Работа № 3 влияние режимных и конструктивных факторов на эффективность транспортировки теплоты

Цель работы - ознакомиться с режимными и конструктивными параметрами тепловой сети и методом расчета затрат энергии при транспортировке теплоносителя; провести расчет энергетических характеристик тепловой сети при изменении режимных (температур теплоносителя и окружающей среды) и конструктивных (длина и диаметр участка теплопровода) параметров; провести сравнительный анализ результатов расчета и дать рекомендации для выбора оптимальных режимных и конструктивных параметров, обеспечивающих минимальные потери теплоты и энергии на прокачку теплоносителя в тепловой сети.

Работа выполняется в течение 2-х академических часов.

Введение

К режимным параметрам тепловой сети относятся температуры теплоносителя и окружающей среды, расход или скорость теплоносителя. К конструктивным параметрам относятся протяженность участков теплопроводов, их диаметры, толщина тепловой изоляции и размеры каналов при канальной прокладке теплопроводов, а также уровень высоты подъема теплопровода. В данном исследовании переменными являются температуры окружающей среды t_о.с. и теплоносителя t_1ТЭЦ на выходе энергетической установки, длина L и проходной диаметр D_у наиболее удаленного участка теплопровода s09 с потребителем N08 (см. рис. 6).

Метод анализа

Удельные потери тепла в окружающую среду, как видно из формулы (4), зависят от температурного напора между энергоносителем t и окружающей средой t_о.с. и теплотехнических свойств теплопроводов, выраженных через коэффициент тепловых потерь K. Количество теплоты Q_i, теряемой энергоносителем в окружающую среду i-м участком теплопровода, можно также рассчитать по данным измерений согласно уравнения теплового баланса:

, (7)

где G_i - массовый расход энергоносителя;

с_р - удельная теплоемкость при постоянном давлении;

t_N1,i, t_N2,i - температура энергоносителя соответственно на входе и выходе i-го участка.

Распределение расхода энергоносителя по участкам рассчитывается методом итераций на основании законов Кирхгофа. При этом совместно рассчитываются потери давления на каждом участке. В свою очередь, потери давления в сочетании с расходами позволяют найти энергетические затраты на транспорт энергоносителя.

Потери давления (напора) на каждом участке могут включать три составляющие

, (8)

где Р_Т, Р_М, Р_h - потери давления соответственно за счет сопротивления трения, местных сопротивлений (сужений, расширений, поворотов) и перепада высот.

Для предварительного анализа потери напора на участке трубопровода можно приближенно рассчитать на основании теоретических зависимостей и стандартных опытных данных.

Потери давления за счет сопротивления трения в трубах

, (9)

где λ - коэффициент сопротивления трения;

L - длина участка теплопровода;

D_у - диаметр теплопровода;

ρ - плотность энергоносителя;

w - скорость энергоносителя.

Перепад давления в местном сопротивлении

(10)

где λМ - коэффициент местного сопротивления для типичных геометрий, определяется на основании эмпирических справочных данных [9, 10]. Потери давления за счет перепада высот

(11)

где h₀ - нулевой уровень.

Энергоноситель может перемещаться по трубам при различных режимах течения в зависимости от числа Рейнольдса для потока Re=wD_у/ν. Различают три режима гидродинамического течения: ламинарный (Re<2200), переходный (2200≤Re≤4000) и турбулентный (Re>4000). Коэффициент сопротивления трения для гидродинамически гладких труб:

(12)

В реальных теплопроводах дополнительно учитывается шероховатость труб на основании формулы Альтшуля. Тогда

(13)

где - эквивалентная абсолютная шероховатость, мм.

Для новых и чистых стальных сварных труб =0,05 мм, после нескольких лет эксплуатации - 0,2 мм, для сильно заржавевших или с большими отложениями - 3,0 мм.

На основании вычисленных интегральных потерь давления определяются затраты энергии, потребляемой приводом насоса, на прокачку энергоносителя:

(14)

где η_н - КПД привода, ρ - плотность энергоносителя, G - массовый расход энергоносителя.