- •1 Стратегия развития отечественной энергетики.
- •2 Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции. Нагрузочная способность.
- •3 Системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и пароснабжения предприятий. Их назначение. Режимы работы. Требуемые параметры тепла.
- •2.5. Паровые системы теплоснабжения
- •4 Выбор электрических аппаратов, изоляторов, электрических проводов по условиям рабочего (нормального) режима.
- •5 Энергетические обследования и энергоаудит объектов теплоэнергетики и теплотехнологий: задачи, виды, нормативная база.
- •5 Нормативно-правовая и нормативно-техническая база энергосбережения.
- •6 Суточные и сменные графики теплопотребления. Методика определения максимальных, средних и годовых потребностей в теплоте каждым типом потребителей.
- •7 Теплопроводность через плоские, цилиндрические, 1-слойные и многослойные стенки.
- •7 Теплопередача через плоские и цилиндрические стенки. Термическое сопротивление теплопередачи через плоские и цилиндрические стенки. Коэффициент теплопередачи; интенсификация теплопередачи.
- •Цилиндр стенки
- •8 Методы определения потребностей промышленных предприятий в теплоте пара и горячей воды
- •8 Методы регулирования отпуска теплоты из систем централизованного теплоснабжения.
- •9Защита линий электрических сетей от токов коротких замыканий.
- •10 Сушильные установки: назначение, устройство и принцип работы.
- •11 Защита от атмосферного электричества сельскохозяйственных предприятий.
- •12 Теплообменные аппараты: назначение, классификация и принцип работы.
- •13 Классификация, свойства и характеристики теплоносителей.
- •14 Кабельные линии, конструкции, преимущества.
- •15 Магистральные и радиальные схемы электроснабжения сельскохозяйственных предприятий.
- •16 Как проводится консервация котла и выполняется защита от стояночной коррозии?
- •17 Проектирование проводок в производственных и общественных зданиях.
- •18 Виды и краткая характеристика потерь энергии и ресурсов в тепловых сетях.
- •19 Приемники электрической энергии, их основные характеристики.
- •20 Энергосбережение в котельных.
- •21 Вторичные энергоресурсы промпредприятий, используемые для генерации теплоты. Их количество, параметры, доля полезного использования в системах теплоснабжения.
- •22. Выбор сечения проводниковой арматуры (проводов, кабелей и шин) в электрических сетях.
- •24 Компрессорные машины. Назначение, область применения.
- •26 Виды электрических сетей.
- •27 Рабочий процесс газотурбинных установок (гту).
- •28 Надежность электроснабжения сельских потребителей.
- •29 Классификация газотурбинных установок.
- •31 Паровые турбины и их классификация.
- •32 Ректификационные установки: назначение, устройство и принцип работы.
- •33 Назначение, роль и место тепловых двигателей и нагнетателей.
- •34 Автоматизация и дистанционные управления – как средство повышения безопасности труда.
- •35 Параметры состояния газа. Уравнение состояния идеального газа. Первый закон термодинамики. Основные процессы идеального газа.
- •36 Абсорбционные установки: назначение, устройство и принцип работы.
- •37 Различия между идеальным газом и реальными газами. Фазовые переходы. Основные процессы с водяным паром. Использование водяного пара в технике.
- •38 Выпарные аппараты: назначение, устройство и принцип работы.
- •39 Газовые смеси. Влажный воздух и его параметры. Изображение на h-d диаграмме процессов сушки в конвективной сушилке и кондиционирования воздуха.
- •40 Качество электрической энергии.
- •41 Мероприятия по снижению потерь мощности и электроэнергии.
- •42 Равновесие капельной жидкости, движущейся прямолинейно и вращающейся вокруг вертикальной оси.
- •3.8. Равномерное вращение сосуда с жидкостью
- •43 Построение годового графика активной мощности.
- •44 Теория физического подобия. Три теоремы теории подобия. Критерии гидродинамического подобия.
- •45 Регулирование напряжения в электрических сетях.
- •46 Виды и образование скачков уплотнений. Уравнения скачков уплотнений.
- •47 Общие принципы энергосбережения в зданиях и сооружениях.
- •1 Бытовое энергосбережение
- •2 Структура расхода тепловой и электрической энергии зданиями
- •3 Тепловая изоляция зданий и сооружений
- •4 Совершенствование теплоснабжения. Тепловая изоляция трубопроводов.
- •5 Изоляционные характеристики остекления и стеклопакеты
- •48 Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости. В чем состоит геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли.
- •49 Учет энергоресурсов: принципы и требования, предъявляемые к приборам учета тепловой и электрической энергии.
- •50 Поясните основные характеристики газовых потоков: число Маха, коэффициент скорости. Безразмерную скорость.
- •51 Смесительные аппараты: назначение, устройство и принцип работы.
- •53 Закон Фурье; коэффициент теплопроводности. Термическое сопротивление теплопроводности.
- •54 Классификация и параметры паровых и водогрейных котельных. Принцип выбора основного и вспомогательного оборудования.
- •55 Назначение и классификация тэц, используемых в системах теплоснабжения. Принципиальные тепловые схемы тэц.
- •57 Теплообменные аппараты. Уравнения теплового баланса и теплопередачи; средняя разность температур между теплоносителями. Расчет прямоточных и противоточных теплообменников.
- •12.5.Конструкторский и поверочный расчёт теплообменных аппаратов
- •58 Методы анализа травматизма и заболеваемости. Их показатели и прогнозирование.
- •59 Свободная и вынужденная конвекции; физические свойства жидкостей. Числа (критерии) подобия конвективного теплообмена.
- •60 Энергетические, экологические и экономические показатели котельных.
- •62 Требования безопасности к конструкции и эксплуатации теплотехнического оборудования.
- •63 Коэффициент теплофикации и определение его оптимального значения. Использование пиковых водогрейных котлов.
- •64 Назовите основные задачи обслуживания паровых и водогрейных котлов.
- •65 Котельные - основной источник генерации теплоты в системах теплоснабжения. Производственные и отопительные котельные. Их назначение и области рационального использования.
- •66 Требования безопасности к конструкции и эксплуатации сосудов, работающих под давлением.
- •67 Изоляционные конструкции теплопроводов. Методика их теплового расчета. Определение тепловых потерь участка тепловой сети и падения температур теплоносителя по их длине.
- •68 Технические средства безопасности, виды и защита работающих.
- •69 Лучистый теплообмен; законы Планка, смещения Вина, Стефана-Больцмана. Степень черноты тела; закон Кирхгофа и следствие из него.
- •70 Рекуперативные аппараты: назначение, устройство и принцип работы.
57 Теплообменные аппараты. Уравнения теплового баланса и теплопередачи; средняя разность температур между теплоносителями. Расчет прямоточных и противоточных теплообменников.
Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов
Теплообменными аппаратами называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В зависимости от способа передачи теплоты они бывают контактными и поверхностными.
Рис. 12.2. Схема регенератора с неподвижной насадкой
В контактных (смесительных) аппаратах теплообмен осуществляется путем непосредственного соприкосновения и смешения горячей и холодной жидкости. Эти аппараты применяются главным образом для охлаждения и нагревания газов водой или охлаждения воды воздухом. В них теплообмен сопровождается массообменном. Одним из основных параметров, определяющих интенсивность процесса в смесительных аппаратах, является величина поверхности соприкосновения теплоносителей. Для увеличения этой поверхности поступающая в аппарат жидкость распыляется на мелкие капли с помощью специальных форсунок. К смесительным аппаратам относятся скрубберы, градирни, струйные теплообменники.
Поверхностные теплообменные аппараты разделяются на регенеративные и рекуперативные. В регенеративных - теплота горячих газов сначала аккумулируется в теплоемкой насадке (кирпичах, керамической сыпучей массе, металлических листах, шарах). Затем передается нагреваемому газу (воздуху) путем его продувания через горячую насадку. Схема регенератора с неподвижной насадкой приведена на рис. 12.2. Непрерывный процесс теплопередачи между теплоносителями по этой схеме осуществляется с помощью двух регенераторов: когда в одном из них происходит охлаждение горячего теплоносителя, в другом нагревается холодный теплоноситель. Затем аппараты переключаются с помощью клапанов 1 и 2, после чего в каждом из них процесс теплопередачи протекает в обратном направлении.
В рекуперативных аппаратах теплота от горячего теплоносителя передается холодному через разделяющую стенку. К таким аппаратам относятся паровые котлы, подогреватели, конденсаторы.
Схема простейшего кожухотрубного рекуперативного теплообменника приведена на рис. 12.3.
Кожухотрубные теплообменники состоят из пучка труб 3, концы которых закреплены в специальных трубных решетках 2. Пучок труб расположен внутри общего кожуха 1, причем один из теплоносителей A движется по трубам, а другой B — в пространстве между кожухом и трубами (межтрубном пространстве). Движение жидкости в теплообменных аппаратах осуществляется по трем основным схемам: прямотока, противотока и перекрестного тока. В схеме прямотока горячая и холодная жидкость движутся параллельно в одном направлении, а в схеме противотока — в противоположных направлениях. В схеме перекрестного тока движение одного теплоносителя перпендикулярно движению другого. На практике встречаются более сложные схемы, включающие различные комбинации основных схем.
12.5.Конструкторский и поверочный расчёт теплообменных аппаратов
Тепловой расчет теплообменного аппарата может быть проектным, целью которого является определение поверхности теплообмена, и поверочным, в результате которого при известной поверхности нагрева определяются количество передаваемой теплоты и конечные температуры теплоносителей. В обоих случаях основными расчетными уравнениями являются:
уравнение теплопередачи
(12.11)
уравнение теплового баланса, которое при условии отсутствия тепловых потерь имеет вид:
(12.12)
где G — массовый расход теплоносителя, кг/с; i — удельная энтальпия, Дж/кг. Здесь и далее индексы 1, 2 относятся соответственно к горячей и холодной жидкостям, индексы ', " — к параметрам жидкости на входе в аппарат и на выходе из него. Полагая, что cр=const, уравнение теплового баланса можно записать так:
(12.13)
Величина G·ср=С представляет собой полную теплоемкость массового расхода теплоносителя в единицу времени и называется расходной теплоемкостью, или водяным эквивалентом. Из уравнения (12.13) следует:
(12.14)
то есть в теплообменных аппаратах температуры горячей и холодной жидкостей изменяются пропорционально их расходным теплоемкостям. В общем случае температуры жидкостей внутри теплообменника не остаются постоянными. Поэтому уравнение теплопередачи (12.11) справедливо лишь для элемента поверхности теплообмена dF, то есть
Общий тепловой поток через поверхность теплообмена F определяется как интеграл
Коэффициент теплопередачи k в большинстве случаев изменяется вдоль поверхности теплообмена незначительно, и его можно принять постоянным. Тогда
(12.15)
где Δt — среднее значение температурного напора по всей поверхности нагрева.
Рис. 12.4. Характер изменения температур рабочих тел при прямотоке
Для некоторых простых схем теплообменных аппаратов величина среднего температурного напора может быть определена аналитическим путем. Рассмотрим теплообменный аппарат, работающий по схеме прямотока (рис. 12.4).
Тепловой поток, передаваемый через элемент поверхности dF, определится уравнением теплопередачи
(12.16)
При этом температура горячей жидкости понизится на dtж1, а холодной - повысится на dtж2. Следовательно
(12.17)
Отсюда
(12.18)
Изменение температурного напора при этом определится уравнением
(12.19)
где .
получаем
(12.20)
Обозначив tж1—tж2=Δti, перепишем (12.20) в виде:
(12.21)
Интегрируя при постоянных m и k, получаем
(12.22)
где Δt’=t’ж1—t’ж2 и Δt”=t”ж1—t”ж2 температурные напоры на входе и выходе из аппарата.
Перепишем уравнение (12.22) в виде: .
(12.23)
Из (12.13) и (12.14) найдём и .
Подставим найденные значения C1 и C2 в (12.23) и получим:
Тогда
(12.24)
Однако Q=k·F·Δt. Поэтому
(12.25)
Полученное значение температурного напора называется среднелогарифмическим. Точно также выводится формула для среднего температурного напора аппарата с противотоком (рис. 12.5).
Рис. 12.5. Характер изменения температур рабочих тел при противотоке
Зная величины Δt, Q и k, можно вычислить поверхность теплообмена: .
(12.26)
Сравнение средних температурных напоров показывает, что при одинаковых температурах теплоносителей на входе и выходе из аппарата наибольший температурный напор получается в теплообменнике с противотоком, наименьший — с прямотоком. Благодаря большей величине среднего температурного напора рабочая поверхность теплообменника с противотоком оказывается меньшей, чем с прямотоком. Следует отметить, что в тех случаях, когда расходная теплоемкость одного из теплоносителей значительно отличается от другого, или когда средний температурный напор значительно превышает изменение температуры одного из теплоносителей, обе схемы будут равноценны.
При поверочном расчете теплообменников поверхность теплообмена задана.
Известны также начальные температуры жидкостей и их расходные теплоемкости. Искомыми являются конечные температуры и передаваемый тепловой поток. В приближенных расчетах принимают, что температуры рабочих жидкостей изменяются по линейному закону. В точных расчётах используют метод последовательных приближений. Сущность этого метода заключается в следующем. Задаются температурой t”ж1 горячей жидкости на выходе из теплообменного аппарата и из (12.13) находят передаваемый тепловой поток и температуру t”ж2 холодной жидкости на выходе из теплообменного аппарата.
(12.27)
Затем определяют значение Q из (12.24). Если значение Q, определённое из (12.24), оказывается большим его же значения, рассчитанного с помощью выражения (12.13), значение t”ж1 уменьшают и повторяют расчёт. В противном случае t”ж1 увеличивают и снова повторяют расчёт. Эту процедуру продолжают до тех пор, пока последующее значение Q не будет отличаться от предыдущего на некоторую заранее заданную величину. Например, на величину, не превышающую одного процента предыдущего значения Q.