Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Новгородский Государственный университет имени Ярослава Мудрого
А.Г. МУРАВЬЁВ
Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях.Сборник задач.
Методическое пособие по практическим занятиям
для студентов специальности 140104 “Промышленная теплоэнергетика”
Великий Новгород
2011
УДК 621.316 Печатается по решению
К РИС НовГУ
Р е ц е н з е н т
канд. технических наук, доцент В. М. Калашников
Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Сборник задач:
Метод. пособие / Авт. – сост. А.Г.Муравьев; НовГУ им. Ярослава Мудрого Великий Новгород, 2011.
В методическом пособии изложены рекомендации по решению задач и приводятся задачи для самостоятельного решения по дисциплине «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях».
Тематика задач соответствует требованиям и содержанию программы подготовки инженера-промтеплоэнергетика, установленных Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования Российской Федерации.
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальности 140104 "Промышленная теплоэнергетика".
© Новгородский государственный
университет, 2011
© Муравьев А.Г. 2011
Введение
Целью выполнения практических заданий является закрепление теоретических знаний, полученных студентом при изучении курса, и использование этих знаний при решении практических задач на производстве.
В данном методическом пособии приведены задачи, целью которых является оценка потенциала энергосбережения на промышленных объектах, включая промышленные котельные, системы теплоснабжения, теплообменные аппараты, теплопотребляющие технологические установки. Задания учитывают специфику использования энергии в различных технологических процессах. По каждому разделу приведены примеры решения задач или указана последовательность решения задач.
1 Энергосбережение при производстве и распределении энергии и энергоносителей
1.1 Пример решения задач.
Задача 1.1. Определить необходимую площадь поверхности нагрева теплообменного аппарата типа водовоздушного рекуператора для обеспечения степени утилизации теплоты сточных вод, равной 0,8. Сточная вода используется для предварительного нагревания дутьевого (приточного) воздуха. Поверхность нагрева выполнена в виде коридорного пучка оребренных труб. Наружный диаметр труб d = 12 мм; толщина стенки трубы δ = 1 мм; рабочая длина L = 5,2 м; диаметр круглых ребер D = 23 мм; толщина ребра δP = 0,3 мм; cтепень оребрения ψ = 8,2; гидравлический диаметр dЭ = 4,7 мм. Теплопроводность материала ребра λ = 116 Вт/м К. Вода движется по трубам, воздух – в межтрубном пространстве. Число ходов греющего теплоносителя z = 5. Термическим сопротивлением стенки и гидравлическим сопротивлением при повороте воды в трубах пренебречь. Мощность, затрачиваемая на прокачку воды по трубам, не должна превышать 60 Вт. Скорость воздуха принять равной 5 м/с. Начальную температура воды t2’ = 49 0C, воздуха t1’= 6 0C; расход воды G2 = 0,65 кг/с, воздуха G1 = 0,3 кг/с.
Решение
1.Температура воздуха на выходе из аппарата при эффективности теплообменника
,
2. Средняя температура воздуха
3.Теплофизические свойства воздуха при t1:
4. Тепловая мощность аппарата
5. Температура греющего теплоносителя (воды) на выходе из аппарата
Здесь теплоемкость воды взята при средней температуре воды 46,50C. Проверяем значение средней температуры воды
Оно близко к ранее принятому t2 = 46,5 0C, поэтому окончательно
t2 = 47,1 0C.
6. Теплофизические свойства воды при t2 = 47,1 0C:
ρ2 = 985 кг/м3, СР2 = 4180 дж/(кг К), λ2= 0,638 Вт/(м К), ν2=0,669 10-6 м2/с,
Pr2 = 3,6.
7. Мощность, затрачиваемая на прокачку воды по трубам с внутренним диаметром d2 и диной L, может быть рассчитана по формуле
где η = 0,65 − КПД насоса; ΔР = ξ ρ2W22L/2 d2; ΔР − гидравлическое сопротивление. Принимаем, что режим течения воды турбулентный. Тогда коэффициент сопротивления для гидравлически гладких труб ξ = 0,316 Re-0.25 и скорость воды внутри труб равна
8.Число Рейнольдса для воды
9. Число Нуссельта при турбулентном течении воды в трубе
10. Коэффициент теплоотдачи со стороны воды
11.Число Рейнольдса для воздуха
12. Число Нуссельта
13. Коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха
14. Эффективность оребрения:
эффективная высота круглого ребра
комплекс
эффективность одиночного ребра
эффективность ребристой поверхности
15. Коэффициент теплопередачи, отнесенный к внутренней поверхности труб
17. Логарифмический температурный напор между теплоносителями
где Δtб = t′′2 – t′1 = 45,2 – 6,0 = 39,2 0C и Δtм = t′2 – t′′1 = 49,0 – 40,4 = 8,6 0C;
εΔt = 0,95 − поправка на вид относительного движения теплоносителей (для перекрестного тока) при
18. Поверхность теплообмена
