Проблемы тепло- и хладоснабжения

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Кафедра теплохладотехники
Проблемы тепло- и хладоснабжения
Методические указания
для студентов заочного факультета специальности
060800 "Экономика и управление предприятий"
Кемерово 2005
2
Составители:
Л.М. Архипова, Л.В. Лифенцева
Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры теплохладотехники
Протокол № 24 от 16.11.04
Рекомендовано методической комиссией механического факультета
Протокол № 106 от 14.02.05
Методические указания содержат рабочую программу дисциплины «Проблемы теплои хладоснабжения предприятий пищевой промышленности», варианты практических задач,
вопросы для самоподготовки, список литературы.
© Кем ТИПП, 2005
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ........................................................................................
Рабочая программа ...........................................................................
1. Организация изучения дисциплины ...............................................
2. Цель и содержание дисциплины ....................................................
3. Практические занятия ..................................................................
Методические указания к практическим занятиям и контрольной
работе ........................................................................................
1. Определение параметров жидкости и пара по таблицам и
h-s диаграмме ..........................................................................
2. Цикл паросиловой установки (цикл Ренкина). КПД цикла ..................
3. Цикл парокомпрессионной холодильной установки. Холодильный
коэффициент и холодопроизводительность установки ....................
4. Влажный воздух. h-d диаграмма ...................................................
5. Теплопередача. Коэффициент теплопередачи ..................................
6. Теплообменные аппараты.............................................................
7. Теплоснабжение предприятий .......................................................
Выполнение контрольной работы .......................................................
Контрольные вопросы ......................................................................
Список литературы ..........................................................................
Приложение ....................................................................................
4
5
5
5
8
9
9
11
13
15
17
20
22
25
32
34
35
4
ВВЕДЕНИЕ
Предприятия пищевой промышленности потребляют большое количество
тепловой энергии как на горячее водоснабжение, отопление и вентиляцию зданий, так и на технологические нужды.
Кроме этого, целый ряд технологических процессов производства продуктов питания, хранения и транспортировки готовой продукции требуют применения искусственного холода.
Сокращение потребления тепло-и хладоносителей, повышение эффективности использования теплоты и холода – одна из важных каждодневных задач,
стоящих не только перед технологами, но и перед экономической службой
предприятий. Специалистам необходимо знать основные законы термодинамики и теплообмена, уметь правильно формулировать и решать прикладные задачи в целях сокращения расхода теплоты и холода на выработку единицы продукции.
Системы теплоснабжения предназначены для бесперебойного обеспечения предприятий теплом. В качестве теплоносителей используются: горячая
вода, водяной пар, воздух, дымовые газы.
Системы теплоснабжения состоят из источников теплоты, тепловых сетей
и теплоиспользующего оборудования.
Различают централизованные системы теплоснабжения на базе ТЭЦ и автономные системы на базе собственной котельной. Пар и горячая вода обычно
вырабатываются в котельных установках.
Тепловые сети предназначены для передачи теплоносителей к местам потребления.
Системы хладоснабжения на предприятиях пищевой промышленности
предназначены для получения искусственного холода, применяемого для охлаждения, замораживания и хранения продуктов питания. С точки зрения экономики затраты энергии на производство холода существенно выше, чем в производстве теплоты.
Искусственный холод обычно вырабатывается холодильными машинами.
Существуют также безмашинные способы выработки холода, которые основаны либо на испарительном или термоэлектрическом охлаждении, либо на использовании водного льда, сухого льда, льдосоляной смеси.
Проблемы тепло- и хладоснабжения в пищевой промышленности в основном возникают при необходимости повышении экономических показателей
работы предприятий за счет снижения потерь, замены оборудования, использования вторичных энергетических ресурсов (теплоты уходящих газов, вентиляционных выбросов или сбросных вод).
Выбор оптимального режима работы тепло- и хладоснабжающего оборудования – важнейшая технико-экономическая задача. Для ее решения необходимо проанализировать основные показатели работы аппаратов и установок в
технологической схеме, рассматривая баланс энергии тепло- и хладоиспользующего оборудования. Все это предъявляет высокие требования к экономистам,
которые должны знать основы тепло- и хладоснабжения.
5
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛО-И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ
ПРЕДПРИЯТИЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»
по дисциплине «Проблемы тепло- и хладоснабжения предприятий пищевой промышленности»
Организация изучения дисциплины
1.
Согласно учебному плану, дисциплина «Проблемы тепло- и хладоснабжения предприятий пищевой промышленности» изучается один семестр (проводятся две сессии). В течение первой сессии преподается теоретическая часть.
В промежутке между сессиями студенты должны самостоятельно изучить материал, опираясь на прослушанные лекции, выполнить одну контрольную работу. Во вторую сессию проводятся практические занятия, после чего необходимо
сдать зачет.
2.
Цель и содержание дисциплины
Целью изучения дисциплины является получение знаний о характере теплотехнических процессов в пищевых производствах, их физических основах и
методах расчета; о работе применяемого на пищевых предприятиях теплотехнического оборудования и холодильных машин.
Изучение дисциплины опирается на знания, полученные по курсу физики
(теоретические основы термодинамики и теплопередачи).
В результате изучения студент должен уметь анализировать основные
теплотехнические процессы на предприятиях пищевой промышленности, знать
основные балансовые соотношения и уметь находить потери тепловой энергии
и холода.
6
№п/п
1
1.*
2.
3.*
4.*
5.*
6.
7.
*
8.
Наименование и краткое содержание темы
Кол
. час
2
3
Основные проблемы тепло- и хладоснабжения
предприятий пищевой промышленности. Цели и
задачи дисциплины
0,5
Литература
4
[1,Ч.1,с.5–7, 63],
Предмет технической термодинамики и ее методы. Теплоносители, хладагенты и хладоноси[1, Ч.2, с.5–8],
тели. Параметры состояния. Уравнение состоя- − [2, с. 6–11].
ния идеального газа.
Первый закон термодинамики. Внутренняя
[1,Ч.1,с.11–18,
энергия, работа, теплота. Энтальпия, энтропия. 0,25 30–34],
[2, с.19–25].
Термодинамические процессы идеальных газов. Теплоёмкость. Термодинамические p-v и T-s
диаграммы.
Второй закон термодинамики. Прямые и об[1, Ч.1, с. 16–19],
ратные циклы. Термический КПД и холодильный 0,25 [2, с. 19–27].
коэффициент. Цикл Карно.
Реальные газы. Термодинамические таблицы
[1, Ч.1, с.20–23],
водяного пара и хладагентов. p-v; T-s и h-s диа- 1 [2, с. 34–39].
граммы воды и водяного пара. Термодинамические процессы реальных газов.
[1, Ч.1, с. 34–37],
Цикл паросиловой установки. Цикл Ренкина.
Принципиальная схема паросиловой установки. − [2, с. 61–65].
Изображение цикла в p-v, T-s и h-s диаграммах.
Термический КПД цикла.
Холодильные установки. Потребители холода в
[1, Ч.1, с. 37–40],
отрасли. Схема и цикл парокомпрессионной хо- 0,5 [2, с. 200].
лодильной установки. Холодильный коэффициент и холодопроизводительность установки.
Влажный воздух. Основные определения. h-d
[1, Ч.1, с. 25–26],
диаграмма влажного воздуха. Процессы влажно- − [2, с. 41–43].
го воздуха.
Теплообмен. Виды переноса теплоты: теплопро[1, Ч.1, с.42–43],
9. водность, конвекция и излучение. Сложный теп- − [2, с. 69–70].
лообмен.
Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент
[1, Ч.1, с. 43–44,
теплопроводности. Теплопроводность плоской и 0,5 52–53], [2, с. 70–
10.*
цилиндрической стенок.
72, 97–101].
Теплопередача. Коэффициент теплопередачи.
7
1
3
4
2
Конвективный теплообмен. Уравнение Ньюто[1, Ч.1, с.45–48],
на-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи. Тепло- 0,5 [2, с. 77–89].
11.*
отдача при свободном и вынужденном движениях жидкости.
Теплообмен излучением. Общие понятия и
[1, Ч.1, с.48–52],
12. определения. Баланс лучистого теплообмена. Ос- − [2, с. 90–92].
новные законы излучения.
Теплообменные аппараты. Основные схемы
[1, Ч.1, с.55–56],
движения теплоносителей. Уравнения теплового
[2, с. 103–110].
13* баланса и теплопередачи. Средний температур- 1
ный напор. Основы теплового расчета. Кипение.
Конденсация.
[1, Ч.1, с. 59–62],
Расчет расхода теплоты при теплоснабжении
предприятий. Расход на технологические нуж- 0,5 [2, с.191–198],
14.* ды, на отопление, на горячее водоснабжение, на
[4, с. 231–242].
вентиляцию. Технико-экономические показатели
работы системы теплоснабжения.
[1,Ч.2, с. 9–23,
Определение потребности предприятий в холоде. Тепловой баланс охлаждающего помеще- − 37–44],
15.
ния. Способы охлаждения.
[4, с. 209–214].
Системы теплоснабжения: воздушные, водяные, паровые. Системы хладоснабжения. По16.* вышение эффективности использования тепла и
холода на предприятиях пищевой промышленности.
1
[1, Ч.1. 92–116],
[1, Ч.2, с. 25–35,
72–101].
* Темы, которые частично прорабатываются совместно с преподавателем во время аудиторных занятий; «−» материал для самостоятельного изучения.
Согласно рабочей программе, для студентов заочного факультета специальности 060800 "Экономика и управление на предприятиях пищевой промышленности" предусмотрено проведение практических занятий.
8
1.3. Практические занятия
№
п/п
1
1.
Темы
практических занятий
Кол.
час
2
3
0,5
Определение
параметров
водяного пара по таблицам и
h-s диаграмме. Цикл Ренкина
№
темы
Литература
лекции
4
5
5
[1, Ч. 1, с. 20–23],
[3, с. 170 –191], [5].
2.
Цикл парокомпрессионной
холодильной установки. Холодильный коэффициент и
холодопроизводительность.
0,5
7
[1, Ч. 1, с. 37 –40],
[3, с. 261–268], [6].
3.
Влажный воздух. h-d диаграмма.
0,5
8
[1, Ч. 1, с. 25–26],
[3, с. 280–290].
4.
Основы теплоснабжения
предприятий.
0,5
14
[1, Ч. 1, с. 59–62], [4, с.
231–242], [2, с. 191–
198].
9
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ И КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ
На практических занятиях наибольшее внимание уделяется работе с таблицами и диаграммами, методам расчета и анализа процессов и циклов теплоэнергетических и холодильных установок.
1. Определение параметров жидкости и пара
по таблицам и h-s диаграмме
Таблицы для определения термодинамических свойств веществ различаются в зависимости от того, какое состояние рассматривается: однофазное или
двухфазное. В таблицах для состояния насыщения приводятся удельные значения объема, энтальпии и энтропии воды и водяного пара (см. табл. 7 приложения); хладона R-22 (см. табл. 5 приложения); аммиака (см. табл. 6 приложения).
Параметры насыщенной жидкости (х = 0) отмечаются одним штрихом,
Параметры сухого насыщенного пара (х = 1) отмечаются двумя штрихами.
Для определения свойств каждой из фаз в состоянии насыщения надо
знать только один параметр – давление или температуру, так как при этих условиях параметры однозначно связаны между собой. В этих же таблицах приводится удельная теплота парообразования r.
Для расчета параметров влажного пара необходимо знать дополнительно
степень сухости пара х.
Энтальпия h, энтропия s и удельный объем v влажного пара определяются по формулам:
h = h˝·x + h΄·(1–x) = h΄+ r · x,
s = s˝∙x + s΄·(1–x) = s΄+ r·x/ТS,
v = v˝· x + v΄· (1–x).
Степень сухости пара определяется по одной из следующих формул:
x
h  h
,
h   h 
x
s  s
,
s  s
x
v  v
.
v  v
Для определения свойств ненасыщенной жидкости и перегретого пара
(однофазное состояние) нужно знать два параметра (обычно давление и температуру). В ячейке таблицы, соответствующей данному состоянию, помещены
удельные значения объема v, энтальпии h и энтропии s [3, 5].
10
На h-s диаграмме обычно изображаются:
линии изобар (p = const);
линии изотерм (t = const); в области влажного пара изотермы не представлены, так как они совпадают с изобарами;
изохоры (v = const) – пунктирной линией или линией другого цвета;
линии постоянной степени сухости влажного пара (x = const) - в области
влажного насыщенного пара.
h
p
v
t = const
x =1
x =const
Рис. 1. h-s диаграмма
s
Задача 1. Определить температуру насыщения, энтальпию и энтропию
влажного водяного пара при давлении 2,0 бара и степени сухости 0,9 (рис. 2).
Решение: по h-s диаграмме:
pА=2 бар
h
tн =120ºС
А
hА=2480
кДж/кг
x =1
xА=0,9
sА =6,58 кДж/(кг·К)
Рис. 2.
11
Решение по таблице: из таблицы водяного пара находим параметры кипящей воды «′» и сухого насыщенного пара «″» при 2,0·105 Па (см. приложение
табл. 7):
р
s′
s″
кДж/ кДж/
ºC
м3/кг
м3/кг кДж/кг кДж/кг кДж/кг
(кг·К) (кг·К)
120,23 0,0010608 0,8859 504,7 2706,9 2202,2 1,5301 7,1286
tн
Па
2,0·105
v′
h′
v″
h″
r
По этим данным определяются энтальпия пара h и энтропия s:
h = h΄+ r·x = 504,7 + 2202,2·0,9 = 2486,68 кДж/кг.
s = s΄+ (r·x)/TS = 1,5301 + (2202,2·0,9)/(120,23+273) = 6,57 кДж/(кг·К).
Температура насыщения:
tS = 120,23 ºС.
2. Цикл паросиловой установки (цикл Ренкина). КПД цикла
Цикл паросиловой установки представлен на рис. 4.
h
p1
Т
1
h1
ℓЦ
5
1
p2
4
h2
2
5
х=1
4
3
2
3
s
Рис. 4. Цикл Ренкина
Термический КПД паросиловой установки:
ηt 
h1  h 2
,
h 1  h 2
s
12
где h1 и h2 – энтальпии пара до и после адиабатного расширения в турбине, кДж/кг;
h′2 – энтальпия кипящей жидкости при давлении р2 (точка 3 на рис. 4),
кДж/кг.
Величины, входящие в формулу для определения ηt, могут быть определены при помощи h-s диаграммы или таблиц водяного пара.
Полезная работа в турбине:
ℓц = h1– h2 .
Задача 2. Начальные параметры пара паросиловой установки:
р1 =8 МПа и t1 = 550 ºC. Давление в конце процесса расширения 5 кПа. Определить термический КПД установки, работу 1кг пара и степень сухости в конце
расширения. Сравнить термический КПД установки с термическим КПД цикла
Карно.
Решение.
По заданным параметрам пара с помощью h-s диаграммы или таблиц водяного пара [5] определяем:
h1 = 3520 кДж/кг,
h2 = 2075 кДж/кг,
х2 = 0,81.
По таблицам водяного пара (см. приложение, табл. 7) находим энтальпию
насыщенной жидкости и температуру насыщения при давлении р2 = 5 кПа:
h′2 = 137,77 кДж/кг,
tS = 32,9 ºC.
Термический КПД установки:
ηt = (h1– h2)/ (h1– h′2) = (3520 – 2075)/(3520 – 137,77) = 0,43.
Полезная работа цикла:
ℓ = h1–h2 = 3520 – 2075= 1445 кДж/кг.
Термический КПД цикла Карно:
 tК 
Tmax  Tmin 773  305,9

 0,604..
Tmax
773
13
3.
Цикл парокомпрессионной холодильной установки
Холодильный коэффициент и холодопроизводительность установки
Циклы холодильных установок, в отличие от циклов тепловых двигателей, являются обратными. Циклы холодильных установок представлены на рис.
5. Данные о насыщенных парах хладона R-22 и аммиака (R-717) приведены в
табл. 5 и 6 (см. приложение).
q1
T
р2
2
р1
tК
3
5
tS
1
6 4
q0
s
Рис. 5. Циклы холодильной установки:
1-2-3-4 - без переохлаждения хладагента.
1-2-3-5-6 - с переохлаждением хладагента.
Примечание. Процессы:
1-2 – адиабатное сжатие хладагента в компрессоре;
2-3 – охлаждение и конденсация пара при постоянном давлении р2 в конденсаторе;
3-4 (или 5-6) – дросселирование хладагента при h = const в дроссельном устройстве
(h3 = h4; h6 = h5);
4 - 1 – кипение хладагента при температуре насыщения tS = const, и р1 = const в испарителе;
3 - 5 – переохлаждение жидкого хладагента.
Удельная холодопроизводительность qo, кДж/кг:
а) в цикле без переохлаждения жидкого хладагента (1-2-3-4):
qo = h1 – h4,
б) в цикле с переохлаждением хладагента (1-2-3-5-6):
qo = h1 – h6.
14
Работа, затрачиваемая в цикле, равна работе привода компрессора
ℓц кДж/кг:
ℓц = h2 – h1,
где h1, h2, h3, h4, h5, h6 - энтальпии хладагента в соответствующих точках цикла,
кДж/кг.
Холодопроизводительность установки Qo, кВт:
Qо = m∙qо,
где m - расход холодильного агента, кг/с.
Теоретическая мощность, необходимая для привода компрессора:
NТ = m·ℓц.
Эффективность циклов холодильных машин оценивается холодильным
коэффициентом:
ε = qо/ℓц.
Для обратного цикла Карно холодильный коэффициент:
εK 
Tmin
.
Tmax  Tmin
Задача 3. Аммиачная холодильная установка мощностью Qo = 200 кВт
работает при температуре кипения tS = – 25 ºС и температуре конденсации
tК = 30 ºС. Определить массовый расход и холодильный коэффициент, если энтальпия аммиака на выходе из компрессора h2 = 1854,0 кДж/кг [6]. Пар на входе
в компрессор – сухой насыщенный (рис. 6).
2
T
tK
tS
Решение.
Пользуясь табл. 6 (см. приложения, находим энтальпию аммиака, поступающего в компрессор при tS = – 25
ºС:
h1 = h″1 = 1730,3 кДж/кг;
3
1
4
q0
Рис. 6.
s
энтальпию пара, поступающего в
испаритель при tK = 30 ºС:
h4 = h′3 = 641,3 кДж/кг.
15
В процессе дросселирования (в процессе 3-4) энтальпия не меняется.
Удельную холодопроизводительность определяем по формуле:
qo = h1 – h4 =1730,3 – 641,3 = 1089 кДж/кг.
Массовый расход аммиака:
m = Qо/qо = 200/1089 = 0,184 кг/с.
Работу привода компрессора, затрачиваемую на сжатие 1 кг аммиака,
определяем по формуле:
ℓц = h2 – h1 = 1854 – 1730,3 = 123,7 кДж/кг.
Холодильный коэффициент равен:
ε = qо/ℓц = 1089/123,7 = 8,8.
3.4. Влажный воздух. h-d диаграмма
Расчеты процессов влажного воздуха производятся чаще всего с использованием h-d диаграммы (рис. 7.). Угол между осью энтальпии h (ординаты) и
осью влагосодержания d (абсциссы) равен 135о.
h
2
t = const
t = tнас
t2
φ3
φ1
3
t3
φ=100
%
h1
h2 = h3
1
рп
t1
h = const
135º
d1= d2
d3
Рис. 7. h-d диаграмма влажного воздуха.
d
16
На диаграмме нанесены:
изотермы – линии постоянной температуры (t = const);
линии постоянной энтальпии (h = const);
линии постоянной относительной влажности (φ = const), эти линии изменяют наклон при температуре насыщения.
В нижней части диаграммы обычно представлена диаграмма парциального давления пара pп.
В процессе изобарного нагрева влажного воздуха (в процессе 1-2): влагосодержание воздуха d не изменяется (d1=d2); относительная влажность φ
уменьшается; энтальпия увеличивается.
В теоретическом процессе адиабатической сушки принимается, что влага
из материала испаряется только за счет теплоты, передаваемой материалу воздухом. Такой теоретический процесс представляет собой процесс h = const
(процесс 2-3).
Задача 4. Для сушки используют воздух при t1=20 oC и 1 = 60%. В калорифере его подогревают до t2 = 160 oC и направляют в сушилку, откуда он
выходит при t3 = 75oC.
Определить расход воздуха и расход теплоты на 1 кг испаренной влаги.
Какое количество теплоты используется для сушки продукта, если производительность сушильной установки по испаренной влаге G = 900 кг/ч?
Решение. По h-d диаграмме находим точку 1 (см. рис. 7) на пересечении
линий t1=20oC и 1=60%. Определяем d1 = 9 г/кг; h1 = 43 кДж/кг.
Проведя линию d = const до пересечения с t2 = 160oC, находим точку 2,
характеризующую состояние воздуха на выходе из калорифера. Из этой точки
проводим линию h = const до пересечения с изотермой t3 = 75oC, где находим
точку 3, характеризующую состояние воздуха на выходе из сушильной камеры.
Определяем d3 = 42 г/кг; h3 = 187 кДж/кг.
Изменение влагосодержания:
∆d = d3 – d1=42 – 9 = 33 г/кг.
Для испарения 1 кг влаги потребуется сухого воздуха:
m
1000 1000

 30,3 кг.
Δd
33
Расход теплоты в калорифере на 1 кг сухого воздуха:
Δh = h3 – h1 = 187 – 43 = 144 кДж/кг.
Расход теплоты на 1 кг испаренной влаги составит:
q = m·Δh = 30,3·144= 4363,2 кДж/кг.
17
Общее количество теплоты, подведенной в сушилку:
Q = G∙q/3600 = 900·4363,2/3600 = 1090,8 кВт.
3.5. Теплопередача. Коэффициент теплопередачи
Коэффициент теплопередачи k характеризует интенсивность теплообмена от одной жидкости (или газа) к другой через разделяющую их твердую
стенку.
При транспортировании теплоносителей по трубопроводам возникают
большие тепловые потери в окружающую среду, для уменьшения которых
наружные поверхности труб покрывают тепловой изоляцией.
Тепловая изоляция ограждающих конструкций – одна из важнейших частей холодильника. Из множества вариантов целесообразно использовать такую тепловую изоляцию, чтобы приведенные (капитальные и эксплуатационные) затраты на изоляцию были минимальными. Для этого проводят техникоэкономическое сравнение различных зданий холодильников.
Чем больше коэффициент теплопередачи ограждения, тем больше теплоты будет проникать в охлаждаемый объем холодильника. Это приводит к необходимости использования более мощной, и, следовательно, более дорогой холодильной установки. Уменьшить теплоприток можно применением более эффективной тепловой изоляции (малые λИЗ) или увеличением ее толщины
(большие значения δИЗ).
Теплопередача через стенку. Тепловой поток Q, (Вт):
Q = k(tЖ1 – tЖ2)F,
где tЖ1, tЖ2 - температуры горячей и холодной жидкостей, oC;
F - площадь поверхности теплообмена, м2.
Коэффициент теплопередачи многослойной плоской стенки рассчитывают по формуле:
k
где
1
,
n
δi
1
1


α1
α2
i 1 λ i
δi
 R i - термическое сопротивление теплопроводности i-го слоя;
λi
α1, α2 - коэффициенты теплоотдачи с наружной и внутренней сторон
стенки, Вт/(м2·К);
δ - толщина слоя, м;
λ - коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·К).
18
Теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку (n – число слоев):
Q = π·kℓ (tЖ1 – tЖ2)·ℓ,
k 
где
1
n
1
1 d i1
1

ln

α1d1 i1 2λ i d i α 2d n 1
,
kℓ - линейный коэффициент теплопередачи, Вт/(м∙К);
ℓ -длина трубы, м;
d - диаметр трубы, м.
Коэффициент теплоотдачи α зависит от большого числа факторов и
определяется, в большинстве случаев, из выражения для критерия Нуссельта:
α = Nu∙λж /ℓо,
где Nu - безразмерный критерий подобия Нуссельта (определяется в зависимости от характера движения и агрегатного состояния теплоносителей по критериальным уравнениям различного вида);
λж - коэффициент теплопроводности того теплоносителя, для которого
определяется коэффициент теплоотдачи, Вт/(м∙К);
ℓо - определяющий размер тела, м.
Задача 5. На поверхности батарей охлаждения камер холодильника, изготовленных из стальных труб диаметром 37×3 мм, образовался слой снега толщиной 5мм. С внутренней стороны трубы покрылись слоем загрязненного масла толщиной 0,2 мм [λМ = 0,14 Вт/(м·К)]. Коэффициенты теплоотдачи: от воздуха в камере к поверхности батарей α1 = 125 Вт/(м2·К); от труб к хладагенту α2
= 4700 Вт/(м2·К). Разность температур между воздухом и хладагентом равна 10
ºС. Определить тепловой поток для чистой (рис. 8а) и загрязненной (рис.
8б)поверхностей.
Решение. Из табл. 1 (см. приложение) находим коэффициенты теплопроводности стали и снега: λС = 45 Вт/(м·К), λСН = 0,46 Вт/(м·К).
а) Коэффициент теплопередачи чистой стенки:
k 
1
1
1
d
1

ln Н 
α1d ВН 2λ С d ВН α 2d Н
 0,448 Вт/(м  К).

1

1
1
0,037
1

ln

125  0,031 2  45 0,031 4700  0,037
19
Передача теплоты через 1 метр длины трубы:
qℓ = π·kℓ· ∆t= 3,14·0,448·10 = 14,07 Вт/м.
t
t
r
r
dВН
d1
d2
dН
d3
d4
а)
б)
Рис. 8.
б) Коэффициент теплопередачи загрязненной стенки:
k 

1
1
1
d
1
d
1
d
1

ln 2 
ln 3 
ln 4 
α1d1 2λ М d1 2λ С d 2 2λ СН d 3 α 2d 4

1
1
1
0,031
1
0,037
1
0,047
1

ln

ln

ln

125  0,0306 2  0,14 0,0306 2  45 0,031 2  0,46 0,031 4700  0,047
 0,366 Вт/(м  К).
Передача теплоты через 1 метр длины загрязненной стенки:
qℓ = π·kℓ· ∆t = 3,14·0,366·10 = 11,49 Вт/м.

20
Таким образом, передача теплоты уменьшилась из-за наличия загрязнений на
14,07  11,49
100  22,5% .
11,49
3.6. Теплообменные аппараты
Основными уравнениями для теплового расчета теплообменных аппаратов являются уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи.
Уравнение теплового баланса.
Теплота, передаваемая от горячего теплоносителя к холодному (без учета
тепловых потерь в окружающую среду) Q, (Вт):
Q = Q1 = Q2,
Q = m1·(h1ВХ – h1ВЫХ) = m2·(h2ВЫХ – h2ВХ),
где
m – массовый расход, кг/с;
h – удельная энтальпия теплоносителя, кДж/кг.
Индексы «1» означают, что данная величина отнесена к горячей жидкости, «2» – к холодной; «вх» и «вых» соответствуют данной величине на входе в
теплообменник и выходе из него.
Для конкретных условий уравнение теплового баланса можно упростить,
например:
а) нагрев и охлаждение теплоносителей не сопровождаются изменением
их агрегатного состояния. Учитывая, что h = ср∙t, можно записать:
Q = m1·сР1( t1ВХ – t1ВЫХ) = m2·сР2( t2ВЫХ – t2ВХ),
где
сР – изобарная теплоемкость, кДж/(кг·К);
t – температура, ºС.
б) Нагрев холодного теплоносителя происходит за счет конденсации греющего водяного насыщенного пара:
Q = m1(h1ВХ – h1ВЫХ) = m2·сР2( t2ВЫХ – t2ВХ).
Уравнение теплопередачи через стенку:
Q = k· ΔtСР·F,
где
F - площадь поверхности теплообмена, м2;
21
k - коэффициент теплопередачи от горячего теплоносителя к холодному
через стенку, Вт/(м2К);
ΔtСР - средний температурный напор, ºС.
Средний температурный напор зависит от схемы движения теплоносителей и рассчитывается по формуле:
Δt CP 
Δt б  Δt м
,
Δt б
ln
Δt м
гдеΔtб, Δtм-большая и меньшая разности температур на концах теплообменника.
Данная разность температур называется среднелогарифмическим температурным напором. Формула может быть использована как при прямотоке, так
и при противотоке.
В тех случаях, когда температуры теплоносителей вдоль поверхности
теплообмена изменяются незначительно, температурный напор можно вычислять с достаточной точностью по формуле (при Δtб/Δtм< 2):
ΔtСР = (Δtб + Δtм)/2.
Задача 6. Водовоздушный нагреватель выполнен из стальных [λ = 45
Вт/(м·К)] труб диаметром 38×3 мм. Греющая среда – воздух с температурой на
входе t1ВХ = 210 oC и на выходе t1ВЫХ = 110 oC. Расход воды m = 1,6 т/ч, начальная температура t2ВХ = 50oC, конечная t2ВЫХ = 90 oC.
Коэффициенты теплоотдачи от воздуха к трубам α1 = 30 Вт/(м2·К), от
труб к воде α2 = 2000 Вт/(м2 ·К). Найти площадь поверхности нагрева аппарата,
если теплоносители движутся по противоточной схеме. Расчет произвести по
формулам плоской стенки. При решении задачи использовать рис. 9.
Решение. Уравнение теплового баланса:
Q = 1000·m2·сР2·( t2ВЫХ – t2ВХ)/3600 = 1000·1,6·4,19·(90 – 50)/3600 = 74,5 кВт.
Коэффициент теплопередачи:
k
1
1

 29,52 Вт/(м 2  K).
1 0,003
1
1 δС
1




45
2000
α1 λ С α 2 30
22
Средний температурный напор:
Δt СР 
Δt б  Δt м 120  60

 86,96 о С.
Δt
120
ln
ln б
60
Δt м
Температурные напоры определяются по формулам:
Δtб = t1ВХ – t2ВЫХ = 210 – 90 = 120 ºС,
Δtм = t1ВЫХ – t2ВХ = 110 – 50 = 60 ºС,
t
t1ВХ
Δtб
t2ВЫХ
t1ВЫХ
Δtм
t2ВХ
Рис. 9.
F
Площадь поверхности нагрева аппарата находим из уравнения теплопередачи:
Q
74,5  103
F

 29,0 м 2 .
k  Δt СР 29,52  86,96
3.7. Теплоснабжение предприятий
В расчетах используются следующие температуры:
tВ - расчетная внутренняя температура отапливаемого помещения (принять равной 16÷18 С);
tНО - расчетная отопительная температура наружного воздуха (см. приложение, табл. 2);
23
tСРО - средняя температура отопительного периода (см. приложение, табл.
табл. 2);
tГВ - температура горячей воды (принять равной 60 ºС);
tХВЛ -температура холодной воды в летний период (принять 15 ºС);
tХВЗ - температура холодной воды в зимний период (принять 5 ºС);
tНВ - расчетная температура наружного воздуха для вентиляции (см. приложение, табл. 2).
Годовой расход теплоты на технологические нужды QТЕХ, (ГДж):
QТЕХ = Р·q·n,
где q - удельный расход теплоты на единицу выпускаемой продукции, ГДж/т
(см. приложение, табл. 3,4;
Р - производительность предприятия, т/сутки;
n - продолжительность работы оборудования в год, суток (принять 300 суток).
Годовой расход теплоты на отопление QОТ, ГДж:
Q ОТ  Q o 
t В  t CРO
n о  Tо  3,6  10 6 .
t В  t HO
Qо = (tВ – tНО)·∑(qо·VН).
Здесь Qо - часовой расход теплоты на отопление, Вт;
no -продолжительность отопительного периода, суток (см. приложение, табл. 2);
To - время работы систем отопления в сутки, ч/сутки (принять 24 часа);
qо - удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м3·К) (см. приложение,
табл. 3,4);
VН -- объем отапливаемых зданий по наружному обмеру, м3 (см. приложение,
табл. 3, 4).
Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение QГВ, (ГДж):
ср
Q ГВ  Q ср
гв n o 0,8  Q гв 
Q ср
гв 
t ГВ  t ХВЛ
 (n n o ).
t ГВ  t ХВЗ
VГВ  c р  ρ  (t ГВ  t ХВЗ )
ηВ
10 6 .
где QСР
ГВ - средний расход теплоты на горячее водоснабжение в отопительный
период, ГДж/сутки;
24
VГВ - потребление горячей воды на технологические и хозяйственные
нужды, м3/сутки, определить по формуле: VГВ = 1,2·Р·w;
w - удельный расход горячей воды на 1 тонну выпускаемой продукции,
3
м /т (см. приложение, табл. 3,4);
сР = 4,19 кДж/кг – теплоемкость воды;
ρ = 1000 кг/м3– плотность воды;
ηВ - коэффициент полезного использования теплоты (принять 0,96).
Годовой расход теплоты на вентиляцию QВ, (ГДж):

t t 
Q В  Q РВ  Ζ В  n oВ  (n o  n oВ )  В СРО  .
t В  t НВ 

Qвр  0,6  VH  m  cВ  (t В  t НВ ) 10-6 .
где
Q вр – расчетный расход теплоты на вентиляцию, ГДж/ч;
ΖВ – продолжительность работы вентиляции в сутки, ч (принять 8 час);
n оВ  0,75  n о – продолжительность работы вентиляции в отопительном
периоде (75 % от продолжительности отопительного периода no), суток;
m – кратность воздухообмена, 1/ч (принять равной 3);
cВ = 1,26 кДж/(м3·К) – объемная теплоемкость воздуха.
Эксплутационные затраты
Эксплутационные затраты (Э) состоят из затрат на производство теплоты
(ЭТ), электрическую энергию (ЭЭ), амортизацию (ЭА), заработную плату (ЭЗ),
капитальный ремонт (ЭК.Р), текущий ремонт (ЭТ.Р) и прочие (ЭПР).
Э = ЭТ + ЭЭ + ЭА + ЭЗ + ЭК.Р + ЭТ.Р + ЭПР.
Эффективность работы системы теплоснабжения оценивается себестоимостью 1 ГДж вырабатываемой теплоты.
Стоимость теплоты ЭТ определяют следующим образом:
ЭТ = К(QГОД∙ЦТ),
QГОД= QТЕХ + QОТ + QГВ + QВ ,
где К - коэффициент, учитывающий собственные нужды котельной (равен
1,05);
QГОД – общий расход теплоты, ГДж;
ЦТ – цена единицы теплоты, руб/ГДж.
25
ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
К решению задач следует приступить только после того, как будет изучен
соответствующий раздел курса. Перед выполнением контрольной работы рекомендуется ознакомиться с ходом решения аналогичных задач по учебной литературе и методическим указаниям.
Студенты, фамилии которых начинаются с букв от А до Л, выполняют
задачи по варианту А, а студенты, фамилии которых начинаются с букв от М до
Я, выполняют задачи по варианту Б.
Каждая задача содержит сто вариантов. Исходные данные выбираются из
соответствующих таблиц по последней и предпоследней цифре учебного шифра студента (две последние цифры номера зачетной книжки). Варианты работы
должны соответствовать шифру студента. Шифр указывается на обложке тетради. Работы, выполненные не по своему шифру, не рассматриваются.
При решении задач необходимо соблюдать следующий порядок:
1. Выписать условия задачи и исходные данные.
2. Решение сопровождать кратким пояснением. При использовании данных, взятых из таблиц или диаграмм, должно быть указано точное библиографическое описание источника. Полный список использованной литературы
необходимо привести в конце работы.
3. Вычисления нужно выполнять в системе СИ, указывать размерности
вычисленных параметров.
ВАРИАНТЫ ЗАДАЧ
ЗАДАЧА А- 1
В компрессор паровой холодильной машины с дроссельным вентилем
поступает сухой насыщенный пар. Температуры: кипения tS, конденсации tК.
Сравнить удельные холодопроизводительности циклов, если рабочим телом являются: а) хладон R-22; б) аммиак.
Изобразить схему холодильной установки и цикл в T-s диаграмме, используя представленную таблицу.
Таблица
Последняя
0
цифра шифра
t S, o C
–30
Предпоследняя
0
цифра шифра
tК, oC
20
1
2
3
4
5
6
7
8
9
–25
–20
–15
–10
–30
–25
–20
–15
–10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
25
30
35
20
25
30
35
25
30
26
Методические указания - в подразд. 1 и 3 (стр. 8,12). Параметры хладагентов приведены в табл. 5, 6 (см. приложение).
ЗАДАЧА Б – 1
В компрессор аммиачной холодильной машины поступает сухой насыщенный пар аммиака при температуре кипения tS. Температура конденсации tК.
Определить, как изменится удельная холодопроизводительность, если перед
дросселированием жидкий аммиак переохлаждается на 5 ºС.
Изобразить схему холодильной установки и цикл в T-s диаграмме, используя представленную таблицу.
Таблица
Последняя
0
цифра шифра
t S, o C
–30
Предпоследняя
0
цифра шифра
tК, oC
25
1
2
3
4
5
6
7
8
9
–25
–20
–15
–10
–30
–25
–20
–15
–10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
30
35
25
30
35
25
30
35
30
Методические указания - в подразд. 1 и 3 (см. стр 8,12). Параметры аммиака приведены в табл. 6 (см. приложение).
ЗАДАЧА А – 2
В калорифер поступает атмосферный воздух с температурой t1 и относительной влажностью 1 , где нагревается до температуры t2. Затем воздух
направляется в сушильную камеру, откуда выходит при температуре t3. Производительность сушильной установки по испаряемой влаге G.
Определить годовое количество (QГОД, ГДж/год) и стоимость теплоты,
необходимой для сушки продукта.
Стоимость теплоты принять равной 700 руб/ГДж, а число часов работы
сушилки за год =5000. Изобразить процесс в h-d диаграмме, используя представленную таблицу. Для решения задачи используется рисунок (см. приложение, стр. 39)
Таблица
Последняя
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
цифра шифра
t1, оС
10
15
20
25
30
10
15
20
25
30
t3, оС
40
42
45
50
70
45
48
52
55
65
Предпоследняя
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
цифра шифра
27
Окончание таблицы
1, о/о
t2, оС
G, кг/ч
50
110
500
55
115
550
60
120
600
65
125
650
70
130
700
50
135
750
55
140
800
60
145
850
65
70
150 155
900 1000
Методические указания - в подразд. 4 (см. стр. 15).
Для определения энтальпии и влагосодержания влажного воздуха использовать h-d диаграмму влажного воздуха.
ЗАДАЧА Б – 2
Для сушки продукта используют воздух при температуре t1 и относительной влажности 1. В калорифере он достигает температуры t2 и направляется в
сушильную камеру, откуда выходит при температуре t3.
Определить расход теплоты на 1 кг испаренной влаги и годовое количество теплоты (QГОД, ГДж/год). Определить стоимость теплоты, используемой
для сушки продукта, если производительность сушильной установки по испаряемой влаге G.
Стоимость теплоты принять равной 600 руб/ГДж, а число часов работы
сушилки за год =4500.
Изобразить процесс в h-d диаграмме, используя представленную таблицу. Для решения задачи используется рисунок (см. приложение, стр. 39)
Таблица
Последняя
0
цифра шифра
t1, оС
12
t3, оС
40
Предпоследняя
0
цифра шифра
50
1, о/о
t2, оС
110
G, кг/ч
500
1
2
3
4
5
6
7
8
9
14
45
15
50
18
55
20
60
22
65
25
72
28
70
30
75
16
52
1
2
3
4
5
6
7
8
9
55
120
600
60
125
700
65
130
800
70
50
55
60
65
70
135 140 145 150 155 160
900 1000 1100 950 1050 850
Методические указания - в подразд. 3.4 см. стр 15).
Для определения энтальпии и влагосодержания влажного воздуха использовать h-d диаграмму влажного воздуха.
28
ЗАДАЧА А – 3
По стальному трубопроводу наружным диаметром d и толщиной стенки δ
движется пар с температурой 250 оС. Температура наружного воздуха tН. Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке α1, от стенки к наружному воздуху α2.
Найти тепловые потери с 1 м трубопровода, если: а) трубопровод не изолирован и охлаждается воздухом; б) трубопровод изолирован слоем пеношамота
толщиной δ ИЗ, используя представленную таблицу..
Таблица
Последняя
0
цифра шифра
α1, Вт/(м·К) 2000
α2, Вт/(м·К)
8
tН, ºС
–20
Предпослед0
няя цифра
d, мм
38
δ, мм
2,5
δИЗ, мм
60
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2200 2600 2800 3000 3500 4000 1800 5000 4500
10
12
14
16
18
20
22
11
7
–15 –10 –5
–8
0
5
10
15
20
1
2
3
4
5
6
7
8
9
45
2,5
65
30
2,5
50
58
3,5
90
60
3,5
120
37
3,5
75
57
3
100
51
2,5
80
57
3,5
70
37
3
60
Коэффициенты теплопроводности взять из табл. 1 (см. приложение).
Методические указания - в подразд. 5 (стр.17).
ЗАДАЧА Б – 3
При реконструкции камер холодильника решено заменить изоляционный
материал – шлаковую вату на пенополистирол той же толщины. Конструкция
стены камеры показана на рисунке 10. Коэффициенты теплоотдачи: от воздуха
к наружной стене αН; от внутренней поверхности к воздуху в камере αВН. Среднегодовая температура наружного воздуха tН, температура воздуха внутри холодильника tВН. Определить, как изменится плотность теплового потока.
1
2
3
4
5
Рис.10
1, 5 – штукатурка (δ=20 мм, λ=0,82 Вт/(м·К);
2 – теплоизоляция (δ=200 мм);
3 – пароизоляция (δ=5 мм, λ=0,78 Вт/(м·К);
4 – несущая стена (δ=250 мм, λ=0,25 Вт/(м·К).
29
Таблица
Последняя
0
цифра шифра
tН, оС
8,7
tВН, оС
–30
Предпоследняя
0
цифра шифра
αН, Вт/(м2·К)
15
αВН, Вт/(м2·К)
7
1
2
3
4
0,8
–25
1,2
–20
6,9
–10
1
2
3
4
16
8
17
9
18
10
19
11
5
6
7
8
9
9
0
5,3
2
7
4
10,8
5
5
6
7
8
9
20
7
21
8
22
9
23
10
24
11
–0,1 11,6
4
–2
Коэффициенты теплопроводности изоляции взять из табл. 1 (см. приложение). Методические указания представлены в подразд 5 (см. стр. 17).
ЗАДАЧА А – 4
Требуется нагреть m кг/с воды, поступающей в бойлер при температуре
t2ВХ , до температуры t2ВЫХ:
а) водой:
Температуры воды: t1ВХ – на входе и t1ВЫХ – на выходе; коэффициент теплопередачи k = 1700 Вт/(м2·К), движение теплоносителей – противоточное;
б) водяным паром со степенью сухости х при давлении р;
Водяной пар конденсируется полностью, конденсат отводится при температуре насыщения. Коэффициент теплопередачи k = 3600 Вт/(м2·К).
Определить расход греющего теплоносителя и поверхность теплообмена
бойлера, используя представленную таблицу.
Теплоемкость воды равна 4,19 кДж/(кг∙К).
Таблица
Последняя
цифра шифра
m, кг/с
t2ВХ, oC
t2ВЫХ, oC
t1ВЫХ,oC
Предпоследняя
цифра шифра
t1ВХ,oC
p, МПа
х
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1,5
5
50
60
2,0
7
60
65
2,5
10
90
70
3,0
15
70
85
3,5
20
70
85
4,0
50
90
100
4,5
55
95
95
5,0
60
100
105
5,5
65
102
105
6,0
70
105
100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
112 116 120 124 128 132
0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20
0,99 0,97 0,95 0,93 0,91 0,89
136
0,21
0,87
138 140 142
0,22 0,23 0,24
0,85 0,83 0.81
Методические указания представлены в подразд.6 (см. стр. 20).
30
ЗАДАЧА Б – 4
Требуется нагреть m кг/с молока, поступающего в подогреватель, от температуры t2ВХ до температуры t2ВЫХ. Греющий теплоноситель:
а) вода с температурами:
t1ВХ – на входе, t1ВЫХ – на выходе; коэффициент теплопередачи k = 1500
2
Вт/(м ·К), движение теплоносителей – противоточное;
б) водяной пар со степенью сухости х при давлении р.
Водяной пар конденсируется полностью, конденсат отводится при температуре насыщения, коэффициент теплопередачи k = 3200 Вт/(м2·К).
Определить расход греющего теплоносителя и поверхность нагрева подогревателя молока, используя представленную таблицу.
Теплоёмкости: воды срВ = 4,19 кДж/(кг·К); молока срМ = 3,6 кДж/(кг К).
Таблица
Последняя
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
цифра шифра
m, кг/с
0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 1,1 1,2 1,5 1,8
t2ВХ , oC
4
5
6
7
8
9
10
8
20
18
t2ВЫХ, oC
50
52
55
57
60
65
68
70
75
80
t1ВЫХ,oC
60
62
64
65
68
70
72
74
76
78
Предпоследняя
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
цифра шифра
t1ВХ,oC
88
90
92
94
96
98 100 102 104 108
p, МПа
0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2 0,21 0,22 0,23
х
1
0,87 0,9 0,92 0,94 0,95 0,97 0,98 1
0.85
Методические указания представлены в подразд.6 (см. стр. 20).
ЗАДАЧА А – 5
Определить годовой расход теплоты на технологические нужды, отопление, горячее водоснабжение и вентиляцию, а также суммарный расход теплоты
и ее стоимость для мясокомбината производительностью Р. Местонахождение
предприятия задано. Стоимость единицы теплоты принять равной 600 руб/ГДж.
31
Таблица
9
Якутск
8
Иркутск
7
Омск
6
Новосибирск
5
Новокузнецк
4
Москва
3
Красноярск
2
Кемерово
Предпоследняя
цифра шифра
Р, т/сутки
1
Барнаул
Город
0
Абакан
Последняя
цифра шифра
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
30
40
50
70
100
30
40
50
70
100
Методические указания представлены в подразд. 7 (см. стр. 23).
ЗАДАЧА Б – 5
Определить годовой расход теплоты на технологические нужды, отопление, горячее водоснабжение и вентиляцию, а также суммарный расход теплоты
и ее стоимость для молочного комбината производительностью Р. Местонахождение предприятия задано. Стоимость единицы теплоты принять равной
700 руб/ГДж.
Таблица
9
Якутск
8
Иркутск
7
Омск
6
Новосибирск
5
Новокузнецк
4
Москва
3
Красноярск
2
Кемерово
Предпоследняя
цифра шифра
Р, т/сутки
1
Барнаул
Город
0
Абакан
Последняя
цифра шифра
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
100
70
50
40
30
30
40
50
70
100
Методические указания представлены в подразд. 7 (см. стр. 23).
32
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Теоретические основы термодинамики
1. Термодинамические параметры, их размерность. Уравнение состояния
идеального газа.
2. Что выражает площадь под кривой термодинамического процесса на
p-v диаграмме? Что выражает площадь под кривой процесса на Т-s диаграмме?
3. Первый закон термодинамики.
4. Термодинамические процессы. Как графически изображаются на p-v и
Т-s диаграммах изохора, изобара, изотерма и адиабата?
5. Второй закон термодинамики. Можно ли в круговом процессе превратить всю подведенную теплоту в работу? Какие бывают циклы?
6. Термический КПД цикла. Формула КПД цикла Карно.
7. Изобразить p-v, T-s, и h-s – диаграммы водяного пара. При каких условиях происходит процесс парообразования?
8. Как изображаются основные процессы водяного пара в p-v, T-s и h-s
диаграммах?
9. Таблицы термодинамических свойств водяного пара и хладагентов.
Как вычисляют энтальпию и энтропию влажного пара?
10. Изобразить цикл Ренкина в T-s и h-s диаграммах. Как определить
термический КПД и работу цикла?
11. Паровая компрессорная холодильная установка. Что такое холодильный коэффициент и холодопроизводительность холодильной машины? Изобразить цикл холодильной установки в Т-s диаграмме.
12. h-d диаграмма влажного воздуха. Как изображаются основные процессы влажного воздуха на h-d диаграмме?
Теоретические основы теплообмена
13. От каких величин зависит тепловой поток, передаваемый теплопроводностью через плоскую и цилиндрическую стенки? Что характеризует и от
чего зависит коэффициент теплопроводности?
14. Что называется конвективным теплообменом? Какие различают виды
конвекции? Какие встречаются виды движения жидкости?
15. Коэффициент теплоотдачи. Как можно повысить коэффициент теплоотдачи? Как влияет на теплоотдачу оребрение поверхности?
16. Какими уравнениями подобия описывается теплоотдача при свободном и вынужденном движениях жидкости (общий вид)?
17. Что называется теплопередачей? Каким уравнением описывается передача теплоты через стенку?
18. Как рассчитать коэффициент теплопередачи? Что называется общим
термическим сопротивлением, и из каких величин оно складывается?
19. Тепловое излучение. Законы Стефана-Больцмана, Планка, Кирхгофа.
20. Виды теплообменных аппаратов.
33
21. Графики изменения температур рабочих жидкостей в теплообменных
аппаратах с прямоточным и противоточным движением теплоносителей.
22. Основные уравнения для теплового расчета теплообменных аппаратов. Как определяется среднелогарифмический температурный напор?
23. Процессы кипения и конденсации. Теплоотдача при кипении и конденсации.
Основы тепло- и хладоснабжения
24. Какие бывают системы теплоснабжения?
25. На что расходуется теплота на промышленных предприятиях?
26. Какие теплоносители используются в системах теплоснабжения
предприятий? Достоинства и недостатки различных видов теплоносителей.
27. Как можно повысить эффективность использования теплоты на
предприятии?
28. В каких аппаратах используется теплота на предприятиях пищевой
промышленности?
29. От чего зависят потери теплоты в тепловых сетях?
30. Основные способы охлаждения, применяемые на промышленных
предприятиях.
31. Какие экономические требования предъявляются к хладагентам?
32. Из чего складывается баланс тепловой энергии охлаждаемого помещения?
33. Как можно повысить эффективность использования холода на предприятии?
34
Список литературы
1. Буянов О.Н. Тепло- и хладоснабжение предприятий пищевой промышленности: Учебное пособие. Ч. 1-2. - Кемерово, 2001.– 222 с.
2. Теплотехника: Учебник для вузов /Под ред. А.П. Баскакова. - М.: Энергоиздат, 1991. - 224 с.
3. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. М.: Машиностроение, 1973. - 344 с.
4. Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике: Учебное пособие для неэнергетических вузов. - М.: Высшая школа, 1986. - 248 с.
5. Термодинамические свойства воды и водяного пара /Справочник. - М.:
Энергоатомиздат, 1984. - 80с.
6. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ:
Справочник /Под ред. С.Н. Богданова. СПб.: СПбГАХПТ, 1999. - 320 с.
35
Приложение
Таблица 1
Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·К)
Материал
λ
Алюминий
Асбест
Бетон
Вата минеральная
Весмикулит
Медь
Накипь
Пенополистирол
Пеношамот
Ржавчина
Сажа
Снег уплотненный
Сталь углеродистая
Сталь нержавеющая
Стекловата
Шлаковая вата
204
0,151
1,28
0,052
0,328
384
1,75
0,05
0,29
1,15
0,09
0,46
45
18
0,047
0,16
Таблица 2
Расчетные параметры наружного воздуха для некоторых населенных пунктов
Город
Абакан
Барнаул
Иркутск
Кемерово
Красноярск
Москва
Новокузнецк
Новосибирск
Омск
Якутск
Продолжительность
отопительного
периода
Расчетная
отопительная
температура
Средняя
температура
отопительного
периода
no, суток
226
219
241
232
235
205
227
227
220
254
tНО, С
–42
–39
–38
–39
–40
–25
–38
–39
–37
–55
tСРО, С
–9,5
–8,3
–8,9
–8,8
–7,2
–3,2
–7,9
–9,1
–7,7
–19,5
Расчетная
температура
наружного
воздуха для
вентиляции
tНВ, ºС
–27
–23
–25
–25
–22
–14
–23
–24
–23
–45
36
Таблица 3
Средние характеристики для расчета теплоснабжения мясокомбинатов
Р, т/сутки
30
40
50
70
100
q, ГДж/т
1,4
1,9
2,1
6,0
7,0
w, м3/т
4,8
5,2
6,7
5,0
4,5
Производственные цеха:
qо Вт/(м3·К)
VН, м3
0,23
20·103
0,22
22·103
0,2
24·103
0,19
28·103
0,18
32·103
Административнобытовые помещения:
qо Вт/(м3·К)
VН, м3
0,7
1,3·103
0,75
1,5·103
0,75
1,6·103
0,6
1,8·103
0,5
2,2·103
Таблица 4
Средние характеристики для расчета теплоснабжения молочных комбинатов
Р, т/сутки
30
40
50
70
100
q, ГДж/т
0,6
0,55
0,58
3,0
5,2
w, м3/т
0,45
0,4
3,1
4,0
7,5
Производственные цеха:
qо, Вт/(м3·К)
VН, м3
0,56
15·103
0,55
16·103
0,5
17·103
0,48
20·103
0,46
22·103
Административнобытовые помещения:
qо, Вт/(м3·К)
VН, м3
0,64
1,5·103
0,62
2,0·103
0,6
2,5·103
0,55
3,0·103
0,53
3,2·103
37
Таблица 5
Термодинамические свойства хладона R-22
в состоянии насыщения [6]
t,
C
–30
–25
–20
–15
–10
–5
0
5
10
15
20
25
30
35
o
h,
кДж/кг
465,7
471,3
477,0
482,7
488,4
494,2
500,0
505,9
511,8
517,8
523,9
530,1
536,4
542,8
h,
кДж/кг
692,2
694,4
696,5
698,6
700,6
702,6
704,4
706,2
707,9
709,5
711,0
712,4
713,7
714,8
r,
кДж/кг
226,5
223,1
219,5
215,9
212,2
208,4
204,4
200,3
196,1
191,7
187,1
182,3
177,3
172,0
s,
кДж/(кгК)
0,8681
0,8908
0,9132
0,9353
0,9571
0,9787
1,0000
1,0211
1,0420
1,0628
1,0834
1,1039
1,1244
1,1448
s,
кДж/(кгК)
1,7994
1,7960
1,7803
1,7717
1,7635
1,7558
1,7484
1,7414
1,7346
1,7280
1,7216
1,7154
1,7091
1,7029
Таблица 6
Термодинамические свойства аммиака (R717) в состоянии насыщения [6]
t,
C
–30
–25
–20
–15
–10
–5
0
5
10
15
20
25
30
35
o
h,
кДж/кг
363,9
386,3
408,8
431,4
454,2
477,0
500,0
523,1
546,4
569,8
593,5
617,3
641,3
665,6
h,
кДж/кг
1723,5
1730,3
1735,5
1744,1
1750,2
1756,1
1761,5
1766,6
1771,2
1775,4
1779,2
1782,5
1785,3
1787,6
r,
кДж/кг
1359,6
1344,4
1328,7
1312,6
1296,1
1279,0
1261,5
1243,5
1224,8
1205,0
1185,8
1165,2
1144,0
1121,9
s,
кДж/(кгК)
1,4742
1,5653
1,6548
1,7431
1,8299
1,9136
2,0000
2,0834
2,1658
2,2472
2,3278
2,4075
2,4866
2,5650
s,
кДж/(кгК)
7,0658
6,9828
6,9035
6,8277
6,7552
6,6955
6,6185
6,5539
6,4915
6,4312
6,3727
6,3157
6,2602
6,2059
38
Таблица 7
Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлениям) [5]
р
tнас
v'
v"
h'
h"
г
Па
°С
м3/кг
м3/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
3,0·103
4,0·103
5,0·103
24,10
28,98
32,90
0,0010027
0,0010040
0,0010052
45,668
34,803
28,196
101,00
121,41
137,77
2545,2
2554,1
2561,2
1,0·105
1,1·105
1,2·105
1,3·105
1,4·105
1,5·105
1,6·105
1,7·105
1,8·105
1,9·105
2,0·105
2,1·105
2,2·105
2,3·105
2,4·105
2,5·105
3,0·105
99,63
102,32
104,81
107,13
109,32
111,37
113,32
115,17
116,93
118,62
120,23
121,78
123,27
124,71
126,09
127,43
133,54
0,0010434
0,0010455
0,0010476
0,0010495
0,0010513
0,0010530
0,0010547
0,0010563
0,0010579
0,0010594
0,0010608
0,0010623
0,0010636
0,0010650
0,0010663
0,0010675
0,0010735
1,6946
1,5501
1,4289
1,3258
1,2370
1,1597
1,0917
1,0315
0,97775
0,92951
0,8859
0,84636
0,81027
0,77724
0,74684
0,7188
0,6059
417,51
428,84
439,36
449,19
458,42
467,13
475,38
483,22
490,70
497,85
504,7
511,3
517,6
523,7
529,6
535,4
561,4
2675,7
2680,0
2683,8
2687,4
2690,8
2693,9
2696,8
2699,5
2702,1
2704,6
2706,9
2709,2
2711,3
2713,3
2715,3
2717,2
2725,5
2444,2
2432,7
2423,4
s′
кДж/(кг·К
)
0,3543
0,4224
0,4762
s"
кДж/(кг·К
)
8,5776
8,4747
8,3952
2258,2
2251,2
2244,4
2238,2
2232,4
2226,8
2221,4
2216,3
2211,4
2206,8
2202,2
2197,9
2193,7
2189,6
2185,7
2181,8
2164,1
1,3027
1,3330
1,3609
1,3868
1,4109
1,4336
1,4550
1,4752
1,4944
1,5127
1,5301
1,5468
1,5628
1,5781
1,5929
1,6072
1,6717
7,3608
7,3288
7,2996
7,2728
7,2480
7,2248
7,2032
7,1829
7,1638
7,1458
7,1286
7,1123
7,0967
7,0815
7,0676
7,0540
6,9930
39
h-d диаграмма влажного воздуха
40
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Проблемы тепло и хладоснабжения
Методические указания
Для студентов заочного факультета специальности
060800 «Экономика и управление предприятий»
Составители:
Архипова Людмила Михайлдовна
Лифенцева Людмила Владимировна
Зав. редакцией И.Н. Журина
Редактор Е.В. Макаренко
Технический редактор Т.В. Васильева
Художественный редактор Л.П. Токарева