Тепловые и атомные электрические станции. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Классификация тепловых электростанций. Атомные электрические станции. Использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

 

Методические указания

При изучении темы необходимо рассмотреть основные методы производства электрической и тепловой энергии на ТЭС, АЭС и ГЭС; роль энергетического топлива, гидроэнергетических ресурсов и ядерного горючего в топливно-энергетическом балансе России; трансформацию видов энергии при энергоснабжении промышленных предприятий, городов и сельскохозяйственных объектов.

Основная часть электроэнергии производится на электростанциях: ТЭС, АЭС и ГЭС.

ТЭС – тепловая электростанция, преобразующая химическую энергию топлива (угля, нефти, газа) в электрическую энергию и теплоту. Различают теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и конденсационные электростанции (КЭС), в том числе государственные районные электростанции (ГРЭС).

АЭС – атомные электростанции, преобразующие энергию расщепления ядер атомов тяжелых элементов в электрическую и тепловую энергию.

ГЭС – гидроэлектростанции, преобразующие механическую энергию водного потока в электрическую энергию.

При рассмотрении топливно-энергетического баланса России следует отметить, что в настоящее время среди различных источников энергии органическое топливо продолжает играть ведущую роль.

К нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии относятся: солнечная энергия, энергия ветра, энергия биотоплива, энергия приливов и волн, геотермальная энергия.

 

2 рекомендуемая литература

1. Теплотехника: Учеб. пособие для вузов / А.П. Баскаков, А.В. Берг, О.К Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. – 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с.

2. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Высшая школа, 1973.

3. Алексеев Г.Н. Общая теплотехника. – М.: Высшая школа, 1980. – 548 с.

4. Теплотехника / М.М. Казен, В.А. Матвеев, М.Е. Грядевский, Ф.П. Казакевич – М.: Высшая школа, 1981. – 479 с.

5. Нащокин В.В. Техническая теплотехника и теплопередача. – М.: Аз-book,  2008. – 469 с.

6. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Высшая школа.

7. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980. – 288 с.

8. Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. Задачник по процессам тепломассообмена: Учеб пособие для ВУЗов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 141 с.

9. Андриянова Т.Н., Дзампов Б.В., Зубарев В.Н. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: ИЭИ, 2008. – 354 с.

3 контрольные задания

Общие методические указания

По курсу выполняется одна контрольная работа. Она состоит из ответов на 2 вопросы и решения 6 задач. Решать задачи и отвечать на вопросы необходимо, строго придерживаясь своего варианта, номер которого определяется по таблице в зависимости от двух последних цифр учебного шифра студента. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.

К решению задач контрольного задания следует приступать только после изучения соответствующего раздела курса. При выполнении контрольных задач необходимо выписать условие задачи и исходные данные. Формулировки вопросов также переписываются полностью. Решения задач должны сопровождаться кратким пояснительным текстом и подробными вычислениями. При использовании справочных данных и формул необходимо указать литературный источник, откуда они взяты.

В процессе решения задач необходимо сначала привести формулы, лежащие в основе вычисления, затем подставить соответствующие числовые значения и произвести вычисления. Нужно указывать размерности величин как заданных в условии задач, так и полученных в результате их решения. При решении задач и в ответах на вопросы следует придерживаться принятых в учебниках системы обозначений, терминов и Международной системы (СИ). После решения задачи нужно дать краткий анализ полученных результатов и сделать выводы. Ответы на вопросы должны быть исчерпывающими, хотя и не пространными. Лаконичные ответы, также как и ответы, списанные с учебника без переработки, не допускаются.

В конце работы необходимо привести список использованной литературы и поставить свою подпись. Контрольная работа выполняется в тетради или на листах белой бумаги формата А4. Для заметок рецензента при оформлении в тетради оставляются поля шириной 30 – 40 мм и в конце работы не менее 2 – 3 чистых страниц. При оформлении на листах А4 необходимо в конце контрольной работы добавить 2 – 3 чистых листа. Исправления по замечаниям рецензента должны быть записаны отдельно на чистых листах в той же работе после заголовка «Исправления по замечаниям». Вычисления производить до не менее 3-х значащих цифр.

 

Таблица 1

Таблица вариантов для ответов на вопросы контрольной работы

Номер варианта Номер вопросов в каждом задании Номер варианта Номер вопросов в каждом задании Номер варианта Номер вопросов в каждом задании
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 1, 21 2, 22 3, 23 4, 24 5, 25 6, 26 7, 27 8, 28 9, 29 10, 30 11, 31 12, 32 13, 33 14, 34 15, 35 16, 36 17, 37 18, 38 19, 39 20, 40 1, 22 2, 23 3, 24 4, 25 5, 26 6, 27 7, 28 8, 29 9, 30 10, 31 11, 32 12, 33 13, 34 14, 35 15, 36 16, 37 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 17, 38 18, 39 19, 40 20, 22 1, 23 2, 24 3, 25 4, 26 5, 27 6, 28 7, 29 8, 30 9, 31 10, 32 11, 33 12, 34 13, 35 14, 36 15, 37 16, 38 17, 39 18, 40 19, 29 20, 38 1, 37 2, 36 3, 35 4, 34 5, 33 6, 32 7, 31 8, 30 9, 29 10, 28 11, 27 12, 26 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 13, 25 14, 24 15, 23 16, 22 17, 21 18, 23 19, 33 20, 37 1, 36 2, 35 3, 34 4, 33 5, 32 6, 31 7, 30 8, 31 9, 32 10, 33 11, 34                           12, 35 13, 36 14, 37 15, 38 16, 39 17, 40 18, 21 19, 27 20, 34

3.2 Контрольные вопросы

1. Какие составляющие входят в топливно–энергетический баланс России? Как и где вырабатывается электрическая и тепловая энергия?

2. Что такое параметры состояния? Дайте их описание.

3. Что такое идеальный газ? Каким законам он подчиняется и какими уравнениями описывается?

4. Выведите и сформулируйте первый закон термодинамики для процесса расширения газа и газового потока.

5. Внутренняя энергия и энтальпия идеального газа. Уравнение первого закона термодинамики для газового потока.

6. Смеси идеальных газов. Как задается состав смеси? Что такое «парциальное давление»? Сформулируйте закон Дальтона.

7. Теплоемкость идеальных газов и смеси идеальных газов. Уравнение Майера.

8. Опишите основные процессы идеального газа. Приведите соотношения между параметрами.

9. Рассмотрите изобарный, изохорный, адиабатный и изотермический процессы как частные случаи политропного процесса.

10. Круговые термодинамические процессы и циклы. Цикл Карно. Термодинамический КПД цикла.

11. Второй закон термодинамики. Формулировки и аналитическое выражение.

12. Рассмотрите параметры рабочего тела при различных фазовых состояниях. Парообразование воды при постоянном давлении. Уравнение Клапейрона – Клаузиуса. Исследование процесса парообразования с помощью  и - диаграмм.

13. Цикл Ренкина. КПД цикла ПТУ и пути его повышения. Регенеративный цикл ПТУ.

14. Циклы газотурбинных установок (ГТУ). Принципы работы. Преимущества и недостатки.

15. Циклы холодильных машин. Холодильный коэффициент и холодопроизводительность. Рабочее тело холодильных циклов.

16. Преимущества и недостатки парокомпрессионной и воздушной компрессионной холодильных установок. Их идеальные циклы в - диаграмме.

17. Обобщенный цикл тепловых двигателей.

18. Работа газа в процессе истечения. Определение расхода и скорости газа в процессе истечения.

19. Влияние геометрической формы сопла на характер истечения газа. Комбинированное сопло (сопло Лаваля). Действительный процесс истечения паров и газов.

20. Дросселирование паров и газов. Как оно протекает и чем характеризуется?

21. Основные положения теории теплопроводности. Температурное поле. Градиент температуры. Краевые условия.

22. Основной закон и уравнение теплопроводности. Коэффициент теплопроводности.

23. Теплопроводность через одно- и многослойную плоскую стенку как теплопроводность при стационарном режиме при граничных условиях первого рода.

24. Теплопроводность через одно- и многослойную цилиндрическую стенку как теплопроводность при стационарном режиме при граничных условиях первого рода.

25. Какой процесс характеризуется коэффициентом теплоотдачи? Передача теплоты через одно- и многослойную стенку плоской и цилиндрической формы.

26. Основные положения теории конвективного теплообмена. Дифференциальное уравнение теплообмена.

27. Описание процесса конвективного теплообмена с помощью теории подобия. Критериальные уравнения и критерии подобия основных тепловых и гидродинамических процессов.

28. Теплообмен при естественной конвекции.

29. Теплообмен при движении жидкости в трубах.

30. Теплообмен при вынужденном движении жидкости вдоль пластины.

31. Теплообмен при поперечном омывании одиночной трубы и пучков труб.

32. Теплообмен при кипении жидкости.

33. Теплообмен при конденсации пара.

34. Теплообмен излучением. Основные законы теплового излучения.

35. Теплообмен излучением между твердыми телами.

36. Излучение газов.

37. Процесс массообмена. Основные понятия, определения, законы.

38. Типы теплообменных аппаратов.

39. Определение конечных температур теплоносителей.

40. Теплообмен при наличии массопереноса. Внешний тепло- и массоперенос.

Контрольные задачи

 

Задача № 1

Поршневой двигатель внутреннего сгорания, используя в качестве рабочего тела воздух (с показателем адиабаты ), работает по идеальному циклу. Определить параметры цикла в характерных точках, полезную работу, термический КПД, количество подведенного и отведенного тепла, если начальное состояние воздуха  и , степень сжатия , степень повышения давления  или степень предварительного расширения . По результатам расчета построить цикл в  и - диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы П. 1.1. приложения 1.

Примечание. 1.Теплоемкость воздуха принять постоянной, воспользовавшись таблицей П. 2.1. приложения 2.

2. Принять кажущуюся молекулярную массу воздуха .

 

Задача № 2

В одноступенчатом поршневом компрессоре воздух с начальными параметрами и сжимается до давления . Сжатие может происходить изотермически, адиабатно (при ) и политропно с показателем . Определить для каждого из трех процессов сжатия конечную температуру газа , количество теплоты , отведенное от газа охлаждающей водой, и теоретическую мощность двигателя для привода компрессора, имеющего производительность . Результаты расчетов свести в таблицу. Изобразить процессы сжатия в  и - диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы П. 1.2 приложения 1.

 

Задача № 3

Водяной пар с начальным давлением и степенью сухости поступает в пароперегреватель, где нагревается на . После перегревателя пар поступает в турбину для изоэнтропного расширения до давления . Определить: 1) параметры пара во всех характерных точках процесса; 2) количество теплоты, подведенное к 1 кг пара в пароперегревателе; 3) работу цикла Ренкина; 4) термический КПД цикла. Определить работу цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар дросселируется до давления . При решении задачи воспользоваться - диаграммой для водяного пара. Изобразить процессы преобразования параметров пара в - диаграмме. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы П. 1.3. приложения 1.

 

Задача № 4

Электропровод диаметром покрыт изоляцией толщиной . По проводу проходит ток силой . Температура окружающего воздуха , а коэффициент теплоотдачи . Найти температуры на поверхности провода и изоляции, мощность внутренних источников теплоты. Удельное электросопротивление алюминия , меди . Коэффициент теплопроводности резины , винипласта , полиэтилена  Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы П. 1.4. приложения 1.

 

Задача № 5

Электропроводящая шина прямоугольного сечения , расположенная на ребре, охлаждается свободным потоком воздуха с температурой . В условиях длительной нагрузки температура шины не должна превышать . Вычислить коэффициент теплоотдачи , на поверхности шины и допустимую силу тока в шине для указанных условий. Удельное электросопротивление материала шины ρ=0,13 Ом·мм2. Как изменяется коэффициент теплоотдачи и допустимая сила тока, если температура шины должна оставаться , а эксплуатация системы электропередачи ведется в зимних условиях со средней температурой окружающего воздуха, равной . Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы П. 1.5. приложения 1.

Задача № 6

Выполнить тепловой расчет и определить основные размеры вертикального четырехходового пароводяного трубчатого теплообменника, предназначенного для нагрева воды от , до . Вода движется внутри латунных трубок  диаметром  со скоростью . Греющим теплоносителем служит сухой насыщенный водяной пар с давлением , который конденсируется на внешней поверхности трубок. При расчете тепловые потери в окружающую среду принять равными 2% количества подводимой теплоты. Схема теплообменника представлена на рисунке 1. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы П. 1.6. приложения 1.

Примечание. При решении задачи следует использовать метод последовательных приближений.

 

                                                           

 

 

 


                                                                

                 
       


        пар

 

 

                     

 

     
 

 


конденсат

 

Рисунок 1. Вертикальный четырехходовой пароводяной трубчатый теплообменник

 




Приложения

Приложение 1

 

Таблица П 1.1

Исходные данные для задачи 1

 

Предпоследняя цифра шифра Последняя цифра шифра   Цикл
0 20 0 5,0 1,5 - Отто
1 22 1 12,0 - 2,0 Дизеля
2 24 2 6,0 1,6 - Отто
3 26 3 13,0 - 2,0 Дизеля
4 18 4 7,0 1,7 - Отто
5 16 5 14,0 - 2,0 Дизеля
6 30 6 8,0 1,8 - Отто
7 40 7 15,0 - 2,0 Дизеля
8 35 8 9,0 1,8 - Отто
9 45 9 16,0 - 2,0 Дизеля

 

 

Таблица П. 1.2.

Исходные данные для задачи 2

 

Последняя цифра шифра   Предпоследняя цифра шифра    
0 1,28 0 1,0 1,3
1 1,26 1 0,97 1,2
2 1,27 2 0,85 1,1
3 1,25 3 0,83 1,0
4 1,24 4 0,95 0,9
5 1,20 5 0,90 0,8
6 1,21 6 0,87 0,7
7 1,23 7 0,85 0,6
8 1,22 8 0,93 0,5
9 1,30 9 0,95 0,4

 

Таблица П. 1.3.

Исходные данные для задачи 3

 

Последняя цифра шифра               Предпоследняя цифра шифра        
0 3,0 0,95 245 0 3,0 0,30
1 4,0 0,94 250 1 4,0 0,50
2 2,0 0,90 240 2 4,5 0,40
3 5,0 0,95 235 3 5,0 0,22
4 3,5 0,96 230 4 3,5 0,24
5 4,5 0,93 225 5 4,0 0,26
6 2,2 0,91 220 6 4,5 0,28
7 2,4 0,92 213 7 3,5 0,35
8 2,6 0,93 210 8 5,0 0,45
9 2,8 0,97 205 9 3,0 0,20

 

 

Таблица П. 1.4.

Исходные данные для задачи 4

 

Последняя цифра шифра     Материал провода d , мм α1, Вт/(м2· K ) Предпоследняя цифра шифра     Материал изоляции δ, мм t в ,° C I ,А
0 алюминий 2,0 10 0 резина 1,0 20 8
1 медь 0,5 6 1 винипласт 1,5 10 6
2 алюминий 1,0 15 2 полиэтилен 2,0 5 3
3 медь 1,0 11 3 резина 2,0 12 4
4 алюминий 3,0 8 4 винипласт 1,0 16 8
5 медь 5,0 14 5 полиэтилен 1,0 0 15
6 алюминий 0,5 16 6 резина 1,5 8 11
7 медь 2,5 12 7 винипласт 0,5 6 7
8 алюминий 4,0 13 8 полиэтилен 1,0 15 9
9 медь 3,0 15 9 резина 0,5 18 13

 

 

Таблица П. 1.5.

Исходные данные для задачи 5

 

Последняя цифра шифра     Предпоследняя цифра шифра  
0 22 0 -16
1 20 1 -23
2 18 2 -15
3 23 3 -20
4 25 4 -5
5 24 5 -10
6 21 6 -25
7 19 7 -28
8 16 8 -29
9 17 9 -26

 

 

Таблица П. 1.6.

Исходные данные для задачи 6

 

Последняя цифра шифра Предпоследняя цифра шифра
0 40 15 0 95 14/12 0,4
1 50 10 1 95 16/14 0,4
2 60 5 2 95 20/17 0,4
3 70 20 3 95 22/20 0,4
4 80 23 4 130 28/25 0,8
5 90 18 5 130 30/27 0,8
6 45 13 6 130 22/20 0,8
7 55 8 7 150 14/12 0,8
8 65 6 8 150 20/18 0,8
9 75 17 9 150 24/21 0,8

Приложение 2

 

Таблица П. 2.1.

Приближенные значения мольных теплоемкостей при постоянном объеме и постоянном давлении

 

 

Газы

Одноатомные 12,56 20,93
Двухатомные 20,93 29,31
Трех- и многоатомные 29,31 37,68

 

Таблица П. 2.2.

Физические свойства сухого воздуха

 

ρ , кг/м3 cp , кДж/ ( кг·° C ) λ· 102, Вт/(м·° C ) a·106 , м2 µ·106 , Па·с ν·106 , м2 Pr
-50 1,584 1,013 2,04 12,7 14,6 9,23 0,728
-40 1,515 1,013 2,12 13,8 15,2 10,04 0,728
-30 1,453 1,013 2,20 14,9 15,7 10,80 0,723
-20 1,395 1,009 2,28 16,2 16,2 12,43 0,716
-10 1,342 1,009 2,36 17,4 16,7 12,79 0,712
0 1,293 1,005 2,44 18,8 17,2 13,28 0,707
10 1,247 1,005 2,51 20,0 17,6 14,16 0,705
20 1,205 1,005 2,59 21, 4 18,1 15,06 0,703
30 1,165 1,005 2,67 22,9 18,6 16,00 0,701
40 1,128 1,005 2,76 24,3 19,1 16,96 0,699
50 1,093 1,005 2,83 25,7 19,6 17,95 0,698
60 1,060 1,005 2,90 26,2 20,1 18,97 0,696
70 1,029 1,009 2,96 28,6 20,6 20,02 0,694
80 1,000 1,009 3,05 30,2 21,1 21,09 0,692
90 0,972 1,009 3,13 31,9 21,5 22,10 0,690
100 0,946 1,009 3,21 33,6 21,9 23,13 0,688
120 0,898 1,009 3,34 36,8 22,8 25,45 0,686
140 0,854 1,013 3,49 40,3 23,7 27,80 0,684
160 0,815 1,017 3,64 43,9 24,5 30,09 0,682
180 0,779 1,022 3,78 47,5 25,3 32,49 0,681
200 0,746 1,026 3,93 51,4 26,0 34,85 0,680
250 0,674 1,038 4,27 61,0 27,4 40,61 0,677
300 0,615 1,047 4,60 71,6 29,7 48,33 0,674
350 0,566 1,059 4,91 81,9 31,4 55,46 0,676
400 0,524 1,068 5,21 93,1 33,0 63,09 0,678
500 0,456 1,093 5,74 115,3 36,2 79,38 0,687
600 0,404 1,114 6,22 138,3 39,1 96,89 0,699
700 0,362 1,135 6,71 163,4 41,8 115,4 0,706
800 0,329 1,156 7,18 188,8 44,3 134,8 0,713

Таблица П. 2.3.

Физические свойства воды на линии насыщения

 

p ·10 -5 , Па ρ , кг/м3 λ· 102, Вт/(м·° C ) a·106 , м2 µ·106 , Па·с ν·106 , м2 Pr
0 1,013 999,9 55,1 13,1 1788 1,789 13,67
10 1,013 999,7 57,4 13,7 1306 1,306 9,52
20 1,013 998,2 59,9 14,3 1004 1,006 7,02
30 1,013 995,7 61,8 14,9 801,5 0,805 5,42
40 1,013 992,2 63,5 15,3 653,3 0,659 431
50 1,013 988,1 64,8 15,7 549,4 0,556 3,54
60 1,013 983,2 65,9 16,0 469,9 0,478 2,98
70 1,013 911,8 66,8 16,3 406,1 0,415 2,55
80 1,013 971,8 67,4 16,6 355,1 0,365 2,21
90 1,013 965,3 68,0 16,8 314,9 0,326 1,95
100 1,013 958,4 68,3 16,9 282,5 0,295 1,75
110 1,43 951,0 68,5 17,0 259,0 0,272 1,60
120 1,98 943,1 68,6 17,1 237,4 0,252 1,47
130 2,70 934,8 68,6 17,2 217,8 0,233 1,36
140 3,61 926,1 68,5 17,2 201,1 0,217 1,26
150 4,76 917,0 68,4 17,3 186,4 0,203 1,17
160 6,18 907,4 68,3 17,3 173,6 0,191 1,10
170 7,92 897,3 67,9 17,3 162,8 0,181 1,05
180 10,03 886,9 67,4 17,2 153,0 0,173 1,00
190 12,55 876,0 67,0 17,1 144,2 0,165 0,96
200 15,55 863,0 66,3 17,0 136,4 0,158 0,93
210 19,08 852,8 65,5 16,9 130,5 0,153 0,91
220 23,20 840,3 64,5 16,6 124,6 0,148 0,89
230 27,98 827,3 63,7 16,4 119,7 0,145 0,88
240 33,48 813,6 62,8 16,2 114,8 0,141 0,87
250 39,78 799,0 61,8 15,9 109,9 0,137 0,86
260 46,94 784,0 60,5 15,6 105,9 0,135 0,87
270 55,05 767,9 59,0 15,1 102,0 0,133 0,88
280 64,19 750,7 57,4 14,6 98,1 0,131 0,90

 

Таблица П. 2.4.

Температура кипения воды в зависимости от давления

 

p ·10 -5 , Па 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
99,64 120,23 133,54 143,62 151,84 158,84 164,96 170,42 175,35 179,88

 

Дата: 2019-02-19, просмотров: 188.