Курсова робота
з дисципліни: «Основи інформатики та обчислювальної техніки»
на тему «Оптимізація параметрів елементів системи теплопостачання»
Одеса 2010
Вступ
Дана курсова робота – це поєднання усіх навиків які були отримані студентом на протязі навчального курсу програми.
Курсова робота передбачає в собі розрахунок оптимального діаметру енергосистеми для найменших затрат.
В роботі використовується поєднання як текстових так і графічних редакторів, а також однієї з вивчених алгоритмічних мов програмування.
Для перевірки правильності виконаних розрахунків уся робота виконується двома способами, збіжність котрих і буде свідченням правильності виконання. Серед таких методів в курсовій роботі використаний пакет Microsoft Excel та для перевірки мова програмування Basic, алгоритм програми якої був написаний за допомогою програми QBasic.
Основна мета курсової роботи
Основною метою курсової роботи є визначення оптимального діаметра теплової dопт теплової мережі системи теплопостачання від джерела до споживача при змінені швидкості теплоносія у внутрішньому контурі (у діапазоні w1=0.4÷5.0 м/с) та діаметра теплообмінника зовнішнього контуру d2 (у діапазоні 0,25÷0,4м).
При зростанні швидкості теплоносія w1 у трубопроводі відповідно зменшується його діаметр d1 та товщина стінки δ1, що зменшує витрати на матеріал трубопроводу. Однак відповідно зростає гідравлічний опір у системі та, отже, витрати електроенергії на привод мережного насоса. Тому завданням КР є визначення оптимального значення швидкості теплоносія w1, при якій щорічні витрати на енергосистему будуть мінімальні.
Текст завдання курсової роботи з розрахунковими формулами
Визначають діаметр внутрішнього контуру енергосистеми:
де G1 - витрати теплоносія у внутрішньому контуру, кг/с;
π- коефіцієнт, що дорівнює 3,14;
ρ1- густина теплоносія внутрішнього контору, кг/м3;
с - питома теплоємність теплоносія, Дж/(кг*К).
Визначають товщину стінки трубопроводів внутрішнього та зовнішнього контурів енергосистеми:
,
де p1, p2 – відповідно тиск всередині трубопроводу внутрішнього та зовнішнього контурів, МПа;
[σм] - припустима міцність матеріалу трубопроводу, МПа.
d2 – діаметр зовнішнього контору, що змінюється в діапазоні 0,25÷0,4м.
Число Рейнольда для внутрішнього та зовнішнього контурів:
;
де w2,w2 – відповідно середня кінематична в’язкість теплоносіїв внутрішнього та зовнішнього контурів при заданій температурі, м2/с;
d2екв=d2-d1-1 - еквівалентний діаметр кільцевого каналу теплообмінника, м;
швидкість теплоносія у кільцевому каналі теплообмінника, м/с;
p2 – густина теплоносія в зовнішнього контурі, кг/м3;
G2- витрата теплоносія в зовнішньому контурі, кг/с;
Число Нусальта для внутрішнього та зовнішнього контурів:
; ,
Де Pr1, Pr2 – відповідно числа Прандтля теплоносіїв внутрішнього та зовнішнього контурів при заданій температурі.
Коефіцієнти тепловіддачі теплоносіїв внутрішнього та зовнішнього контурів, Вт/(м2 К):
;
Де , - відповідно коефіцієнти теплопровідності носіїв внутрішнього та зовнішнього контурів при заданій температурі, Вт/(м К).
Коефіцієнти теплопередачі від внутрішнього до зовнішнього контурів:
,
Де - коефіцієнт теплопровідності матеріалу трубопроводів, Вт/(м К).
Розрахункова площа теплообмінника:
,
Де Q-теплова продуктивність енергосистеми, кВт;
- температурний напір, К.
Довжина теплообмінника типу «труба в трубі»:
.
Маса матеріалу енергосистеми:
Де - відповідно довжина ділянок енергосистеми, м;
- густина матеріалу трубопроводів, кг/м3
Витрата коштів на енергосистему за рік:
,
Де Ен - нормативний коефіцієнт, що дорівнює 0,15:
Sм- вартість металу трубопроводу, грн/кг;
Sел- вартість 1 кВт∙год електроенергії;
λ- коефіцієнт тертя трубопроводу;
∑- підсумковий коефіцієнт місцевого опору трубопроводу;
- ККД мережного насоса;
- ККД електродвигуна для приводу насоса;
g – прискорення вільного падіння, м/с2
Електронна таблиця з оптимізаційними розрахунками енергосистеми
Таблиця 1
Початкові дані для розрахунків |
|
Витрата теплоносія у внутр. контурі, G1 кг/с | 29 |
Витрата теплоносія у зовн. контурі, G2 кг/с | 44 |
Густина теплоносія внутр. контуру, ρ1, кг/м3 | 1000 |
Густина теплоносія зовн. контуру, ρ2, кг/м3 | 1000 |
Густина матеріалу трубопроводів, ρм, кг/м3 | 8000 |
Нормативний коефіцієнт, Ен | 0,15 |
Тиск теплоносія внутрішнього контуру, Р1, Мпа | 2,4 |
Тиск теплоносія зовнішнього контуру, Р2. Мпа | 1,9 |
Міцність матер. трубопроводів, σ, Мпа | 34 |
Довжина ділянки трубопроводу, L1, м | 34 |
Довжина ділянки трубопроводу, L2, м | 44 |
Довжина ділянки трубопроводу, L3, м | 54 |
Число годин роботи системи за рік, h, год | 6800 |
ККД мережного насоса, ηн | 0,65 |
ККД електродвигуна, ηэл | 0,9 |
Вартість електроенергії, Sел, грн/(кВт) | 0,4 |
Вартість металу трубопроводу, Sм, грн/кг | 2,8 |
Підсумковий коеф. місц. опору трубопроводу, Σξм | 30 |
Коеф. Тертя трубопроводу, λ | 0,02 |
Теплова продуктивність системи, Q, кВт | 240 |
Питома теплоємність теплоносіїв, с, Дж/(кг∙К) | 4180 |
Температура на вих. теплообмінника, Т2вих, гр. С | 60 |
Температурний напір, ∆t, гр. С | 29 |
Коеф. Теплопровідності матер. трубопроводу, λм, Вт/(м∙К) | 40 |
Число Прандтля для внутр.. контуру, Pr1 | 2,2 |
Число Прандтля для зовн. Контуру,Pr2 | 3 |
Коеф. Теплопровідності теплонос. Внутр.. контуру, λ1, Вт/(м∙К) | 0,67 |
Коеф. Теплопровідності теплонос.зовн.. контуру, λ2, Вт/(м∙К) | 0,66 |
Кінемат. В’язкість теплонос. Внутр.. контуру, v1, м.кв/с | 3,60Е-07 |
Кінемат. В’язкість теплонос.зовн.. контуру, v2, м.кв/с | 4,80Е-07 |
4. Текст програми на мові програмування QBASIK
Розрахунки виконуються за допомогою програми QBASIK
Програма оптимізації діаметра системи теплопостачання
Склав студент групи ТЕ –0901 Незгодюк Л.И.
Вхідні дані для розрахунку
rom = 8000: ro1 = 1000: ro2 = 1000: en = .15: dzeta = 30: lyamda = .02
kpd2 = .9: sel = .4: c = 4180: lyamdam = 40: pr1 = 2.2: pr2 = 3: lyamda1 = .67
lyamda2 = .66: mu1 = 3.6E-07: mu2 = 4.8E-07: g1 = 17: g2 = 32: p1 = 1.2: p2 = .7
sigma = 22: l1 = 22: l2 = 32: l3 = 42: q = 120: sm = 1.7: dt = 17: h = 5700:
kpd1 = .7
Тіло програми
DIM d1, delta1, l, z, w1, delta2
FOR d2 = .25 TO .4 STEP .05
PRINT USING "#.##"; d2
delta2 = .1 * (d2 * p2 / (2 * sigma / 2.5 - p2)) ^ .5
FOR w1 = .4 TO 1 STEP .2
d1 = (4 * g1 / 3.14 / ro1 / w1) ^ .5
delta1 = .1 * (d1 * p1 / (2 * sigma / 2.5 - p1)) ^ .5
re1 = w1 * d1 / mu1
nu1 = .021 * re1 ^ .8 * pr1 ^ .43
alfa1 = nu1 * lyamda1 / d1
d2ekv = d2 - d1 - delta1
w2 = 4 * g2 / (3.14 * ro2 * (d2 ^ 2 - (d1 + delta1) ^ 2))
re2 = w2 * d2ekv / mu2
nu2 = .021 * re2 ^ .8 * pr2 ^ .43
alfa2 = nu2 * lyamda2 / d2ekv
k = 1 / (1 / alfa1 + delta1 / lyamdam + 1 / alfa2)
fr = q * 1000 / k / dt
l = fr / 3.14 / (d1 + delta1)
m = 3.14 / 4 * (((d1 + delta1) ^ 2 - d1 ^ 2) * (l + l1 + l2 + l3) + ((d2 + delta2) ^ 2 - d2 ^ 2) * l) * rom
z = m * en * sm + g1 * (1 + lyamda * (l + l1 + l2 + l3) / d1 + dzeta) * kpd1 * kpd2 * h * sel * .001 * w1 ^ 2 / 2 / 9.81
PRINT "w1="; w1; TAB(15); "d1="; d1; TAB(30); "delta1="; delta1; TAB(45); "l="; l; TAB(60); "z="; z
NEXT: NEXT
END
5. Результати розрахунків у QBASIC
| б2 | d2 |
|
|
| 0.0073 | 0.25 |
|
|
w1, м/с | d1 , м | б1 , м | L , м | Z,грн/год |
.4 | .23268031 | .01305 | 8.14001 | 1097.26 |
.6 | .18998268 | .01179 | 9.00539 | 848.947 |
.8 | .16452983 | .01097 | 9.76593 | 724.761 |
1 | .14715995 | .01038 | 10.4481 | 657.525 |
1.2 | .13433804 | .00991 | 11.0702 | 623.369 |
1.4 | .12437286 | .00954 | 11.6447 | 611.645 |
1.6 | .11634016 | .00923 | 12.1802 | 616.918 |
1.8 | .10968655 | .00896 | 12.6834 | 636.157 |
2 | .1040578 | .00873 | 13.1591 | 667.572 |
2.2 | .09921522 | .00852 | 13.611 | 710.07 |
2.4 | .09499134 | .00834 | 14.0422 | 762.967 |
2.6 | .09126473 | .00817 | 14.455 | 825.841 |
2.8 | .08794489 | .00802 | 14.8516 | 898.436 |
3 | .08496284 | .00788 | 15.2335 | 980.609 |
3.2 | .08226491 | .00776 | 15.6021 | 1072.29 |
3.4 | .07980869 | .00764 | 15.9587 | 1173.48 |
3.6 | .0775601 | .00753 | 16.3042 | 1284.19 |
3.8 | .07549146 |