ІІ Вопрос

(гидрогазодинамика и тепломассообмен)

1.Теплопроводность однородной и многослойной стенок при граничных условиях 1-го рода.

t            dх                                   q=?        

                                                    t=f(х)      

                                                                            

t_ст1                                                                              

                                          q

                             t_ст2

             d

о                                               х

Рассмотримстенку толщиной d ,коэф-т   теплопроводности которой постоянен и равен l.Расположим стенку так,что ось ‘’х’’будет перпендик.к поверх. стенки.Внутренние источники теплоты в стенке отсутствуют.Согласно условиям 1-го рода заданы и остаются постоянными тем-ры tст1 и tст2.Т.о.темп.будет изменятся только по толщине стенки в направлении оси “х” .В этих условиях дифф-ое уравнение принмает вид :

В плоской стенке выделим на расстоянии “х” слой толщиной dх ,ограниченный двумя изотермическими поверхностями .На основании закона Фурье:

Выражаем dх иинтегрируем:

Находим постоянную интегрирования С из граничных условий:при х=0,t=tст1 ; при х=d ,t=tст2 .Поставим в уравнении (1)первое граничное условие С=tст1.Поставив значение постоянной интегрирования “C” в (1): (2).В (2) поставим вторые граничные условия:

 Из этих выражений находим тепловые потоки: Q=qF, Вт,где F-поверхность плоской стенки.l/d -термическое сопротивление теплопроводности.

Найдем закон изменения температуры по толщине стенки. Для этого подставим в (1) значения тепловых потоков и постоянной интегрирования:

При постоянном значении коэф-та теплопроводности внутри стенки темп-ра изменяется по линейному закону.Если l зависит от тем-ры: l=l₀(1+вt),уравнение температурной кривой имеет вид: Для многослойной стенки

Рассмотрим стационарный режим .,q=q₁₌q₂ =q₃

-плотность теплового потока

Þ

n-слойной:

2.Передача теплоты через плоскую ,цилиндрическую и шаровую стенку при граничных условиях 3-го рода.

плоская	цилиндрическая	шаровая
Tж1                      a2                  Tст1             tст2 a1                                  d              Тж2                       х	l                    r1              r2	NNNNn                                   Тж2                                            г2                                Тж2

Согласно граничным условиям 3-го рода заданы и остаются постоянными тем-ры горячего tж1 и холодного tж2 теплоносителей, и коэф-ты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке a1 и от стенки к холодному теплоносителю a2.

Передача теплоты состоит из 3 процессов:

1)Теплоотдача от горячей жидкости к стенке, описывается з-ом Ньютона-Рихмана.

2)Теплопроводность через стенку.

3) Теплоотдача от стенки к холодному теплоносителю

Выразим температурные напоры и сложим отдельно правые и левые части:

Режим теплообмена установившейся , то тепловые потоки равны, поэтому :

Q=qF
термическое сопротивление теплопроводности;	Обозначим удельный тепловой поток , приходящийся на 1 пог. Метр:	Обозначим удельный тепловой поток отнесенный к 1 кв.метру внутренней поверхности
	Удельный тепловой поток отнесенный к 1 кв.метру внутренней поверхности Удельный тепловой поток отнесенный к 1 кв.метру внешней поверхности нагрева	Удельный тепловой поток отнесенный к 1 кв.метру внешней поверхности

К-коэф-т теплопередачи хар-ет кол-во теплоты проходящее в еденицу времени через еденицу изотермической поверхности при разности тем-р горячего и холодного теплоносителей в 1 градус.

з. теплопроводность при нестационарном режиме

Процессы теплопроводности, в которых температурное по­ле тела изменяется не только в пространстве, но и во времени называются нестационарными.

Нестационарные процессы теплопроводности наблюдаются при нагревании или охлаждении различных заготовок и изделий, при пуске и останове различных теплообменных устройств, при изме­нении нагрузки теплообменник аппаратов и т.д.

       Решить задачу нестационарной теплопроводности - это зна­чит найти зависимость изменения температурного поля от коор­динат и времени       t=f1(х,у,z,t)

определить количество отведенной или подведенной к телу теплоты, Q=f2(х,у,z,t)

           1.Определение количества теплоты, отдаваемой пластикой в процессе охлаждения

Количество теплоты, которое отдает или воспринимает пластина обеими поверхностями за время от Т == 0 до t=¥,

равно изменению внутренней энергии этой пластины за период полного ее охлаждения или нагревания

Здесь     2df=V - объем пластины;

              2dfr=M - масса пластины^

Количество теплоты, отданной или воспринятой пластиной за время от Т == 0 до Т=Т1определяется как поля от пол­ного количества теплоты      

где - средняя температура пластины е момент времени — —    0^ "

Прибавим и вычтем tж:

отсюда                  (1)

где средняя безразмерная температура по толщине пластины в момент времени Т .Из уравнения  (1) видно, что определение количества теплоты, отданной или воспринятой пластиной, сводится к на­хождению средней безразмерной температуры 

q  и проинтегрировав в указанных пределах, получим

При значениях критерия F₀³ 0,3 для пластины можно огра­ничиться первым членом суммы:

В полученной форуле первый множитель зависит только от критерия Bi и может быть представлен как. некоторая фикция М(Bi) , котрая может быть заранее подсчи­тана. В этом случае расчет  будет сводиться к вычислению экспоненты

2. Определение количества теплоты, которое отдается цилиндром в процессе охлаждения

Полное количество теплоты, которое отдается или восприни­мается поверхностью цилиндра за время от Т= 0 поТ=¥, равняется изменению внутренней энергии цилиндра за период полного его охлаждения

   На­йдем среднюю безразмерную температуру 

где R изменяется от 0 до 1.

3. Зависимость процесса охлазденяя /нагревания/ от формы и размеров тела

Скорость распространения теплоты в телах зависит от отно­шения величины поверхности тела к его объему, причем, чем больше это отношение, тем больше будет скорость протекания процесса. Если построить зависимость процесса охлаждения для различных тел при одинаковых значениях критериев Вi.  и Fо ,то получим, что для шара скорость процесса будет больше, чем для любых других.

В качестве примера рассмотрим охлаждение пластины длин­ного цилиндра и шара. При Вi == 0 уравнение температурного поля имеет вид:

для пластшы   q == ex p (— В i • Fo )      ;

для цилиндра  q == ex p (—2 В i • Fo )       ;

для шара      q == ex p (—3 В i • Fo )     

Из этих уравнений следует, что при одинаковом определя­ющем размере и прочих равных условиях наибольшая скорость из­менения температуры будет у шара. Их отношение поверхности к объему будет определяться как 1:2:3.

3.10. Регулярный режим охлаждения /нагревания/ тел

Рассмотрим процесс охлаждения тела любой геометрической Формы в среде с постоянной температурой Тж . Коэффициент теплоотдачи a одинаков для всей поверхности тела и остает­ся постоянным на протяжении всего периода охлаждения.

Исходное дифференциальное уравнение для тел любой геометрической формы без внутренних источников теплоты имеет вид:

J=t-tж избыточная температура тела.

В переходном процессе охлаждения (на­грева) как однородных, так и неоднородных тел любой формы и размеров в жидкой сре­де с постоянной температурой Тж можно вы­делить три характерных режима :

1) неупорядоченный        (0<т<т_р )— начальное распределение температур оказы­вает заметное влияние на развитие процесса.;

2) регулярный (tp < т < ¥) — характерен тем, что влияние начального распределения температур исчезает. Для описания поля температур в одномерном теле достаточно первого члена ряда (3.51);

3) стационарный (т®¥) — температура

во всех точках тела становится равной тем­пературе окружающей жидкости Тж

/ - неупорядоченный  режим;   II - регулярный режим

   В регулярном режиме изменение Inu во времени носит линейный характер

Теория регулярного режима разработа­на Г. M. Кондратьевым.

4.Особенности движения и теплообмена в трубах

Процессы теплоотдачи и движения в трубах имеют более сложный характер по сравнению с процессами при смывании плоской поверхности. Это объясняется тем, что жидкость, текущая вдали от плоской поверхности, не испытывает влияния, трения и вязкости около стенки. Сечение трубы имеет конечные размеры и в результате этого жидкость по всему поперечному сечению затормаживается и образуется гидравлический пограничный слой. По мере продвижения вглубь трубы толщина пограничного слоя увеличивается и на каком-то расстоянии от входа этот слой смыкается в центральной части.

Движение жидкости в трубе может быть ламинарным, переходным и турбулентным. Режим движения определяют по величине критерия Рейнольдса

где W- средняя скорость жидкости ; dвн - определяющий размер (в данном случае внутренний диаметр трубы).

Если Re < 2000, то течение является ламинарным; .если       Re > 10000 - турбулентным; при 2000 < Re < 10000 - переходной режим течения.

                Теплоотдача при течении жидкости в прямых гладких труб.

        При ламинарном режиме течения жидкости, решая уравнение Новье-Стокса, сплошности и энергии для полностью стабилизированного

потока получают-что :

при граничных условиях 1-го рода (tcт = const)

nu »3,66 == const по всей длине;

при граничных условиях 2-го рода (qc=const) Nu » 4,36= const.

Учитывая, что nu =(ad)/l. - видно, что для стабилизированного потока при постоянных физических свойствах жидкости значения a по длине трубы одинаковы и зависят от внутреннего диаметра трубы н коэффициента теплопроводности.

Теоретические результаты не учитывают теплообмен на начальном участке трубы. На входе в трубу толщина гидродинамического d и теплового Д слоев очень малы по сравнению с диаметром, поэтому теплообмен аналогичен вынужденному смыванию пластины | 3 ] по мере удаления от входа. Когда 5 и D соизмеримы с диаметром трубы , теплообмен существенно изменяется и теоретически решить эту задачу невозможно.

На основании большого количества экспериментов для граничных условий 2-го рода при qc = const получена следующая формула:

вязкостном течении в начальном тепловом участие. Здесь в качестве определяющего размера принято расстояние рассматриваемого сечения от начала трубы ( х ), а в качестве определяющей температуры - средняя в данном сеченин температура жидкости (tж.х ). Критерий Ргстд определяется по местному значению температуры стен-ки ( tcт.x ). Комплекс (x/d)0,1 учитывает влияние кривизны капала и стеснение потока стенками трубы.

Если длина трубы соизмерима с длиной участка тепловой и гидродинамической стабилизации, то средний коэффициент теплоотдачи можно определить по формуле

Если длина трубы больше длины участка тепловой стабилизации, то средний коэффициент теплоотдачи при вязкостном течении определяется по уравнению

коэфф-та теплоотдачи:

При турбулентном режиме течения жидкости теплообмен в основном определяется силами вязкости и физическими свойствами жидкости.

Для стабилизированного теплообмена капельных жидкостей, с учетом переменности физических свойств жидкостей, Михеевым М.Л.  была получена расчетная формула для граничных условий 2-го рода ( qc = const.)

тем-ра -средняя тем-ра жидкости,определяющий размер - эквивалентный диаметр.

Данная формула описывает среднюю теплоотдачу в прямых гладких трубах при

 l/dвн > 50.

Для более коротких труб, полученное значение nu нужно умножить на поправку el которую определяют по приближенной формуле:

На начальном участке трубы до тепловой стабилизации, с увеличением х коэффициент теплоотдачи уменьшается.

    При движении в трубе газов, когда критерий Прандтоя ( Рг ) слабо зависит от температуры

nu . =0,022 Re0,8 •Pr 0,43          

   Теплоотдачи зависит от скорости больше, чем при ламинарном режиме. Чем меньше диаметр трубы, тем больше коэффициент теплоотдачи.

Теплоотдача при переходном режиме. Теплоотдача при движении жидкости в трубах при числах Re от 2*103 до 104 зависит от большого количества факторов. В настоящее время удовлетворительная методика расчета теплообмена в переходной области отсутствует. Наибольшее значение теплоотдачи в переходной области можно определить по уравнению для турбулентного течения в трубах, наименьшее значение можно получить по формулам вязкостного течения.

5.Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб

Теплообменные устройства (теплообменники) выполняются обычно из пучка труб. Встречаются два основные типа расположения труб в пучке: шахматное и коридорное

Характеристиками пучка труб являются :

S1— поперечный шаг (расстояние между осями соседних труб, распо­ложенных в одном ряду поперек потока жидкости); S2 — продольный шаг (расстояние между осями соседних рядов труб в направлении дви­жения потока жидкости);

 (только для шахматных пучков,); d — наружный диаметр труб. В технике часто используются относительный попереч­ный шаг (s1= S1 /d и относительный продольный шаг s2= S2 /d ; ni — число труб в одном ряду (поперек потока жидкости); П2 — число рядов труб (вдоль потока жидкости).

        Течение жидкости в пучках достаточно сложно, так как кроме сложностей поперечного омывания труб необходимо учитывать влия­ние соседних труб, которые дополнительно перемешивают (турбулизируют поток).

В практических расчетах (как и при омывании одиночной трубы) выделяют 3 режима:

ламинарный       Re < 1000;

. смешанный    10005

турбулентный      Re > 10⁵

      В отличие от одиночной трубы переход к турбулентному режиму воз­никает раньше ,так как на теплообмен влияет дополнительная турбулизация потока соседними трубами пучка.

Омывание 1-го ряда в коридорных и в шахматных пучках соот­ветствует характеру омывания одиночной трубы. Характер же омывания остальных рядов труб зависит от типа и характеристик пучка.

В коридорных пучках второй и последующий ряды находятся в вихревой зоне, образованной впереди стоящими трубами. При этом основной поток проходит в продольных зазорах.

В шахматных пучках характер омывания последующих рядов ка­чественно мало отличается от характера омывания 1-го ряда. Однако, количественно теплоотдача во втором и третьем ряду увеличивается. Это происходит от дополнительной турбулизации и перемешивания всего потока. Так как в шахматных пучках весь поток перемешивается

и участвует в теплообмене,то значение a в них больше чем в коридор­ных пучках.

Из многочисленных экспериментов установлено, что уже к тре­тьему ряду для шахматных и коридорных пучков поток стабилизируется ,и коэффициент теплоотдачи последующих рядов остается без изме­нений. При этом установлено, что в первом ряду и для шахматного, и для коридорного пучка значение a определяется относительно третье­го ряда по формуле

для коридорного пучка —

для шахматного — .

Эти коэффициенты учитываются в расчетах через поправку ei , которая зависит от номера ряда труб и типа пучка.

Значение коэффициента теплоотдачи для третьего ряда макси­мально и определяется по критериальным уравнениям с учетом режи­мов течения. Однако с учетом поправки ei учитывающей изменение a по рядам пучка в общем случае среднее значение коэффициента тепло­отдачи определенного ряда пучка определяют из следующего уравне­ния:

Определяющей температурой в уравнении  является средняя тем­пература жидкости в потоке, за исключением числа Ргст , которое определяется по средней температуре стенки.

Показатель степени (п и м), а также коэффициент "с" зависят от режима движения и типа пучка. Ламинарный режим — Re = 10 - 200:

коридорный пучок  с = 1,2 ; п == 0,33; m = 0,33;

шахматный пучок — с = 1,8; п == 0,33; m == 0,33. Смешанный режим — 1000< Re < 100000:

коридорный пучок — с == 0,26 ; п = 0,65; m = 0,33;

, шахматный пучок — с = 0,41; п = 0,6; m = 0,33. Турбулентный режим — Re> 10⁵ :

независимо от типа пучка с == 0,021; п = 0,84; m = 0,36.

Поправочный коэффициент e_s, входящий в уравнения ,влияние относительных шагов.

для коридорного пучка :

для шахматного пучка :

при S1/S2<2    при S1/S2>2   

    при относительных шагах s1 >3 и  s2 >3 —e_s == 1. Для определения среднего коэффициента теплоотдачи для всего

пучка необходимо произвести осреднение средних значений , полу­ченных для отдельных рядов по формуле

где  — средний коэффициент теплоотдачи i - го ряда; Fш — суммар­ная площадь поверхности теплообмена трубок первого ряда, п — чис­ло рядов труб.

Если Fi = F2 = . . . =Fn , т.е. формула (2) упрощается

В практических расчетах , когда Fi = F2 ==... =Fn. возможно ис­пользовать поправку e_п, которая учитывает число рядов труб в пучке (п₂) и отличие значений a

критериальное уравнение для расчета среднего значения коэффициента теплоотдачи для всего пучка примет вид:

. Причем при n2 > 10 с допустимой для практических расчетов погреш­ностью можно считать e = 1.

Из уравнения и значений коэффициентов видно:

а) что чем больше турбулизирован режим, тем значение a боль­шее, на значение a сильней влияет скорость жидкости, так как показа­тель "п" все время увеличивается;

б) в шахматном пучке для ламинарного и смешанного режима a на 30 — 50% больше ,чем в коридорном пучке. При турбулентном ре­жиме ( Re >10⁵) тип пучка не влияет на значение  a , так как трубы все время омываются турбулентным потоком.

Если поток жидкости направлен под углом  < 90° к пучку труб, то изменение теплоотдачи может быть учтено введением в формулу (1)

поправочного коэффициента e_y.

6.ТЕПЛООБМЕН ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА

1. Основные представления о процессе конденсации. Если пар соприкасается со стенкой, температура которой ниже температуры насыщения, то пар конденсируется и конденсат оседает на стенке. При этом различают два вида конденсации: капельную, когда кон­денсат осаждается в виде отдельных капель , и пленоч­ную, когда на поверхности образуется сплошная пленка жидкости.

Капельная конденсация возможна лишь в том случае, если кон­денсат не смачивает поверхность охлаждения. Искусственно ка­пельная конденсация может быть получена путем нанесения на поверхность тонкого слоя масла, керосина или жирных кислот или путем примеси этих веществ к пару. При этом поверхность должна быть хорошо отполирована. При конденсации же чистого пара смачивающей жидкости на чистой поверхности всегда полу­чается сплошная пленка. В промышленных аппаратах — конденса­торах — иногда возможны также случай смешанной конденсации, когда в одной части аппарата получается капельная, а в другой — пленочная конденсация.

конденсации   пара.   В процессе пленочной конденсации вся теплота, выделяющаяся на внешней границе пленки, отводится к поверхности охлаждения. При лами­нарном движении жидкостной пленки перенос теплоты через нее осуществляется лишь путем теплопроводности. Если принять, что температура частиц конденсата, соприкасающихся с паром, равна температуре насыщения, то плотность теплового потока опреде­ляется выражением

где б —толщина пленки; l — коэффициент теплопроводности кон­денсата; t_с—температура поверхности.

С другой стороны по закону Ньютона—Рихмана

Из сопоставления выражений имеем:

Следовательно, определение коэффициента теплоотдачи сво­дится к определению толщины пленки конденсата , которая мо­жет быть получена из анализа условий его течения.

Такой анализ для случаев конденсации пара на вертикальной поверхности был впервые проведен Нуссельтом .

Зная выражение для толщины пленки, опреде­ляем локальный коэффициент теплоотдачи

a,d

   d                                                                 a                  х

Характер изменения толщины пленки и коэффициента тепло­отдачи вдоль вертикальной стенки показаны на рис. 1.

Из уравнения  следует, что средний коэффициент тепло­отдачи уменьшается с ростом высоты х и температурного напора Dt.

Вывод, приведенный выше для вертикальной стенки, применим и для наклонной. При этом единственное отличие будет в том, что в уравнение движения (y— угол наклона стенки к горизонту, то вместо ускорения свободного падения g для верти­кальной стенки во все соотношения войдет величина gsiny. Тогда расчетная формула для коэффициента теплоотдачи принимает вид:

Вывод, аналогичный изложенному выше для вертикальной стенки, был приведен Нуссельтом также для горизонтальной трубы. Полученная им формула для среднего коэффициента теплоотдачи имеет вид:

где D — диаметр трубы,

На поверхности вертикальных пластин и труб интенсивность теплоотдачи, как показывают опытные данные, обычно оказывается более высокой, чем вычисленная по формуле Нуссельта . Это объясняется тем, что в действительности в этих условиях на­блюдается волновое течение пленки конденсата. П. Л. Капица показал, что такой характер отекания ламинарной пленки жидкости является более устойчивым.

7. Общие представления о процессе кипения. Кипением назы­вают процесс образования пара внутри объема жидкости. Условия протекания этого процесса своеобразны и сложны.

Для возникновения кипения всегда необходим некоторый пе­регрев жидкости, т. е. превышение температуры жидкости относительно температуры насыщения  при заданном давлении р. Этот перегрев, как показывают опыты, зависит от физических свойств жидкости, ее чистоты, давления, а также свойств  гранич­ных твердых поверхностей. Чем чище жидкость, тем более высоким оказывается начальный перегрев, необходимый для возникновения кипения. Высокий начальный перегрев, необходимый для вскипания чистой жидкости, объяс­няется затрудненностью самопроизвольного образования внутри жидкости начальных маленьких пузырьков пара (зародышей) из-за значительной энергии взаимного притяжения молекул в жидкости.

Иначе обстоит дело, когда жидкость содержит растворенный газ (например, воздух), а также мельчайшие взвешенные частицы. При ее нагревании процесс кипения начинается почти сразу после достижения жидкостью температуры насыщения. При этом кипе­ние носит спокойный характер. В данном случае образующиеся при нагревании газовые пузырьки, а также находящиеся в жидко­сти твердые частицы, служат готовыми начальными зародышами паровой фазы.

Начальный перегрев снижается и в том случае, когда стенки сосуда, в котором происходит нагревание жидкости, имеют адсор­бированный на поверхности газ, микрошероховатость, а также раз­личные неоднородности и включения, понижающие молекулярное сцепление жидкости с поверхностью. При подводе теплоты через такую поверхность образование пузырьков наблюдается в отдель­ных точках поверхности, так называемых центрах парообразова­ния. Таким образом, процесс кипения в этом случае начинается в слоях жидкости, контактирующих с поверхностью и имеющих одинаковую с ней температуру. Для практики этот вид кипения представляет наибольший интерес. Рассмотрим его основные ха­рактеристики.

Тепловой поток Q при увеличении температурного напора растет не беспредельно. При некотором значении он достигает максимального значения, а при дальнейшем повышении начи­нает уменьшаться. До момента достижения максимального тепло­вого потока режим кипения называют пузырьковым. Максимальную тепловую нагрузку при пузырьковом кипении называют первой критической плотностью теплового потока .

При больших значениях Dt наступает второй, переходный ре­жим кипения. Он характеризуется тем, что как и на самой поверхности нагрева, так и вблизи нее пузырьки непрерывно сливаются между собой, образуются большие паровые полости. Из-за этого доступ жидкости к самой поверхности постепенно все более затрудняется. В отдельных местах поверхности возникают «сухие» пятна; их число и размеры непрерывно растут по мере уве­личения температуры поверхности. Такие участки как бы выклю­чаются из теплообмена, так как отвод теплоты непосредственно к пару происходит существенно менее интенсивно. Это и определяет резкое снижение теплового потока и коэффициента теплоотдачи в области переходного режима кипения.

Наконец, при некотором температурном напоре вся поверхность нагрева обволакивается сплошной пленкой пара, оттесняющей жидкость от поверхности. Так наступает третий, пленочный режим кипения . Перенос теплоты в режиме пленочного кипе­ния от поверхности нагрева к жидкости осуществляется путем конвективного теплообмена и излучения через паровую пленку. По мере увеличения температурного напора все большая часть теплоты передается за счет излучения. Интенсивность теплообмена в ре­жиме пленочного кипения достаточно низкая. Паровая пленка ис­пытывает пульсации; пар, периодически накапливающийся в ней, отрывается в виде больших пузырей. В момент наступления пле­ночного кипения тепловая нагрузка, отводимая от поверхности, и соответственно количество образующегося пара имеют минималь­ные значения. Минимальное значение тепловой нагрузки при пле­ночном кипении называется второй критической плотностью теп­лового потока .

Режимы течения пароводяной смеси в трубах. В зависимости от содержания пара, скорости движения смеси, диа­метра трубы и ее расположения в пространстве характер дви­жения оказывается различным: в виде однородной эмульсии, в виде двух самостоятельных потоков воды и   пара . В одних случаях при этом вода движе­тся по периферии у стенки в форме плен­ки, а пар в центральной части трубы, в других получается раздель­ное движение — жидкость в одной, а пар в другой части трубы . Если скорость движущего потока увеличивается, то происходит выплескивание жидкости в паровой обьем и режим движения переходит в кольцевой. В условия вынужденного движения парожидкостной среды внутри труб течение пара носит в основном турбулентный характер. В этом случае коэф-т теплоотдачи зависит от массового паросодержания и отношения плотности пара к жидкости.

Процесс кипения может происходить так­же при течении в трубе недогретой до темпе­ратуры насыщения жидкости, если интен­сивность подвода теплоты к стенкам трубы достаточно высока. Такой процесс возникает, когда температура стенки превышает тем­пературу насыщения ; он охватывает по­граничный слой жидкости около стенки .Паровые пузырьки, попадающие в холодное ядро потока, быстро конденси­руются. Этот вид кипения называют кипе­нием с недогревом.

7. Зависимость теплового потока от температурного напора (кривая кипения). Выше были рассмотрены условия возникновения и развития паровой фазы, а также основные характеристики механизма кипения. При кипении происходит беспорядочная турбулизация жидкости вблизи  поверхности теплообмена растущими и периодически отрывающимися пу­зырьками пара, интенсифицирующая процесс теплообмена. Теплообмен интенсифицируется с увеличением частоты отрыва паровых пузырьков и плотности центров парообразования. Существенный вклад в повышение интенсивности теплообмена вносит доля теплоты, идущей на испарение микрослоя перегретой жидкости на стенке в паровой пузырек, особенно при давлениях выше атмосферного. Эффект турбулизации является существен­ным лишь при незначительных перегревах жидкости относительно темпе­ратуры насыщения.

Перегрев жидкости относится к режимным параметрам кипения. Кроме него к режимным параметрам относится способ обогрева поверхности тепло­обмена, давление, недогрев жидкости и скорость принудительной циркуля­ции жидкости и др..

Рассмотрим характер изменения плотности теплового потока от перегрева жидкости (кривая кипения).

При увеличении температурного напора тепловой поток проходит через максимум . Максимуму теплообмена предшествует конвективная область 1, соответствующая малым перегревам жидкости, и область разви­того кипения 8. Между ними находится область неустойчивого кипения 3. Она характеризуется малой плотностью центров парообразования.

lgq                              Б                                                       Г                            В А    lgDt

        1  2     3         4         5       6

Пройдя максимум, q постепенно снижается по мере вытеснения пузырь­кового кипения пленочным. После переходной области 4 наступает режим устойчивого пленочного кипения. В этом режиме на участке 5 лучистый перенос теплоты относительно невелик, а на участке 6 он приобретает суще­ственное значение.

Аналогично коэффициент теплоотдачи a изменяется от перегрева жид­кости. Однако при пленочном кипении увеличение a существенно меньше, чем увеличение q.

Приведенная кривая кипения не охватывает всех возможных режимов кипенияТак, при тщательной дегазации системы, а также при кипении в условиях пониженных

давлении может иметь место затягива­ние режима конвекции до высоких перегревов жидкости (линия АБ). Верх­няя граница этих перегревов определяет­ся спонтанным образованием паровых зародышей в объеме жидкости.

При кипении несмачйвающих жид­костей (q> 90⁰ ) пленочный режим мо­жет начаться при малых перегревах (линия ВГ).

 Влияние способа обогрева по­верхности теплообмена. Кривые кипения имеют различный вид в зависимости от способа обогрева поверхности теплооб­мена. При обогреве конденсирующимся паром независимой переменной являет­ся температура поверхности Тс, а следовательно, и температурный напор Dt= Тс—Тж Возникновение пленочного режима кипения влечёт за собой снижение коэффициента теплоотдачи. Вследствие этого снижается и плот­ность теплового потока по мере вытеснения пузырькового режима пле­ночным. Поэтому при обогреве поверхности теплообмена конденсирующим

паром кривая кипения характеризуется четко выраженной переходной областью от пузырько­вого к пленочному режиму .

При обогреве поверхности теплообмена с по­стоянной плотностью теплового потока на стенке (например, электрообогрев) имеет место скач­кообразный переход режима кипения в другой без переходной области.

Если подводимую мощность не уменьшить, то наступает значительное повышение темпера­туры стенки, что обусловливает этот скачкооб­разный переход пузырькового режима в пленоч­ный. Момент перехода пузырькового режима ки­пения в пленочный может сопровождаться разру­шением (расплавленном) поверхности теплооб­мена.

Возврат к пузырьковому кипению от пленоч­ного происходит при снижении плотности тепло­вого потока. При этом он происходит не вбли­зи того значения плотности теплового потока, при котором возникает пленочное кипение. Не­обходимы более низкие значения плотности теп­лового потока, чтобы вновь восстановилось смачивание поверхности жид­костью и возникло пузырьковое кипение. Этот процесс также имеет скачко­образный характер.

Таким образом, наблюдается определенный гистерезис в тепловых и гидродинамических явлениях, связанных с переходом одного режима кипе­ния в другой.                                          •

Зависимость теплоотдачи от давления и теплофизических свойств жид­кости. Интенсивность теплообмена при кипении повышается с увеличением давления кипения. С увеличением давления уменьшаются размеры пузырька в момент возникновения и отрыва; увеличиваются число центров и частота отрыва пузырей в этих центрах. Степень влияния на них давления зависит от уда­ленности рассматриваемого состояния от критического, поскольку от этого зависит степень метастабильности жидкости, вероятность гетерогенных флюктуаций плотности, а также количественные изменения физических свойств вещества. С приближением термодинамического состояния к крити­ческому влияние этих факторов увеличивается и соответственно увеличи­вается влияние давления на теплоотдачу.

Теплофизические свойства жидкости изменяются с давлением (темпера­турой), что оказывает существенное влияние на теплоотдачу.

С увеличением коэффициента теплопроводности интенсивность теплоотда­чи увеличивается, так как уменьшается термическое сопротивление микро­слоя жидкости под паровыми пузырьками и увеличивается скорость их роста.

С увеличением вязкости интенсивность теплоотдачи, наоборот, умень­шается, так как увеличивается толщина микрослоя жидкости и уменьшается перемешивание, обусловленное отрывом пузырьков от поверхности.

Увеличение поверхностного натяжения ухудшает все микрохарактери­стики кипения и интенсивность теплообмена соответственно снижается.

 Влияние недогрева жидкости. Кипением с недогревом называют кипение у поверхности теплообмена (поверхностное кипение), при котором вдали от нее жидкость недогрета до температуры насыщения. Паровые пузырьки, возникшие при кипении жидкости в пограничном слое, попадая в холодное ядро, конденсируются. Таким образом, кипение у стенки соче­тается с конвекцией однофазной жидкости вдали от стенки и процессом кон­денсации пара на границе раздела кипящего пограничного слоя жидкости

и холодного ядра. Интенсивность парообразования на стенке зависит от перегрева жидкости. Перегрев жидкости определяет интенсивность про­цесса парообразования; недогрев жидкости определяет размер области, на которую распространяется возмущающее действие процесса парообразова­ния. Чем больше недогрев жидкости, тем уже область, охваченная кипе­нием. При недогреве пузырьки пара отделяются от поверхности и конденси­

руются в потоке; при больших недогревах они конденсируются, не отделяясь от поверхности. Процессы теплообмена с поверхностным кипением имеют боль­шое практическое значение, так как по­зволяют получить более высокие значе­ния тепловых потоков по сравнению с конвекцией однофазной жидкости. Они применяются при охлаждении авиацион­ных двигателей, ракет, в устройствах для непрерывной разливки стали и т.п. К недостаткам поверхностного кипения относится возможность возникновения высокочастотных пульсации давления 'в рабочем канале.

Влияние скорости принуди­тельной циркуляции жидкости.

При наличии вынужденного движения двухфазного пограничного слоя, обусловленные парообразованием, накладываются дополнительные возмущения за счет турбулентных ] повышает интенсивность теплообмена. Принудительная циркуляция  оказывает непосредственное воздействие также на механизм процесса парообразования. Это воздействие выражается в искажении естественного угла смачивания и срыве паровых пузырьков со стенки раньше ,чем они достигнут отрывного диаметра, характерного для кипения при свободном движении. При малых скоростях циркуляции гидродинамическое воздействие на процесс кипения невелико и теплоотдача внутри труб определяется интенсивностью процесса па­рообразования, т. е. плотностью теплового по­тока .При значительных скоростях цир­куляции влияние ее значительно, а влияние q_с, наоборот, невелико. С повышением скорости цир­куляции влияние плотности теплового потока не­прерывно уменьшается и коэффициент теплоотдачи постепенно приближается к значениям, имеющим место при конвекции однофазной жидкости .

С возрастанием скорости циркуляции влияние плотности теплового потока на теплоот­дачу уменьшается.

   Влияние уровня жидкости. Высота слоя жидкости над поверх­ностью теплообмена может оказывать влияние на интенсивность теплооб­мена. Это влияние является существенным при уровнях жидкости, соизме­римых с размерами паровых пузырьков .При этом могут быть два случая. При снижении высоты слоя жидкости менее 10—20 мм наблю­дается повышение перегрева жидкости относительно температуры насыще­ния ,увеличение числа действующих центров парообразования, частоты отрыва пузырьков пара, что приводит к соответствую­щему повышению теплоотдачи.

Для тонких пленок (слой менее 2 мм) имеет место понижение перегрева жидкости, уменьшение числа центров и снижение теплоотдачи. Это явление обусловливается увеличением доли теплоты, передаваемой за счет теплопро­водности между центрами парообразования. В очень тонких пленках про­цесс парообразования может вообще прекра­титься, так как весь тепловой поток будет передаваться одной теплопроводностью. Сле­довательно, в тонкопленочных аппаратах при­менение пленок жидкости толщиной менее 1—2 мм нецелесообразно в связи со сниже­нием интенсивности теплообмена.

Влияние шероховатости и тепло-физических свойств стенки. Интенсивность теплообмена зависит от формы, размеров, ха­рактера распределения неровностей поверх­ности теплообмена, а также от рода ее ма­териала.

Изменение шероховатости может привести к повышению коэффициента теплоотдачи в не­сколько раз, так как степенью шероховатости определяется число действующих центров па­рообразования. Одна из причин образования микрозародышей пара — адсорбция растворенного в жидкости газа во впа­динах шероховатости. Поэтому работоспособными центрами являются лишь те впадины и углубления, которые способны удерживать пар или газ, Крупные впадины легко заполняются жидкостью и выключаются из работы как активные центры парообразования. Следовательно, существует граница шероховатости, за пределами которой дальнейшее заглубление поверхности „ не приводит к изменению интенсивности теплообмена. Такой границей приближенно можно считать чистоту поверхности около 6—7-го класса. (Средняя глубина впадин 5—10 мкм.)

Влияние теплофизических свойств поверхности на интенсивность тепло­обмена проявляется через изменение механизма кипения. С увеличением коэффициента аккумуляции стенки увеличивается ско­рость роста паровых пузырьков, изменяется их отрывной диаметр, повы­шается теплоотдача. Влияние коэффициента аккумуляции на интенсивность теплообмена обычных и криогенных жидкостей различно. Так, при кипении гелия в большем объеме на медных поверхностях и на поверхностях из нер­жавеющей стали при одном и том же температурном напоре коэффициенты теплоотдачи отличаются почти в 40 раз; при кицении воды на этих по­верхностях плотности тепловых  потоков различаются примерно в 5 раз .

Коэффициент аккумуляции теплоты материала оказывает влияние и на начало кипения. Температурный напор, соответствующий началу кипения, с увеличением коэффициента аккумуляции уменьшается.

Методы количественного учета влияния теплофизических свойств и рода материала поверхности теплообмена на теплоотдачу разработаны пока недостаточно.

9.ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ.

Составим энергетический баланс:q=Е_1эф –Е_2эф,где ìЕ_1эф=Е₁+(1-А₁)Е_2эф,

                                                                                     í

                                                                                     î Е_2эф=Е₂+(1-А₂)Е_1эф

Решим систему относительно Е_1эф  и Е_2эф

_,получаем

Для серых тел А₁=e₁,А₂=e₂,

Е₁=e₁с₀(0,01Т₁)⁴ и Е₂=e₂с₀(0,01Т₂)⁴®

ПРИ НАЛИЧИИ ЭКРАНОВ.

Пустьe_п=e_п1=e_п2,то q_1э =q_э2 затем подставим в (3),получим  q_1э =q_э2=0,5q_1,2

Установка п-экранов снижает результатирующий поток в (п+1) раз.При установке п –экранов разной степени черноты:

ТЕЛО И ЕГО ОБОЛОЧКА.

Поток излученияизлучательная способность(Вт/(м² К)⁴)

Различают несветящиеся и светящиеся гразовые среды. Свечение газовой среды обусловливается наличием в неи раскаленных частиц сажи, угля, золы. Такое светящееся пламя называют факелом.

Излучение факела определяется главным образом излучением содержа­щихся в нем твердых частиц. Присутствие в газовой среде значительного количества мелких взве­шенных твердых частиц де­лает эту среду мутной.К мутным средам кроме сажистого светящегося пла­мени можно отнести и дру­гие запыленные потоки, например пылевые облака, туманы. Мутные среды ха­рактеризуются существен­ным рассеиванием лучистой энергии.

Одно- , двухатомные га­зы (гелий, водород, кисло­род, азот и др.) практи­чески являются прозрачными (диатермичными) для излучения. Трех­атомные газы обладают большей излучательной и поглощательной способ­ностью. К таким газам относятся СО₂ и Н₂О, имеющие большое практи­ческое применение в теплоэнергетике; в топочных газах, как правило, они присутствуют одновременно.

В отличие от твердых и жидких тел излучение газов носит объемный характер, так как в нем участвуют все микрочастицы газа. Поэтому его поглощательная способность зависит от плотности и толщины газового слоя. С увеличением плотности и толщины слоя газа его поглощательная способность увеличивается. Излучение газов носит избирательный (селек­тивный) характер. Они поглощают и излучают только в определенных ин­тервалах длин волн. В остальной части спектра они являются прозрачными. Так, для СО₂ и Н₂О можно выделить по три основные полосы поглощения . Полосы поглощения CO₂ частично совпадают с полосами поглощения H₂O. Двуокись углерода обладает относительно узкими полосами поглощения. Спектральные по­лосы поглощения водяного пара характеризуются большей шириной.Ширина отдельных полос излучения изменяется с температурой газа. С увеличением температуры ширина полос увеличивается, а поглощательная способность уменьшается, так как уменьшается плотность газа. Влия­ние расширения полос преобладает над влиянием уменьшения поглощательной способности так, что в результате имеет место повышение энергии излучения при увеличении температуры газа;

Излучение СО₂ растет пропорционально Т^3,5 и (рl)^0,33. Следовательно, СО₂ может иметь заметное собственное излучение при отно­сительно малой толщине слоя. Излучение медленно увеличивается с ростом толщины слоя и быстрее — с- ростом температуры.

Парциальное давление р и толщина слоя  оказывают большее влияние на излучение Н₂0, чем на излучение СО₂. Поэтому при малых толщинах слоя преобладает влияние излучения CO₂ , а при больших — излучение Н₂О.

излучение газа существенно отклоняется от закона четвертых степеней темпера­туры Стефана — Больцмана

ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН МЕЖДУ ГАЗОВОЙ СРЕДОЙ И ОБОЛОЧКОЙ

Предположим, что газ имеет постоянную температуру Тг, а стенка Тс. Примем, что газ и стенка являются серыми телами. Излучение стенки (оболочки) характеризуется сплошным спектром. Газовая среда имеет

селективно-серое излучение в виде отдельных полос .В общем случае число таких полос для различных газов может быть раз­личным.Газовая среда обменивается лучистыми потоками со стенкой только в пределах этих полос. Вне спектпяльных полос отдельные элементы стенки обмениваются лучистыми потока­ми только между собой.

Для изотермической стенки ре­зультирующий поток для этого теплообмена будет равен нулю. Тогда лучистый поток от газа к стенке можно выразить зависимо­стью

где  Fс — площадь  поверхности стенки (оболочки).

Плотности потоков эффективно­го излучения газовой среды и стенки

находят по методу сальдо. По аналогии с ранее приведенными зависимостями для серых тел  они могут быть представлены зависимостями приме­нительно к отдельным полосам излучения :

    Черное излучение газа и стенки, соответствующее предельным значе­ниям их коэффициентов теплового излучения, можно выразить соотноше­ниями

где eг и eс — предельные коэффициенты теплового излучения газа при температурах газа и стенки. Уравнение для лучистого потока Qr,c, Вт, передаваемого от га­зовой среды к стенке:

Интегральные значения коэффициента теплового излучения (коэффи­циента поглощения) для смеси газов, как указывалось выше, в общем слу­чае не равны сумме значений их для отдельных компонентов смеси.

Если газ является селективно-черной средой, а стенка — черной по­верхностью, то расчетное уравнение упрощается:

Рассмотренный метод расчета теплообмена излучением относится к га­зовым средам, не содержащим взвешенных твердых частиц. В камерах сго­рания тогюк и печей газовые потоки содержат твердые частицы несгорев­шего топлива. Для расчета лучистого теплообмена в топках и печах сущест­вуют различные методики приведенные в специальной литературе

Теплообменники — это устройства, в которых теплота переходит от одной среды к другой.

Теплообмен между теплоносителями является одним из наиболее важ­ных и часто используемых в технике процессов. Например, получение пара заданных параметров в современном парогенераторе основано на про­цессе передачи теплоты от одного теплоносителя к другому .По принципу действия теплообменные аппа­раты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смеси­тельные. Выделяются еще теплообменные устройства, в которых нагрев или охлаждение теплоносителя осуществляется за счет внутренних источников теплоты.

Рекуперативные теплообменные 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. Примером таких аппаратов являются котлы, подогреватели, конденсаторы выпарные аппараты и др.

Регенераторы — такие теплообменные аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается то горячей, то холодной жидкостью. Сначала поверхность реге­нератора отбирает теплоту 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 большей частью работают в стационарном режиме. Типичным примером регенеративных аппаратов являются воздухоподогреватели - мартеновских и доменных печей.

Так как в регенеративных и рекуперативных аппаратах процесс пере­дачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела, то их еще называют поверхностными.

В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при непосредственном контакте и смешении горячей и холодной жидкостей. Типичным примером таких теплообменников являются градирни тепловых электрических станций. В градирнях вода охлаждается атмосферным воз­духом. Воздух непосредственно соприкасается с водой и перемешивается с паром, возникающим из-за частичного испарения воды.

В теплообменниках с внутренними источни­ками энергии применяются не два, как обычно, а один теплоноситель, который отводит теплоту, выделенную в самом аппарате. Примером таких аппаратов могут служить ядерные реакторы, электронагреватели и другие устройства. Независимо от принципа действия теплообменные аппараты, применяющиеся в различных областях техники, как правило, имеют свои специальные названия. Эти названия определяются технологическим назна­чением и конструктивными особенностями теплообменных устройств. Однако с теплотехнической точки зрения все аппараты имеют одно назначение — передачу теплоты от одного теплоносителя к другому или поверхности твердого тела к движущимся теплоносителям. Последнее и определяет те общие положения, которые лежат в основе теплового расчета любого теплообменного аппарата.

11.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА

Тепловые расчеты теплообменных аппаратов могут быть проектными и поверочными.

Проектные (конструктивные) тепловые расчеты выполняются при проектировании новых аппаратов, целью расчета является определение поверхности теплообмена.

Поверочные тепловые расчеты выполняются в случае, если известна поверхность нагрева теплообменного аппарата и требуется определить количество переданной теплоты и конечные температуры ра­бочих жидкостей. Тепловой расчет теплообменных аппаратов сводится к совместному решению уравнений теплового баланса и теплопередачи. Эти два уравнения лежат в основе любого теплового расчета.

Будем рассматривать стационарный режим работы теплообменника.

Уравнение теплового баланса. Изменение энтальпии теплоносителя вследствие теплообмена определяется соотношением

dQ=Gdh,               -         

где G — расход массы, кг/с; h — удельная энтальпия, Дж/кг; dQ изме­ряется в Дж/с или Вт.

Для конечных изменений энтальпии, полагая, что расход массы неиз­менен,

Q=G ò dh==G(h"-h'),                  

h'

где h' и h"—начальная и конечная энтальпии теплоносителя.

Если теплота первичного (горячего) теплоносителя воспринимается вто­ричным (холодным), то уравнение теплового баланса без учета потерь теп­лоты запишется как

dQ=—G1dh1=G2dh2                 

или для конечного изменения энтальпии

Q=G1(h1’-h2”)=G2(h2”-h1’),               

индекс «I» означает, что данная величина отнесена к горячей жидкости, а индекс «2» — к холодной. Обозначение (штрих) соответствует данной величине на входе в теплообменник, (два штриха) — на выходе.

Полагая, что Ср =const и dh= Cpdt, предыдущие уравнения можно записать так:

dQ=GCpdt;                      

Q=GCp(t”-t’),Q=G1Cp1(t1’-t2”)=G2Cp2(t2”-t2’)

Уравнение теплопередачи. Чаще всего для определения поверхности теплообмена используют следующее уравнение:

Q=КDtF,                       (19.7)

где k — коэффициент теплопередачи; Dt-соответственно температуры первичного и вторичного теплоносителей; F — площадь поверхности теп­лопередачи.

Уравнение  справедливо в предположении, что t1 и t2 остаются постоянными по всей поверхности теплообмена, однако эти условия выпол­няются только в частных случаях. Следовательно, урав­нение теплопередачи справедливо лишь в дифференциальной форме для эле­мента поверхности теплообмена:

dQ=kDtdF

Общий тепловой поток через поверхность теплообмена определится интегралом

 Q==òkDtdF.                     

      При рассмотрении теплообменных аппаратов с непрерывно изменяю­щейся температурой теплоносителей следует различать аппараты:

1)                 прямого тока; 2) противоточные; 3) перекрестного тока; 4) со слож­ным направлением движения теплоносителей (смешанного тока).

Средний температурный напор.

Если усреднение температурного напора проводится по всей поверхно­сти теплообмена

Формула  может быть использована как при прямотоке, так и при противотоке.

Полученная средняя разность температур  называется среднелогарифмическим температурным напором. Формула справедлива для простейших схем аппаратов при условии постоянства массового расхода теплоносителей и коэф­фициента теплоотдачи вдоль всей поверхности теплообмена.

В тех случаях, когда темпе­ратура теплоносителей вдоль поверхности теплообмена изменяется незначительно, среднюю разность температур можно вычислять как среднюю арифметическую из крайних напоров:

Так как значения среднеарифметического температурного напора всегда больше среднелогарифмического напора, то температурную разность можно вычислять с достаточной точностью при Dt/Dt < 2.

1 ЧАСТЬ

 

1 вопрос (1)

Целью составления энергетического баланса является анализ энергоиспольз. теплотехнического объекта, направленный на улучшение его работы. При этом решаются следующие задачи: ¾ оценка фактич. энегоиспользов.; выявление и количественная оценка резервов энергоресурсов; опред. рац–х объектов энергопотребления с учетом резервов; определение путей оптимизации энергопотребления с учётом резервов; опред. путей оптимизации и структуры энергопотребления; улучшение режимов работы; разработка норм расхода на ед. продукции.

В общем случае

Энергетич. баланс составляется на основе материального

  где

энерг, затраченная на проведение технол. поцесса

эн. всех тел до начала процесса и после

Ур-ие тепл. баланса, основанно на законе сохранения энергии

         

где i-го компонента, g _{(ЭКЗ) ЭНД}  - уд. тепловой эффект реакции, G – производительность печи, r – теплота шлакообразования, a – доля продукта выпадающего в шлак.

1.6.           Пар-ры   влажного  воздуха. I-d-диаграмма  влажного                          воздуха.

  Влажный воздух - смесь  воздуха с водяным паром .

Смесь воздуха с перегретым паром – ненасыщенный  влажный воздух.

Смесь воздуха с насыщенным водяным  паром – насыщенный воздух.

Смесь воздуха с влажным паром – перенасыщенный (температура воздуха = температуре конденсации находящегося  в  нем пара,т.е. темп-ре  точки росы t_р.Парциальное давление пара p_п = давлению насыщения p_н , соответствующему темп-ре t_р) Если p_п  больше , то излишняя часть пара сконденсируется и выпадет в виде капель (росы).Если  p_п  пара в воздухе< p_н, то пар находится в перегретом  состоянии.)

Количество водяного пара в смеси в граммах, приходящееся  на 1 кг сухого воздуха, называют влагосодержанием (d, г/кг).

Молярным влагосодержанием z называют отношение числа молей водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к числу молей сухого воздуха:

Z=(d/1000)(:_в/ :_п);

Z=0,00161d.

Абсолютной  влажностью - массу водяного пара, отнесенного к 1 м³ влажного воздуха . Она  равна  плотности D_п водяного пара, определяемой p_п и t_смеси.

Относительная влажность – отношение плотности D_п (т. е. абсолютной влажности) к максимально возможной плотности D_{п max} при данных температуре и давлении смеси: n=D_п /D_{п max}.

Если считать водяной пар и воздух идеальными газами, то

n = D_п / D_н.

При n<1 влажный воздух ненасыщенный,  а при n=1 – насыщенный.Максимальное давление р_н насыщения определяют с помощью таблиц термодинамических свойств водяного пара по действительной температуре влажного воздуха.

Действительное  парциальное давление водяного пара находят с помощью специального прибора, называемого гигрометром, путем определения температуры точки росы. Более точное определение относительной влажности производится с помощью психрометра по показаниям двух термометров: обычного «сухого» и «мокрого», с помощью психрометрических диаграмм и таблиц.

 Параметры влажного воздуха. Основными показателями, характеризующими состояние влажного воздуха, являются влагосодержание d , относительная влажность n, энтальпия i и плотность D.

Пусть имеем V м³ влажного воздуха с общим барометрическим давлением B и  температурой Т. Парциальное давление пара p_п, а парциальное давление сухого воздуха ч/з p_в,  тогда  p_п+p_в =B.

Запишем ур-е Клайперона отдельно для пара и воздуха :                                 p_пV = G_пR_пT ,  p_вV=G_в R_в T, V_п =V_в =V,

p_п /p_в = d(R_п /R_в) ,учит-я ,что p_в= B-p_п    _ d = 0,622 [p_п /(B-p_п )].

Плотность влажного воздуха представляет собой сумму плотностей пара и сухого воздуха: D= D_п +D_в = (D_п /d)(1+d),где p_п –плотность водяного пара при темп-ре,равной темп-ре влажного в-ха T,и давлении p_п ;  -плотность сухого в-ха  при давлении р_в и темп-ре T. Энтальпия  влажного в-ха:                                                               i=i_в + di_п.

Энтальпия сухого воздуха(кДж/кг сух возд): i_в=c_рвt@1,01t_п; энтальпия водяного пара: i_п=2500+2t, энтальпия влажного воздуха (кДж/кг сух. Возд.): i@t+d(2500+2t).

Газовую постоянную влажного воздуха определяют из уравнения Клайперона по известным pи T: R=287/ [1-0,377n(p_н /B)].

i-d- диаграмма влажного воздуха. Для расчетов, связ-х с изменением состояния влажного воздуха, применяют    диаграмму Рамзина. По оси ординат  откладывают энтальпию I влажного в-ха , отн-ю к 1кг сухого в-ха. Координатные оси расположены под углом 135⁰ друг к другу, _ линии i=const проходят под углом 45⁰ к горизонтали. Линии d=const представляют собой вертикальные прямые. Они  изображают процессы нагревания (снизу вверх – линия12)  и охл-я (сверху вниз – ab) влажного в-ха, энтальпия к-го меняется, а влагосодержание остается неизменным. Расход тепла (кДж/кг сух.возд.) на нагревание: q_1,2=i₁-i₂.

Если при охлаждении достигается кривая n=100% , то дальнейшее охлаждение идет по линии n=100%=const и   dÜ за счет выпадения росы. Эту диаграмму строят для давления влажного воздуха В=745мм рт. ст. и предназначена  она для расчетов процессов сушки.

Процесс сушки- адиабатный процесс: испарение влаги происходит за счет охлаждения продуваемого воздуха. А т. к. испарившаяся влага поступает в этот же воздух, то _его i=const, d Û ( процесс23) . d₂-d₃= количеству воды к-е испарено в процессе сушки. На диаграмме нанесены кривые постоянной относительной влажности n=const, а также кривая, позволяющая определить парциальное давление водяного пара в зависимости от влагосодержания.

1.7 Расчет теплоты и работы политропных процессов.

 Изменение состояния газа, вызываемые подводом или отводом тепла, а также совершением работы и происходящее при постоянстве теплоемкости, называют политропными процессами. Уравнение 1^ого закона термодинамики для идеального газа: dq=c_vdT+pdv=cdT. 

Из уравнения Клапейрона находим dT=d(pv)/R=(pdv+vdp)/R.

C_p=c_v+R, _ [(c_p-c)/(c_v-c)](dv/v)+(dp/p)=0, (c_p-c)/(c_v-c)=n,_ уравнение политропного процесса pvⁿ=const.Постоянную величину n называют показателем политропного процесса._ и Ур-ия  Клапейрона  pv=RT  _   

Tv^n-1=const; Tⁿp^1-n=const _ T₂/T₁=(v₁/v₂)^n-1=(p₂/p₁)^(n-1)/n.

Выражение для теплоемкости газа в политропном процессе:                                      c = c_v[(n-k)/(n-1)]= c_v-R/(n-1),  k =c_p/c_v.

Приращение внутренней энергии и энтальпии в политропных процессах идеальных газов: )u=u₂-u₁=c_v(T₂-T₁); )i=i₂-i₁=c_p(T₂-T₁).

Теплота политропного процесса:                                                                        q=c(T₂-T₁)=c_v(T₂-T₁)-[R/(n-1)](T₂-T₁)=)u-[R/(n-1)](T₂-T₁)=)u+l.

Изменение энтропии газа в политропном процессе :)s=c∫²₁dT/T=c ln(T₂/T₁).

 Удельная работа изменения объема:                                                                        l =∫²₁pdv=-[R/(n-1)](T₂-T₁)=[(p₁v₁)/(n-1)](1-T₂/T₁)=[(p₁v₁)/(n-1)][1-(p₂/p₁)^(n-1)/n].

Удельная техническая работа – работа 1 кг газа в непрерывном потоке                 

Dl_тех=-vdp,связана с работой расширения зависимостью                                               l_тех = l+p₁v₁-p₂v₂ = l-R(T₂-T₁)=[n/n-1]R(T₁-T₂)=nl=[n/n-1]p₁v₁[1-(p₂/p₁)^(n-1)/n].

Приведенные зависимости для политропных процессов идеального газа позволяют  установить следующие их свойства:      )i/)T=const;

Изохорный процесс v=const.Теплоемкость процесса:  )u/)T=const; l/)T=const; l_тех/)T=const.c=c_v=const.

Теплота процесса q_v=c_v(T₂/T₁). Показатель процесса: n=(c_p-c_v)/(c_v-c_v)=∞. Изменение внутренней энергии )u=c_v(T₂-T₁)=q_v.

 Изменение энтропии газа)s_v=ln(T₂/T₁); удельная работа изменения объема  dl=pdv=0, l=0;теоретическая работа : l=p₁v₁-p₂v₂=v(p₁-p₂);_ p₂/p₁=T₂/T_1.

Теплоемкость c_v- положительная, то при подводе тепла (dq>0), tÛ, pÛ (dT_v>0, dp_v>0), sÛ (ds>0).Чем < v, тем левее пойдет изохора, _< s .

Изобарный процесс p=const.

C=c_p;q_p=c_p(T₂-T₁); )u=c_v(T₂-T₁); )i=c_p(T₂-T₁)=q_p; )s_p=c_pln(T₂/T₁); l=p(v₂-v₁)=R(T₂-T₁);l_тех=nl=0; dl_тех=-vdp=0; v₁/v₂=T₁/T₂.

Изотермический процесс T=const._ pv=const_p₂/p₁=v₁/v₂ , n=1; c_t=∞; )u_t=)i_t=0.

Dq=du+dl=di+dl_тех; du=di=0; _dq_t=dl=dl_тех=pdv=-vdp; q_t=l=l_тех;)s=∫²₁dq/T = s₂-s₁=q/T; l=∫²₁pdv=pv∫²₁dv/v=pv ln(v₂/v₁)=l_тех=-∫²₁vdp=pv ln(p₁/p₂)=

=RT ln(v₂/v₁)=RT ln(p₁/p₂).

Адиабатный процесс - изменения состояния тела (или системы) без подвода или отвода тепла. Для обратимых процессов, происходящих без трения: dq=0; q=0; ds=0; s=const. Поэтому обратимые адиабатные процессы называют изоэнтропными. Т. к. t¹0, dq=cdt _ c_s=0. n_s=c_p/c_v=k; pv^k=const;

 T₂/T₁=(v₁/v₂)^k-1=(p₂/p₁)^(k-1)/k; )u=c_v(T₂-T₁); )i=c_p(T₂-T₁);                         l=[(p₁v₁)/(k-1)][1-(p₂/p₁)^(k-1)/k]=-)u=c_v(T₁-T₂); l_тех=[k/(k-1)]p₁v₁[1-(p₂/p₁)^(k-1)/k]=                                       --)i=c_p(T₁-T₂)=kl.

            1.19. Обоснование и способы снижения работы сжатия воздуха.

Работа компрессора: l_k=i₂-i₁+q_ox; q_ox- отведенное тепло охлаждения в процессе сжатия. При адиабатном сжатии идеального газа (pv^k=const):l_{k t}=[k/(k-1)]RT₁[(p₂/p₁)^(k-1)k-1]; при политропном сжатии (pv^k=const): l_k=[n/(n-1)]RT[(p₂/p₁)^(n-1)/n-1].

            В реальных условиях работы компрессоров невозможно осуществлять непрерывное охлаждение сжигаемого газа внутри компрессора. Для охлаждения необходимо выводить газ в специальные холодильники (охладители). При этом можно приблизить весь процесс сжатия к изотермическому,  если применить много ступенчатое сжатие с много кратным промежуточным охлаждением. В результате Ü^ия V^ов газа l_сж от охлаждения Ü^ся.

            При изотермическом сжатии ид. газа l_{k t}=RT₁ ln(p₂/p₁)=q_ox.

При 3^х ступенях сжатия l_k=(RT₁/m)[∑^z_i=1F^m_i-z], где F_i=p_i+1/p_i – степень сжатия в i^ой ступени.

            Выбирая оптимальное значение  F_i и Ü^ая T₁ , можно Ül_k∑ с помощью холодильных установок (особенно выгодно при использовании для выработки холода теплоты  уходящих газов ГТУ.). При этом Û^ют производительность компрессора и мощность всей установки.

1(2) вопрос

Работа цикла

Термич. КПД цикла

Холод. коэф.

Показатель эф-ти ап-та

Коэф. использ. топлива

Относительный показатель эффективности (энергетическое совершенство установки):

Показателем совершенства служит отношением деёств-х знач. работы цикла и затраченного тепла – внутр. КПД цикла:

Для реальных установок наиб. полн. показат. явл-ся электр. КПД:

 - разность между выработкой и израсходованной на собств. нужды эл. эн.

 , коэф. учитыв. измен. q, по сравнению с теоретич. в следствии необратимости пр-сов.

                                         

1.5 Смешение газов. Определение параметров смешения(температура, давление).

      Смесь, состоящая из неск. газообразн. или жидких в-в, в реальных условиях получается их смешением одним из трёх способов: в потоке; наполнением объёма, содержащего один газ, потоком др. газа.

      Все случаи смешения представляют собой необратимые процессы т.к. для разделения смеси на её составляющие обязательно требуется затрата работы. При смешении имеет место приращение энтропии  S_c  системы и соответствующие потери работоспособности: Е_пот =T₀ s_с.

           При смешении газов ,имеющих различные давления и темп-ры , возникают  дополнит-е  потери работосп-ти от необратимого теплообмена м /у смешиваемыми  газами  и  от неиспользования разности их давлений .

                                     

      Смешение в заданном объёме. Пусть до смешения газ I в количестве G₁ кг с давлением p₁ и температурой Т₁ занимает объём V₁ (рис. 4.18). Газ I I  в количестве G₂ занимает объём V₂ с параметрами p₂ и Т₂. При снятии разделяющей перегородке каждый газ путём диффузии распростр-ся на весь объём V_{см ,} равный сумме V₁ + V₂ .

      Согласно з. с. энергии, полученная смесь газов будет обладать внутренней энергией каждого газа:

              U_см= U₁+U_{2 ,}  или  G₁u₁ +G₂u₂ =(G₁+G₂ ) u _см .

      Полезной работы при смешении не производится и не отдаётся. Кинетическая энергия до и после смешения равна нулю. Потенциальная энергия не меняется. Среднее значение теплоёмкости газа I в интервале температур от t₁ до t_cм через с_v1, а газа I I  в интервале температур от t₂ до t_cм через с_v2 .

Учит-я ,что алгеброич-я сумма газов =0 , можно записать :

             G₁c_v1( t_см –t₁) =   G₂c_v2 (t₂-  t_см  ),  откуда   t_см  =  (G₁c_v1t₁+ +G₂c_v2t₂ )/  (G₁c_v1+ +G₂c_v2) ;                                                     

           t_см  =  (g₁c_v1t₁+ +g₂c_v2t₂ )/  (g₁c_v1+ +g₂c_v2 ) ,

      g₁ и g₂ –относительные массы смешиваемых газов.

      Давление смеси идеальных газов найдётся как сумма парциальных давлений газов, входящих в смесь:   p_см =  ∑ p_i^{`</sup>=p<sub>1</sub><sup>`}=p₂^`_.

      Здесь парциальные давления р₁` и р<sub>2</sub>` определяют с помощью ур-ия Клапейрона:

р₁`= G₁[R1 T_см/(V₁+V₂)];

p₂`=G₂[R₂T_cм/(V₁+V₂)],

а так как

`                G₁R₁= p₁ V₁/ T₁ 

                  G₂R₂=   p₂ V₂/T_{2 ,}  то   p_см= p₁ [ V₁/(V₁+V₂)] ( T_см/ T₁) +p₂ [ V₂/(V₁+V₂)] ( T_см/ T₂)

Если газы перед смешением имеют одинаковые температуры и давления, то и смесь газов будет иметь те же температуру и давление.

Смешение в потоке. Пусть в единицу времени по первому трубопроводу в камеру смешения поступает G₁ кг первого газа с параметрами р₁, i_1, s₁  и скоростью  w_1, а по  вто-

рому  трубопроводу –G₂  кг  второго  газа  с  параметрами  p_2,  i_2,  t₂  и  скоростью  w_2.  Из 

камеры  смешения  в  единицу  времени  вытекает  (G₁ + G₂) = G_см  кг  газа  с  параметрами

p_см,  i_см,  t_см  и  скоростью  w_см.

                   Если  полезная  внешняя  работа  равна  нулю  и  теплообмен  отсутствует,  то  ур-е  баланса  энергии  примет  вид

     При w₁=w₂=w_см  м. не учит-ть изменение кинетической энергии газов :

         g₁i₁+g₂i₂=i_см

       При заданном p_см опред-ся прочие параметры смеси. По таблицам термодинамических свойств смеси опред-ся Т_см=f(p_см i_см)    s_см   = f(p_см i_см)  и др параметры  

         Смешение двух газов путем наполнения объема в котором нах-ся один газ потоком другого газа .

       Пусть в объеме V₁ имеется G₁ кг к-л газа с параметрами p_1, u_1,s_1.Откроем вентиль и дадим возм-ть второму газу, имеющему параметры p₂, u_2,s_{2 ,} поступать из сети в этот объем . После подачи G₂  кг второго газа закроем вентиль . Теперь в сосуде окажется G₁+

   G₂  кг смеси газов с параметрами p_см     р_{2 ,  Tсм   , Sсм  ;}

      p_см   >  p₁   и Т_см   ≠    Т₁.  Т.к. пр. смешения  явл-ся  необратимым  ( т.к.имеет место дросселирование второго газа в вентиле ), то произойдет приращение энтропии системы,

                т.е.             s_с >g₁ s₁ +g ₂  s_{2 .}

       У-е  баланса энергии в этом случае :   g₁u₁  +g ₂(i₂+w₂² /2)=u_{см ,} где

    W²/2- кинетическая энергия.

    Зная  p_см,u_см и  v _см =V/ (G₁+G₂ ) ,   с помощью таблиц термодинамических св-в получ-й смеси можно опр-ть знач-е ее темп-ры T _см   и  энтропии s_см .                          

    Темп-ра смеси идеальных газов с учетом  u=c_vt ,i=c_pt :

     T_см=[ g₁c_v1t₁+g₂ (c_p2t₂+w₂²/2 )] /(g₁c_v1+g₂c_v2) .

    В последнем случае смешения темп-ра смеси выше , чем в предыдущих .Т. о. если смешивать два идеальных газа одинаковой темп-ры первыми двумя способами ,темп-ра смеси будет равной темп-рам газов до смешения , если же смешивать газ третьим способом , т.е. путем наполнения имеющегося сосуда газом из тр-да .темп-ра смеси окажется больше темп-ры этих газов до смешения          

     1.3. Расчет калорических величин идеальных и реальных газов с использованием термических уравнений состояния .

      Идеальным называют газ к-й во всех областях возм-х состояний строго подч-ся  ур-ю

  Клапейрона-Менделеева :      pV=GRT . p-давление газа, Па; T- абсолютная температура газа,К; G- объём произвольного количества газа, кг.

   Коэф-т  сжимаемости : c=PV/RT=1-для ид-го газа ,

    h=CpT

      Реальные газы отлич-ся от ид-х газов тем, что их молекулы имеют конечные собств-е объёмы и связаны м /у собой силами взаимодействия. Эти силы сущ-ют м/у любыми молекулами при любых усл-х и уменьшаются с увелич. расст-я м/у молекулами коэф-т сжимаемости С может быть больше или меньше 1 и выражает откл-е св-в реального газа от ид-го. с=f(T,P)

      Ур-е сост-я реальных газов.

Ур-е Майера-Боголюбова

В_V,   v- вириальные коэф-ты , выражающие потенциальную эн-ю взаимодействия данного газа в зависимости от температуры и объёма.

      При небольших плотностях газа, когда члены, содержащие v во второй и более высоких степенях, пренебрежимо малы, ограничиваются учётом только v=1, тогда

                             B_v=-2b+2a/RT

И ур-е принимает вид ур-я Ван-дер-Ваальса

( p+a/v²)(v-b)=RT.

Константа а характеризует величину сил притяжения молекул; константа b- уменьшение объёма, занимаемого газом, вызванное конечными значениями молекул.

b учетверённому собственному объёму всех молекул данного газа и представляет собой “cферу непроницаемости”

 

 

9. Первый закон термодинамики для термохимич. процессов

Термохимич. пр-ми наз. химические реакции различн. веществ, при которых выделяется или поглощается определённое количество теплоты и совершается работа.

В термохимич. процессах происходит превращение одних веществ в другие, что в общих случаях выражается формулой А + В = С + D, (1)

где А и В – исходные вещества; С и D  - конечные вещества, полученные в результате химич. реакции.

Естественно, что новые веществ, имеющие иной хим. состав, чем исходные, обладают  другой величиной внутрен. энергии и энтропии. След – но, для расчётов хим. реакций можно пользоваться только абсолютными значениями внутрен. энергии, энтальпии и энтропии и нельзя их отсчитывать от каких – либо уровней, кроме абсолютного нуля температуры. В хим. реакциях происходит превращение потенциальной энергии хим. связей в другие виды энергии, в том числе   в энергию направленного движения и тепловую энергию. Кол – во хим. энергии, превращенной в энергию направленного движения, наз. работой реакции, а превращенной в тепловую энергию – теплотой реакции. Если внутренняя энергия системы по окончанию реакции оказывается меньше, чем до реакции, то такая реакция происходит с выделением тепла во внешнюю среду и наз. экзотермической. Если же внутр. энергия системы в результате реакции увеличилась, то происходит поглощение тепла из внешней седы и реакция наз. экзотермической.

В хим. реакциях также совершается внешняя работа, которая в общем случае состоит из суммы работы расширения и работ против электрических, магнитных и др. сил.

Ур – ние первого з –на термодинамики для любых термохимических процессов, в которых происходит превращение одних веществ в другие, в общем случае

где Q – теплота реакции, L -  работа расширения, А – работа всех др. видов.

В случае, когда А = 0, теплота хим. реакции максимальна и наз. тепловым эффектом реакции.

Если реакция протекает при Т = const  и  V = const, то тепловой эффект реакции обозначают через p = const, T = const ), - через

при этом

или

След-но тепловой эффект реакции при V = const равен разности внутренних энергий исходных и конечных веществ реакции, а при p = const – разности их энтальпий. Зависимость между Q _V и Q _P находят следующим образом. Разность объёмов

приращения числа молей газообразных веществ, участвующих в реакции, и объём  одного моля газа, который приближенно можно считать для всех газов одинаковым, при одинаковых начальных и конечных параметрах реакции, т. е.  . (6)

Из совместного рассмотрения (4) и (6) находим

С учетом уравнения Клайперона, записанного для одного моля газов, зависимость (7) примет вид

№ 12. Показатели эффективности циклов холодильных установок и тепловых насосов.

Тепловые насосы – установки для повышения потенциала отбрасного тепла за счет расхода электро и др высокопотенциальной энергии. Эффективность теплового насоса х – ся тепловым коэффициентом :

 К_Т=К_х+1;  Рабочее тело в контуре повышает температуру до Т₂ и постоянно отдает тепло воде и в детандер, где снижает температуру до Т_х Здесь вода отдает тепло рабочему телу Q₀         (а – б). Применя-ся для отопления зданий, вентиляции. СМ 16, 17,18.    Q₀  - abcd =5416 следовательно

Q_Г =L_Ц + Q₀, Q₀ – тепло, отнятое у о/с или температуры источника.

     

Холодильные установки предназначены для понижения температуры тел ниже температуры о/с и для непосредственного поддержания заданной низкой температуры. Работает по обратному термодин циклу. Показателем эффективности работы ХУ яв – ся отношение вырабатываемого холода Q_Х к затраченной работе L – холодильный коэффициент – К_Х

L=(Т_Г-Т_Х)*ΔS; Q_Х= Т_Х* ΔS; Q_Х – кол-во вырабатываемого холода ; l_к – работа на привод кон – ра; l_Д – кол – во работы детандера.  Т₀ – абс температура о/с;                                                                                                                                                         Т_Х – темп подвода холода; Т_Г – темпе отвода тепла; Т_Г – темпе отвода тепла; Т_К – температура в холодильной камере;

                                                                                                

Тепловые насосы работают по термодинамич циклам при более высоких температурах

В холодильных у – х Т_Х‹‹ Т₀ и Т_Г≈ Т₀, в тепловых насосах Т_Х  ≈ Т₀, а Т_Г›› Т₀.

№ 13. Особенности анализа циклов теплофикационных установок

Для оценки эффективности теплофикационных циклов в ряде случаев оказывается величина удельной выработки энергии на тепловое потребление    q₂=q_T=q₁-l_Ц;  l_Ц= q₁*η_t;

  Термодинамическая серц – ть  теплофикации – разделение производства Q_Т, Э – получение температуры нужного потенциала на ТЭЦ осуществляется за счет  отработавшего пара.  В результате эксергитические потери при ТО м/у отработавшим в турбине паром и ТП потребителем оказался намного меньше эксергитических потерь м/у продуктами сгорания в рабочей камере и теплоносителем потребителя. В кон итоге суммарные эксергитические потери в системе «ТЭЦ - потребитель» оказ намного меньше суммарных эксергитических потерь системы «КЭС - потребитель» и «РК - потребитель», те в результате эксергитического анализа показывается термодинамическое преимущество комбинированная выработка эл энергии и теплоты по сравнению с раздельной схемой.

N_Э=G*l_Ц; Э_ВЫР=N_Э*τ; Э_ОТП= Э_ВЫР- ΔЭ_СН  ; Q_Т= D*g_Т; Q_ОТП=Q_Т*τ;

Для оценки эффективности ТЭЦ и сопоставления их друг с другом исп-т различные показатели:

1. использ для определения расхода топлива;

2. коэф выработки эл.эн на тепловое потребление;

3. Эксергитический коэффициент η^ТЭЦ_ЕХ=

№ 14. Циклы ПТУ

Рабочим телом является вода и водяной пар. Отличительная особенность – наличие фазовых переходов (парообр и конденс) в процессе отвода и подвода теплоты. Все ПТУ работают по циклу Ренкина          (1. изобарный процесс подвода и отвода теплоты; 2. адиабатный процесс расширения и сжатия) и использ насыщ и перегретый пар.

 

4t-1, 2 t -3 – изобарный подвод и отвод теплоты; 1-2t – адиабат расширение;  l _Ц=q1-q2=пл. 34 t 12 t < l^t _Ц

                       

Повышение эффективности ПТУ(см 1,2,3,4): Основн фактором, опр эффективн ПТУ явл теоретический КПД теорет цикла и внутренний относительный КПД процесса расширения пара в турбине.Роль удельной работы сжатия теоретического цикла очень маленькая (примерно=0) .В связи с этим для повышения эффективн необходимо стремиться к увеличению теоретич КПД и внутреннего КПД. Увеличение теоретич КПД связано с увеличением средней термодинамической температуры подвода тепла, тк уменьшение сред термодин температуры отвода тепла ограничено. Увеличение этих двух КПД м/б достигнуто за счет изменения начальн и конечных параметров цикла, так и изменения конфигурации цикла, т е добавление в цикл новых процессов с определением их оптимальных параметров.

1.                  Промперегрев пара-ступеньчатый подвод теплоты к термодин циклу;

2.                  Регенерация – внутренняя регенерация теплоты или ступеньчатый регенеративный подогрев воды в последоват вкл ТОА поверхностного или смешанного типа из отборной камеры турбины (физическая сущность регенерации закл в восстановлении потенциала отработавшего в турбине тела до потенциала, подводимого в цикл теплоты). Для ПТУ регенерация приводит к повышению средней термолинамич температуры подвода теплоты при неизменной темпер отвода, что приводит к повышению КПД (теоретического и внутр относительного); ^СР₂=const, Т^СР₁                 η_t     D₀(h₁-h_пв)=B*Q^Н_Р*η_КА- тепловой баланс КА срегенерацией           выражается расход топлива с регенерацией

3.                  Оптимизация параметров

№ 16. Анализ цикла парокомпрессионных холодильных установок

Все холодильные установки работают по обратному термодинамическому циклу (круговые процессы в диаграммах состояния имеют направление против часовой стрелки). Образцом термодинамического цикла ХУ явл внутренне обратимый обратный цикл Карно.

Показателем эффективности ХЦ является отношение вырабатываемого холода Q_Х к затрачиваемой работе L – холодильный коэффициент  

Максимальный термодинамический эффект – при полной обратимости цикла  Т_г=Т₀ при Q_Х= Q_{Х мах}; L=L_min; К_х= К_хmax=Т_К/(Т₀-Т_к)

Необратимый цикл ХУ

                           

1-2 – смешение, 2-3- охлаждение, 3-4 – расширение.  Действительный холодильный коэффициент:   Q_Х – вырабатываемый холод; L_К, L_Д-действительные работы компрессора и детандера, σQ_H-поправка (=работе трения в детандере) характеризует необратимый теплообмен в холодильной камере. Надо стремится к Т_ос и Т_ов=const , то наилучшим будет изотермический процесс подвода и отвода теплоты.

ПГУ с высоконопорным парогенератором (ППГ)

Особенности ПТУ с ВПГ: 1. Сжигают только жидкое и г/о топливо; 2. Невозможность изолированной работы паровой и газовой части; 3. температура t_1п>>t₄; 4. независимость параметров паровой и газовой частей друг от друга; 5. нецелесообразность применения регенерации.  Высоконапорный ПГ=камере сгорания, сжигание топлива осуществляется под высоким давлением, коэффициент теплоотдачи выше – размеры меньше.  Относительный расход:

 

ПГУ с низконапорным парогенератором

Продукты сгорания имеют большое количество воздуха, направляются в топку КА туда же подают дополнительное топливо и воздух. Вся ост часть теплоты – за счет дополнительного топлива.

позв исполь твердое топливо в паровой части примен регенер в паров части, независимость работы газов и паров чисти друг от друга.

          

4 ЧАСТЬ

 

11

Система штрафов за выбросы вредных веществ. Используется система 2-х ставочного платежа: 1) плата за выбросы осуществляется в пределах установленного норматива (в пределах ПДВ и ПДС); 2) плата за сверхнормативные выбросы (в размере 5-ти кратной ставки за нормативные выбросы): Pi- ставка платежа за выбросы i-го вещества, Vi- фактические объёмы выбросов i-го вещества, Viсп- , m- число загрязняющих веществ, к- коэф-нт характеризующий реальную специфику территории.

      Источники платы за выбросы:

Если в пределах ПДВ, то плата из себестоимости продукции, если сверх ПДВ, то из прибыли.

      При отсутствии разрешения на выбросы или сбросы всего объёма загрязняющих веществ рассматривается как сверхлишний и плата идет из прибыли. При занижении предприятием размеров платежей в бюджет с него  взыскивается из прибыли вся сумма заниженных или скрытых платежей и штрафов. При несвоевременном поступлении денег взыскивается пеня в размере 0,3% от суммы платежа за каждый день просрочки. Если платежи  сверх ПДВ или превышают размер прибыли предприятия, остающейся в распоряжение предприятия, то контролирующие органы ставят вопрос о закрытии или остановке работы предприятия.

12

ССБТ – система стандартов безопасности труда. Объединяет 10 подсистем.

Гос. органы надзора и контроля за БЖ: гостехнадзор, госэнергонадзор, госатомэнергонадзор, гос. санитарный надзор, гос. пожарный надзор, ГИБДД, Госстандарт, ген. прокуратура.

Ответственность за несоблюдение стандартов:

1)                 дисциплинарная ответственность

2)                 административная ответственность-ответственность любого гражданина перед органами надзора и контроля

3)                 материальная ответственность

4)                 уголовная ответственность

Организация безопасного труда есть составная часть управления производством (СУБТ). На предприятиях осуществляется трехступенчатый административно- общественный контроль: ежедневно - мастер и представитель рабочих; раз в неделю – начальник цеха; раз в месяц – гл. инженер.

Для обучения безопасности труда на производстве действует система инструктажей. Существует 5 видов инструктажа:

1)                                     вводные проводятся со всеми, кто впервые приходит на производство;

2)                                     первичный инструктаж на рабочем месте;

3)                                     повторный;

4)                                     внеплановый;

5)                                     текущий.

Все виды инструктажей оформляются в журнале.                                                                   14

Разработка и реализация методов борьбы с выбросом в атмосферу сернистого ангидрида – одна из острейших проблем энергетики. Уменьшение выбросов сернистых соединений в атмосферу может идти по трем направлениям:

1)                 обработка топлива перед его сжиганием;

2)                 изменение технологии сжигания топлива;

3)                 очистка уходящих газов перед выбросом в атмосферу.

  Первое направление наиболее отработанно для жидких топлив. Большое распространение получило обессеривание мазута с помощью водорода и катализатора. Сложнее задача обессеривания твердого топлива, которое содержит колчеданную, сульфатную и органическую серу. Сульфатная сера составляет незначительную часть, поэтому ее отделение от угля не оказывает влияния на снижение сернистости выбросов. Удаление органической серы возможно при структурном изменении угля направ. при газификации, но это очень дорогостоящий процесс. Эффективность очистки тв. топлива путем удаления колчеданной серы зависит от ее доли в общей массе серы и от технических возможностей отделения колчедана от топлива. Если доля колчеданной серы значительно, отделение колчедана дает ощутимый эффект. Отсепарированный колчедан может быть использован для производства серной кислоты. Для удаления колчедана и органической серы применяют гидротермическое обессеривание углей. Конечным сложным продуктом  этого процесса является сероводород из которого извлекают элемент серы. При сжигании низкокачественного топлива осадок получают двумя направлениями. Одним из перспективных методов является создание котлов с топками кипящего слоя, в котлах сжигающих раздробленный уголь.

Если технология сжигания в псевдоожиженном слое только внедряется, то очистка ух. газов получила большое явление. Они подразделяются на следующие классы: адсорбция, каталитическое окисление, восстановление газами, связывание SO2 посредством NH3. Также выделяются мокрый и сухой методы очистки.

Окислы азота

Концентрация окислов азота в дым. газах определяется режимом и организацией топочных процессов при сжигании орг. топлива, а именно концентрация кислорода в зоне горения и температура роста процесса. Воздействуя на эти параметры можно регулировать концентрацию окислов азота. На котлах, снабженных рециркуляционными дымососами, применяют метод рециркуляции дым. газов в дутьевых вентиляторах или в горелочном устройстве. На котлах, не имеющих систему рециркуляции используют такие методы, как впрыск воды и пара, снижение коэф. расхода воздуха и сброс сушильного агента в топку при сжигании пылевидного топлива. Применение перечисленных методов ограничено технологическими и эконом. условиями эксплуатации котлов.

15

Основные экологические нормативы:

- предельно допустимая концентрация вредн. веществ (ПДК);

- предельно допустимый выброс вредн. веществ (ПДВ).

Норматив ПДК относят к санитарно-гигиеническим, ПДВ – к производственно-хозяйственным. ПДК представляет собой кол-во загрязнителя в почве, воздушной или водной среде, которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК также учитывает степень влияния загрязнения не только на здоровье человека, но и на животных, растения, грибы, а также на природные сообщества в целом. ПДК устанавливают на основе комплексных исследований и постоянно контролируют органом гидрометеорологической службы госкомсамэпидемнадзора. ПДК переодически пересматривают и уточняют.

ПДК: разовый, среднесуточный.

Максимально разовая ПДК – концентрация вредного вещества, которая не должна вызывать при вдыхании его в течении 30 мин. рефлекторных реакций в организме человека.

Среднесуточная ПДК – концентрация вредного вещества в воздухе, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом воздействии.

При содержании в веществе нескольких загрязняющих величин сумма их концентрации недолжна превысить

С1, С2 – концентрации.

Для почвы под ПДК понимают максимальную концентрацию, которая не может вызвать прямого или косвенного влияния на среду, нарушить самоочищающую способность почвы и оказывать отрицательное воздействие на здоровье человека.

ПДВ – максимальное кол-во загрязняющих веществ, которое в единицу времени может быть выброшено данным конкретным предприятием в атмосферу, не вызвав при этом превышения в них ПДК веществ и не благоприятных экологических последствий. Если в воздухе городов или др. населенных пунктах, где расположены предприятия, концентрация вредных веществ превысит ПДК, а значения ПДВ по объективным причинам не могут быть достигнуты, вводится поэтапное снижение выбросов вредных веществ до значений обеспечивающих ПДК.

16

Применяются различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки. Сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры) предназначены для грубой мех. очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы – оседание частиц под действием центробежных сил и сил тяжести.

 

 1- вход патрубок

 2- выхлопная труба

 3 – камера-цилиндр

 4 – коническая камера

 5 – пылеосадительная камера

Пылегазовый поток вводится в циклон через патрубок, далее он совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса. Частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона а затем падают вниз в сборник пыли (бункер), откуда переодически удаляются. Для повышения эф-ти применяют батарейные циклоны. Мокрые пылеуловители (скрубберы, турбулентные, газопромыватели) требуют подачи воды и работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции и Броуновского движения. Широкое применение нашли скрубберы Вентури:

SHAPE  * MERGEFORMAT

Сверху-очищенный газ, снизу-шлам.

1-                 труба Вентури

2-                 скруббер

Фильтры (тканевые, зернистые) способны задержать мелкодисперсные частицы пыли. Особенно эффективны рукавные фильтры с тканями из синтетических материалов повышенной термостойкости, фильтрованные металлические ткани, а также ткани типа ФПП и ФПА, дающие высокую степень очистки.

Этот принцип основан на ионизации пылегазового потока у поверхности коронирующих электродов. Приобретается отрицательный заряд, пылинки движутся к осадительному электроду, имеющему знак, отрицательный заряд коронирующего электрода. При встряхивании электродов осаждения частички пыли под действием силы тяжести падают вниз в сборник пыли  

 

SHAPE  * MERGEFORMAT

1- запыленный газ

2- пыль

3- коронирующий электрод

4- осадительный электрод

5- оч. газ

6- встряхивающее устройство изолятора.

Главным недостатком этого способа явл. большой расход эл. эн. для электродов.
 
   

17

Ввиду огромного многообразия состава сточных вод существуют различные способы их очистки: механический, физико-химический, химический, биологический, термический и др. В зависимости от вредности и характера загрязнений очистка сточных вод проводится либо одним способом или комплексом.

При механической очистке путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляется до 90% нерастворенных мех. примесей. Для этих целей применяют решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники различного типа. Вещества, плавающие на поверхности сточных вод (нефть, смолы, масла) задерживают нефте- и маслоуловители. Отстойники-прямоугольные резервуары, имеющие 2-3 отстойных отделения работающих одновременно.    

1-сточные воды                  

2-шлак

3-оч. вода

Хим. и физико-химические методы наиболее эффективны. К основным хим. способам относят нейтрализацию и окисление. В том случае используют специальные реагенты (известь, аммиак, кальцинированную соду), во втором различные окислители.

При физико-химической очистке используют: коагуляцию, флотацию, адсорбцию, экстракцию, ионный обмен, обратный осмус и др.

Коагуляция-укрупнение частиц в результате их взаимодействия и объединения в агломераты. В качестве коагулянтов используются аммония, Fe, Cu, шлаковых отходов для образования хлопьевидных осадков, которые удаляются.

Флотация - через объем раствора пропускают пузыри воздуха. При сближении пузырьков с гидрофобными частицами разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и пузырьки сливаются с частицами, образуя комплекс «пузырек-частица», поднимаются на поверхность, где пузырьки собираются и образуют пенный слой с более высокой концентрацией частиц сорбентов и некоторые отходы производства (зола, шлам, опилки).

Адсорбцию веду при интенсивном: перемешивании, фильтрации, псевдоожиженном слое.

1-сточные воды

2,3-адсорб.

4-очищенная вода

5-отработанный адсорб.

а-отстойник

в-смеситель

Ионный обмен – процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на др. ионы, находящиеся в растворе. Применяется для извлечения металлов, соединений мышьяка, фосфора, реактивных веществ.

Эстракция: 3 стадии- 1) интенсивное смешивание сточных вод с экстрагентом (органическим растворителем), при этом образовывается 2 фазы: 1-я содержит извлекаемое вещество и экстрагент (экстракт), 2-я содержит сточную воду и экстрагент (рафинат). 2) разделение экстракта и рафината. 3) выделение экстрагента из экстракта и рафината. Применяется при очистке от масел, орг. кислот, ионов металлов.

Обратный осмос-процесс фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением.

SHAPE  * MERGEFORMAT

1-сточная вода

2-насос высокого давления

3-модуль обратного осмоса

4-мембрана

      Биохимические методы: аэробные, аноэробные. Основаны на использ. организмами притока О2 при температуре 20-30ºС. Культивируются в виде активного ила и биопленки.

18

Отходящие газы от любых промышленных источников должны быть рассеяны в атмосфере даже если они не содержат токсичных веществ.Продукты полного сгорания, даже для природного газа, почти не содержат кислорода, а потому не пригодны для дыхания. Таким образом любой инертный газ должен быть разбавлен воздухом до такой концентрации, чтобы содержание О2 в нем приближалось к обычной его концентрации в атмосфере.

Положение значительно усложняется, если в отходящих газах содержатся токсические вещества SO2, SO3, зола, СО2, NО2, углеводороды. Даже малые концентрации этих веществ, превышающие ПДК, приводят к вредному воздействию на людей, животных, растения. При всех способах очистки дымовых газов, определенное кол-во вредных веществ остается в выбросах (в первую очередь в веществах, находящихся в газовой фазе) рассеивание их в воздухе до уровня концентрации очень важно.

Для расчетов рассеивания в атмосфере вредных примесей, содержащихся в выбросах предприятий используется методика, по которой расчет ведется при неблагоприятных метеор. условиях, когда скорость ветра достигает опасного значения и имеет место интенсивный вертикальный турбулентный об-ком в атмосфере. Опасная скорость ветра, при которой для заданного состояния атмосферы концентрация вредных примесей на уровне дыхания людей достигает своей максимальной величины. С повышением скорости ветра (U)- максимальная наземная концентрация от точечного источника, расположенного на высоте Н над землей, падает опасн. скорость ветра на уровне флюгера (обычно 10м от земли) определяется:

Uм =0,5 при υм ≤0,5                         здесь,

Uм = υм при 0,5≤ υм

Uм = υм(1+0,12√f) при υм>2

V1-объемный расход выбрасываемых уходящих газов, м³/с

∆Т-разность между температурой выбрасываемых газов и средней температурой

w0-скорость выхода газов из устья трубы

Д-диаметр устья дымовой трубы, м

Максимально приземная концентрация вредных веществ, для выбросов из одиночного точечного источника с круглым устьем:

А-коэф., зависящий от температурной стратификации атмосферы; F-коэф., учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере.

Для газообразных примесей F=1, для пыли при степени улавливания >90%,  F=2, менее 90%  F=2,5. n-коэф.,  учитывающий условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

n определяется в зависимости от υм .

υм >2, n =1

 0,5< υм<2,  n=0,538υм²-2,13υм+3,13

 υм <0,5,  n =4,4υм

 
Минимально допустимая высота трубы, при которой обеспечиваются санитарные нормы, для N трубы одинаковой высоты

 , где Сф - фоновая концентрация, кг/м³.

20

Аэробный метод очистки сточной воды (СВ).

Если СВ загрязнены органическими соединениями и не содержат высокотоксичных веществ, отходы нефтепереработки БСВ, ПСВ-1, для них можно применить биохимические методы. На НПЗ есть специальный цех. Основная часть нефтепродуктов очищается в нефтеловушках, а остальная в 15 цеху. Получены специальные бактерии и микроорганизмы, которые могут питаться углеродом.

SHAPE  * MERGEFORMAT

1-осадок

2-ПСВ, БСВ

3-пруды смесители

4-шлам

5-воздух 18000 м³/ч

6-активный ил

7-аэротен

8-расходомер

9- обезвреженная СВ

Из прудов поступает в отстойники 1-й ступени, из них шлам необходимо утилизировать. Затем вода направляется в аэротен, там температура 20-38ºС. Имеется спец. цех воздуходувок. После аэротена вода направляется в отстойник 2-ой ступени для отделения активного ила. Измененный активный ил используется как удобрение.

Расход воды измеряется с помощью деревянных лотков – специально установленных. Для обезвреживания применяется очень агрессивный метод ультрафиолетового облучения. Для этого имеется установка УФО, в которую установлено несколько десятков ламп потребляющих 50 кВт/ч. Далее очищенная вода сбрасывается в ближайший водоем. Анализы очищенной и обезвреженной СВ показывают, что по большинству параметров вода соответствует нормам, но бывают отклонения по газам (фенол). В настоящее время 20% этой воды идет на подпитку в систему оборотного водоснабжения. Шлам, который получается в виде жидких отходов: а) если шлам не содержит токсичных  веществ, то его перерабатывают в органическое удобрение; в) выпаривание шлама и его утилизация.

12 коп за тонну: 4кл.-2руб, 3кл.-4руб, 2кл.-6руб, 1кл.-12руб.

Если условия созданы нормальные, то активный ил начинает нарастать

SHAPE  * MERGEFORMAT

Скорость нарастания зависит от кислорода. Биологическая и химическая потребность кислорода для окисления веществ в сточной воде:

БПК/ХПК=0,5

Для аноэробного метода: сбраживание, спиртовое, молочнокислое, метановое.

SHAPE  * MERGEFORMAT

1-шлам

2-СН4(Н2)

3-до t=50-55ºС

4-осадок (орг. удобрение)

 
     

     
 

   1.Организационно-правовые формы предприятий в РФ.

Гражданский кодекс подразделяет юридические лица на коммерческие и некоммерческие организации. Коммерческие организации от некоммерческих отличаются по двум признакам:

1) основная цель деятельности - извлечение прибыли;

2) право распределять прибыль между своими участниками. К коммерческим организациям относятся:

1. Хозяйственные товарищества и общества - это несколько самостоятельных

видов коммерческих организаций общим для которых является то, что их

уставной капитал разделен на доли. Они делятся на:

а) Полные товарищества (ПТ). Особенность заключается в том, что его участники несут дополнительную ответственность по его обязательствам всем своим имуществом. Участниками полного товарищества могут быть только предприниматели.

б) Товарищество на вере, коммандитное товарищество (КТ). Состоит из двух категорий участников - полные товарищи и товарищи-вкладчики. Они имеют разные права и обязанности. Положение полных товарищей аналогично положению участников ПТ. Они определяют деятельность товарищества и несут дополнительную ответственность своим имуществом. Товарищи-вкладчики только вносят вклады и не отвечают своим имуществом по его обязательствам. Но товарищи-вкладчики не влияют на ход деятельности товарищества.

в) Общество с ограниченной ответственностью (000) - это коммерческая организация, участники которой не отвечают по ее обязательствам своим имуществом. Они только несут риск убытков.

г) Общество с дополнительной ответственностью (ОДО). Участники этого общества несут дополнительную ответственность по его обязательствам в размере, кратном стоимости их вкладов в уставный капитал.

д) Акционерное общество - это коммерческая организация, уставный капитал которой разделен на доли, права на которые удостоверяются ценными бумагами, акциями. Существуют 2 вида акций: простые и привилегированные. Владельцы привилегированных акций получают дивиденды фиксированной суммы независимо от прибыли общества. Акционерные общества могут быть открытыми и закрытыми. Открытые общества предлагают свои акции неограниченному кругу

лиц, а закрытые распределяют акции между конкретными лицами. И число таких акционеров не более 50.

2.Производственные кооперативы (артель) - это объединение лиц для совместного ведения предпринимательской деятельности на началах их личного трудового или иного участия, первоначальное имущество которого складывается из паев членов объединений, т.е. из паевых взносов. Особенность: в кооператив входят только лица не являющиеся предпринимателями, но наряду с ними в кооперативе могут участвовать также юридические лица, если это допускается уставом кооператива. Число членов кооператива не может быть <5

3. Государственные и муниципальные унитарные предприятия. Этими предприятиями называются коммерческие организации, имущество которых находится в государственной или муниципальной собственности и принадлежит им на праве хозяйственного ведения или оперативного управления. Некоммерческая организация - это организация которая не преследует цели извлечения прибыли в качестве основной цели своей деятельности и не распределяет прибыль между своими участниками. К некоммерческим организациям организациям относятся: потребительские кооперативы, общественные и религиозные организации, фонды, учреждения, объединения юридических лиц.

2. Основные элементы (статьи издержек), вызванных эксплуатацией тепло-технологического оборудования и их расчет.

Рассмотрим данный вопрос на примере промышленной печи. Рассчитаем годовые издержки при эксплуатации данной установки:

[руб./ГОд] Иг=Итоп+Иам+Ир+Иээ+Изп+Исн+Ипр+ПЛ

Итоп=Втоп*Цтоп         - затраты на топливо, руб./год

Иам= a ам*К             - затраты на амортизацию, руб./год

 a ам - норматив амортизации (10-20% для печи)

 Ир = aр*К              - затраты на ремонт, руб./год (альфа р= 3-5%)

Иээ ⁼ Nээ*Cээ*tэф         - затраты на электроэнергию, руб./год Nээ— мощность нагнетательного устройства Сээ— цена на электроэнергию tэф~ эффективное время использования мощности

Изп=Ираб+Иитр          - затраты на зар. плату рабочего персонала и инженерно-технических работников, руб./год

Ираб=3ср*12*п

Исн= aсн* Изп      - затраты на социальные нужды, руб./год (альфа сн =0.356)

 Ипр — прочие издержки - на охрану, на техн. безопасности, пожарные мероприятия и непредвиденные расходы (3-6% от Иам, Ир, Изп)

3. Организация и планирование ремонта энергетического оборудования, формы его проведения.

В процессе эксплуатации происходит износ оборудования. Каждый агрегат имеет детали наиболее подверженные износу. Величина износа зависит от воздействия следующих факторов:

1)Продолжительность работы.

2)Режим нагрузки.

3)Параметры и качество энергоносителя.

4)Условия эксплуатации.

5)Качество, материалов в конструктивном исполнении.

6)Качество эксплутационного обслуживания.

На износ агрегатов и узлов решающее влияние оказывает продолжительность работы.

Ремонт и техническое обслуживание является неотъемлемой частью энергопроизводства.

Организация ремонта и планирование затрат, связанных с ним в значительной степени влияют на себестоимость производимой продукции. В энергетическом производстве и в химической промышленности принята система планово предупредительного ремонта (система ППР).

Сущность систем ППР заключается в том, что после отработки конкретным агрегатом определенного количества часов производится профессиональный осмотр, проверки и различные виды ремонтов.

В системах ППР - это комплекс работ, который направлен на обеспечение надежной эксплуатации агрегата и доведение технико-экономических показателей до нормативного уровня.

Система ППР может быть планово-предупредительной, когда четко планируются сроки и объемы ремонта независимо от фактического состояния узлов и деталей.

Такая система применяется там, где эксплуатация оборудования связана с опасностью для жизни людей или крупной аварией.

Значительно чаще применяется система ППР в которой периодичность ремонтов нормируется, а объем ремонтов определяется на основании осмотров и дефектной ведомости.

Для стандартного оборудования разработаны плановые объемы работ. Они являются основой, позволяющей планировать возможные объемы ремонта. Более точно объем работы определяется на основании дефектной ведомости.

В системы ППР не входят такие виды ремонтов как аварийный и восстановительный.

Ремонты бывают текущие (Т) и капитальные (К). Текущие предусматривают выполнение ремонта или замену быстроизнашивающихся деталей и узлов, выполнение ТО (техническое обслуживание). Для химических предприятий остановка на текущий ремонт совмещается с остановками вспомогательного оборудования. Этот вид ремонта не требует полной разборки оборудования.

Капитальный ремонт проводится с целью вернуть оборудование к первоначальной характеристике по экономичности, надежности и мощности. Он предполагает полную разборку оборудования. Подготовка к капитальному ремонту начинается за 1 год до его проведения путем размещения заказов на детали и узлы, и комплектация ремонтного оборудования.

В системе ППР одним из основных понятий является ремонтный цикл, т.е. наработка оборудования между двумя капитальными ремонтами.

к-т-т-т-т-т-к

Основная цель применения системы ППР оборудования - обеспечение его надежной работы в химической промышленности.

Формы проведения ремонта Ремонт проводится по трем формам:

1) децентрализованная;

2) централизованная;

3) комбинированная.

1) Децентрализованная. Ремонт оборудования выполняется персоналом

производственного цеха (производства), в котором создаются ремонтные участки

и мастерские.

Ремонтный персонал и средства ремонта рассредоточены по производственным

цехам.

Преимущества:

- повышается ответственность за состояние оборудования;

- увеличивается оперативность проведения ремонтов;

 - хорошее знание персонала закрепленного оборудования. Недостатки: неполная и неравномерная загрузка в течении года ремонтных рабочих и ремонтного оборудования, что приводит к увеличению штата;

2) Централизованная. Проведение всех работ по ремонту оборудования

обеспечивается специализированным ремонтным цехом.

Преимущества:

- высокая квалификация ремонтного персонала;

- высокое качество ремонта;

- рациональная загрузка ремонтного оборудования и персонала. Недостатки: меньшая заинтересованность ремонтного персонала в качестве проведения ремонта.

3)Комбинированная .Капитальный ремонт и модернизация проводится специализированным ремонтным цехом, текущий и мелкий ремонт производит персонал производственных цехов. Эта форма применяется наиболее часто и является прогрессивной.

4. Тарифы на тепловую энергию. Гос. регулирование.

" Тариф - это плата за единицу энергии (руб./ГДж)

Для тепловой энергии применяется одноставочный тариф. Дифференциация тарифов происходит в зависимости от параметров теплоносителя:

На апрель 2001 г:

- горячая вода 158.8 руб./Гкал + НДС

- отборный пар турбин до 2.5ат   - 136.6 руб./ГКал + НДС 2.5-7ат - 136.6 руб./ГКал + НДС 7 - 13 ат - 140.4 руб./ГКал + НДС 13 - 21 ат- 144.2 руб./ГКал + НДС

- острый и редуцир. пар    >21ат - 160.00руб./ГКал + НДС На эл. энергию:

- для потребителей <750 КВА (население, народное хозяйство) -одноставочный тариф;

- для потребителей >750 КВА - двухставочный тариф.

Редко применяется трехставочный тариф.

Регулирование тарифов на тепловую и эл. энергию проводятся региональными

энергетическими комиссиями (РЭК). Эти комиссии имеются в каждом областном

и краевом центре. В ее составе представители энергопроизводящих предприятий, потребители и администрация. Комиссия устанавливает тарифы и льготы для пенсионеров, ЖСК, лечебных, детских учреждений и т.д.

5. Прибыль от реализации продукции предприятий. Налог на прибыль.

Прибыль - это разность между доходами(Д) и расходами(Р) промышленных предприятий. Возможны три варианта финансового результата:

1) Д > Р , т.е. прибыль > 0, предприятие на самофинансировании. Норма прибыли порядка 15 - 18% (Д превышает Р на 15 - 18%)

2) Д < Р - убыточное производство.

3) Д = Р;  П=0 Самоокупаемость без убыточности. Виды прибыли:

1. Валовая (балансовая) от реализации продукции.

2. Чистая.

3. Налогооблагаемая.

4. Нераспределенная.

1. Валовая прибыль состоит из следующих составляющих:

Пвал=Преал +Пим+Пbh

Преал ~ прибыль от реализации продукции.

Пим ~ прибыль от реализации имущества предприятия.

Пвн— прибыль от внереализационных операций (плата за аренду, лизинг

оборудования), может быть = О

Преал=W-НДС-А-S

W — выручка от реализации продукции.

НДС - 20% - налог на добавленную стоимость.

А — акцизы.

S — себестоимость производства и реализации продукции.

2. Чистая прибыль - прибыль которая остается на предприятии после уплаты всех налогов и сборов. Предприятие самостоятельно решает направление использования чистой прибыли.

П,=РФ+ФП+ФН+ДА РФ - резервный фонд. ФП - фонд потребления (70 - 90%). ФН — фонд накопления (на расширение производства). ДА - дивиденды по акциям.

РФ создается на случай прекращения деятельности предприятия. Цель -покрытие кредиторской задолженности.

ФП предназначен для материального поощрения работников предприятия и финансирования социального развития.

ФН - источник средств предприятия для восстановления основных фондов и формирования оборотных средств. ДА выплачиваются по решению совета директоров.

3. Налогооблагаемая прибыль - прибыль которая облагается налогом.

Пнал=Пвал ^—   Нж.ф. - Ним - Нм.м-. Л- Д -Пс.х.

Нж.ф - налог на жилой фонд и объекты социально-культурного назначения.

Ним - налог на имущество.

Нм.м— налог на содержание муниципальной милиции.

Л — льготы по налогам на прибыль.

Д — доходы по видам деятельности, облагаемые в особом порядке.

Пс.х. — прибыль от сельского хозяйства.

Налог на прибыль=13+22=35% (13% - в федеральный бюджет,22% - в

региональный бюджет).

С 01.01.02г налог на прибыль = 24%

6.Капитальные вложения в развитие энергохозяйства. Показатели экономической эффективности.

Энергетическое оборудование промышленных предприятий стареет физически и морально. Поэтому с течением времени необходимо производить замену оборудования, т.к. дальнейшее проведение ремонтов становится экономически невыгодно. Применяются следующие показатели эффективности капитальных вложений:

1. Фондоемкость

ФЕ=К/Овып,[Руб./руб.] К — капитальные вложения в энергетическое производство (руб.)

Овып - объем выпуска продукции (руб.)

2. Фондоотдача

Ф0= Овып / К, [ руб./ руб.] Показывает сколько выпускается продукции на 1 руб. кап. вложений.

3. Фондовооруженность

ФВ=К/М, [руб./чел.] N — количество производственного персонала.

4. Рентабельность капитальных вложений.

Р=П * 100/К, [%] П — прибыль. Р показывает какова среднегодовая прибыль от кап. вложений в объект.

5. Срок окупаемости кап. вложений.

Ток=К / П , [год] Показывает за сколько лет окупятся кап. вложения в объект за счет ожидаемой прибыли. Для крупных кап. вложений хорошим сроком окупаемости является 5 - б лет.

6. Удельные капитальные вложения (именно для энергетических объектов).

Куд=К / Nуст, [руб./кВт мощности]

[руб./ГДж мощности] Эти показатели применяются при сравнивании аналогичных производств.

7.Основные критерии и методы технико-экономической оптимизации ТТУ.

При проведении оптимизации производят сравнение трех - четырех вариантов установок. Для получения объективных результатов необходимо обеспечить условия экономической и технической сопоставимости вариантов:

1) все сравниваемые варианты должны быть поставлены в оптимальные для hi/ условия (т.е. условия наибольшей экономичности);

2) необходимо обеспечить одинаковый энергетический эффект (т.е. варианты должны быть уравнены по мощности, отпуску энергии и т.д.);

3) варианты должны быть выровнены в суточных и годовых режимах работы;

4) необходимо обеспечить равную надежность энергоснабжения;

5) все сравниваемые варианты должны отвечать требованиям охраны

окружающей среды и труда, в необходимых случаях следует предусмотреть дополнительные затраты на устройство очистных сооружений;

6) все расчеты должны производиться в единых ценах на топливо,

оборудование и другие основные и оборотные фонды. Оптимизация - это отыскания экстремума некоторого критерия эффективности системы при наличии ограничений на конструктивные и технологические параметры (по мощности, сырью). Критерии эффективности:

1) Технологический:

а) степень превращения сырья;

б) производительность.

2) Термодинамический:

а) эксергетический КПД;

б) эксергетические потери.

3) Экономический:

а) капитальные затраты;

б) эксплуатационные затраты;

в)прибыль;

г) рентабельность;

д) срок окупаемости инвестиций;

е) дисконтированный доход.

4) Термоэкономический (т.е. энергетический критерий, выраженный в деньгах).

5) Технико-экономический критерий (это наиболее полный и обобщающий показатель). Он выражается в виде функции:

k=f(v,k,Э,q,t) V - объем производства объекта оптимизации (производительность). К — объем инвестиций (капитальные затраты в объект). Э — эксплуатационные затраты на осуществление проекта. Q — качественные показатели выполнения продукции.

т - период, за который производится оптимизация данной системы. Методы оптимизации:

а) аналитические;

б) численные,

К а) относится метод классического анализа функции, основанный на

определении производных в точках экстремума, метод сравнения знаков

производных.

К б) относится метод деления доверительного интервала, метод "золотого "

сечения, метод поиска экстремума с помощью чисел Фиб0начи.

Рассмотрим данный вопрос на примере следующего проекта:

ИД=2,7 руб./руб.

Проект можно считать экономически целесообразным.

 Таблица 6 - Ожидаемые технико-экономические показатели установки по улавливанию газового бензина________________________________

Наименование показателей| ЕдиницаТип абсорбера измерения

Годовая производительность      тыс.

по газовому бензину______тонн/год_____4170__________4170_____

Число часов использования      час/год

расчетной                                      7000            .  7000

производительности________________________________________

Капиталовложения в абсорбер                     тыс. руб.         2665,7              1331,69

Численность персонала в смену                         чел.             3                  3

Издержки на производство     тыс.руб/год

газового бензина, в том числе                      3802               3238,2

затраты на:

- соляровое масло               -//-            910                910

- тепловую энергию              -//--            1487                1060

- техническую воду                --//-             29,1                  26

-электроэнергию                 --//-             160                129,9

- оплату труда                   -//-             378                 378

- единый социальный налог       -//-            134,6               134,6

- амортизацию                   -//-            288,2               238,4

-ремонт                        -//--             169                119,2

- платежи за ПДВ                -//-            212,7               212,7

- прочие                          -//-             33,4                 29,4

Интегральный эффект__     тыс. руб.           -      ______3660,6____

Индекс доходности_______руб./руб.______-________________2.7______

Срок окупаемости лет            лет              -                  2,0

8. Формирование и использование прибыли коллективом предприятия.

Прибыль - это разность между доходами(Д) и расходами(Р) промышленных предприятий. Возможны три варианта финансового результата:

1) Д > Р , т.е. прибыль > 0, предприятие на самофинансировании. Норма прибыли порядка 15 - 18% (Д превышает Р на 15 - 18%)

2) Д < Р - убыточное производство.

3) Д = Р;  П=0 Самоокупаемость без убыточности. Виды прибыли:

1. Валовая (балансовая) от реализации продукции.

2. Чистая.

3. Налогооблагаемая.

4. Нераспределенная.

1. Валовая прибыль состоит из следующих составляющих:

Пвал=Преал +Пим+Пbh

Преал ~ прибыль от реализации продукции.

Пим ~ прибыль от реализации имущества предприятия.

Пвн— прибыль от внереализационных операций (плата за аренду, лизинг

оборудования), может быть = О

Преал=W-НДС-А-S

W — выручка от реализации продукции.

НДС - 20% - налог на добавленную стоимость.

А — акцизы.

S — себестоимость производства и реализации продукции.

2. Чистая прибыль - прибыль которая остается на предприятии после уплаты всех налогов и сборов. Предприятие самостоятельно решает направление использования чистой прибыли.

П,=РФ+ФП+ФН+ДА РФ - резервный фонд. ФП - фонд потребления (70 - 90%). ФН — фонд накопления (на расширение производства). ДА - дивиденды по акциям.

РФ создается на случай прекращения деятельности предприятия. Цель -покрытие кредиторской задолженности.

ФП предназначен для материального поощрения работников предприятия и финансирования социального развития.

ФН - источник средств предприятия для восстановления основных фондов и формирования оборотных средств. ДА выплачиваются по решению совета директоров.

3. Налогооблагаемая прибыль - прибыль которая облагается налогом.

Пнал=Пвал ^—   Нж.ф. - Ним - Нм.м-. Л- Д -Пс.х.

Нж.ф - налог на жилой фонд и объекты социально-культурного назначения.

Ним - налог на имущество.

Нм.м— налог на содержание муниципальной милиции.

Л — льготы по налогам на прибыль.

Д — доходы по видам деятельности, облагаемые в особом порядке.

Пс.х. — прибыль от сельского хозяйства.

Налог на прибыль=13+22=35% (13% - в федеральный бюджет,22% - в

региональный бюджет).С 01.01.02г налог на прибыль = 24%

9. Методики оценки эффективности инвестиций проектов.

1. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ И ДРУГИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ТЕХНИКО- ЭКОНОМИЧЕСКОМ ОБОСНОВАНИИ ИНЖЕНЕРНЫХ РЕШЕНИЙ

При оценке экономической эффективности проекта необходимо обязательное рассмотрение двух и более вариантов технических решений, обеспечивающих достижение одной цели. Возможные (альтернативные) варианты технических решений рекомендуются руководителем проекта и анализируются студентом в подразделе 2.3 или во вступлении пояснительной записки.

Сравнение различных вариантов проекта (или различных проектов) и выбор лучшего из них рекомендуется производить с использованием различных показателей, в т.ч. так называемых, интегральных, к которым относятся .

-интегральный эффект или чистый дисконтируемый доход (ЧДД);

-индекс доходности (ВНД);

-срок окупаемости.

При использовании показателей для сравнения различных проектов (вариантов проекта) они должны быть приведены к сопоставимому виду.

1.1. Интегральный эффект Эинт или чистый дисконтируемый доход (ЧДД) определяется как сумма текущих (годовых) эффектов за весь расчетный период, приведенная к начальному шагу, или как превышение интегральных результатов (доходов) над интегральными затратами (расходами).

Величина Эинт вычисляется по формуле:

Эинт = , млн.руб.           (1)

Где Rt- результат (доходы), достигаемые на t-ом шаге расчета; Зt- затраты (без

капитальных), осуществляемые на t-ом шаге расчета; Т- продолжительность расчетного периода или горизонт расчета (принимается по согласованию с

руководителем проекта); аt = коэффициент дисконтирования; Е - норма

дисконта, равная приемлемой для инвестора норме дохода на капитал (принимается по рекомендации консультанта); t-номер шага расчета, как правило, по годам, начиная с момента начала осуществления проекта; К = - сумма дисконтированных капиталовложений; Kt - капиталовложения на t-ом шаге.

Примечание: разность (r_t – 3_t) называется эффектом Эинт, достигаемые на t-ом шаге расчета /2/.

1.2. Индекс доходности (ИД) представляет собой отношение суммы приведенных эффектов к величине капиталовложений

руб/руб                 

Если ИД>1, проект эффективен, если меньше - неэффективен.

1.3. Внутренняя норма доходности (ВНД) представляет собой ту норму дисконта Евн, при которой величина приведенных эффектов равна приведенным капиталовложениям. Иными словами Евн (ВНД) является решением уравнения

Если расчет интегрального эффекта (ЧДД) проекта дает ответ на вопрос, является он эффективным или нет при заданной норме дисконта Е, то ВНД проекта определяется в процессе расчета и затем сравнивается с требуемой инвестором нормой дохода на вкладываемый капитал. В случае когда ВНД равна или больше требуемой инвестором нормы дохода на капитал, капиталовложение в данный проект (вариант проекта) оправдано.

1.4. Срок окупаемости - минимальный временной интервал (от начала осуществления проекта), за пределами которого интегральный эффект (ЧДД) становится неотрицательным. Иными словами это - период (измеряемый в годах или месяцах), после которого первоначальные вложения и другие затраты покрываются суммарными результатами (доходами) его осуществления.

Примечание: результаты и затраты можно вычислять с дисконтированием или без него. Соответственно, получится два различных срока окупаемости.

Однако срок окупаемости рекомендуется определять с использованием дисконтирования.

Ни один из вышеперечисленных показателей (критериев) сам по себе не является достаточным для оценки эффективности проекта или его варианта. Кроме того, в отдельных проектах, в которых инвестиции отсутствуют или их величина незначительна, срок окупаемости исчисляется несколькими месяцами (т.е. проект не является крупномасштабным, с привлечением долгосрочных капиталовложений на его осуществление) наряду с вышеперечисленными интегральными показателями (критериями), возможно использование других, таких как прирост прибыли, срок окупаемости капитальных и др., вычисляемых как с дисконтированием так и без него.

1.5. Прирост (или абсолютная величина) прибыли А/7, остающейся в расположении предприятия (остаточной, неиспользованной) за счет снижения издержек AJ^f (себестоимости AiS") при неизменной производительности

млн/год (6).

где Vr - годовой выпуск продукции (производительность) установкой (отделения, цехом, системой, объектом, предприятием), т/год; м ³/год; ГДж/год;  S₁,S₀ - себестоимость единицы

продукции, соответственно, по проекту и по альтернативному варианту, руб/т, руб/м³, И- сумма всех налогов и сборов.

Сумма всех налогов и сборов Н рассчитывается или по формуле (31) или как произведение величины сокращения издержек АИ и условной ставки а, (среднего коэффициента) суммы всех налогов, сборов и отчислений

Н=ÑИ-а_t ,                    

Перечень учитываемых налогов и сборов и рекомендуемые значения а_tпредставлены в п. 2.3.4.

В случае увеличения производительности установки (отделения, цеха, системы, объекта, предприятия), предусмотренного проектом (по сравнению с альтернативным вариантом) прирост прибыли при одновременном снижении себестоимости (за счет сокращения топливно-энергетических затрат) определится

1.6. Ожидаемый (расчетный) срок окупаемости первоначальных капитальных вложений К вызвавших прирост прибыли

В дополнение к стоимостным показателям в оценке эффективности проектов следует использовать натуральные.

 

     

                     

 

 

ІІ Вопрос (гидрогазодинамика и тепломассообмен) 1.Теплопроводность однородной и многослойной стенок при граничных условиях 1-го рода. t            dх                                   q=?                                              

 

• 14:21 05 Июля 2016
  Российско-китайский медуниверситет откроет магистерскую программу по TCM
• 01:21 05 Июля 2016
  На форуме МГУ Россия и Китай обсудят научно-образовательное сотрудничество
• 11:00 04 Июля 2016
  Реморенко: "ЕГЭ-туризм" в России сходит на нет
• 10:52 04 Июля 2016
  Летняя российско-австрийская школа откроется в Москве
• 15:31 01 Июля 2016
  В СПбГУ могут воссоздать географический факультет

Заказать уникальную работу