--6-05~2

Практическая работа № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Цель работы:

1. Определение эффективности водо-водяного рекуперативного теплообменника, нахождение коэффициента теплопередачи и термодинамической эффективности.

2.Сравнение прямотока и противотока.

Общие сведения

Теплопередача или теплообмен – учение о самопроизволь-

ных, необратимых процессах распространения теплоты в простран-

стве. Под процессом распространения теплоты понимается обмен внутренней энергией между отдельными элементами и между областями рассматриваемой среды. Перенос теплоты осуществляется тремя основными способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Теплопроводность представляет собой молекулярный перенос теплоты в телах (или между ними), обусловленный переменностью температуры в рассматриваемом пространстве.

Явление теплопроводности представляет собой процесс распространения энергии при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела или отдельных тел, имеющих разные температуры. Теплопроводность обусловлена движением микрочастиц вещества. В газах перенос энергии осуществляется путем диффузии молекул и атомов, а в жидкостях и твердых телах, диэлектриках – путем упругих волн. В металлах перенос энергии в основном осуществляется путем диффузии свободных электронов, а роль упругих колебаний кристаллической решетки здесь второстепенна.

Конвекция – процесс переноса теплоты при перемещении объемов жидкости или газа (текучей среды) в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой. При этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.

561

Тепловое излучение – процесс распространения теплоты с помощью электромагнитных волн, обусловленный только температурой и оптическими свойствами излучающего тела, при этом внутренняя энергия тела (среды) переходит в энергию излучения. Процесс превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса излучения и его поглощения веществом называется теплообменом излучения. В природе и технике элементарные процессы распространения теплоты: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение – часто происходят совместно.

Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью. Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и тепло-

проводностью называется конвективным теплообменом.

Одна из основных проблем, поставленных в Государственной программе Республики Беларусь по энергосбережению, – экономия и рациональное использование топливно-энергетических ресурсов нашей страны, эффективное использование теплоиспользующего оборудования.

Примером такого оборудования являются теплообменные аппараты (ТА).

Теплообменными аппаратами называются устройства, пред-

назначенные для передачи теплоты от одной среды к другой. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативныетеплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурами текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности стенки, а если хоть одна из жидкостей является излучающим газом, то и за счет теплового излучения.

Регенеративные теплообменные аппараты – это устройства,

в которых одна и та же поверхность омывается то горячей, то холодной жидкостью. Сначала поверхность регенератора отбирает тепло от горячей жидкости и нагревается, затем поверхность регенератора отдает энергию холодной жидкости. Таким образом, в регенераторах теплообмен всегда происходит в нестационарных условиях, тогда как рекуперативные теплообменные аппараты работают большей частью в стационарном режиме.

562

Индивидуальное задание

Преимущества одной схемы течения теплоносителей перед другой определяются из сравнения количества теплоты, передаваемой при равных условиях, и коэффициентов теплопередачи. Для расчета предлагается рассмотреть поверхностный теплообменник, выполненный из двух труб, размещенных одна внутри другой. По внутренней трубе протекает горячая вода (греющий теплоноситель). По наружной – холодная (нагреваемый теплоноситель).

Исходные данные длоя расчета даны в в таблице 8.1. Значения заносятся в таблицу 8.2.

Таблица 8.1 – Исходные данные

Таблица 8.2. – Данные для расчета

Количество теплоты, переданной от одного теплоносителя к другому, определяется из выражения (8.1).

Средние температуры теплоносителей определяются по формуле (8.3), из формулы (8.2) определяется коэффициент теплопередачи K при различных схемах движения теплоносителя.

Термодинамическая эффективность аппарата находится по формуле (8.4).

Полученные расчетные значения количества теплоты воспринятой холодным теплоносителем, коэффициенты теплопередачи и термодинамической эффективности теплообменника сравнить для прямоточной и противоточной схем. Сделать вывод о наиболее эффективной схеме движения рабочих сред в рекуперативном теплообменнике.

Контрольные вопросы по практической работе № 8

1.Цель практической работы и объект исследования.

2.Что такое теплообмен?

3.В каких случаях возникает теплообмен?

4.Основные способы переноса теплоты и их особенности.

5.Что называется теплообменным аппаратом? Виды теплообменных аппаратов

6.Что такое рекуперативный теплообменник?

7.Что такое теплоноситель?

8.Назвать основные схемы движения теплоносителей.

9.Как определить количество теплоты, передаваемое при теплопередаче?

10.Единицы измерения количества теплоты.

11.Что такое коэффициент теплопередачи: физический смысл, единицы измерения?

12.От чего зависит коэффициент теплопередачи рекуперативного теплообменника?

13.Как определить термодинамическую эффективность теплообменника?

14.Как определить преимущества одной схемы течения теплоносителей перед другой?

15.При какой схеме движении теплоносителей можно нагреть воду в теплообменнике до более высокой температуры?

566

ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ

1.Экологические проблемы Республики Беларусь.

2.Демографическая проблема.

3.Экологический дизайн.

4.Экологическая маркировка.

5.Система экологического налогообложения в Республике

Беларусь.

6.Стандарты ИСО серии 14 000. Система менеджмента окружающей среды.

7.Расширенная ответственность производителя.

8.Концепция «нулевых отходов».

9.Цели устойчивого развития.

10.Истощение билогического разнообразия.

11.Проблема деградации лесов.

12.Загрязнение Мирового океана. Дампинг.

13.Устойчивое развитие транспортной сферы.

14.Концепция более чистого производства.

15.Правовые и нормативные документы Республики Беларусь в области энергосбережения.

16.Энергетические ресурсы Республики Беларусь и их использование.

17.Топливно-энергетический комплекс и топливно-энергети- ческий баланс Республики Беларусь.

18.Местные виды топлива Республики Беларусь, их состав и теплота сгорания. Условное топливо.

19.Тепловые электрические станции - источники получения тепловой и электрической энергии (на примере РБ).

20.Атомные электрические станции. Будущее ядерной энергетики в Республике Беларусь.

21.Гидроэлектрические станции (ГЭС) и перспективы использования гидроэнергетики в Республике Беларусь.

22.Котельные - источники получения тепловой энергии. Проблемы и перспективы использования (на примере РБ).

23.Электростанции с газотурбинными и парогазовыми установками. Перспективы использования в Республике Беларусь.

24.Гелиоустановки. Перспективы использования солнечной

567

энергетики в Республике Беларусь.

25.Системы солнечного отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений. Перспективы использования в Республике Беларусь.

26.Ветроэнергетика. Перспективы использования в Республике Беларусь.

27.Геотермальная энергетика. Современное состояние и перспективы развития в Республике Беларусь.

28.Гидроэнергетика. Возможности использования малой гидроэнергетики в Республике Беларусь.

29.Водородная энергетика. Перспективы ее развития.

30.Биоэнергетика. Использование энергии биомассы в Республике Беларусь.

31.Получение энергии на основе переработки мусора, промышленных и бытовых отходов. Перспективы использования в Республике Беларусь.

32.Графики нагрузки и аккумулирование энергии.

33.Методы прямого преобразования энергии.

34.Энергосистема Республики Беларусь. Состояние и перспективы развития.

35.Потери тепловой и электрической энергии при транспор-

тировке.

36.Тепловые сети. Снижение тепловых потерь трубопрово-

дов.

37.Предварительно изолированные трубы.

38.Энергосберегающие технологии на основе использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) в различных областях.

39.Тепловые насосы. Использование низкотемпературного тепла земли, воды, воздуха.

40.Тепловые трубы. Теплоиспользующие устройства на тепловых трубах.

41.Экономичные источники света и их использование.

42.Тепловые потери в зданиях и сооружениях. Тепловая изоляция зданий и сооружений.

43.Изоляционные характеристики остекления. Стеклопа-

кеты.

44.Повышение эффективности систем отопления.

568

45.Автономные энергоустановки.

46.Бытовые приборы регулирования, учета и контроля тепла.

47.Тарифы и нормы потребления в энергетике.

48.Стратегия обследования объектов для энергосберегающих мероприятий.

49.Законы и нормативные акты, регулирующие производство, распределение и потребление ТЭР и энергосбережение.

50.Государственные и производственные структуры управления энергосбережением.

569

ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ

1.Определение и структура экосистем. Функции экосистем. Компоненты и размеры экологических систем.

2.Биосфера - определение, границы, функции. Учение В.И. Вернадского о Биосфере. Техносфера, ноосфера.

3.Устойчивость экосистем. Принцип Ле-Шателье.

4.Большой (геологический) круговорот веществ и энергии.

5.Малый (биологический) круговорот веществ и энергии.

6.Закон Линдемана. Трофические цепи.

7.Антропогенный (ресурсный) круговорот веществ.

8.Природные ресурсы и их классификация.

9.Загрязнение окружающей среды. Классификация загрязне-

ния.

10.Принципы экологического нормирования.

11.Экологические факторы и их классификация. Взаимодействие экологических факторов.

12.Законы экологии: Закон Шелфорда, Законы Коммонера, Закон Либиха.

13.Загрязнение окружающей среды токсикантами.

14.Проблема глобального изменения климата (парниковый эф-

фект).

15.Проблема истощения озонового слоя.

16.Кислотные осадки и их последствия.

17.Фотохимический смог и его последствия.

18.Запасы и источники пресной воды. Проблема нехватки пресной воды.

19.Эвтрофикация и ее последствия.

20.Виды загрязнения гидросферы. Загрязнение гидросферы

нефтью.

21.Факторы потери земельных ресурсов.

22.Проблема засоления почв.

23.Устойчивое развитие.

24.Организационные методы снижения загрязнения окружающей среды: командно-административные, экономического стимулирования, социально-психологические, информационные методы управления.

570