Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

нвиэ расчетное задание ИЗ 09

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
10.06.2015
Размер:
123.84 Кб
Скачать

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Методические указания к выполнению расчетной работы по дисциплине «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»

Саранск

2008

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

1 Использование солнечной энергии

Задача. Определить требуемый расход теплоносителя Q , м3/с, в плос-

ком солнечном коллекторе для повышения его температуры на t °С , если площадь лучевоспринимающей панели A, м2, поток солнечного излучения в плоскости панели E , Вт/м2, коэффициент пропускания остекления коллекто- ра τ = 0,9 , коэффициент поглощения панели α = 0,9 , сопротивление тепло- вым потерям RL = 0,13 , м2°С/Вт, коэффициент теплопередачи ηт = 0,85 ,

температура теплоносителя на входе в коллектор t1 °С, температура окру- жающей среды tн °С.

Решение производится в следующей последовательности.

Средняя температура нагреваемого теплоносителя, °С, определяется по

формуле

tср =

2 × t1 + Dt

.

 

 

 

 

(1.1)

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарный поток тепловой энергии, поступающей на лучевосприни-

мающую пластину солнечного коллектора, Вт, определяется по формуле

 

æ

 

 

t

ср

- t

ö

 

 

ç

 

 

 

 

н ÷

 

Eп = AçταE

-

 

 

 

 

 

÷ .

(1.2)

 

 

RL

 

 

è

 

 

 

ø

 

Поток тепловой энергии от лучевоспринимающей панели к теплоноси-

телю, Вт, определяется по формуле

 

Eт = Eпηт .

 

(1.3)

Требуемый расход теплоносителя, м3/с, определяется по формуле

 

Q =

Eт

 

.

(1.4)

ρвcв Dt

 

 

 

2 Использование энергии ветра

Задача. Определить развиваемую мощность T , Вт, момент M , Нм, и угловую скорость ω , рад/с, крыльчатого малолопастного быстроходного ветродвигателя, если диаметр ветроколеса D , м, быстроходность Z , коэф- фициент использования энергии ветра ξ , скорость ветра V , м/с. Плотность

воздуха принять ρ = 1,293 , кг/м3 при 0 °С.

Решение производится в следующей последовательности.

 

Радиус ветроколеса, м, определяется как

 

R = 0,5D .

(2.1)

Мощность ветряка, Вт, определяется по формуле

2

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

T = πR2 ρ V 3

ξ .

(2.2)

2

 

 

Угловая скорость ветроколеса, рад/с, находится по формуле

 

ω =

ZV

.

 

(2.3)

 

 

 

 

 

 

R

 

 

Момент, Нм, развиваемый ветряком, определяется по формуле

 

M =

T

.

 

(2.4)

 

 

 

 

ω

 

 

3 Использование геотермальной энергии

Задача. Определить начальную температуру t2 , °С, количество гео- термальной энергии E0 , Дж, и постоянную времени извлечения тепловой энергии τ 0 , с, водоносного пласта толщиной h км при глубине залегания z км, если плотность породы пласта ρгр = 2700 кг/м3, пористость a = 0,05 ,

удельная теплоемкость cгр = 840 Дж/(кг·°С), температурный градиент dzdt

°С/км, средняя температура поверхности t0 °С, удельная теплоемкость воды св = 4186 Дж/(кг·°С), плотность воды ρв = 1000 кг/м3, минимально допусти- мая температура пласта t1 = 40 °С, расход воды при закачивании ее в пласт

V м3/с. Вычислить, какова будет тепловая мощность, извлекаемая в начале эксплуатации водоносного пласта и через τ лет.

Решение производится в следующей последовательности. Температура водоносного пласта, °С, перед началом его эксплуатации

определяется по формуле

t2 = t0 +

dt

z .

(3.1)

 

 

dz

 

Теплоемкость пласта, ДжС, в расчете на площадь поверхности F =1

км2 можно определить по уравнению

 

cпл = [aρвсв + (1 − a)ρгрсгр ]hF .

(3.2)

Тепловой потенциал пласта, Дж, определяется по формуле

 

E0 = cпл (t2 t1 ).

(3.3)

Постоянную времени пласта, с, т.е. возможное время его использова-

ния в случае отвода тепловой энергии путем закачки в него воды определяем по уравнению

τ

0

=

 

cпл

.

(3.4)

 

 

 

 

Vρвcв

 

3

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Тепловая мощность геотермального пласта, Вт, в момент времени τ при условии изменения теплового потенциала пласта во время его разработ-

ки по экспоненциальному закону определяется по формуле

æ dE ö

 

E

 

 

τ

 

 

 

0

 

 

 

ç ÷

=

 

e

τ0 .

(3.5)

 

 

è dτ øτ

 

τ0

 

 

 

 

4 Использование энергии океана

Задача. Определить величину действительного коэффициента полезно-

го действия и расход теплой воды океанской теплоэлектрической станции рабочим телом которой является аммиак, если температура воды на поверх- ности океана t1 °С, температура холодных глубинных вод t2 °С, удельная те-

плоемкость воды св = 4186 Дж/(кг·°С), плотность воды ρв = 1000 кг/м3, дей-

ствительный к.п.д. в 2 раза меньше к.п.д. цикла Карно, расчетная мощность N МВт.

Решение производится в следующей последовательности.

Разность температур поверхностных и глубинных вод, °С, определяет-

ся по формуле

 

T = t1 t2 .

(4.1)

К.п.д. цикла Карно

 

ηк =

 

T ,

(4.2)

 

 

T1

 

где T1 абсолютное значение температуры на поверхности океана, К.

 

Действительный к.п.д. ОТЭС

 

η = 0,5ηк .

(4.3)

Требуемая тепловая мощность, Вт, определяется по формуле

 

Q =

N

.

 

(4.4)

 

 

 

η

 

Расчетный расход воды, м3/с, определяется по формуле

 

V =

 

 

Q

 

 

 

.

(4.5)

 

ρв cв DT

5 Использование биоэнергии

Задача. Определить объем биогазогенератора Vd , м3, суточный выход биогаза Vb , м3/сут, а также обеспечиваемую тепловую мощность Qобщ , Вт,

4

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

биогазовой установки, утилизирующей навоз животноводческого комплекса на n животных. Выход экскрементов от одного животного составляет bЭ кг/сут., сухого сбраживаемого вещества m0 кг/сут., выход биогаза из 1 кг су- хого вещества c , м3/кг, содержание метана в биогазе составляет cCH4 %. Вре- мя мезофильного сбраживания τ сут. Теплота сгорания метана при нормаль- ных физических условиях Qн = 35,8 МДж/м3.

Решение производится в следующей последовательности.

Выход экскрементов всего животноводческого комплекса, кг/сут, оп-

ределяется по выражению

BЭ = bЭ × n .

(5.1)

Определяем объем биогазогенератора, м3, принимая плотность экскре- ментов немногим более 1 т/м3

Vd = BЭρ×τ .

(5.2)

 

Масса сухого, готового к сбраживанию, вещества, равна

 

mс.в. = m0 × n.

(5.3)

Суточный выход биогаза, м3, определяется по формуле

 

Vb = c × mс.в. .

(5.4)

Общая тепловая энергия получаемого биогаза, МДж/сут, равна

 

Qобщ. = Vb × cCH4 × Qн .

(5.5)

5

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

6 Задания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.1 – Исходные данные к задаче раздела 1

 

 

 

 

Вариант

 

t , °С

 

A, м2

 

E , Вт/м2

t , °С

t

н

, °С

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

4

 

1,6

710

40

 

 

20

2

 

 

4

 

1,6

720

40

 

 

20

3

 

 

5

 

1,6

730

41

 

 

20

4

 

 

5

 

1,6

740

41

 

 

20

5

 

 

6

 

1,6

750

42

 

 

20

6

 

 

6

 

1,6

760

42

 

 

20

7

 

 

7

 

1,6

770

43

 

 

20

8

 

 

7

 

1,6

780

43

 

 

20

9

 

 

8

 

1,6

790

44

 

 

20

10

 

 

8

 

1,6

800

44

 

 

20

11

 

 

4

 

0,8

710

40

 

 

18

12

 

 

4

 

0,8

720

40

 

 

18

13

 

 

5

 

0,8

730

41

 

 

18

14

 

 

5

 

0,8

740

41

 

 

18

15

 

 

6

 

0,8

750

42

 

 

18

16

 

 

6

 

0,8

760

42

 

 

18

17

 

 

7

 

0,8

770

43

 

 

18

18

 

 

7

 

0,8

780

43

 

 

18

19

 

 

8

 

0,8

790

44

 

 

18

20

 

 

8

 

0,8

800

44

 

 

18

21

 

 

4

 

1,8

710

40

 

 

16

22

 

 

4

 

1,8

720

40

 

 

16

23

 

 

5

 

1,8

730

41

 

 

16

24

 

 

5

 

1,8

740

41

 

 

16

25

 

 

6

 

1,8

750

42

 

 

16

26

 

 

6

 

1,8

760

42

 

 

16

27

 

 

7

 

1,8

770

43

 

 

16

28

 

 

7

 

1,8

780

43

 

 

16

29

 

 

8

 

1,8

790

44

 

 

16

30

 

 

8

 

1,8

800

44

 

 

16

31

 

 

4

 

0,9

710

40

 

 

20

32

 

 

4

 

0,9

720

40

 

 

20

33

 

 

5

 

0,9

730

41

 

 

20

34

 

 

5

 

0,9

740

41

 

 

20

35

 

 

6

 

0,9

750

42

 

 

20

36

 

 

6

 

0,9

760

42

 

 

20

37

 

 

7

 

0,9

770

43

 

 

20

6

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Таблица 6.2 – Исходные данные к задаче раздела 2

Вариант

 

D , м

 

Z

 

ξ

V , м/с

 

1

 

5

 

3,5

0,467

8,0

 

2

 

5

 

3,5

0,467

9,0

 

3

 

5

 

3,5

0,467

10,0

 

4

 

5

 

3,5

0,467

11,0

 

5

 

5

 

3,5

0,467

12,0

 

6

 

4

 

3,8

0,469

8,0

 

7

 

4

 

3,8

0,469

9,0

 

8

 

4

 

3,8

0,469

10,0

 

9

 

4

 

3,8

0,469

11,0

 

10

 

4

 

3,8

0,469

12,0

 

11

 

3

 

1,8

0,432

8,0

 

12

 

3

 

1,8

0,432

9,0

 

13

 

3

 

1,8

0,432

10,0

 

14

 

3

 

1,8

0,432

11,0

 

15

 

3

 

1,8

0,432

12,0

 

16

 

10

 

2,4

0,471

8,0

 

17

 

10

 

2,4

0,471

9,0

 

18

 

10

 

2,4

0,471

10,0

 

19

 

10

 

2,4

0,471

11,0

 

20

 

10

 

2,4

0,471

12,0

 

21

 

6

 

1,3

0,368

8,0

 

22

 

6

 

1,3

0,368

9,0

 

23

 

6

 

1,3

0,368

10,0

 

24

 

6

 

1,3

0,368

11,0

 

25

 

6

 

1,3

0,368

12,0

 

26

 

8

 

2,6

0,403

8,0

 

27

 

8

 

2,6

0,403

9,0

 

28

 

8

 

2,6

0,403

10,0

 

29

 

8

 

2,6

0,403

11,0

 

30

 

8

 

2,6

0,403

12,0

 

31

 

7

 

4,0

0,450

8,0

 

32

 

7

 

4,0

0,450

9,0

 

33

 

7

 

4,0

0,450

10,0

 

34

 

7

 

4,0

0,450

11,0

 

35

 

7

 

4,0

0,450

12,0

 

36

 

9

 

1,9

0,401

8,0

 

37

 

9

 

1,9

0,401

9,0

7

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Таблица 6.3 – Исходные данные к задаче раздела 3

 

 

Вариант

dt

, °С/км

to , °С

h , км

z , км

V , м3/с

τ , лет

 

 

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

65

8

0,90

3,5

0,10

10

2

 

 

64

9

0,85

3,5

0,11

10

3

 

 

63

10

0,80

3,5

0,12

10

4

 

 

62

11

0,75

3,5

0,13

10

5

 

 

61

12

0,70

3,5

0,14

10

6

 

 

60

11

0,65

3,4

0,15

5

7

 

 

59

10

0,60

3,4

0,14

5

8

 

 

58

9

0,62

3,4

0,13

5

9

 

 

57

8

0,64

3,4

0,12

5

10

 

 

56

7

0,66

3,4

0,11

5

11

 

 

55

6

0,68

3,3

0,10

15

12

 

 

54

7

0,70

3,3

0,09

15

13

 

 

53

8

0,72

3,3

0,08

15

14

 

 

52

9

0,74

3,3

0,07

15

15

 

 

51

10

0,76

3,3

0,08

15

16

 

 

50

11

0,78

3,6

0,09

10

17

 

 

51

12

0,80

3,6

0,10

10

18

 

 

52

11

0,83

3,6

0,11

10

19

 

 

53

10

0,86

3,6

0,12

10

20

 

 

54

9

0,89

3,6

0,13

10

21

 

 

55

8

0,92

3,2

0,14

25

22

 

 

56

7

0,95

3,2

0,15

25

23

 

 

57

6

0,90

3,2

0,14

25

24

 

 

58

7

0,85

3,2

0,13

25

25

 

 

59

8

0,80

3,2

0,12

25

26

 

 

60

9

0,75

3,0

0,11

20

27

 

 

61

10

0,70

3,0

0,10

20

28

 

 

62

11

0,65

3,0

0,09

20

29

 

 

63

12

0,60

3,0

0,08

20

30

 

 

64

11

0,55

3,0

0,07

20

31

 

 

65

10

0,50

3,1

0,08

10

32

 

 

66

9

0,54

3,1

0,09

10

33

 

 

67

8

0,58

3,1

0,10

10

34

 

 

68

7

0,62

3,1

0,11

10

35

 

 

69

6

0,66

3,1

0,12

10

36

 

 

70

7

0,70

2,9

0,13

15

37

 

 

71

8

0,74

2,9

0,14

15

8

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Таблица 6.4 – Исходные данные к задаче раздела 4

Вариант

t1 , °С

t2 , °С

N , МВт

1

25,0

5,4

1,000

2

25,2

5,2

2,000

3

25,4

5,0

4,000

4

25,6

4,8

8,000

5

25,8

4,6

16,000

6

26,0

4,4

32,000

7

26,2

4,2

24,000

8

26,4

4,0

12,000

9

26,6

4,0

6,000

10

26,8

4,2

3,000

11

27,0

4,4

1,500

12

27,2

4,6

1,250

13

27,4

4,8

2,500

14

27,6

5,0

5,000

15

27,8

5,2

10,000

16

28,0

5,4

20,000

17

27,8

4,0

40,000

18

27,6

4,2

35,000

19

27,4

4,4

30,000

20

27,2

4,6

25,000

21

27,0

4,8

20,000

22

26,8

5,0

15,000

23

26,6

5,2

10,000

24

26,4

5,4

5,000

25

26,2

5,2

1,000

26

26,0

5,0

4,000

27

25,8

4,8

8,000

28

25,6

4,6

12,000

29

25,4

4,4

16,000

30

25,2

4,2

20,000

31

25,0

4,0

24,000

32

25,2

4,2

28,000

33

25,4

4,4

32,000

34

25,6

4,6

36,000

35

25,8

4,8

33,000

36

26,0

5,0

30,000

37

26,2

5,2

27,000

9

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Таблица 6.5 – Исходные данные к задаче раздела 5

 

 

 

Вариант

Вид жи-

n , шт

b

Э

,

m

0

,

c , м3/кг

c

, %

τ , сут

 

вотных

 

 

 

 

 

 

 

CH4

 

 

 

кг/сут

кг/сут

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Куры

30000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

2

КРС

100

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

3

Свиньи

150

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

4

Куры

31000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

5

КРС

110

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

6

Свиньи

160

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

7

Куры

32000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

8

КРС

120

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

9

Свиньи

170

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

10

Куры

33000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

11

КРС

130

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

12

Свиньи

180

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

13

Куры

34000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

14

КРС

140

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

15

Свиньи

190

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

16

Куры

35000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

17

КРС

150

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

18

Свиньи

200

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

19

Куры

36000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

20

КРС

105

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

21

Свиньи

155

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

22

Куры

37000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

23

КРС

115

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

24

Свиньи

165

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

25

Куры

38000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

26

КРС

125

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

27

Свиньи

175

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

28

Куры

39000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

29

КРС

135

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

30

Свиньи

185

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

31

Куры

40000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

32

КРС

145

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

33

Свиньи

195

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

34

Куры

41000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

35

КРС

160

 

35,0

4,93

0,30

 

60,0

17

36

Свиньи

210

 

 

5,1

0,45

0,52

 

62,4

15

37

Куры

42000

 

 

0,2

0,10

0,37

 

54,0

16

10

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com