Нетрадиционные и Возобновляемы Источники Энергии. НиВИЭ 8 вар. Контрольная работа по дисциплине Альтернативные источники энергии Вариант 8 студент группы лбээ32зу Номер зачетной книжки 19241

• Название: Контрольная работа по дисциплине Альтернативные источники энергии Вариант 8 студент группы лбээ32зу Номер зачетной книжки 19241
• Анкор: Нетрадиционные и Возобновляемы Источники Энергии
• Дата: 16.02.2022
• Размер: 38.07 Kb.
• Имя файла: НиВИЭ 8 вар.docx
• Тип: Контрольная работа; #364154

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВО «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ»

Институт дистанционного образования

Кафедра «Энергообеспечение сельского хозяйства»

Контрольная работа по дисциплине

«Альтернативные источники энергии»

Вариант 8

Выполнил: студент группы

ЛБ-ЭЭ32зу

Номер зачетной книжки: 19241

Проверил: Ст. преподаватель

Злобина С.И

Тюмень-2022

Задача 1.

«Чёрный солнечный дом» с большим окном с южной стороны размером H(4)∙ L(3) и массивной зачернённой стенкой с северной стороны. Толщина поглощающей стенки, изготовленной из бетона (в=0.2), его плотность ρ=2,4∙10³кг/м³.

Определить поток солнечного излучения, необходимый для нагрева воздуха в комнате на 20 °С градусов выше наружного.

Температуру воздуха в доме в 8 часов утра, т. е. через 16 часов. Температура наружного воздуха Т₁ = 0 °С градусов. Теплоёмкость бетона с = 840 Дж/(кг∙К). Удельное термическое сопротивление потерям тепла из комнаты наружу через стекло r = 0,07м²∙К/Вт; α – коэффициент поглощения стенки, 0,8; τ - коэффициент пропускания стекла, 0,9; плотность бетона, 2700кг/м³; площадь окна равна площади бетонной стенки.

Решение:

τ∙α∙G = (T_r – T_a)/r,

где r- термическое сопротивление потерям тепла из комнаты наружу вертикального окна с одним стеклом, 0,07м²К/Вт;

Т_а – наружная температура,^οС;

Т_r – температура в комнате,^οС;

τ – коэффициент пропускания стекла,0,9;

α – коэффициент поглощения стенки,0,8;

G – поток солнечного излучения;

G = 20^οC/(0,07∙0.9∙0.8) = 396,8Вт/м².

Такую облучённость можно ожидать в ясный солнечный зимний день. При G = 0; dT_r/dt = -(T_r – T_a)/R; C = mc;

R = r/A = 0.07/12 = 0.005K/Вт,

где А – площадь окна, 12м².

T_r – T_a = (T_r – T_a)_t=0 exp[-t/(RC)], T_a = const

Поглощающая стенка изготовлена из бетона.

C = mc

C = 2.4∙10³кг/м³∙3∙5∙0,2∙840Дж/(кг∙К) = 2∙10⁶Дж/К,

RC = 0.05∙2∙10⁶ = 10000сек = 2,7 час.

Через 16 часов температура воздуха в доме будет выше наружной на:

20^οС∙exp(-16/2,7) = 0,3^οC.

Задача 2.

Зная площадь бассейна F∙10³ х 2.2 км² и среднюю величину прилива R=14 м.

Оценить приливной потенциал бассейна Э_пот, используя формулу Л.Б. Бернштейна.

Решение:

Площадь бассейна F = 2200 км²;

Средняя величина прилива R_ср = 14 м.

Э_пот. = 1,97∙10⁶∙R_ср.²∙F

Э_пот = 1.97∙10⁶∙14²∙2200 = 85∙10⁶ кВт∙ч.

Задача 3.

Размеры плоского пластинчатого нагревателя Н(2,5) ∙L (1), сопротивление теплопотерям r = 0,13м²∙К/Вт, коэффициент теплопередачи а = 0,85. Коэффициент пропускания стеклянной крышки τ= 0,9. Коэффициент поглощения пластины α _п= 0,9. Температура входящей в приёмник жидкости Т₂= 40, Температура окружающего воздуха Т₁= 5, поток лучистой энергии G=600 Вт/м², теплоёмкость воды, с = 4200, Дж/(кг∙ ͦ С). Температура выходящей жидкости Т_3.

Определить скорость прокачки, которая необходима для повышения температуры на t=4 градусов. Насос работает и ночью, когда G = 0. Как будет снижаться температура воды за каждый проход через приёмник (Т₃ - Т₂). Необходимо учитывать среднюю температуру проходящей жидкости t_ср.

Решение

Дано: Т₁ = 5 ͦ С; Т₂ = 40 ͦ С; t = 4 ͦ С; H = 2,5м; L = 1м; G = 600Вт/м²; α=0,9; τ=0,9.

Тепловой поток на единицу площади:

q = (ρ∙c∙Q/A)∙(T₃ –T₁) = a[τ∙α∙G – (T_ср – Т₁)/r],

где ρ – плотность воды, 1000кг/м³;

с – теплоёмкость воды, 4200Дж/(кг∙^οС);

Q – объём прокачиваемой жидкости,м³/с;

Т₃ = (Т₂ +t) – температура выходящей воды, ^οС;

Т_ср = (Т₂ + t/2 ) – средняя дневная температура в приёмнике

Т₃ = 40+4=44

Т_ср = (40 + 4/2 ) = 42 ͦ С;

Q = a[τ∙α∙G – (T_ср –Т₁)/r] ∙A/[ρ∙c∙(T₃ – T₂)]

Q = 0.9∙1,6∙[0,9∙0,9∙600 – (42 – 5)/0,13]/[1000∙4200∙(44 – 42)] =

=1,7∙10^-5м³/сек = 612 л/ч.

Температура воды за каждый проход через приёмник в ночное время будет снижаться (Т₃ - Т₂).

Определим (Т₃ - Т₂) из выражения:

Q = a[τ∙α∙G – (T_ср –Т₁)/r] ∙A/[ρ∙c∙(T₃ – T₂)].

Подставим G = 0, среднюю ночную температуру T_ср = (40-4/2) = 38^οС Q.

Вода прокачивается со скоростью 1 цикл/ч, если насос будет продолжать работать. Получим:

Q= 0.9∙1,6∙[0,9∙0,9∙0 – (38 – 5)/0,13]/[1000∙4200∙( T₃– T₂)] =

=4,3∙10^-5м³/сек

4,3∙10^-5м³/сек =-1,36(38 – 5)/ 0,13] / [42∙10⁵∙( T₃– T₂)] =

= -188/ [42∙10⁵∙( T₃– T₂)] Отсюда:

( T₃– T₂) = -188/4,3∙10^-5∙42∙10⁵= -1,8^οС.

Задача 4.

Плотность потока излучения, падающего на солнечную батарею, составляет G=480 Вт/м², КПД, η=18 %. Какую площадь S должна иметь солнечная батарея с КПД η и мощностью Р=90 Вт.

Решение

Плотность потока излучения – G = 480Вт/м²; Мощностью Р=90Вт; КПД η= 18%; S – площадь, м².

Р = η∙S∙G

S = P/η∙G

S = 90/ (0,18∙480) = 1.04м².

Задача 5.

Солнечная батарея состоит из n-600 фотоэлементов, мощность каждого 1,5 Вт, размер 20∙30 см. Определить КПД (η) солнечной батареи, если плотность потока G = 450 Вт/м²

Решение:

Батарея состоит из 600 фотоэлементов, плотность потока G = 450 Вт/м².

Мощность солнечной батареи:

Р = n∙1.5

Р = 600∙1.5 = 900Вт.

КПД солнечной батареи:

η= Р/(S∙G)

S = 0,06м²∙600 = 36м².

η = 900/36х450=0.05

η = 5%.

Задача 6.

Площадь солнечной батареи S=0.9м², плотность тока į= 5∙10^-2 А/см² , плотность излучения G=600 Вт/м^{2 .} Определить ЭДС в солнечной батарее при КПД η=0.25.

Решение:

Дано: S ⁼0,9 м²; i =5∙10^-3 А/см² ; G=600, Вт/м² ,η=0,25.

Мощность солнечной батареи:

Р=Е∙I=S∙G∙ɳ

Р=0.9х600х0.25

Р=135

Отсюда ЭДС:

Е=

Где I-ток, определяется по формуле:

I = i۰S

Тогда ЭДС:

E

Е= (150 / 5∙10^-3 ) ∙ 10^-4 =3 В

Задача 7.

Небольшая домашняя осветительная система питается от аккумуляторной батареи напряжением U=10 В. Освещение включается каждый вечер на 4 часа, потребляемый ток I=3,5 A. Какой должна быть солнечная батарея, чтобы зарядить аккумулируемую батарею, если известно, что кремниевый элемент имеет ЭДС Е = 0,5 В при токе 0,5А. Расход энергии на заряд батареи 20 % больше, чем энергия отдаваемая потребителю при разряде.

Решение

Дано:U=10 В; С=30А۰часов; I=3,5A.

Для того, чтобы зарядить аккумуляторную батарею до 10 В, солнечные элементы должны давать напряжение 12 В (на 20% больше). ЭДС каждого элемента при пиковой нагрузке – около 0,5 В. Каждый вечер расходуется 3,5۰4=14 А۰ч, поэтому от элементов требуется ежедневно 14 А۰ч۰1,2 = 16,8 А۰ч. (на 20% больше). Пусть элементы освещены Солнцем каждый день в течение 3 ч, тогда требуемый ток заряда составляет 16,8/3 = 5,6А. Следовательно, требуется параллельное соединение 10 цепочек из 20 последовательно соединенных элементов каждая.

Для того, чтобы зарядить аккумуляторную батарею до 10 В, солнечные элементы должны давать напряжение 12 В (на 20% больше). ЭДС каждого элемента при пиковой нагрузке – около 0,5 В. (12 В / 0,5В =24 элементов) Каждый вечер расходуется 3,5۰4=14 А۰ч, поэтому от элементов требуется ежедневно 14 А۰ч۰1,2 = 16,8 А۰ч

(на 20% больше). Пусть элементы освещены Солнцем каждый день в течение 3 ч, тогда требуемый ток заряда составляет 16,8/3 = 5,6А.

При последовательном соединении такой ток может быть получен с площади 5,6 А / 210^-2 Асм^-2 = 280 см². Если солнечная батарея работает параллельно с аккумулятором, то необходимо иметь в виду следующее. Каждый модуль обычно состоит из 33 кремниевых фотоэлементов, и такой модуль отдает 0,5 А. Поэтому необходимо 5,6 А / 0,5 А = 11,2 – округляем до 12. Таким образом, батарея сможет обеспечить ток 6 А. Следовательно, требуется параллельное соединение 12 цепочек из 24 последовательно соединенных элементов каждая.

Задача 8.

Приёмник расположен на теплоизоляторе с коэффициентом теплопроводности λ=0,15 Вт/(м К), удельное термическое сопротивление поверхности приёмника r = 0,13 м²К/Вт. Определить, какой толщины требуется изоляция, чтобы обеспечить термическое сопротивление дна, равное сопротивлению поверхности.

Решение.

Коэффициент теплопроводности λ=0,15, Вт/(м К). Мощность потерь энергии с поверхности приёмника:

Р = ΔТ∙А/r

где

А – площадь,м²;

ΔТ-разность температур.

Мощность потерь через дно приёмника:

Р_д. = λ∙А∙ΔТ/Δх,

где Δх – толщина изоляции, м.

Приравняем Р = Р_д, получим

Δх = λ∙r

Δх = 0.15∙0.13 = 0,0195м = 19,5мм.

Задача 9.

Определить температуру трубки Т_тр вакуумированного приёмника, если внутренний диаметр трубки d=1,5 см, поток солнечной энергии G=700 Вт/м², температура среды Т_ср=15 . Сопротивления потерям тепла R = 10,2 К/Вт, коэффициент пропускания стеклянной крышки β = 0,9, коэффициент поглощения (доля поглощённой энергии), α_п= 0,85.

Решение:

Внутренний диаметр трубки d=1,5см=0,015м, поток солнечной энергии G=700Вт/м², температура среды Т_ср= 15℃

βα_п∙G∙d = (Т_тр – Т_ср)/R.

R∙(βα_п∙G∙d) + 20^οC = Т_тр.

Т_тр=10,2∙0,9∙0,85∙700∙0,015+15= 36.07^οС.

Задача 10.

Содержание влаги в собранном рисе W_н=24 %. При температуре воздуха Т₂ = 30 °С и относительной влажности φ= 80%, равновесная влажность Wр = 16%. Рис необходимо высушить до W = 16%. Подсчитать какое количество воздуха при температуре сушки t=50 °С, необходимо, чтобы просушить М=1800 кг. риса.

Дано: ω = 0,28. При температуре воздуха 30^οС и относительной влажности 80% ω_р = 0,16. Подсчитать, какое количество воздуха при температуре 50^οС необходимо для того, чтобы просушить 1000 кг риса.

Решение:

Дано: W_н, = 24%; t, = 50°С; М = 1800кг.

Из уравнения m/m₀ = ω + 1 =1,28

Тогда сухая масса риса составляет: m₀ =1406кг.

Следовательно, масса жидкости, которую необходимо испарить

m_ω = (ω- ω_р ∙) m₀

m_ω = (0,28 – 0,16∙) (1406) = 168кг

Температура влажного воздуха на выходе из сушилки определяется следующим образом: при температуре воздуха 30⁰С и относительной влажности 80% , абсолютная влажность 1м³ воздуха находится из уравнения:

ρ_п = Р_п۰φ/(R_п∙ Т),

где ρ_п – абсолютная влажность воздуха, кг/м³. Абсолютной влажностью воздуха называют массу водяного пара в единице объёма влажного воздуха;

Р_п – давление насыщения водяного пара, Р_п = 4000Па при температуре 30⁰С;

R_п – газовая постоянная водяного пара, равная 461,6Дж/(кг К); Т - температура (t + 273).

ρ_п = 4000∙0,8/(461,6∙(30 + 273)) = 0,0229кг/м³ =22,9г/м³.

Прошедший через рис воздух будет более влажным. Из уравнения энергетического баланса зерносушилки

m_в r = ρ۰с۰V۰(T₁ – T₂ ),

где r – удельная теплота парообразования воды 2,4МДж/кг;

ρ и с –плотность и теплоёмкость воздуха;

V - объём воздуха;

Т₁ и Т₂ - первоначальная и конечная температура воздуха .

Получаем:

V = m _в∙r/ρ∙с∙(Т₁ –Т₂)

Необходимое количество объема воздуха

V = 168∙2,4∙10³ / 1,28∙1∙(50 – 30) = 94∙2,4∙10³/(1,15∙1∙15) = 16∙10³м³