На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


контрольная работа Теплотехника

Информация:

Тип работы: контрольная работа. Добавлен: 12.10.2012. Сдан: 2011. Страниц: 8. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«БЕЛГОРОДСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПОТРЕБИТЕЛЬСКОЙ КООПЕРАЦИИ» 

Кафедра «Технология продуктов общественного  питания»
                              
                           Контрольная работа
По дисциплине: ТЕПЛОТЕХНИКА
 
                                             

                Выполнила студентка группы ТПП-31
                                         Заочного факультета обучения
                                             Курганская Наталья Николаевна
                                           Номер зачетной книжки 307838
                             
                              Проверил преподаватель  
                                   Тихомирова Тамара Ивановна 
 
 

                                       

  

                                                  Белгород 2009 

     Вопрос: 31 .Устройство и основы теплового расчета  регенеративных теплообменников. 

ТИПЫ  ТЕПЛООБМЕННЫХ  АППАРАТОВ
Теплообменный    аппарат    ( теплообменник ) — это   устройство,   предназначенное для нагревания, охлаждения или '   изменения   агрегатного   состояния теплоносителя.  Чаще  всего  в  теплообменных аппаратах осуществляется передача теплоты от  одного теплоносителя к другому, т. е. нагревание одного теплоносителя происходит за счет охлаждения другого. Исключение составляют теплообменники с внутренними тепловыделениями,   в   которых   теплота   выделяется самом аппарате и идет на нагрев теплоносителя.  Это разного рода электронагреватели и реакторы. Теплообменники с двумя теплоноси-1И в зависимости от способа переда-теплоты   от   одного   теплоносителя к другому можно разделить на несколько смесительные,   рекуперативные,       регенеративные с промежуточным теплоносителем.
Наиболее простыми и компактными являются смесительные теплообменники, в которых смешиваются теплоносители, не требующие дальнейшего разделения, например при подогреве воды паром (рис. 13.1).
Используются  смесительные теплообменники и для легко разделяющихся теплоносителей: газ жидкость, газ — дисперсный твердый материал, вода — масло и т. д. Для увеличения поверхности контакта теплоносителей их тщательно перемешивают, жидкости разбрызгивают или разбивают на мелкие струи.
На рис. 13.2 изображена схема градирни — смесительного теплообменника для охлаждения воды потоком атмосферного воздуха. Такими теплообменниками оборудованы очень многие производства, где требуется сбросить теплоту в окружающую среду.
Охлажденная вода нужна на тепловых электрических станциях для конденсаторов турбин, в компрессорных станциях для охлаждения воздуха и т. д. 
 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис. 1.1. Использование струйного смесительного теплообменника для подогрева воды паром при термической деаэрации (удаления растворенных газов) 

     Охлаждение воды в градирнях происходит не только за счет нагрева воздуха, но и за счет частичного испарения самой воды (около 1 %). Для обеспечения движения воздуха градирни оборудуются либо вентилятором, либо высокой вытяжной бащней. Теплый и влажный воздух легче наружного, поэтому создается естественная тяга с подъемным движением воздуха внутри башни.
  В рекуперативных теплообменниках теплота  от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку. Для уменьшения термического сопротивления стенка выполняется из материала с хорошей теплопроводностью: меди, стали, латуни, сплавов алюминия и т. д.
      Наиболее распространены т р у б ч ат ы е теплообменники (рис. 1.2), в которых один теплоноситель движется в трубах, а другой — в межтрубном пространстве. В таких теплообменниках смешения теплоносителей не происходит, и они используются для самых разнообразных сочетаний греющего и нагреваемого вещества. Регенеративные  теплообменники и теплообменники с промежуточным теплоносителем работают фактически по одному и тому же принципу, заключающемуся в том, что теплота от одного теплоносителя к другому переносится с помощью какого-то третьего — вспомогательного вещества. Это вещество (промежуточный теплоноситель) нагревает в потоке горячего теплоносителя, а зе отдает аккумулированную теплоту холодному теплоносителю. Для этого необходимо либо переносить сам промежуточный теплоноситель из одного потока в другой, либо периодически переключать потоки теплоносителей в теплообменнике периодического действия (рис. 1.3). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Рис.  1.3. Схема    простейшего    кожухотрубчатого рекуперативного теплообменника  для передачи   теплоты   от   одного   теплоносителя» (/)  к другому (//) 

В регенеративных теплообменниках в качестве промежуточного теплоносителя используется твердый достаточно массивный материал — листы металла. кирпичи, различные засыпки.  Регенеративных теплообменники незаменимы для высокотемпературного  (t >1000°С)  подогрева газов, поскольку жаростойкость металлов ограничена, а насадка из огнеупорных кирпичей может работать при очень высоких температурах. Иногда регенеративные   теплообменники   выгодно использовать  и для  охлаждения  запыленных газов, которые способны быстро изнашивать или забивать трубки рекуператоров.
        В теплообменниках с промежуточным теплоносителем теплота от греющей среды к нагреваемой переносится потоком мелкодисперсного материала или жидкости. В ряде случаев промежуточный теплоноситель при работе меняет агрегатное состояние.
  Одним из оригинальных устройств, использующих в качестве промежуточного теплоносителя пар и его конденсат, является герметичная труба, заполненная частично жидкостью, а частично паром (рис 1.5). Такое устройство, называемое тепловой трубой, способно передавать больше тепловые мощности (в 1000 раз больше, чем медный стержень тех же размеров). На горячем конце тепловой трубы за счет подвода теплоты испаряется жидкость, а на холодном — конденсируется пар, отдавая выделившуюся теплоту Конденсат возвращается в зону испарения либо самотеком, если холодный конец можно разместить выше горячего, либо за счет использования специальных фитилей, по которым   жидкость  движется   под   действием капиллярных сил в любом направлении,  даже против сил тяжести (как спирт в спиртовке). I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис 1 4 Регенеративный подогреватель воздуха периодического действия с переключением потоков, движущихся через   насадку 
 
 
 
 
 

  
 
 
 
 
Рис 1 5 Схема работы тепловой трубы с  возвратом конденсата под действием гравитационных сил (термосифон) 

  Тепловые трубы с самотечным возвратом конденсата известны давно Широкое распространение тепловых труб с фитилями началось недавно в связи с необходимостью отвода больших тепловых потоков от мощных, но малогабаритных полупроводниковых устройств. Практически незаменимы тепловые трубы с фитилями в космосе. Для охлаждения механических, электрических или радиотехнических устройств в земных условиях мы очень широко используем естественную конвекцию. В космосе естественной конвекции не может быть, поскольку отсутствует сила тяжести, и нужны иные способы отвода теплоты Тепловые трубы с фитилями могут работать и в невесомости Они малогабаритны, не требуют затрат энергии на перекачку теплоносителей и при соответствующем подборе рабочего агента работают в широком интервале температур
  Широкие возможности открываются при  использовании в качестве промежуточного теплоносителя мелкодисперсного материала, который может работать в самых различных условиях (при высоких и низких температурах, в агрессивных газах и т д.). Такой материал легко транспортируется потоком газа и в зависимости от условий может находиться во взвешенном, плотном или псевдоожиженном состоянии
  Использование того или иного типа теплообменника в каждом конкретном случае должно быть обосновано технико-экономическими расчетами, поскольку каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. 
 
 
 
 
 

РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ
 I Общим уравнением при расчете теплообменника любого типа является уравнение теплового баланса — уравнение сохранения энергии. Тепловой поток ^^, отданный в теплообменнике горячим теплоносителем (индекс 1), например, при его охлаждении ' от температуры t до t, равен
    Q  = m ( с   t  - c   t  ) (13.1)
где т — массовый расход теплоносителя.
Несколько процентов (обычно 1 — 10 %) от Q теряется в окружающую среду через стенки теплообменника, а основная часть Q  =    Q (КПД теплообменника   учитывает потери) передается второму теплоносителю (индекс 2). Тепловой поток Q  , получаемый холодным теплоносителем, можно рассчитать через разность энтальпий по аналогии с уравнением (13.1):
     
    Q  =m  ( с   t – с  t )=   Q =   m (c  t – с  t  ) (13.2)
Уравнение теплового баланса (13.2) позволяет найти один неизвестный параметр: либо расход одного из теплоносителей, либо одну из температур. Все остальные параметры должны быть известны.
  Тонкие  стенки трубок рекуперативных теплообменников практически всегда считаются плоскими, поэтому поверхность Р, необходимая для передачи теплового потока от горячего теплоносителя к холодному, определяется из приближенного уравнения (12.12), согласно которому Q = rF (t – t )=rF  t
  Методики  расчета теплообменников других типов можно найти в специальной  литературе [7]. 
 
 
 


 
 
 
Рис.  13.6. Схемы  движения теплоносителей теплообменниках: а — противоток, б — прямоток 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      -^ 

Рис. 13.7 Изменение температур теплоносителей в теплообменнике, обогреваемом паром
  При выводе уравнения (12.12) предполагалось, что температуры теплоносителей и t  постоянны, а между тем они изменяются по длине теплообменника (рис. 13.6). В расчете, очевидно, нужно использовать среднеинтегральную по длине теплообменника разность температур теплоносителей:
      Q = rF  t (13.3)
Пользоваться  среднеарифметическиум значением   t = 0.5( t +   t ) можно только в   случае, когда   t  /   t  <2. Погрешность не будет превышать 4 %.
 Определим точное значение среднего перепада температуры  t  для простейшего случая,  когда  температура  греющего теплоносителя неизменна
(рис. 13.7). Через  диференциально малую площадь теплообменника dF передается тепловой поток
                      Q = r  tdF
за счет которого температура нагреваемого теплоносителя изменяется на dt , а разность температур теплоносителей — на d{  t), причем при t = соnst   dt =— d ( t). Тогда
       Q = m с  d(  t) (13.5)
Приравняем  правые части уравнений (13.4) и (13.5):
                        F = m с d  (  t)                    ( 13.6) 

  Разделим переменные и проинтегрируем по F от О до F и по   t от   t   до   t при
 Ср2 = сопst: 

        F =                            X
 
                                                                                                                             (13.7)
Отсюда
                                    F = 

или
    т с = rF/ ln (  t/   t)                                          (13.8)
Подставим т Ср2 из  (13.8)  в уравнение (13.2)
      Q = m с  (t   - t ) = m  с  (  t -  t ) = rF (  t – t ) /   ln  (   t  / t )             (13.9)
     Сравнивая выражения   (13.9)   и   (13.3), нетрудно видеть, что
                                                                                                                         ( 13.10)
  Точно таким же получается выражение для t и при других схемах движения теплоносителей, изображенных на рис. 13.6. Обратите внимание, что  t и    t — это перепады температур между теплоносителями на концах теплообменника. Только в прямоточном теплообменнике значение t всегда равно разности температур теплоносителей на входе, а t — на выходе. В противоточном теплообменнике   теплоносители    движутся 
 


        Газа
        X X у у у 

—О-^"
1  
  ^
1
 
<
ё
1
 
Г
—о«-
          В)
Рис.  13.8. Схемы  теплообменников с перекрестным током теплоносителей: а двухходовой воздухоподогреватель; б — многоходовой  змеевиковый  водоподогреватель   (экономайзер)
навстречу друг другу и значения   t на концах определяются уже по разности температур на входе греющего и выходе нагреваемого теплоносителя. На каком конце теплообменника значение t будет больше, показывает конкретный расчет. Если   t и   t  поменять местами, то ошибки не будет, ибо отрицательными станут и числитель, и знаменатель в формуле (13.10). Типичная ошибка возникает, если при расчете температурных напоров t берутся разности между температурами теплоносителей (а иногда и одного теплоносителя) на разных концах теплообменника. Для исключения ошибок при расчете значений t на концах теплообменника целесообразно всегда рисовать график изменения температур по длине теплообменника, аналогичный приведенным на рис. 13.6 и 13.7.
  На  практике чаще используются противоточные схемы движения, поскольку при одинаковых температурах входящих и выходящих теплоносителей   t при противотоке всегда больше, чем при прямотоке. Согласно формуле (13.3) это означает, что для передачи одного и того же теплового потока Q при противоточной схеме потребуется теплообменник меньшей площади. Еще одно преимущество противоточного теплообменника заключается в том, что холодный теплоноситель в нем можно нагреть до температуры более высокой, чем температура греющего теплоносителя на выходе t >t  (см. рис. 13.6). В прямоточном теплообменнике этого сделать невозможно. •
  Кроме прямоточной и противоточной  схем часто встречаются перекрестные с  различным  числом  ходов   (рис. 13.8).
Средняя разность температур при перекрестном токе меньше, чем при противотоке, но больше, чем при прямотоке При расчете для сложных схем движения теплоносителей вначале определяют t  в предположении, что теплообменник — противоточный, а затем вводят поправки, численное значение которых берут для каждого конкретного случая из справочников [15]. При числе перекрестных ходов более трех, например, для широко распространенных змеевиков теплообменников (рис. 13.8 б) схему движения можно считать чисто противоточной или чисто прямоточной. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Вопрос: 8.Классификация термодинамических циклов.
прямой  цикл карно
  Итак, для превращения теплоты в работу в непрерывно действующей машине нужно иметь по крайней мере тело или систему тел, от которых можно было бы получить теплоту (горячий источник); рабочее тело, совершающее термодинамический процесс, и тело, или систему тел, способную охлаждать рабочее тело, т. е. забирать от него теплоту, не превращенную в работу (холодный источник).
  Рассмотрим  простейший случай, когда имеется один горячий с температурой T и один холодный с температурой T источники теплоты. Теплоемкость каждого из них столь велика, что отъем рабочим телом теплоты от одного источника и передача ее другому практически не меняет их температуры. Хорошей иллюстрацией могут служить земные недра в качестве горячего источника и атмосфера в качестве холодного.
Единственная  возможность осуществления в этих условиях цикла, состоящего только из равновесных процессов, заключается в следующем. Теплоту от горячего источника к рабочему телу нужно подводить изотермически. В любом другом случае температура рабочего тела будет меньше температуры источника T , т. е. теплообмен между ними будет неравновесным. Равновесно охладить рабочее тело от температуры горячего до температуры холодного источника T не отдавая теплоту другим телам (которых по условию нет), можно только путем адиабатного расширения с совершением работы. По тем же соображениям процесс теплоотдачи от рабочего тела к холодному источнику тоже должен быть изотермическим, а процесс повышения температуры рабочего тела от  до T — адиабатным сжатием с затратой работы. Такой цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат, носит название цикла Карно, поскольку именно с его помощью С. Карно в 1824 г. установил основные   законы   превращения   тепловой энергии в механическую.
  Осуществление цикла Карно в тепловой машине можно представить следующим образом. Газ (рабочее тело) с начальными параметрами, характеризующимися точкой а (рис. 3.4), помещен в цилиндр под поршень, причем боковые стенки цилиндра и поршень абсолютно нетеплопроводны, так что теплота может передаваться только через основание цилиндра Вводим цилиндр  в соприкосновение зрячим источником теплоты. Расширяясь изотермически при температуре T от объема Vо до объема Vь, газ забирает от   =T горючего источника теплоту    = T ( s – s) . В точке Ь подвод теплоты прекратится и ставим цилиндр на теплоизолятор Дальнейшее  расширение   рабочего происходит адиабатно. Работа расширения совершается при этом только за счет   внутренней  энергии,   в   результате чего 
 
 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
.;   3.4. Прямой цикл Карно
 
 
 
 
 
 
 
 
  Теперь  возвратим тело в начальное состояние. Для этого сначала поместим цилиндр на холодный источник с температурой T и будем сжимать рабочее тело по изотерме сё, совершая работу l и отводя при этом к нижнему источнику от рабочего тела теплоту         == T  (s —s ). Затем снова поставим цилиндр на теплоизолятор и дальнейшее сжатие проведем в адиабатных условиях. Работа, затраченная на сжатие по линии (1а, идет на увеличение внутренней энергии, в результате чего температура газа увеличивается до T
  Таким образом, в результате цикла каждый килограмм газа получает от горячего источника теплоту    , отдает холодному теплоту   и совершает работу l
  Подставив в формулу (3.10), справедливую для любого цикла, выражения для д1 и д2, получим, что термический КПД цикла Карно определяется формулой
      ц, = 1--Т,/Т,. (3.11)
  Из  нее видно, что термический КПД цикла Карно зависит только от абсолютных температур горячего и холодного источников. Увеличить КПД цикла можно либо за счет увеличения температуры горячего источника, либо за счет уменьшения температуры холодного, причем влияние температур Т\ и 7% на значение т); различно:
    ,/дТ,= -\/Т, =-Т ,/Т 
      / T = - 1/T + - T /T.  а    так    как    Т >Т ,    то   
Таким образом, увеличение температуры горячего источника  в меньшей степени повышает КПД  цикла Карно, чем такое же (в Кельвинах) уменьшение температуры холодного.
  Являясь следствием второго закона термодинамики, формула для КПД цикла Карно, естественно, отражает его содержание. Из нее видно, что теплоту горячего источника можно было бы полностью превратить в работу, т. е. получить КПД цикла, равный единице, лишь в случае, когда          либо         . Оба значения температур недостижимы. (Не достижимость абсолютного нуля температур следует из третьего начала термодинамики) .
  При Т = Т термический КПД цикла равен нулю. Это указывает на невозможность превращения теплоты в работу, если все тела системы имеют одинаковую температуру, т. е. находятся между собой в тепловом равновесии
  Для ориентировки приводим значения термического КПД цикла Карно при различных температурах горячего источника и при температуре холодного источника, равной 10 °С.
  °С        200     400     600     800
      0,40    0,58    0,68    0,74 
 
 
 

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦИКЛОВ ТЕПЛОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК
  Наибольший термический КПД в заданном диапазоне температур имеет цикл Карно. При его осуществлении предполагается использование горячего источника с постоянной температурой, т. е. фактически с бесконечной теплоемкостью. Между тем на практике в работу превращается теплота продуктов сгорания топлива, теплоемкость которых конечна. Отдавая теплоту, они охлаждаются, поэтому осуществить изотермическое расщирение рабочего тела при максимальной температуре горения не удается. В этих условиях необходимо установить общие принципы, определяющие наибольшую термодинамическую эффективность теплосилового цикла, в частности, с позиций потери эксергии.
  Эксергетический и термический коэффициенты полезного действия позволяют оценивать термодинамическое совершенство протекающих в тепловом аппарате процессов с разных сторон. Термический КПД, а также связанный с ним метод тепловых балансов позволяют проследить за потоками теплоты, в частности рассчитать, какое количество теплоты превращается в том или ином аппарате в работу, а какое выбрасывается с неиспользованным (например, отдается холодному источнику). Потенциал этой сбрасываемой теплоты, ее способность еще совершить какую-либо полезную работу метод тепловых балансов не рассматривает.
  Эксергетический метод, наоборот, позволяет проанализировать качественную сторону процесса превращения теплоты в работу, выявить причины и рассчитать потери работоспособности потока рабочего тела и теплоты, а значит, и предложить методы их ликвидации, что позволит увеличить эксергентический КПД и Эффективность работы установки. Поэтому в дальнейшем анализе эффективности работы тепловых установок мы будем параллельно пользоваться как эксергетический методом, так и методом балансов теплоты.
  Назначением теплосиловых установок является производство полезной работы за счет теплоты. Источником теплоты служит топливо, характеризующееся определенной теплотой сгорания р. Максимальная полезная работаL  , которую можно получить, осуществляя любую химическую реакцию (в том числе и реакцию горения топлива), определяется соотношением Гиббса (1839—1903) и Гельмгольца (1821 —1894), получаемым в химической термодинамике:
    L  =Q+ TdL    / dT               (6.1)
  Эта работа может быть меньше теплоты сгорания Q  а может быть и больше, в зависимости от знака dL   /dT Расчеты показывают, что для большинства ископаемых топлив L Таким образом, эксергия органического топлива (в расчете на единицу его массы) примерно равна теплоте его сгорания, т. е. теоретически в работу можно превратить весь тепловой эффект реакции, например, в топливных элементах. Физически это понятно, поскольку в своей основе химическая реакция связана с переходом электронов в веществе; организовав этот переход, можно сразу получить электрический ток.
В теплосиловых установках энергия топлива сначала  превращается в тепловую путем его сжигания, а полученная теплота используется для выработки механической энергии. Поскольку горе кие — неравновесный процесс, он связан с потерей работоспособности тем большей, чем ниже температура Т  получаемых продуктов сгорания. Действительно, из формулы (5.31) видно, что эксергия рабочего тела в потоке е возрастает с увеличением h =с T все более приближаясь по мере увеличения T  к теплоте реакции. В современных паровых котлах, например, где теоретическая температура горения достигает 2000 °С и более, потери эксергии при горении составляют 20—30 %.
  Выше уже отмечалось, что основными причинами, снижающими эффективность тепловых процессов, являются трение и теплообмен при конечной разности температур. Вредное влияние трения не нуждается в пояснениях. Чтобы рельефнее представить вредное влияние неравновесного теплообмена, а заодно продемонстрировать разницу между методами балансов эксергии и теплоты, рассмотрим передачу теплоты от одного теплоносителя к другому, например, от продуктов сгорания топлива к воде и пару в паровом котле.
  Продукты  сгорания, охлаждаясь в изобарном процессе 1-2 (рис. 6.1), отдают теплоту
  Q г = тг( hг —h г), которая затрачивается на нагрев воды (линия 3-4), ее испарение (линия 4-5) и перегрев пара до нужной температуры (линия 5-6). Если не учитывать теплопотери В окружающую среду, то количество теплоты, отданной газами, будет равно количеству теплоты Q = D (h – h )), воспринятой водой и паром: Q =Q или m ( h  -h ) =
    D ( h-h)
  Здесь m D — массовые расходы газов и пара, а h, . . , h — удельные энтальпии соответствующих веществ Н соответствующих состояниях.
  Чтобы изобразить описанные процессы в Т, 5-диаграмме водяного пара в одном масштабе, отложенные на ней значения энтропии воды и пара отнесены К 1 кг, а энтропии греющих газов — к их количеству, приходящемуся на 1 кг пара,
Т, е.  s =s  m / D. s = s  m / D . где s - удельная энтропия газа. Для удобства сравнения принято также общее начало отсчета энтропии, т.е. s  m /D =s .
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.