Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Методические указания к практическим занятиям

по дисциплине «Общая энергетика»
для студентов направления 13.03.02
«Электроэнергетика и электротехника»
очной формы обучения

 

Рекомендованы учебно-методической комиссией направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
в качестве электронного издания для использования
в учебном процессе

Кемерово 2016

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

 

Е. В. Скребнева – старший преподаватель кафедры «Электроснабжение горных и промышленных предприятий»

 

И. Ю. Семыкина – председатель учебно-методической комиссии направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

 

 

Паскарь Иван Николаевич, Кирилов Кирилл Олегович. Общая энергетика: методические указания к практическим занятиям по дисциплине«Общая энергетика» [Электронный ресурс]: для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», всех форм обучения / сост.: И. Н. Паскарь, К.О. Кирилов– Кемерово: КузГТУ, 2015. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); зв.; цв.; 12 см. – Систем. требования: Pentium IV; ОЗУ 32 Мб; WindowsХР; (CD-ROM-дисковод); мышь;. – Загл. с экрана.

 

 

Составлено в соответствии с программой дисциплины «Общая энергетика» и предназначено для проведения практических занятий.

 

 

© КузГТУ

©Паскарь И. Н.,

Кирилов К. О.,

составление, 2016

Практические занятия предусматривают решение задач по разделам дисциплины: теоретические основы теплоэнергетики, циклы энергетических установок, технология производства электроэнергии и эффективность электростанций, энергетика и окружающая среда. Ниже приводятся задачи по этим разделам и даются решения. Также приводятся примеры решения задач контрольной работы. Сначала попробуйте выполнить задачу самостоятельно и только потом посмотрите предлагаемое решение.

 

ПОЯСНЕНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

Тема 2. Циклы энергетических установок

 

Пример 1. Паровая турбина мощностью N = 12000 кВт работает при начальных параметрах = 80 бар и = 450 ^оC. Давление в конденсаторе = 0,04 бара. В котельной установке, снабжающей турбину паром, сжигается уголь с теплотой сгорания = 25 МДж/кг. КПД котельной установки равен = 0,8. Температура питательной воды = 90 ^оС.

Определить производительность котельной установки и часовой расход топлива при полной нагрузке паровой турбины и условии, что она работает по циклу Ренкина.

РЕШЕНИЕ:

Тема 3. Технология производства электроэнергии и эффективность электростанций

 

Пример 1. Паровая турбина мощностью N = 12000 кВт работает при начальных параметрах = 80 бар и = 450 ^оC. Давление в конденсаторе = 0,04 бара. В котельной установке, снабжающей турбину паром, сжигается уголь с теплотой сгорания = 25 МДж/кг. КПД котельной установки равен = 0,8. Температура питательной воды = 90 ^оС.

Определить производительность котельной установки и часовой расход топлива при полной нагрузке паровой турбины и условии, что она работает по циклу Ренкина.

РЕШЕНИЕ:

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Задача 1

В теплообменнике G, кг/с воды нагревается от температуры до температуры горячими газами, которые при этом охлаждаются от температуры до температуры .

Определить поверхность теплообменника при включении его по схеме прямотока и противотока, если коэффициент теплопередачи составляет К. Теплоемкость воды принять постоянной и равной 4,19 кДж/кг·К.

Изобразить характер изменения температур теплоносителей при прямотоке и противотоке.

Данные для расчета выбрать из табл. 1.

Таблица 1

Параметры	Вариант
Последняя цифра шифра
оС
, оС
, оС
, оС
Предпоследняя цифра шифра
G, кг/с	1,0	1,2	1,4	1,5	1,3	1,1	0,9	0,8	0,7	0,6
К, Вт/м2·К

Задача 2

 

Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина при следующих условиях: начальное давление пара р_о, начальная температура t_о, давление в конденсаторе р_к. Относительный внутренний КПД – η_оi. Определить параметры состояния пара в характерных точках теоретического и действительного циклов, термический КПД, удельные расходы пара и теплоты, количество теплоты, подведенной в котле и отведенной в конденсаторе.

Изобразить теоретический и действительный процессы расширения пара в турбине в h-s диаграмме. Данные для расчета выбрать из табл. 2

Таблица 2

Параметры	Вариант
Последняя цифра шифра
ро, МПа									4,5	4,5
tо, оС
Предпоследняя цифра шифра
рк., кПа				3,5					3,5	3,5
ηоi	0,85	0,84	0,83	0,82	0,81	0,8	0,79	0,77	0,75	0,72

Методические указания

 

По известным р_о и t_о по h-s диаграмме находим параметры состояния в начальной точке (о): h_o, кДж/кг; , м³/кг; , кДж/(кг·К); t_н, ^оС – температура насыщения пара при р_о.

В точке 1_t пересечения адиабаты расширения пара в турбине и изобары р_к находятся параметры, характеризующие состояние отработавшего пара: h_1t, , s_1t = s_o, х_1t.

Отрезок 0-1_t дает располагаемый теплоперепад турбины Н_о = h_o - h_1t.

Параметры конденсата на выходе из конденсатора находятся по давлению р_к. Температура насыщения t_н, определяется в точке 1^′ - пересечения изобары р_к и верхней пограничной кривой (х = 1); изотерма, проходящая через точку 1^′, определяет t_н1; энтальпия конденсата h^′_1t = с_вt_н1, кДж/кг; с_в – теплоемкость воды, с_в = 4,19 кДж/(кг·К).

Параметры пара, отвечающие действительному циклу, находятся в точке 1 (пересечение линий h₁ = h₀ - η_oi · H_о и изобары р_к). Для этого состояния определяем: х₁, s₁, v₁.

Термический КПД теоретического цикла Ренкина находят по формуле

.

Удельный расход пара на 1 кВт·ч

, кг/(кВт·ч).

Удельный расход теплоты

, кДж/(кВт·ч).

Количество подведенной теплоты в котле

, кДж/кг.

Количество отведенной теплоты в конденсаторе

, кДж/кг.

 

Задача 3

Конденсационная электростанция (КЭС) работает на начальных параметрах пара перед турбиной р_о, t_o, и давлении пара в конденсаторе р_к. Определить КПД брутто и нетто электростанции, удельные расходы теплоты и условного топлива, если расход электроэнергии на собственные нужды составляет Э_сн. Как изменится КПД КЭС, если начальное давление повысится на Δр_о, а температура на Δt_о?

Изобразить теоретический процесс расширения пара в турбине в h-s диаграмме.

Данные для расчета выбрать из табл. 3.

Таблица 3

Параметры	Вариант
Последняя цифра шифра
ро, МПа	1,1	2,5	2,8	3,4	8,8	8,8	12,8	12,8	16,6	22,5
tо, оС
Рк, кПа			4,4			3,5		3,4	3,8	3,5
Предпоследняя цифра шифра
Δро, МПа	1,4	0,9	0,6	5,4	2,0		1,0	3,8	5,9	0,5
Δtо, оС
Эсн, %			5,5			5,2	5,4	5,6	5,8

Методические указания

По заданным р_о, t_o, и р_к в h-s диаграмме строится адиабатный процесс расширения пара в турбине. В точках 0 и 1 находим энтальпию пара в начале и конце адиабатного (изоэнтропного) процесса расширения h_o и h_к.

Энтальпия конденсата h′_к = с_вt_к; с_в – теплоемкость воды, с_в = 4,19 кДж/(кг·К), t_к – температуру конденсата находят по давлению р_к и х = 1 или по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара. КПД брутто электростанции определяется по формуле

,

где η_ку – КПД котельной установки, η_ку = 0,9…0,95;

η_тр – КПД теплового потока, η_тр = 0,97…0,99;

η_t – термический КПД паротурбинной установки;

η_oi – внутренний относительный КПД, η_oi = 0,85…0,88;

η_м – механический КПД, η_м = 0,97…0,99;

η_э – электрический КПД, η_э = 0,96…0,97.

Термический КПД турбинной установки

.

КПД электростанции нетто

.

Удельный расход теплоты на выработку 1 кВт·ч электроэнергии

, кДж/(кВт·ч).

Удельный расход условного топлива

, кг/(кВт·ч),

где кДж/кг – низшая теплота сгорания условного топлива.

По h-s диаграмме в точках 1′ и 2′ находим энтальпию свежего пара h′_o и энтальпию в конце адиабатного расширения h′_к при р′_о = р_о + Δр_о и t′_o = t_o + Δt_o.

Вычисляем КПД турбинной установки η′_t и КПД брутто электростанции h′_с. Находим увеличение КПД Δη = η′_с - η_с и ,%.

Задача 4

Определить показатели режима работы электростанции, на которой установлены два турбогенератора мощностью N_y. Максимальная нагрузка электростанции N_м, а количество выработанной электроэнергии за год W_э.

Данные для расчета выбрать из табл. 4.

Таблица 4

Параметры	Вариант
Последняя цифра шифра
Ny, МВт
Nм, МВт
Wэ·10-6, КВт·ч

 

Методические указания

Числа часов использования установленной τ_у и максимальной мощности τ_м находятся по формулам

; .

Средняя мощность электростанции

, кВт.

Коэффициент использования установленной мощности

.

Коэффициент резерва

.

Коэффициент резерва к_р>1, а коэффициент использования установленной мощности к_и<1.

 

Задача 5

ТЭЦ выработала за год W_э, кВт·ч электроэнергии и отпустила внешним потребителям Q_отп, кДж теплоты, израсходовав при этом В, т каменного угля с низшей теплотой сгорания кДж/кг.

Определить КПД по выработке электроэнергии и теплоты, приняв КПД котельной установки

Данные для расчета взять из табл. 5.

Таблица 5

Параметры	Вариант
Последняя цифра шифра
Wэ·10-6, КВт·ч
Qотп·10-11, кДж	4,5	3,5	3,7	3,9	4,1	5,0	4,9	4,2	4,5	4,7
В·10-3, т

 

Методические указания

Расход топлива на выработку отпущенной теплоты определяется по формуле

, кг/год.

Расход топлива на выработку электроэнергии

, кг/год.

КПД по выработке электроэнергии и теплоты на ТЭЦ находят по формулам

; .

 

 

Задача 6

Произвести расчет горизонтальной нефтеловушки (отстойника) для очистки сточных вод от нефтепродуктов. Расход сточных вод V и скорость всплывания частиц нефти w приведены в табл. 6. Ширина лотка нефтеловушки 2 м, глубина проточной части в = 0,5 м. В результате расчета определить число секций нефтеловушки.

Данные для расчета выбрать из табл. 6.

Таблица 6

Параметры	Вариант
Последняя цифра шифра
V, м3/с	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1
Предпоследняя цифра шифра
w, мм/с	0,15	0,20	0,25	0,3	0,35	0,4	0,22	0,28	0,32	0,38

ПЕРЕЧНЬ ПРИМЕРНЫХ ВОПРОСОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ

ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

1. Какие условия необходимо соблюдать, чтобы термодинамический процесс был обратимым? Что является причиной необратимости реальных термодинамических процессов?

2. Почему внутреннюю энергию, энтальпию и энтропию рабочего тела называют параметрами или функциями состояния, а теплоту и работу функциями процесса?

3. В чем сущность 1-го закона термодинамики? Напишите уравнение первого закона термодинамики, объясните входящие в него величины.

4. В чем сущность второго закона термодинамики?

5. Приведите основные формулировки второго закона термодинамики и

дайте его аналитическое выражение для обратимых и необратимых процессов. Покажите, что цикл Карно является наивыгоднейшим в заданном интервале температуры.

6. Покажите, что изохорный, изотермический и адиабатные процессы являются частными случаями политропного процесса.

7. Пользуясь уравнениями первого закона термодинамики для потока и для закрытой системы, покажите за счет чего совершаются все виды работы рабочего тела в потоке.

8. Для чего применяется сопло Лаваля? Изобразите схематически это сопло. Как меняются давление и скорость газа вдоль сопла?

9. Изобразите тепловой процесс в сопле Лаваля в h,S -диаграмме. Приведите уравнение для определения теоретической и действительной скоростей исте-

чения.

10. Почему в сходящемся канале нельзя достичь скорости большей, чем местная скорость звука?

11. Что называется абсолютной и относительной влажностью воздуха? Какую температуру называют температурой точки росы? Что такое влагосодержание воздуха и как оно определяется?

12. В чем состоит различие между процессами испарения и кипения?

13. Какой пар называется перегретым и что такое степень перегрева?

14. Какой пар называется влажным насыщенным и что такое степень сухости?

15. Чем характерна критическая точка? Какие значения параметров водяного пара в критической точке?

16. Изобразите в координатах p,v и T,S процесс парообразования для водяного пара и объясните характерные области, линии и точки, нанесенные на них.

17. Какие величины связывает между собой уравнение Клапейрона-Клаузиуса?

18. Чем характерна тройная точка? Каковы значения ее параметров?

19. Какой пар называется сухим насыщенным? Изобразите на диаграммах

p-v, T-S и h-S обратимый адиабатный процесс расширения перегретого пара до состояния сухого насыщенного пара. Дайте необходимые пояснения.

20. Изобразите на диаграммах p-v, T-S и h-S изобарный процесс превращения влажного насыщенного водяного пара до состояния перегретого пара. Дайте

необходимые пояснения.

21. Как изменяется теплота парообразования с увеличением давления? Как посчитать теплоту парообразования?

22. Изобразите теоретическую индикаторную диаграмму поршневого компрессора для случая изотермического и адиабатного сжатия. Покажите на ней площади, которыми изображаются работы наполнения, сжатия и выталкивания. Для чего применяется охлаждение компрессора?

23. Изобразите идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с изобарным подводом тепла в p-v и T-S диаграммах. Отчего зависит к. п.д. этого цикла?

24. Изобразите идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом тепла в p-v и T-S диаграммах. Дайте необходимые пояснения.

25. Приведите принципиальную схему паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, и изобразите цикл работы в координатах p-v и T-S.

26. Как влияют начальные и конечные параметры на термический КПД цикла Ренкина?

27. Что такое промежуточный перегрев пара и для чего он применяется? Приведите принципиальную схему этой установки. Дайте необходимые пояснения.

28. Изобразите идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с изохорным подводом тепла в p-v и T-S диаграммах.

29. Что называется теплофикацией? В чем ее преимущества перед раздельной выработкой тепловой и электрической энергии? Каким параметром оценивают экономичность теплоэлектроцентрали?

30. Приведите принципиальную схему регенеративного цикла паротурбинной установки. Дайте необходимые пояснения.

25. Изобразите схему двухконтурной атомной теплоэнергетической установки и объясните принцип ее действия. В чем принципиальные отличия этой установки от обычных паросиловых установок?

31. Сформулируйте основной закон теплопроводности (закон Фурье) и приведите его математическое выражение. Объясните физический смысл знака "минус" в законе Фурье. Что такое тепловой поток и поверхностная плотность теплового потока?

32. Как рассчитывается теплопроводность однослойной и многослойной плоской стенки при стационарном режиме? Покажите распределение температур в многослойной плоской стенке.

33. Как рассчитывается теплопроводность однослойной и многослойной цилиндрической стенки? Покажите распределение температур в многослойной цилиндрической стенке.

34. Поясните механизм конвективного теплообмена. Запишите основное уравнение конвективного теплообмена.

35. Дайте определение коэффициенту теплоотдачи. Каковы трудности в его определении?

36. Изложите кратко сущность теории подобия физических процессов. Объясните значение этой теории.

37. Каков общий вид критериальных уравнений конвективного теплообмена? Поясните физический смысл критериев Re, Nu, Pe, Pr, Gr.

38. Опишите процесс теплопередачи через плоскую стенку.

39. В чем различие излучения газов от излучения твердых тел? Возможно ли с помощью одного экрана уменьшить теплообмен в несколько раз?

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

 

Диаграмма h-s водяного пара

 

 

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Методические указания к практическим занятиям

по дисциплине «Общая энергетика»
для студентов направления 13.03.02
«Электроэнергетика и электротехника»
очной формы обучения

 

Рекомендованы учебно-методической комиссией направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
в качестве электронного издания для использования
в учебном процессе

Кемерово 2016

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

 

Е. В. Скребнева – старший преподаватель кафедры «Электроснабжение горных и промышленных предприятий»

 

И. Ю. Семыкина – председатель учебно-методической комиссии направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

 

 

Паскарь Иван Николаевич, Кирилов Кирилл Олегович. Общая энергетика: методические указания к практическим занятиям по дисциплине«Общая энергетика» [Электронный ресурс]: для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», всех форм обучения / сост.: И. Н. Паскарь, К.О. Кирилов– Кемерово: КузГТУ, 2015. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); зв.; цв.; 12 см. – Систем. требования: Pentium IV; ОЗУ 32 Мб; WindowsХР; (CD-ROM-дисковод); мышь;. – Загл. с экрана.

 

 

Составлено в соответствии с программой дисциплины «Общая энергетика» и предназначено для проведения практических занятий.

 

 

© КузГТУ

©Паскарь И. Н.,

Кирилов К. О.,

составление, 2016

Практические занятия предусматривают решение задач по разделам дисциплины: теоретические основы теплоэнергетики, циклы энергетических установок, технология производства электроэнергии и эффективность электростанций, энергетика и окружающая среда. Ниже приводятся задачи по этим разделам и даются решения. Также приводятся примеры решения задач контрольной работы. Сначала попробуйте выполнить задачу самостоятельно и только потом посмотрите предлагаемое решение.

 

ПОЯСНЕНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики

 

Пример 1-1. За τ = 20 ч работы электростанции сожжено В = 62 т каменного угля, имеющего теплоту сгорания = 28900 кДж/кг.

Определить среднюю мощность станции, если в электрическую энергию превращено 20 % теплоты, полученной от сгорания топлива.

РЕШЕНИЕ:

Количество теплоты, превращенной в электрическую энергию

 

= 62 · 10³ · 28,9 · 10³ · 0,2 = 354,6 · 10⁶ кДж.

 

Эквивалентная ему электроэнергия или работа

кВт·ч.

Средняя электрическая мощность станции

кВт.

 

Пример 1-2. Один кг воздуха совершает цикл Карно в пределах температур от Т₁ = 900 К до Т₂ = 300 К. Наивысшее давление в цикле – 6 МПа, а наинизшее – 0,1 МПа. Определить термический КПД цикла.

РЕШЕНИЕ:

Цикл Карно состоит из изотермических процессов 1-2 и 3-4 подвода теплоты q₁ и отвода теплоты q₂ и адиабатных процессов расширения (2-3) и сжатия (3-4) без теплообмена (q₁ = 0).

Точка 1: р₁ = 6 МПа, Т₁ = 900 К (по заданию). Удельный объем воздуха находим из уравнения состояния:

м³/кг.

Точка 2: Т₂ = 900 К. Из уравнения адиабаты (к = 1,4)

МПа.

Удельный объем воздуха

м³/кг.

Точка 3: р₃ = 0,1 МПа, Т₃ = 300 К (по заданию)

м³/кг.

Точка 4: Т₄ = 300 К

МПа.

Из уравнения изотермы 3-4

м³/кг.

Термический КПД цикла

.

Количество подведенной теплоты

кДж/кг.

Количество отведенной теплоты

кДж/кг.

Работа цикла

l_ц = q₁ – q₂ = 42,5 кДж/кг.

Проверка:

 

Пример 1-3. Для условий предыдущей задачи определить, как изменятся параметры в основных точках цикла, термический КПД, теплота и работа, если в качестве рабочего тела использовать кислород или азот.

В результате решения задачи Вы должны убедиться, что замена одного рабочего тела на другое (воздуха на О₂ или N₂) приводит к изменению параметров в характерных точках цикла и количествах подведенной и отведенной теплоты. Термический КПД цикла не зависит от свойств рабочего тела.

 

Пример 1-4. Определить параметры сухого насыщенного пара при давлении 5 МПа.

РЕШЕНИЕ:

В h-s диаграмме (приложение 1) на пересечении линий х = 1 и изобары 5 МПа (50 бар) находим точку 1, которая определяет состояние пара. По изохоре и изотерме, проходящим через точку 1, находим соответственно м³/кг и t₁ = 264 ^оС, энтальпия кДж/кг, энтропия кДж/(кг·К). Эти же параметры можно найти из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара.

 

Пример 5. Определить параметры влажного пара при давлении 5 МПа и степени сухости х = 0,94.

РЕШЕНИЕ:

Состояние влажного пара с заданными параметрами в h-s диаграмме определяет точка 1, которая находится на пересечении изобары 5 кПа (0,05 бара) и линии постоянной степени сухости х = 0,94. Проектируя на ось абсцисс и ось ординат находим: энтальпия h_1х = 2416 кДж/кг и энтропия S_1х = 8 кДж/(кг·К). Величилина удельного объема определяется по значению изохоры, проходящей через точку 1 – v_1х = 25,4 м³/кг. В точке пересечения изобары 5 кПа и линии х = 1 находится температура насыщенного пара t_1х = 33 ^оС.

Те же параметры можно найти с помощью таблиц и формул:

h_1х = h' + хч = 137,8 + 2423 · 0,94 = 2416 кДж/кг;

кДж/кг·К;

v_1х = v''х = 28,2 · 0,94 = 26,5 м³/кг.

Из таблицы воды и водяного пара по давлению р = 5 кПа берут значения τ₁, v''.

Совпадение параметров удовлетворительное.

 

Пример 6. Определить параметры перегретого водяного пара при давлении 10 МПа и температуре 500 ^оС.

 

РЕШЕНИЕ:

В h-s диаграмме находим точку 1, характеризующую состояние пара, на пересечении изобары 10 МПа и изотермы 500 ^оС. Проектируя точку 1 на координатные оси, получим h₁ = 3374 кДж/кг и S₁ = 6,6 кДж/кг·К. По значению изохоры, проходящей через точку 1, – v₁ = 0,033 м³/кг. Изотерма, проходящая через точку пересечения изобары 10 МПа и линии х = 1, определяет температуру насыщенного пара t_н = 311 ^оС. Искомые параметры можно найти по таблицам перегретого пара при давлении 10 МПа и температуре 500 ^оС.

 

Пример 7. Плоская стальная стенка толщиной мм омывается с одной стороны газами с температурой = 310 ^оС, а с другой изолирована от окружающего воздуха, имеющего температуру = 10 ^оС, плотно прилегающей к ней пластиной толщиной мм.

Определить плотность теплового потока и температуры поверхностей стенок, если известно, что коэффициент теплопроводности стали = 40 Вт/(мּК), а материала изоляционной пластины = 0,15 Вт/(мּК). Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке = 25 Вт/(м^2ּК), а от пластины к воздуху = 10 Вт/(м²ּК).

РЕШЕНИЕ:

Полное термическое сопротивление плоской многослойной стенки

(м²ּК)/Вт.

Коэффициент теплопередачи k = Вт/(м²ּК).

По уравнению теплопередачи плотность теплового потока q

, Вт/м².

Температура на поверхности стальной стенки

,

на границе между стальной стенкой и изоляционной пластиной

,

на поверхности изоляционной пластины

.

 

Пример 8. Через трубу диаметром d = 50 мм и длиной l = 3 м со скоростью w = 0,8 м/с протекает вода. Определить средний коэффициент теплоотдачи, если средняя температура воды = 50 ^оС, а температура стенки = 70 ^оС.

РЕШЕНИЕ:

При = 50 ^оС, = 0,648 Вт/(мּК), = 5,56ּ10^-7 м²/с, = 3,54, = 2,55 при = 70 ^оС (табл. П11 приложения).

Определим режим течения воды:

,

режим турбулентный. В этом случае критериальное уравнение имеет вид

,

,

, Вт/(м²ּК).

Так как = 6 0 > 50, то поправка на влияние длины трубы = 1.

Пример 9. Определить, какое количество сухого насыщенного пара давлением 0,198 МПа, сконденсируется в стальном горизонтальном трубопроводе диаметром d = 140 мм на длине = 12 м, если он находится в кирпичном канале aּb = 0,5ּ0,5 м, температура стенок канала = 20 ^оС. Коэффициент теплоотдачи при естественной конвенции в канале = 12 Вт/(м²ּК).

РЕШЕНИЕ:

Температура пара = f(р), = 120 ^оС; считать температуру стенки паропровода равной , .

Боковые поверхности трубы и канала F₁ = ; F₂ = 2(a+b)ּ , м².

Коэффициент лучистого теплообмена _л

 

 

, Вт/(м²ּК),

где _пр - приведенная степень черноты системы, С_o = 5,7 Вт/(м²ּК⁴)

= 0,7, = 0,82.

Суммарный коэффициент теплоотдачи от стального паропровода к воздуху в канале

, Вт/(м²ּК).

Потери теплоты в паропроводе

, Вт.

Количество конденсируемого пара

D= , кг/ч,

где r, - скрытая теплота парообразования, выбирают по давлению р из табл. П. 5 приложения.

 

Пример 10. В теплообменнике = 2 кг/с воды нагреваются от температуры до С горячими газами, которые при этом охлаждаются от температуры С до температуры С.

Определить поверхность теплообменника при включении его по схеме прямотока и противотока, если коэффициент теплопередачи k = 32 Вт/().

РЕШЕНИЕ:

Количество теплоты, полученное водой от газов, найдем по уравнению теплового баланса:

, Вт.

Среднелогарифмический температурный напор:

для прямотока

;

для противотока

 

Из уравнения теплопередачи поверхность теплообменника

; .

 

Пример 11. Для паровой турбины мощностью кВт с удельным расходом пара = 5,5 кг/(кВтּч) определить поверхность охлаждения конденсатора и расход охлаждающей воды, если известно, что кратность охлаждения m = 55 кг/кг и температура охлаждающей воды на входе в конденсатор ^оС, на выходе ^оС. Температура пара в конденсаторе ^оС. Коэффициент теплопередачи k = 3700 Вт/(м²ּК).

РЕШЕНИЕ:

Расход пара турбиной D = N, т/ч. Расход охлаждаю