Расчет теплопередачи со сложным теплообменом на поверхностях
Порядок решения задачи 1. Представить цикл в P-v и h-s- диаграммах. 2.Привести схему установки и нанести узловые точки цикла на схему. Указать назначение каждого процесса (1-2, 2-3 и т.д.), его характер (адиабатный, изобарно-изотермический) и т.д.). 3. Определить параметры p, t, h, s, x в узловых точках цикла с использованием рис.4 таблиц [3] и занести в табл.4 Рассчитать подводимую теплоту (q1), отводимую теплоту (q2), работу турбины (lт), работу насоса (lн), работу цикла (l), термический КПД цикла (ηt). 5. Показать цикл Карно в p-v и T-s – диаграммах для интервала давлений р5÷р6. Сравнить термический КПД цикла Ренкина (ηt) с термическим КПД цикла Карно (ηtк). 6. Ответить на вопросы: - Почему цикл Карно не используется в паротурбинной установке? - Как зависит термический КПД цикла Ренкина (ηt) от параметров пара на входе в турбину p5, t5, от давления в конденсаторе p6?
Способы повышения КПД паротурбинных установок Такими способами являются: применение промежуточного перегрева пара (задача № 1), регенерации тепла (задача № 2), а также совместная выработка электроэнергии и тепла на теплофикационных паротурбинных установках (задача № 3). При решении данных задач представляется возможность разобраться с системой КПД для оценки эффективности реальных циклов паротурбинных установок. Решение данных задач не обязательно, но желательно в целях повышения уровня знаний по дисциплине.
Рис.5 Рис 6 На рис. 5. и 6. представлены схема и цикл паротурбинной установки с промежуточным перегревом пара. Дано:параметры пара перед СВД: р1 = 100 бар, t1=550 оС; параметры пара на входе в СНД: p3=30 бар, t3=t1; давление пара в конденсаторе p4=0,04 бар; КПД парового котла ηпк=0,9, внутренний относительный КПД обеих ступеней турбины одинаков ηoiτ=0,85, механический КПД ηм=0,98, КПД электрического генератора ηr=0,99. Обозначения: ПК – паровой котел, П-пароперегреватель, ПП – промежуточный пароперегреватель, СВД, СНД – ступени высокого и низкого давлений турбины, К – конденсатор, ЭГ – электрический генератор, Н – насос. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам действительного цикла (рис. 2.6.). Рассчитать: - значения энтальпий (h) в узловых точках обратимого и действительного циклов; - термический КПД обратимого цикла (ηt), внутренний КПД действительного цикла (ηi), электрический КПД (ηэ) турбогенераторной установки; - потери тепла в паровом котле (qпотпк), в конденсаторе (qпотк ); - механические потери в ступенях турбины (l τпот.мех); - потери в генераторе электрического тока (l τпот). Записать уравнение теплового баланса и проверить тождество. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы. Задача № 2 На рис. 7 и 8 представлены схема и регенеративный цикл паротурбинной установки с одним отбором пара в смешивающий подогреватель.
Рис.7 Рис.8 Обозначения: ПК – паровой котел, П-пароперегреватель, Т – паровая турбина, ЭГ – электрогенератор, К – конденсатор, ПВ – подогреватель воды, Н – насос. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла, представленного в T-s- диаграмме. Дано:параметры пара перед турбиной: р1 = 140 бар, t1=550 оС; давление пара в конденсаторе p3=0,04 бар; давление отбора пара из турбины р2=р5=6 бар. Рассчитать: подводимую теплоту (q1), отводимую теплоту (q2), термический КПД обратимого регенеративного цикла (ηtрег). Рассчитать термический КПД (ηt) цикла без регенерации (1-3-4). Сравнить с термическим КПД регенеративного цикла (ηtрег). Задача № 3 На рис. 9 и 10 представлены схема и цикл теплофикационной паротурбинной установки с регулируемым отбором пара.
Рис. 9 Рис. 10 Обозначения: ПК – паровой котел, П-пароперегреватель, Т – паровая турбина, ЭГ – электрогенератор, ПТ – потребитель тепла, К – конденсатор, ПБ– питательный бак, Н – насос. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла, представленного в T-s- диаграмме. Дано:параметры пара перед турбиной: р1 = 180 бар, t1=550 оС; давление отбора пара p2=9 бар; давление пара в конденсаторе р3=0,04 бар; расход пара, поступающего на турбину, G=280 кг/с; расход пара, направляемого потребителю Gотб=160 кг/с; температура возвращаемого потребителем конденсата tк=100 оC при давлении p2=9 бар. Рассчитать: - значения энтальпий в узловых точках цикла; - теоретическую мощность обратимого цикла (Nt, кВт); - теплоту, переданную потребителю (Qпотр, кВт); - подводимую теплоту в обратимом цикле (Q1, кВт); - коэффициент использования тепла (К) обратимого цикла теплофикационной паротурбинной установки; - термический КПД обратимого цикла без теплофикационного отбора пара (ηt). Рассчитать: - значения энтальпий в узловых точках цикла; - теоретическую мощность обратимого цикла (Nt, кВт); - теплоту, переданную потребителю (Qпотр, кВт); - подводимую теплоту в обратимом цикле (Q1, кВт); - коэффициент использования тепла (К) обратимого цикла теплофикационной паротурбинной установки; - термический КПД обратимого цикла без теплофикационного отбора пара (ηt). Сравнить коэффициент использования тепла (К) теплофикационного цикла с термическим КПД (ηt) цикла без теплофикационного отбора пара и сделать выводы. Задача № 5 По стальному теплоизолированному трубопроводу, расположенному на открытом воздухе, передается горячий теплоноситель. Толщина стенки трубы δ=3мм, коэффициент теплопроводности стали λ=50 Вт/(м· К). Температура окружающего воздуха t ж=20 оC, коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху α=10Вт/м2·К. остальные данные. Необходимые для расчета: внутренний диаметр трубы (d1), температура на внутренней поверхности стальной трубы (t1), толщина слоя изоляции (δиз) и коэффициент теплопроводности изоляции (λиз) даны в табл.9 по вариантам. Рассчитать: - температуру на поверхности изоляции(tиз). - температуру наружной поверхности стальной трубы (t2), - суточную потерю тепла на участке трубы длиной 100м (Q,Дж). Ответы выделить. Изобразить схематически график распределения температур по толщине стенки трубы и по толщине изоляции.
Задача № 5 Шаровой калориметр из мрамора диаметром d=50 мм с начальной температурой tн охлаждается на открытом воздухе с температурой tж. Свойства мрамора: коэффициент теплопроводности λ=3,5 Вт/(м К), удельная теплоемкость с=920 Дж/(кг К), плотность ρ=2800 кг/м3. Постоянный коэффициент теплоотдачи в процессе охлаждения (α) и другие исходные данные приведены в табл. 14 по вариантам. Определить, через какое время (τ1,с) температура в центре шарового калориметра (tц) достигнет заданного значения. Какая температура в этот момент времени будет на поверхности шарового калориметра (tп)? Изобразить график распределения температуры по диаметру вала для моментов времени τ=0, τ= τ1, τ1=∞. Определить полное количество тепла (Qп, Дж), отданное шаровым калориметром в процессе его охлаждения. Таблица5
Задача № 5 Труба горячего воздуховода наружным диаметром d1 = 160 мм для уменьшения теплопотерь помещена в цилиндрический кожух внутренним диаметром d2 = 200 мм. Между трубой и кожухом находится спокойный воздух. Температура наружной поверхности воздуховода t1 и температура внутренней поверхности кожуха t2 даны в табл.5 по вариантам. Рассчитать теплопотери через цилиндрическую прослойку воздуха для 1м длины воздуховода (ql, Вт/м). Учесть теплообмен излучением между поверхностями воздуховода и кожуха, приняв степени черноты ε1= 0,94, ε2 = 0,532. Таблица5
Задача № 5 Кипящая вода движется по трубе со скоростью (w). Температура внутренней поверхности трубы (tс), давление (ρ), скорость воды (w), внутренний диаметр трубы (d) приведены в табл.15 по вариантам. Рассчитать средний коэффициент теплоотдачи ( ) от поверхности трубы к кипящей воде. Таблица 15
Рассчитать плотность потока тепла (q, Вт/м2) передаваемого излучением, от дымовых газов к поверхности труб пароперегревателя парового котла. Трубы расположены в шахматном порядке, наружный диаметр труб d, продольный и поперечный шаги s1=s2=2d. Дымовые газы содержат 4 % водяных паров (Н2О) и 10 % углекислого газа (СО2) по объему. Общее давление газов ро=1 ат. Степень черноты поверхности труб εс=0,8. Наружный диаметр труб (d), температура их поверхности (tс), средняя температура дымовых газов ( ) даны в табл. 20 по вариантам. Таблица 20
Задача № 5 Трубчатый испаритель воды обогревается дымовыми газами. Давление воды р, температура воды на входе в испаритель равна температуре насыщения (ts) при давлении р, на выходе – сухой насыщенный пар. Давление воды (р), температура дымовых газов на входе (t1') и на выходе из испарителя (t1''), а также расход газов (G1) даны в табл. 25 по вариантам. Принять средний коэффициент теплопередачи от пара к воде через стенку трубы К=70 Вт/(м2 ·К). потерями тепла в окружающую среду пренебречь. Определить расход воды (G2, кг/с) и площадь поверхности теплообмена испарителя (F, м2). Представить график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Таблица 25
Расчет теплопередачи со сложным теплообменом на поверхностях Рекомендуется разобраться с данной темой на примере задач № 1 и № 2. Решение данных задач необязательно, но желательно в целях повышения уровня знаний по данной дисциплине. Задача № 1 Рассчитать теплопотери (Q, Вт/м) через стенку горячей горизонтальной трубы в окружающую среду (к спокойному воздуху). Диаметр трубы d2/d1=150/140 мм, коэффициент теплопроводности стали λс=50 Вт/(м·К), температура на внутренней поверхности трубы t1 = 90 оС, степень черноты наружной поверхности трубы εс=0,9, температура воздуха tж =10 оС. Задача № 2 Рассчитать теплопотери (Q, Вт/м) из помещения в окружающую среду через оконный проем с двойным стеклом (рис. 1.) Рис. 1 Температуры на поверхностях стекла: t1 = 10 оС, t4 = -20 оС; толщина стекла δс= 3 мм, ширина воздушного зазора между стеклами δ= 15 см. Площадь поверхности оконного проема F= 2 · 1,5 м2. Степень черноты стекла εс = 0,937, коэффициент теплопроводности стекла λс = 0,74 Вт/(м ·К). Задача № 5 Трубный пучок с коридорным расположением стальных труб омывается поперечным потоком дымовых газов. Наружный диаметр труб (d), скорость (w) и средняя температура воздуха ( ) даны в табл.5 по вариантам. Температура наружной поверхности труб tс= 90 оС. Продольный и поперечный шаги трубного пучка s1=s2=2d.Число рядов n= 10, число труб в ряду m= 20, длина труб l = 6м. Определить средний коэффициент теплоотдачи для коридорного пучка ( ) и конвективный тепловой поток (Q, Вт), передаваемый от газов к поверхности труб. Таблица 10
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (911)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |