Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы преобразования энергии типовые расчеты. Учебное пособие
.pdf
Построение графика теоретического цикла производится исходя из
p
p
расчета пяти-шести точек для каждой из политроп.
При определении индикаторной мощности и расчетного термического КПД двигателя следует воспользоваться средним индикаторным
давлением в цилиндре, которое может быть определено как
1
1
1
k
1
атм,
k
– показатель
1
где
p
c
p
i
k
– показатель политропы при расширении газов;
2
(1) ,
111
1
1
1
k
2
kk
21
политропы при сжатии воздуха в цилиндре.
Действительная величина среднего индикаторного давления четырехтактного двигателя
(0,92...0,98) ,
ii
p
атм;
индикаторная мощность двигателя
2
Vnz
ih
P
i
,
Вт;
термический КПД двигателя
k
1
1.
t
1
k
k
1(1)
При определении геометрических размеров цилиндра двигателя
следует исходить из условия соблюдения ограничения максимальной
скорости поршня, величина которой принимается меньше или равной
6,5 м/с для тихоходных двигателей и не менее 6,5 м/с – для быстроходных.
31
s
2. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО
РЕШЕНИЯ
Задача 1
Рассчитать основные параметры трансформатора для питания бытовой
радиоэлектронной аппаратуры. Исходные данные по вариантам и необходимые расчетные коэффициенты приведены в приложении (табл. П1 и П2).
Решение
Произведем расчет трансформатора по следующим исходным данным:
10 ВА;220В;24В;50Гц;sUUf
габ 12
B = 1,1 Тл; j =
4,8 А/мм ;
В соответствии с выражением (1.1) и принимая
2
η = 0,82.
s мощность
габ 1
нагрузки, подключенной ко вторичной обмотке, получим
2 габ
10 0,82 8, 2ss ВА.
Токи в обмотках определим как отношение мощности к напряжению:
ss
10 8,2
12
II
12
UU
12
0,045 А; 0,342 А.
220 24
Площадь сечения магнитопровода находим по формуле (1.2). Численное значение коэффициента принимается равным единице ввиду малой мощности трансформатора:
мп а2гб
10 .1 см3, 6ss
32
Количество витков каждой из обмоток рассчитаем по формулам:
U
w
1
w
2
1
4, 44
Bf s
U
4, 44
2
Bf s
4,441,1503,1610
мп
4, 44 1,1 50 3,16 10
мп
220
24
2850
4
4
витков; (2.1)
витков. (2.2)
312
Площадь поперечного сечения обмоточных проводов (без учета толщины изоляции) в соответствии с выражением (1.3) будет равна:
I
0,045
пр1
1
,8
4
sj
2
;9 м0,
м00
I
0,342
пр2
2
sj
2
.0, 074,м8м
Затем обычно выбирают тип проводников обмоток, определяют геометрические размеры окна магнитопровода, в котором они уложены,
и другие параметры, но это не является целью настоящих расчетов.
При выполнении домашнего задания студенту необходимо определить параметры трансформатора для тока нагрузки, возросшего
в 1,5 раза.
Задача 2
Определить кинетическую энергию, которую сможет запасти маховик (см. рис. 1.2). В приложении (табл. П3) приведены исходные данные
и материалы изготовления обмотки маховика (табл. П4).
Решение
Для решения задачи следует воспользоваться формулой (1.4), согласно которой величина запасенной маховиком энергии зависит от его
момента инерции j относительно оси вращения и угловой скорости ω
.
Из курсов физики и теоретической механики известно, что среди маховиков одинакового веса наибольшим моментом инерции обладает тот,
основная доля массы которого наиболее удалена от оси вращения. Поэтому при сопоставлении тел различной конфигурации (ось, цилиндр,
шар, диск и обод) выясняется, что целесообразно использовать последний вариант конструкции маховика (см.
рис. 1.2).
33
Момент инерции маховика такой конфигурации рассчитывается по
R
формуле
22
r
jm
(2.3)
,
2
где m – масса маховика, кг; R и r – внешний и внутренний радиус маховика соответственно, м.
Массу маховика определяем как произведение плотности материала
на объем, величина которого в соответствии с геометрией его тела будет
равна
22
()
Rr
VH
.
2
где Н – толщина маховика, м.
Углову ю скорость вращения маховика следует выбирать из условия
сохранения его прочностных свойств, определяемых величиной допустимых напряжений, возникающих под действием центробежных сил
при вращении. За допустимое обычно принимается напряжение
:
вр
2
. (2.4)
вр
Произведем расчет маховика, используя следующие данные:
R = 1 м; r = 0,5 м; H = 0,25 м; материал – стальная проволока.
3
В соответствии с табл. П4 плотность материала ρ = 7,8
стимое напряжение
= 3,1 ГПа.
вр
т/м , допу-
Найдем массу маховика по формуле
22 2 2
()3,14(10,5)
Rr
mH
кг.
0,25 7,8 10 2297
3
22
Момент инерции маховика в соответствии с формулой (2.3) равен
2
2
(1 0 , 5 )
2297 1436
j
кг м .
2
2
34
Предельно допустимую величину линейной скорости боковой поверхности маховика можно выразить из формулы (2.4):
м/с,
вр
3,1 10
9
630
7800
что соответствует угловой скорости
630
рад/с.
R
630
1
При такой угловой скорости накопленная маховиком энергия в соответствии с формулой (1.4) составит
1436 630
МДж ≈ 79,3 кВт · ч.
A
2
285
2
При выполнении домашнего задания студенту необходимо определить
геометрические размеры маховика, обладающего в 2 раза большей
и в 2 раза меньшей энергией по сравнению с полученной величиной
своем варианте.
в
Задача 3
Определить мощность ветроустановки по исходным данным, приведенным в приложении (табл. П5). Во всех вариантах КПД генератора
и редуктора принять равными 0,9. Высоту замера скорости ветра
h
0
принять равной 2 м.
Решение
В качестве примера выполнения задания рассчитаем ветроэнергетическую установку по исходным данным:
колесо – горизонтально-осевое;
Z = 4,5.
= 5 м/с; R = 1,5 м; h = 10 м;
0
Мощность ветроэнергетической установки рассчитываем по формуле (1.5), численные значения компонентов которой должны быть
35
привязаны к исходным данным. Во-первых, известна скорость ветра на вы-
Р
соте
h = 2 м над землей, а ветроколесо установлено на высоте h = 10 м.
0
Во-вторых, требуется определить ометаемую лопастями площадь
ом
.S
Для определения скорости ветра на уровне ветроколеса следует использовать формулу (1.6), в соответствии с которой
k
h
0
h
0
0,2
10
56,9
2
м/с.
Величину ометаемой площади найдем по формуле
2
ом
3,14 1,5 7 .07 м,SR
По графику зависимости коэффициента мощности
ходности
Z (см. рис. 1.4) определим коэффициент мощности, тогда мощ-
22
С от быстро-
ность ветроустановки будет равна
33
Вт.
PSc
ом г ред
22
1, 2 3 6, 9
7,07 0,4 0,8 0,9 412
При выполнении домашнего задания студенту необходимо определить
параметры ветроколеса, обладающего в 2 раза большей и в 2 раза
меньшей мощностью по сравнению с полученной величиной в своем варианте
.
Задача 4
Определить годовой объем электроэнергии, вырабатываемый на
плотинной гидроэлектростанции в соответствии с исходными данными,
приведенными в приложении (табл. П6).
Примечание. КПД турбины и генератора принять равными 0,9, а долю потерь напора на плотине – 5 %. Гидрографы рек для расчета приведены в приложении (табл. П7).
36
Решение
В качестве примера выполнения задания рассчитывается производительность плотинной ГЭС по исходным данным: напор воды
H = 20 м; средний расход воды Q = 500
3
м /с; длительность периода
работы – год.
Поскольку в условии задачи приведено среднее значение расхода
воды за год, нет необходимости пользоваться гидрографом и для расчета мощности следует использовать формулу (1.6), подставляя в нее
значение компонентов в соответствии с изложенными выше рекомендациями:
NgQH МВт.
1000 9,8 500 20 98
Произведенная за год энергия с учетом потерь в элементах в соответствии с формулой (1.7) составит:
36
тгс/п
98 10 8760 0,9 0, 9 0,95 660 10ANT k кВт · ч.
При выполнении домашнего задания студенту необходимо определить
и
объемы произведенной ГЭС энергии в месяцы наибольшего
наименьшего стока воды по гидрографу для своего варианта.
Задача 5
Определить требуемую поверхностную площадь приливного бассейна по исходным данным, приведенными в приложении (табл. П8).
Решение
В качестве примера выполнения задания рассчитаем необходимую
площадь бассейна при перепаде уровня моря 14 м, требуемой мощности
генерации энергии 3000 МВт · ч и концентрации соли 9 ‰.
В соответствии с формулой (1.8) достигаемая мощность прямо пропорциональна площади приливного бассейна. После преобразования
получим выражение
2
W
S
gR
2
(2.5)
, м .
2
37
Для расчета площади необходим такие параметры, как плотность
жидкости, генерация энергии и перепад уровня моря. Перепад уровня
известен по условию. Для расчета плотности воспользуемся формулой (1.9) с учетом пересчета плотности в килограмм на метр кубический:
(0,997 0, 745 0,314 )10ss
332
0,997 0,745 (9 10 ) 0,314(9 10 )
23
33
10 1004 кг/м .
Получив необходимые данные, подставим их в уравнение (2.5):
2 3000 10 3600
1.004 9,86 14
6
2
1,1 13 1 0
72
мS
При выполнении домашнего задания студенту необходимо определить, как изменится вырабатываемая мощность при увеличении
и уменьшении концентрации соли в 2 раза.
Задача 6
Определить максимальную величину инсоляции в заданном пункте
в указанный день года в соответствии с исходными данными, приведенными в приложении (табл. П9).
Решение
В качестве примера выполнения задания рассчитаем инсоляцию по
исходным данным: населенный пункт – Новосибирск; географическая
широта местности φ ≈ +55° (северная широта); дни летнего и зимнего
солнцестояния при условии безоблачной
погоды.
В соответствии с формулой (1.11) инсоляция определяется по двум
составляющим, основная из которых – солнечная. Для ее расчета
в первую очередь следует вычислить склонение Солнца δ в интересующий день. В день летнего солнцестояния склонение максимально
(δ = +23,45°). Однако необходимо проверить достоверность этого значения по формуле (1.14). 22 июня – это 173-й или 174-й
день (в зависимо-
сти от того, невисокосный или високосный год).
38
Тогда
360 360
23,45 sin ( 81) 23,45sin (173 81) 23,448.
d
365 365
Таким образом, значение верно и принимается δ = +23,45°.
Далее по формуле (1.13) надо рассчитать угол возвышения Солнца
над горизонтом в момент астрономического полдня:
90 90 55 23,45 58,45.
Атмосферная масса при этом, согласно формуле (1.12), составляет
AМ 1,173,
11
sin sin 58, 45
а интенсивность прямого солнечного излучения
0,678 0,678
1353 .0,7 1353 0,7 90 Вт/м9I
сол
(AМ ) (1,173 )
2
За счет диффузного излучения неба общая инсоляция местности
в соответствии со сказанным ранее увеличится (примем добавку 10 %).
Тогда
(0,1)909 .(909 0, 1 кВт/м1)II I
сол с л2о
Аналогично рассчитывается максимальная величина инсоляции,
приходящейся на 22 декабря.
Результаты расчетов:
δ = –23,45°;
I
= 468 2Вт/м ; I = 515 2Вт/м .
сол
= 11,55°; AM = 5;
При выполнении домашнего задания студенту необходимо определить, в какой из указанных дней наблюдается меньшее значение инсоляции, и указать его значение.
39
Задача 7
Рассчитать параметры солнечной батареи в соответствии с исходными данными, приведенными в приложении (табл. П10), при условии
ограничения температуры ее нагрева
T = 60 °C.
раб
Под параметрами батареи в данном случае понимаются ее электрические (мощность, ток, напряжение и КПД) и геометрические (длина
и ширина) показатели.
Поскольку в условиях задачи не оговорена величина выходного
напряжения
,U при его выборе следует придерживаться стандарти-
вых
зированных значений (например, 12, 24, 48 В и т. д.), используемых для
питания различной аппаратуры.
Выбранная величина напряжения на выходных зажимах батареи
и заданная мощность нагрузки определяют величину тока нагрузки
и батареи.
Ограниченные электрические параметры элементов солнечной
батареи не позволяют получить расчетные величины напряжения
и тока
на выходе, и поэтому приходится применять последовательное
(для увеличения напряжения) и параллельное (для увеличения тока)
их соединение. При этом может оказаться, что расчетное количество
последовательно включенных элементов и параллельно включенных
цепочек не выражается натуральными числами. В такой ситуации
необходимо округлять результат расчета до ближайшего большего
натурального числа.
Для определения расчетной
мощности солнечной батареи следует
воспользоваться формулой
P
.
P
б
(2.6)
P
По найденной величине мощности батареи рассчитывается количе-
ство элементов в ней:
P
б
NP
.
(2.7)
эл
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]