимо обратить внимание на то, что в отличие от теплоёмкости твёрдых и жидких тел теплоёмкость газов всецело зависит от вида термодинамического процесса и может изменяться от -∞ до +∞, при этом важно усвоить понятие об отрицательной теплоёмкости (меньше нуля) газов.
Задача 5
Задача 4
Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения и превращения энергии и имеет большое прикладное значение при решении вопросов анализа тепловых процессов, при составлении их энергетических балансов, то есть соотношения между теплотой, механической работой и изменением внутренней энергии газа в термодинамическом процессе. Необходимо разобраться в физической сущности понятий: внутренняя энергия рабочего тела, теплота и работа газа в термодинамическом процессе и иметь чёткое представление о теплоте и работе, как о двух формах передачи энергии, выделив их общее и различное. На основе первого закона термодинамики и газовых законов техническая термодинамика рассматривает сначала основные частные случаи: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы, а затем обобщающий политропный процесс. Изучению политропного процесса следует уделить особое внимание. Важно уяснить связь между показателем политропы и характером изменения состояния газа. Это удобно сделать путём графического анализа политропного процесса в системах координат P-V и T-S, так как в этом случае можно наглядно проследить характер процесса при изменении показателя политропы в пределах от -∞ до +∞. Второй закон термодинамики устанавливает условия работы тепловых двигателей и направление самопроизвольного протекания процесса передачи теплоты от горячего тела к холодному. Поэтому особое значение приобретают понятия о циклах, показателях их эффективности, а также об обратимых и необратимых процессах. Необходимо уяснить, что любой самопроизвольный процесс является необратимым. При изучении работы теплового двигателя (прямого цикла Карно) следует обратить внимание на определение второго закона термодинамики, согласно которому для возможности превращения теплоты в работу необходимо наличие двух источников теплоты: горячего и холодного, а также на невозможность полного превращения теплоты в работу в непрерывно действующей тепловой машине, прямым следствием из которого является понятие о термическом к.п.д. цикла. При изучении обратного цикла Карно, лежащего в основе работы холодильных машин и тепловых насосов, следует использовать положение второго начала термодинамики о невозможности передачи теплоты от менее нагретого тела к более нагретому без совершения механической работы. В тесной связи со вторым законом термодинамики находится понятие энтропии. Следует разобраться в математической и физической сторонах её и рассмотреть тепловую диаграмму T-S, имея в виду, что с помощью этой диаграммы решаются сложные задачи по расчёту тепловых машин и аппаратов. Необходимо усвоить, что изменение энтропии при любом процессе будет пропорционально теплоёмкости газа.
Затем следует рассмотреть циклы, по которым работают компрессоры, поршневые газовые двигатели (двигатели внутреннего сгорания) и газовые турбины, провести аналитический и графический (в системах координат P-V, T-S) анализы этих циклов. Обратите внимание на то, что при одинаковых степенях сжатия цикл с подводом теплоты в процессе постоянного объёма является наиболее экономичным по сравнению с циклом, в котором теплота подводится при постоянном давлении и циклом с изохорно-изобарным подводом теплоты. Следует понять, что экономичность этих двигателей всецело зависит от их степени сжатия. Значительное место в технической термодинамике отводится изучению свойств паров (главным образом водяного пара). Пары могут менять своё состояние, превращаться в жидкость. При этом законы, которым они подчиняются, в области, близкой к снижению, очень сильно отклоняются от законов идеального газа. Это исключает возможность применения законов идеальных газов для паров. Аналитическое определение параметров состояния паров затруднено тем, что зависимость между этими параметрами (уравнения состояния) получается очень сложной. Поэтому параметры состояния определяются по таблицам или диаграммам. Особенно большое значение имеет h-s-диаграмма для водяного пара, которая в практике используется очень широко. Каждый студент должен уметь пользоваться этой диаграммой, то есть уметь определять параметры состояния рабочего тела и строить в h-s- -диаграмме основные термодинамические процессы (изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный). Изучение термодинамических циклов паросиловых установок следует начинать с цикла Карно, уяснив себе причины неприменимости его в реальных паросиловых установках. Затем необходимо рассмотреть основной цикл паросиловой установки - цикл Ренкина, после чего переходить к изучению более сложных циклов: цикла с промежуточным перегревом, теплофикационного, регенеративного и парогазового циклов, уделяя при этом вопросам их экономичности. Рассмотрите циклы газотурбинных установок с подводом тепла при постоянном давлении и при постоянном объёме и сравните их экономическую эффективность. В заключение следует рассмотреть цикл холодильных установок, которые используются в промышленности и сельском хозяйстве. При изучении раздела «Техническая термодинамика» студенту необходимо не только понять основные расчётные соотношения и их выводы, но и уметь самостоятельно делать эти выводы, а также строить в системах координат p-V, T-s, h-s основные термодинамические процессы и циклы с соответствующими анализами. Задача 3
Задача 2
3 2 ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ Задача 1
t, 0C t, 0C t1 t1
R1 R2 R3 R1 R3 R4 R2 R Эпюры температур
целью расчёта является установление оптимального теплового режима работы аппарата, определение конечных температур теплоносителей и коэффициента теплопередачи. Необходимо ясно представлять различие в схемах прямоточного и противоточного рекуперативных теплообменников, разбираться в вычислениях среднего температурного напора в каждой из схем и уметь давать сравнительную характеристику той или другой схеме, усвоить понятие о среднело-гарифмической и среднеарифметической разностях температур теплоносителей. Во многих теплообменных аппаратах происходят процессы, сопровождающиеся переносом массы. Примерами процессов могут служить такие, как сушка, испарение, абсорбция газов и др. Если теплообмен характеризуется выравниванием температур, то массообмен проявляется в выравнивании концентраций вещества. Рассмотрите уравнение закона Фика -закона молекулярной диффузии, обратите внимание на его аналогию с законом Фурье. Разберите понятие плотности потока массы, коэффициента молекулярной диффузии. Массообмен между газообразной и жидкой фазами называют конвективной массоотдачей. Необходимо усвоить аналогию дифференциальных уравнений, описывающих тепло- и массообмен, а также чисел подобия. Теплогенерирующие установки 2.1.1. Котельные установки Приступая к изучению данного раздела, студент должен уяснить, что современный котельный агрегат - это сложное устройство, состоящее из большого количества элементов различного назначения. Разобраться в этом вопросе надо по схемам котельных установок и их описаниям, приведённым в учебниках. Затем следует ознакомиться с основными характеристиками котельных агрегатов, с направлением развития котельной техники. Изучение топок следует начинать с принципиальных схем топочных устройств, после чего приступать к изучению их конструктивных особенностей. В настоящее время ручные топки уступили место механизированным слоевым топкам, поэтому основное внимание необходимо сконцентрировать на разборе конструкции последних. Вопросы пылепри-готовления и камерного сжигания необходимо изучать комплексно. Здесь надо иметь в виду широкое распространение в отечественной энергетике каменных топок с мельницами, на изучение которых следует обратить особое внимание. Когда принцип работы и конструктивная сторона топок усвоены, необходимо перейти к сравнительному анализу их типов и конструкций, уяснить области применения каждого типа по роду топлива и производительности котельного агрегата. В заключение необходимо сравнить технические и экономические показатели работы топок.
Наиболее экономичными видами топлива являются природный газ и мазут. Поэтому следует ознакомиться с устройством горелок для газа и форсунок для мазута, с их классификацией и принципом действия, а также с особенностями камерных топок для сжигания газа и мазута. При работе над темой «Котлоагрегаты» необходимо уяснить сущность процесса парообразования в котле. При разборе вопроса об энергетических типов котлов основной упор должен быть сделан на разбор вертикально - водотрубных котлов, выпускаемых в настоящее время. На тепловых электрических станциях чаще всего устанавливают котлы большой паропроизводительности с естественной циркуляцией и прямоточные. При изучении конструкции котлов и их работы следует обратить особое внимание на котлы, применяемые в сельском хозяйстве, а именно: на котлы-парообразователи типа KM, KB, Д-721 производительностью 100-800 кг пара в час, а также на котлы типа ДКВР паропроизводительностью от 2, 5 до 20 т/ч, которые в настоящее время успешно применяются. В сельском хозяйстве находят применение также и чугунные секционные водогрейные котлы типа «Универсал», «Энергия», «Тула» и др. При изучении теплового расчёта котельного агрегата особое внимание надо обратить на методику составления его теплового баланса и расчёта теплообмена в топке. Следует запомнить, что общий коэффициент теплоотдачи и коэффициента теплоотдачи лучеиспусканием. Необходимо знать, какая разница между определением коэффициента теплопередачи для испарительной части котлоагрегата, пароперегревателя, водяного экономайзера и воздухоподогревателя и чем эта разница обусловлена. Разбирая вопросы теплообмена в топке и газоходах котельного агрегата, следует проанализировать пути интенсификации передачи тепла, а также причины, ограничивающие рост коэффициента теплопередачи в различных поверхностях нагрева. Запоминать эмпирические расчётные формулы студенту не обязательно. Теплогенераторы
Теплогенераторы широко используются в сельском хозяйстве для отопления и вентиляции животноводческих, птицеводческих, производственных помещений. Ознакомьтесь с устройством теплогенераторов, их типами и краткими характеристиками. Обратите внимание на устройство топливной системы, тягодутьевые устройства, горелки для сжигания газообразного и жидкого топлива, систему автоматики управления, технику безопасности при эксплуатации теплогенераторов. Наряду с теплогенераторами находят применение и газовые водонагреватели, и газовые отопительные приборы. Рассмотрите типы этих приборов, их назначение и область применения, устройство и работу.
4) Определим температуры стенки со стороны газов и воды
При наличии накипи 1) Термическое сопротивление накипи
2) коэффициент теплоотдачи
3) Удельный тепловой поток q=К(t1-t2); q=63289 Вт/м2 4) Температура стенки
5) Температура накипи со стороны воды
4) Определим критерий Нуссельта Nu для теплоотдачи горизонтальной трубы при свободном движении двухатомного газа 5) Определим коэффициент теплоотдачи а
6) Определяем потерю тепла трубой по уравнению Ньютона - Рихмана
Задача 5.
Тепло дымовых газов передаётся через стенку котла кипящей воде. Температура газов t1 =1100°, воды t2 =150°, толщина стенки δ с=1мм, Толщина накипи δ H =5мм. Коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке а1 =104, 67 Вт/(м К) и от стенки к воде а 2 =4652 Вт/(м К), стенка плоская. Коэффициенты теплопроводности стали λ с =58 Вт/(мК), накипи λ н =1 Вт/(м К). Решение: 1). Определим термические сопротивления от газов к стенке R1 =1/а1 =0, 0096 м 2 К/Вт от стенки к кипящей воде R 2 =l/a2 =0, 00021 м 2 К/Вт стальной стенки R 3 =δ с /λ с =0, 00002 м3 К/Вт 2) Определим коэффициент теплопередачи 3) Удельный тепловой поток через стенку q=K(t1-t2), q= 101, 758 ( 1100-150 ) = 96670 (Вт/м 2 ) = 96, 67 кВт/м2
Компрессорные машины
Компрессорные машины предназначены для перемещения сжимаемых и несжимаемых жидкостей и повышения их давления до требуемого; для этого жидкостям сообщается дополнительная энергия от постороннего источника. Ознакомьтесь с классификацией компрессорных машин по виду используемой в них жидкости (несжимаемой и сжимаемой) и по условиям сообщения сжимаемым жидкостям (газам) дополнительной энергии. Поршневые компрессоры представляют собой машины, предназначенные для сжатия газов и передаче их потребителям. Изучите устройство и принцип работы поршневого компрессора, его действительную индикаторную диаграмму, определение КПД компрессора, работы, расходуемой на сжатие газа; при этом надо уметь вычислять подачу компрессора и потребную мощность для его привода. В тех случаях, когда требуется получение высокого давления газа, применяют многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением газа после каждой ступени компрессора. Ознакомьтесь с условиями эксплуатации и правилами техники безопасности на компрессорных станциях. Изучите также принцип работы многоступенчатых центробежных и осевых машин: турбовоздуходувок и турбокомпрессоров. Паровые и газовые турбины
Паровая турбина - основной двигатель стационарной энергетики. Чтобы разобраться в сущности рабочего процесса этой тепловой машины, надо начать с изучения ступени турбины, преобразования энергии пара в каналах сопловых и рабочих лопаток, изменениями параметров пара в активной и реактивной ступенях. Нужно изучить происхождение отдельных потерь энергии в ступени, систему относительных и абсолютных КПД, зависимость КПД на окружности колеса от отношения окружной скорости к скорости истечения пара из сопел; эту важную зависимость (график её для различных ступеней) надо хорошо усвоить, так как она определяет многоступенчатую конструкцию современных турбин.
При рассмотрении конструкции нужно обратить внимание на теплофикационные турбины; ознакомиться кратко с системами регулирования, конденсационными устройствами паровых турбин. Газовые турбины и газотурбинные установки. Принцип работы ГТУ и термодинамические показатели их идеальных циклов рассматривались в разделе " Термодинамика". Ознакомьтесь с конструкциями основных узлов современных ГТУ, обратите внимание на отличие газовых турбин от паровых, уясните их достоинства и недостатки. Рассмотрите принципиальные схемы одновальных и многозальных газотурбинных установок. Разберите уравнение теплового баланса газотурбинного двигателя. Тепловые установки При изучении этого раздела следует прежде всего уяснить роль тепловых электростанций и развитием энергетики страны. Доля электроэнергии, вырабатываемой тепловыми электростанциями, в общем энергетическом балансе нашей страны составляет более 80%. Тепловые электростанции разделяют на две группы: паротурбинные конденсационные электростанции (КЭС), вырабатывающие только электрическую энергию, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые осуществляют комбинированную выработку электроэнергии и теплоты. Изучите тепловые схемы, объединяющие все элементы электростанций, при этом нужно обратить внимание на системы регенеративного подогрева питательной воды, а также на вспомогательные системы - водоподготовки, водоснабжения, топливоподачи, золоудаления и золоулавливания. Ознакомьтесь с методом составления теплового баланса, определением КПД и коэффициента использования теплоты топлива на тепловых электростанциях. Студенту необходимо также ознакомиться с принципиальными схемами и технико-экономическими показателями дизельных и газотурбинных электростанций, станций, которые преобразуют энергию расщепления ядер атомов тяжёлых элементов в теплоту и электрическую энергию. Ознакомьтесь со станциями с магнитогидродинамическими (МГД) генераторами, на которых электроэнергия получается путём прямого превращения в неё теплоты без применения движущихся механических деталей и узлов.
Задача 3. Дано: Цикл паросиловой установки Ренкина с параметрами пара |
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-17; Просмотров: 571; Нарушение авторского права страницы
