Термодинамические процессы в системах теплогазоснабжения и вентиляции - две последние цифры зачетки 83
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное Государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра Санитарно-технических систем
Методические указания по выполнению курсовой работы
дисциплины
Термодинамические процессы в системах ТГВ
Направление подготовки: 270800 - СТРОИТЕЛЬСТВО
Профиль подготовки: Теплогазоснабжение и вентиляция
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная, заочная и сокращенная
Тула 2012 г.
Методические указания по выполнению курсового работы составлены доцентом кафедры СТС Марковой Т.А. и обсуждены на заседании кафедры СТС Горно-строительного факультета
протокол №___ от "___"____________ 20___ г.
Зав. кафедрой________________Р.А. Ковалев
Методические указания по выполнению курсового работы пересмотрены и утверждены на заседании кафедры СТС Горно-строительного факультета
протокол №___ от "___"____________ 20___ г.
Зав. кафедрой________________Р.А. Ковалев
СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ 3
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 4
1. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 4
1.1. Исходные данные 4
2. Методические указания по выполнению курсовоЙ РАБОТЫ 5
2.1. Простой цикл ПТУ 5
2.2. Цикл ПТУ с вторичным перегревом пара 6
2.3. Цикл ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды в смешивающих подогревателях 7
2.4. Анализ влияния вторичного перегрева и регенерации на тепловую экономичность циклов ПТУ 8
9
2.5. Цикл ПТУ с вторичным перегревом пара и регенеративным подогревом питательной воды 10
2.6. Цикл ПТУ с оборами пара на тепловой потребитель и регенеративный подогрев питательной воды 10
10
3. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ 11
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 12
Основная литература 12
Дополнительная литература 12
Приложение 1 13
Приложение 2 13
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Студент, руководствуясь программой курса и методическими указаниями, изучает материалы учебника и учебных пособий и выполняет курсовую работу. В период экзаменационной сессии по наиболее сложным вопросам препо-
даватели читают лекции.
Курс "Техническая термодинамика" является базовым для студентов направления СТРОИТЕЛЬСТВО профиля Теплогазоснабжение и вентиляция. Необходимо разобраться в основных понятиях и определениях, понять ход математических выводов той или иной формулы, разобраться в физической сущности процесса.
При изучении теоретического материала и при решении задач необходимо обращать особое внимание на размерности величин, подставляемых в формулы. Следует помнить, что проверка размерностей в математических выкладках помогает выявить возможные ошибки, а размерность всякой величины отражает ее физический смысл.
При выполнении курсовой работы студенты должны научиться правильно пользоваться справочной литературой, как то: таблицами теплофизических свойств веществ, термодинамических свойств воды и водяного пара; различными диаграммами, например hs-диаграммой водяного пара, которая широко применяется в расчетах процессов в паровых котлах и турбинах.
Для лучшего усвоения материала курса рекомендуется составлять конспект по каждой теме.
1. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
1.1. Исходные данные
Провести расчет и анализ тепловой экономичности циклов паротурбинных установок (ПТУ) при следующих исходных данных: электрическая мощность на клеммах генератора , давление и температура пара перед турбиной и , давление пара в конденсаторе , давление и температура на выходе из вторичного паропереревателя и , число смешивающих регенеративных подогревателей n.
Исходные данные взять согласно Вашему варианту из табл. 1 (подробное пояснение дано после таблицы).
Таблица 1
Варианты задания
Вариант Вашего задания определяется двумя последними цифрами номера Вашей зачетной книжки.
Образец — например, номер Вашей зачетной книжки 297009. Вариант Вашего задания 09. По этому набору чисел из табл. 1, подставляя цифру 9 в колонку "Число", находят свои исходные данные в колонке №1, а подставляя цифру 0, берут исходные данные в колонке №2. По этому алгоритму для варианта 09 получаются следующие исходные данные:
из колонки №1 при числе 9 берутся
Из колонки №2 по числу 0 берутся:
2. Методические указания по выполнению курсовоЙ РАБОТЫ
2.1. Простой цикл ПТУ
Исходными данными являются величины: . В графической части курсового проекта изобразить принципиальную схему ПТУ и ее цикл в T,s- и h,s-диаграммах. Изображение цикла в T,s- и h,s- диаграммах выполнить без соблюдения масштаба, но в качественном соответствии с исходными данными.
Для идеального (без внутренних потерь) цикла ПТУ определить:
1) количество теплоты, расходуемой на 1 кг рабочего тела:
а) количество теплоты на нагрев воды до температуры кипения (в экономайзере ,
б) количество теплоты на процесс парообразования (в испарительной поверхности ),
в) количество теплоты на перегрев пара (в пароперегревателе ),
г) общее количество подведенной теплоты ,
д) количество теплоты, отданной паром охлаждающей воде в конденсаторе ;
2) удельные работы: турбины , насоса , цикла в кДж/кг;
3) термический КПД цикла с учетом и без учета работы насоса , , удельные
расходы пара и теплоты и на выработанный кВт⋅ч;
4) параметры пара на выходе из турбины и воды за насосом.
Изобразить реальный цикл ПТУ в T,s- и h,s-диаграммах на том же рисунке, где изображен идеальный цикл.
Для реального (с внутренними потерями) цикла ПТУ при заданных: внутренним относительным КПД турбины , адиабатным коэффициентом насоса , механическим КПД , генератора , определить:
1) удельные: подведенную и отведенную теплоту цикла, работу турбины
, работу насоса , работу цикла ;
2) внутренний абсолютный КПД цикла с учетом работы насоса;
3) электрический КПД , расход пара на турбину в кг/с при ее заданной элек-
трической мощности, удельные расходы пара , кг/(кВт⋅ч) и теплоты , кДж/(кВт⋅ч) на отпущенную электрическую работу;
4) параметры пара на выходе из турбины и воды за насосом.
После выполнения расчетов результаты заносятся в сводную табл. 2.
2.2. Цикл ПТУ с вторичным перегревом пара
В графической части изобразить принципиальную схему установки и ее цикл в T,s- и h,s-диаграммах (идеальный и реальный на одной диаграмме).
Исходные данные для расчета: (остаются прежними), и берутся из табл. 1 согласно варианту задания. Давление вторичного перегрева пара определяется по одному из нижеприведенных способов:
1. Если давление вторичного перегрева пара задано в долях от , то оно известно;
2. Если давление вторичного перегрева пара задано в виде , то оно определяется методом вариантных расчетов как оптимальное по максимальному термическому КПД цикла ПТУ. Для этого в интервале давлений и при постоянной температуре вторичного перегрева производится расчет термического КПД цикла для 5-7 значений давлений вторичного перегрева пара . Строится график зависимости и по максимуму КПД определяется .
Внутренние относительные КПД части высокого и низкого давлений турбины принять: , , коэффициенты остаются прежними: адиабатный коэффициент насоса , механический КПД , КПД генератора .
Для идеального и действительного циклов ПТУ с вторичным перегревом пара определить:
1) удельные: работу турбины и , работу насоса и , работу цикла и , подведенную , и отведенную , теплоту идеального и реального циклов;
2) термический и внутренний абсолютный КПД цикла с вторичным пере-
гревом пара (работу насоса учитывать);
3) удельный расход пара , в кг/(кВт⋅ч), удельный расход теплоты , в кДж/(кВт⋅ч) и расход пара на турбину в кг/с при ее электрической мощности ;
4) параметры пара на выходе из турбины и воды за насосом.
После выполнения расчетов результаты заносятся в сводную табл. 2.
2.3. Цикл ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды в смешивающих подогревателях
Исходными данными являются величины: (остаются прежними), n – число регенеративных подогревателей, берется из табл. 1 согласно варианту задания.
Для реального (с внутренними потерями) цикла ПТУ, как и для простого цикла, принять: внутренний относительный КПД турбины , механический КПД , КПД генератора .
Изобразить принципиальную схему установки и ее цикл в диаграммах T,s, h,s (идеальный и реальный на одной диаграмме) и h,D (диаграмма расхода для турбины). Процессы в насосах не изображать (расчет будет выполняться без учета работы насосов).
Согласно варианту задания (см. табл. 1) определить давление пара, отбираемогоиз турбины на регенеративные подогреватели:
1. Если число отборов , то оптимальное давление отбора пара из турбины
определяется методом вариантных расчетов термического КПД цикла при нескольких значениях давлений отбора пара на регенерацию, принятых в интервале от до , не менее 5 точек. По результатам этих расчетов строится график зависимости термического КПД цикла от температуры насыщения воды за подогревателем в интервале . По максимальному значению определяется оптимальное давление пара, отбираемого из турбины в регенеративный подогреватель, как . Полученное значение сравнить со значением , полученным расчетом при условии равномерного подогрева питательной воды в каждом подогревателе и экономайзере, результаты сравнения проанализировать.
2. Если число подогревателей , то давления отбираемого из турбины пара
и определяются из условия равномерного подогрева воды в каждом регенеративном подогревателе и экономайзере.
При расчете данной схемы работу насосов не учитывать.
Для идеального и действительного цикла ПТУ с регенеративным подогревом питательной воды (без учета работы насосов) определить:
1) доли отбираемого из турбины пара на регенеративный подогрев питательной
воды: и ;
2) удельную работу турбины и ;
3) удельные подведенную теплоту от внешнего источника , и отведенную
теплоту , ;
4) термический и внутренний абсолютный КПД цикла ПТУ;
5) удельный расход пара , в кг/(кВт⋅ч) и теплоты , в кДж/(кВт⋅ч) и пол-
ный расход пара на турбину при заданной электрической мощности ;
6) параметры воды за подогревателем и параметры пара на выходе из турбины.
После выполнения расчетов результаты заносятся в сводную табл. 2.
2.4. Анализ влияния вторичного перегрева и регенерации на тепловую экономичность циклов ПТУ
По результатам расчетов циклов ПТУ (см. табл. 2) провести анализ полученных данных и сделать выводы о термодинамической экономичности данных циклов ПТУ.
Анализ выполняется путем сравнения результатов расчета простого цикла с циклом с вторичным перегревом пара и регенеративным циклом. Анализируется каждая строчка табл. 2. На основании анализа дать выводы о целесообразности применения вторичного перегрева пара и регенерации. Выводы подтвердить увеличением показателей термодинамической экономичности рассматриваемых циклов (в относительных величинах).
Таблица 2
2.5. Цикл ПТУ с вторичным перегревом пара и регенеративным подогревом питательной воды
Исходные данные для расчета: (такие же, как в
разделе 2.2), отбор пара на смешивающий регенеративный подогреватель из ЧВД турбины принять при давлении .
Задание 1
Изобразить схему ПТУ при заданных условиях и ее действительный цикл в T,s- и h,s-диаграммах.
Определить: удельную работу турбины и подведенную теплоту , внутренний абсолютный КПД цикла (без учета работы насосов).
Задание 2
Провести такие же расчеты при наличии второго регенеративного отбора пара из турбины при давлении .
Работу насосов в расчетах не учитывать.
Изобразить схемы установок и их действительные циклы в T,s- и h,s-диаграммах.
Сделать выводы о наиболее экономичной схеме.
2.6. Цикл ПТУ с оборами пара на тепловой потребитель и регенеративный подогрев питательной воды
Паротурбинная установка с вторичным перегревом пара имеет два отбора: 1-й на тепловой потребитель из ЧВД при давлении ; 2-й – на регенеративный смешивающий подогреватель из ЧНД при давлении .
Исходные данные: (такие же, как в разделе 2.4
для задания 2). Расход пара на турбину взять из расчета цикла с вторичным перегревом пара (раздел 2.2). Расход пара на тепловой потребитель принять равным . Считать, что конденсат от теплового потребителя возвращается в ПТУ в состоянии насыщения и в полном объеме ().
Изобразить схему установки и ее цикл в T,s- и h,s-диаграммах (процессы в насосах не показывать). Выбор места возврата конденсата в ПТУ сделайте самостоятельно, исходя из схемы с наибольшей тепловой экономичностью. Обоснуйте принятое решение.
Определить: количество пара, идущего на регенерацию , мощность турбины и нагрузку (мощность) теплового потребителя , внутренний абсолютный КПД цикла ηi (без учета работы насосов), коэффициент использования теплоты топлива , коэффициент выработки электроэнергии на тепловом потреблении.
3. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа выполняется на стандартных листах формата А4, все страницы, кроме первой, должны быть пронумерованы.
На титульном листе указываются: наименования агенства по образованию, университета, кафедры, название курсового проекта, кто выполнил, кто проверил, год.
Работа должна содержать: задание, в котором указывается номер варианта (шифр), исходные данные для расчета и цель работы, собственно расчетную часть, соответствующую разделам задания 2.1 – 2.6, список использованной литературы, содержание с указанием страниц разделов.
Расчетная часть каждого раздела должна иметь исходные данные, схему (схемы) ПТУ, изображение циклов ПТУ в диаграммах T,s и h,s, описание определения каждого параметра и величины с обязательным указанием их размерностей. Расчетное выражение каждой величины должно быть представлено формулой, численными значениями величин, входящими в формулу, и результатом. Графические зависимости для определения оптимальных параметров и должны изображаться в масштабе соответствующих осей координат, с фиксацией по осям координат оптимальных величин давлений и КПД.
Необходимо выполнить все пункты каждого раздела задания в той последовательности, в которой они указаны. Пункты, касающиеся анализа схем и их тепловой экономичности, необходимо сопровождать численным материалом расчетов, а сопоставление величин (больше, меньше на …) давать в относительных процентах.
Выводы о преимуществах одной схемы по сравнению с другой должны основываться не только на констатации факта большего КПД, но и на объяснении с помощью расчетных величин, чем это обусловлено.
Вся графическая часть курсового проекта должна быть оформлена на листах А4 с правилами ЕСКД.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная литература
-
Елагин М.Ю.Термодинамика открытых систем/ М.Ю. Елагин; ТулГУ.-Тула: Изд-во ТулГУ, 2011.-310с.
-
Елагин М.Ю.Термодинамика открытых систем: учебное пособие/ М.Ю. Елагин; ТулГУ.-Тула: Изд-во ТулГУ, 2008.-144с.
-
АрхаровА.М. Теплотехника: учебник для вузов/А.М. Архаров и др.; под ред. А.М.Архарова, В.Н. Афанасьева.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.-712с.
-
Луканин В.Н. Теплотехника: учебник для вузов/ В.Н. Луканин и др., под ред. В.Н. Луканина.-4-е изд., испр.-М.: Высшая школа, 2003.-671с.
Дополнительная литература
-
Кудинов В.А. Техничекая термодинамика: Учебное пособие для втузов/ В.А. кудинов.-3-е изд., испр.-М.: Высшая школа, 2003.-261с.
-
Брюханов О.Н. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики.: учебник для средних специальных учебных заведений/ О.Н. Брюханов, В.И. Коробко, А.Т. Мелик-Аракелян.-М.:ИНФРА-М.2004.-253с.
-
Хрусталев Б.М. Техническая термодинамика.: учебник в 2ч.,ч.1/Б.М. Хрусталев, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк.-Минск: Технопринт, 2004.-487с.
-
Глаголев К.В. Физическая термодинамика: учеб. пособие для вузов/К.В. Глаголев, А.Н. Морозов.-М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2004.-272с.
-
Луканин В.Н. Теплотехника: учебник для вузов/ В.Н. Луканин и др., под ред. В.Н. Луканина.-5-е изд., стер.-М.: Высшая школа, 2006.-671с.
-
Пригожин И. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур/ И. Пригожин, Д. Конделуди. пер. с англ. Ю.Д. Данилова, В.В. Белого, под ред. Е.П. Агеева.-М.: Мир, 2002.-461с.
-
ГончаровС.а. Термодинамика: Учебник для вузов/ С.А. Гончаров.-2-е изд. стер.-М.: Изд-во МГГУ, 2002.-440с.
-
Зарубин В.С. Математические модели термомеханики/ В.С. Зарубин, Г.Н. Кувырин.-М.: Физматлит.2002.-168с.
-
ИсаевС.И. Термодинамика: Учебник для техникумов и вузов/С.И. Исаев.-3-е изд. перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.-416с.
-
Базаров И.П. Термодинамика: учебник/ И.П. Базаров.-5-е изд., стер.- СПб; М.; Краснодар: Лань, 2010.-377с.
Приложение 1
Приложение 2
|
