контрольная работа по теплотехнике 1. Контрольная работа по дисциплине Теплотехника Студент 3го курса, заочного отделения энергетического факультета

• Название: Контрольная работа по дисциплине Теплотехника Студент 3го курса, заочного отделения энергетического факультета
• Дата: 25.10.2021
• Размер: 70.23 Kb.
• Имя файла: контрольная работа по теплотехнике 1.docx
• Тип: Контрольная работа; #255620
• страница: 1 из 3

Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ А.А. ЕЖЕВСКОГО

Кафедра Энергообеспечения и Теплотехники

Контрольная работа по дисциплине

«Теплотехника»


Выполнил:

Студент 3-го курса, заочного отделения энергетического факультета

Попова Любовь Евгеньевна

Шифр 177612

Проверил: д.т.н. профессор

Алтухов Игорь Вячеславович

Иркутск, 2020 год

Введение…………………………………………………………………………...3

1.1 Расчет теплового потока на отопление животноводческого комплекса…..5

1.2 Расчет теплового потока на горячее водоснабжение животноводческого комплекса………………………………………………………………………...18

1.3 Расчет теплового потока на технологические нужды……………………...23

Список литературы………………………………………………………………28

Введение

Производство сельскохозяйственной продукции связано с большим потреблением топливно-энергетических ресурсов. Тепловая энергия расходуется на отопление, горячее водоснабжение, вентиляцию, на обеспечение необходимых параметров микроклимата в животноводческих и птицеводческих помещениях, хранилищах и сооружениях защищенного грунта, на сушку сельскохозяйственной продукции, приготовление кормов, получение искусственного холода и другие цели.

Рациональное использование тепловой энергии нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, создание энергосберегающих экологически чистых технологий становится одной из главных задач энергетиков.

Целью работы является расширение и углубление теоретических знаний по дисциплине "Теплотехника", приобретение практических навыков по решению инженерных теплотехнических задач, а также опыта использования нормативной, справочной и учебной литературы.

ВАРИАНТ 2 /по последней цифре номера зачетной книжки/

Комплекс по производству молока на 600 голов боксового содержания

Основные помещения комплекса и их размеры:

1. Коровник на 200 голов – 3шт 21х57х3х5,8

2. Родильное отделение на 104 коров – 1шт 21х66х3х5,8

3. Телятник на 120 голов – 1шт 21х84х3х5,8

4. Административно-бытовой блок – 1шт 16х25х3

Коэффициент остекления животноводческих помещений 0,32

Средняя масса животных: коров - 460 кг

телят – 110 кг

Среднесуточный удой – 13 кг

Численность основных рабочих – 28 чел.

Порядок выполнения работы:

Расчет тепловых нагрузок животноводческого комплекса: на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, технологические нужды.

1.1 Расчет тепловых нагрузок животноводческого комплекса: на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, технологические нужды.

В соответствии с назначением потребителей теплоты, тепловые нагрузки могут быть разделены по видам: на отопительно-вентиляционные, горячее водоснабжение и технологические. Основную долю из них составляет отопительно-вентиляционное теплопотребление.

Животноводческие комплексы, как объекты теплопотребления, имеют сезонные и круглогодичные тепловые нагрузки.

К сезонным тепловым нагрузкам относят расход теплоты на создание условий микроклимата, то есть на отопление и вентиляцию помещений. Величина этих нагрузок определяется атмосферным условием (температурой наружного воздуха, его влажностью и скоростью ветра). Потребление теплоты в течение суток практически не изменяется, что объясняется теплоустойчивостью помещений.

К круглогодичным тепловым нагрузкам относятся системы горячего водоснабжения и технологическое оборудование (кормозапарники, пастеризаторы и др.).

Они характеризуются практически постоянным потреблением теплоты в течение года, расход теплоты в течение суток значительно колеблется, что объясняется особенностями технологических процессов в животноводстве (периодичность запаривания кормов, доение коров, уборки помещений и др.).

Тепловой поток системы отопления каждого животноводческого помещения определяется на основании уравнения теплового баланса

Ф_от= Ф_огр+ Ф_в+ Ф_исп+ Ф_инф+ Ф_к – Ф_ж – Ф_эл – Ф_{м. эл.}, Вт

где Ф_огр, Ф_в, Ф_исп, Ф_инф, Ф_к – тепловые потоки, теряемые помещением соответственно через наружные ограждения, на нагрев приточного воздуха, на испарения влаги в помещении, нагрев инфильтрующегося воздуха и поступающих извне кормов, Вт; Ф_ж, Ф_эл, Ф_м.эл – тепловые потоки, поступающие в помещение соответственно от животных, электрооборудования и освещения, средств местного электрообогрева.

Для практических расчетов с небольшой погрешностью можно принять, что поступление теплоты от электрооборудования и искусственного освещения, потери теплоты на нагрев в поступающих извне кормах компенсируются. Тогда уравнение теплового баланса запишется в следующем виде:

Ф_от= Ф_огр+ Ф_в+ Ф_исп+ Ф_инф+ Ф_ж, Вт_.

Таким образом, для определения мощности системы отопления необходимо для каждого животноводческого помещения определить все составляющие уравнения теплового баланса.

Тепловой поток, теряемый через ограждения - Ф_огр, учитывает потери теплоты через все наружные ограждения (стены, окна, ворота, перекрытие) за исключением пола, так как можно считать, что поступления теплоты от подстилки компенсирует теплопотери через пол. В целом это есть поток теплоты, теряемый 1м³ наружного объема здания в единицу времени при разности температур внутреннего и наружного воздуха 1⁰.

Ф_огр=q_oV_н(t_в- t_н), Вт

где V_н- объем здания по наружному обмеру, м³;

t_в- расчетная температура внутреннего воздуха, ⁰С;

t_н – расчетная температура наружного воздуха, ⁰С.

Удельная отопительная характеристика q_oопределяется с учетом размеров и особенностей здания

q₀= 1, 06 , Вт/м^{2 0}С

где Р - периметр здания, м;

S – площадь здания в плане, м²;

_о– коэффициент остекления (отношение площади остекления к площади наружных стен);

h- высота наружных стен, м;

Определение периметра помещений:

Р_кор.= Р₁ = (21+57)*2=156 м

Р_{род.отд}.= Р₂ = (21+66)*2=174 м

Р_тел.= Р₃ = (21+84)*2=210 м

Р_адм.. = Р₄ = (16+25)*2= 82 м

Определение площади помещений:

S_кор.= S₁ = 21*57 =1197 м²

S_{род.отд}.= S₂ = 21*66 =1386 м²

S_тел.= S₃ = 21*84 =1764 м²

S_адм.. = S₄ = 16*25 = 400 м²

Определение объема здания по наружному обмеру:

V_{кор. =}V_н1 = 1197*((3+5,8)/2)*3=15800 м³

V_{род.отд. =}V_н2 = 1386*((3+5,8)/2)*1=6098,4 м³

V_{тел.. =} V_н3 = 1764*((3+5,8)/2)*1=7761,6 м³

V_{.адм. =}V_н4 = 400*3=1200 м³

К_ст, К_о, К_пт, К_пл – коэффициент теплопередачи соответственно наружных стен, остекления, перекрытия и пола.

Расчетная зимняя температура наружного воздуха (средняя температура наиболее холодной пятидневки) зависит от климатических особенностей местности и для Иркутска и Читы принимается равной -38⁰С.

Температура, наружного воздуха ⁰C t_н=-38

в коровнике t₁=5⁰C

в род.отделении t₂=12⁰C

в телятнике t₃=10⁰C

в Административно-бытовом блоке t₄=18⁰C

Коэффициенты теплопередачи, Вт/м²*К

для наружных стен К_ст=1, 3

для остекления К_о=3, 0

для перекрытия К_пт=1, 0

для пола К_пл=0, 25


Определение удельной отопительной характеристики, Вт/м³*К

Для коровника:

q₀₁= 1,06 , Вт/м^{2 0}С

q₀₁= 1, 06 Вт/м<sup>2

0</sup>С

Для родильного отделения:

q₀₂= 1, 06

Вт/м^{2 0}С

Для телятника:

q₀= 1,06 , Вт/м^{2 0}С

q₀₁= 1, 06

Вт/м^{2 0}С

Для административно-бытовых блоков:

q₀₃=1,163(1+2 _о) *Fбст+ Sб/Vб.н, , Вт / м^{3 . 0}С

q₀₃=1,163((1+2* 0,22) *246+ 400)/1200 =0,73 , Вт / м^{3 . 0}С

Определение теплового потока, теряемого через ограждения, Вт

Для коровника:

Ф_огр1=q_o1V_н1(t_в1- t_н)=0,568*15800*(5-(-38))=385899,2 Вт

Для родильного отделения:

Ф_огр2=q_o2V_н2(t_в2- t_н)=0,56*6098,4*(12-(-38))=170755,2 Вт

Для телятника:

Ф_огр3=q_o3V_н3(t_в3- t_н)=0, 549*7761,6*(10-(-38))=204533,7Вт

Для административно-бытовых блоков:

Ф_огр4=q_o4V_н4(t_в4- t_н)=0, 73*960*(18-(-38))=39244,8 Вт

Суммарные потери, Вт

Ф_огр=Ф_огр1+Ф_огр2+Ф_огр3+Ф_огр4

385899,2+170755,2+204533,7+39244,8=800432,9Вт

Тепловой поток, расходуемый на нагрев приточного воздуха, определяется по следующему выражению

Ф_в= 0, 278L_р с (t_в- t_н), Вт

гдеL_р – расчетный объем приточного воздуха, м³/ч;

- плотность воздуха при расчетной температуре внутри помещения, кг/м³;

с- удельная изобарная теплоемкость воздуха равная 1 кДж/кг⁰С.

Объем приточного воздуха определяется из расчета растворения углекислоты до допустимой концентрации и предельно допустимого содержания водяных паров. При таком воздухообмене происходит поглощение и других вредных выделений (аммиака, сероводорода, пыли), содержащихся в помещении в значительно меньших количествах.

Часовой объем приточного воздуха, необходимого для понижения концентрации углекислого газа, вычисляют по формуле

L = , м³/ч

где с- количество углекислого газа, выделяемое одним животным, л/ч;

n- количество животных в помещении;

К_t- коэффициент, учитывающий изменение выделения углекислоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения;

с₁- предельно допустимая концентрация углекислого газа в воздухе помещения л/м³;

с₂- концентрация углекислого газа в свежем приточном воздухе.

Выделение углекислого газа одним животным, л/ч

Коровник с_кор1.=118,5

Род. отделение с_тел2= 67,5

Телятник с_тел2.=60, 8

Предельно допустимая концентрация углекислого газа в помещениях для коров 2, 5, л/м³

с₁= 2, 5

концентрация углекислого газа в свежем приточном воздухе, л/м³

с₂=0, 06

Часовой объем приточного воздуха, необходимого для понижения концентрации углекислого газа, м³/ч

В коровнике

L ₁= м³/ч
В род. отделении

L ₁= м³/ч
В телятнике

L ₂= м³/ч
Суммарный часовой объем приточного воздуха, м³/ч

L =L ₁+L ₂+L ₃

L =8741,8+2589+2691=14021,8 м³/ч

Содержание углекислого газа приточного воздуха, необходимого для растворения водяных паров, определяется следующим образом

L_w= , м³/ч

где W- масса влаги, выделяющейся в помещении за час, г/ч;

d_в иd_н – влагосодержание внутреннего и наружного воздуха, г/кг сухого воздуха,

p-плотность воздуха, кг/м³.

Масса влаги, выделяющейся в помещении за час, г/ч

Коровник W_к1=195

Род. отделение W_к1=195

Телятник W_к2=195

Влагосодержание внутреннего и наружного воздуха, г/кг сух. Воздуха

Влагосодержание воздуха в коровнике при относительной влажности 60% d_v1=4,9

Влагосодержание воздуха в телятнике при относительной влажности 60% d_v2=9, 3

Влагосодержание воздуха в род. отделении ремонтного молодняка при относительной влажности 60% d_v3=5, 8

г) влагосодержание наружного воздуха при относительной влажности 70%

d_п=0, 4

Суммарные влаговыделения определяются по формуле:

W=W_ж+ W_исп, г/ч

где W_ж- масса влаги, выделяемой животными за час, г/ч;

W_исп- масса влаги, испаряющейся со смоченных поверхностей помещения (пол, подстилка, поилки), г/ч.

Количество влаги, испаряемой со смоченных поверхностей

W_исп=ξW_ж

Где ξ – коэффициент, равный отношению количества влаги, испаряющейся со смоченных поверхностей, к количеству влаги, выделяемой животными, в зависимости от условий их содержания

Влага, выделяемая животными, равна

W_ж=WnК^/_t, г/ч

где W –выделение водяных паров одним животным, г/ч;

n-количество животных в помещении;

К^/_t – коэффициент, учитывающий изменение выделения животными водяных паров в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

К^/_t. = 1

Коровник

W_ж1=200*3*195*1=38785500г/ч

Род.отделение

W_ж2=104*1*195*1=20280 г/ч

Телятник

W_ж3=120*1*195*1=23400 г/ч

Суммарная влага, выделяемая животными

W_ж=38785500+20280+23400=38829180 г/ч

Количество влаги, испаряемой со смоченных поверхностей

W_исп.= ξW_ж, г/ч

где ξ- коэффициент, равный отношению количества влаги, испаряющейся со смоченных поверхностей, к количеству влаги, выделяемой животными, в зависимости от условий их содержания ξ=0, 1

W_исп.1= ξW_ж=0, 1*38785500=3878550 г/ч

W_исп.2= ξW_ж=0, 1*20280=2028 г/ч

W_исп.3= ξW_ж=0, 1*23400=2340г/ч

Суммарное количество влаги, испаряемой со смоченных поверхностей

W_исп.= 3878550+2028+2340=3882918г/ч

Суммарные влаговыделения определяются

W=W_ж+ W_исп

W =3882918+38829180 = 42711998 г/ч

Плотность воздуха зависит не только от его температуры, но и от барометрического давления местности и определяется

, кг/м³

где Р – расчетное барометрическое давление в данной местности, кПа;

(для Иркутска 95, 2 кПа);

t – температура воздуха, ⁰С.

плотность наружного воздуха

ρ_п= кг/м³

плотность воздуха в помещении

ρ= кг/м³

Содержание углекислого газа приточного воздуха, необходимого для растворения водяных паров, м³/ч

Для коровника

L_w1= м³/ч

Для род. отделения

L_w2= м³/ч

Для телятника

L_w3= м³/ч

Суммарное содержание углекислого газа приточного воздуха

∑L_w =8213845+4106922+6779682=19100449 м³/ч

Для определения минимального нормативного воздухообмена, приходящегося на 100 кг живой массы животных, можно воспользоваться выражением:

L_мин= , м³/ч

где - минимальный воздухообмен на 100 кг массы животного, м³/ч,

m- расчетная масса животных, кг,

n-количество животных.

L_мин= м³/ч

Минимальный нормативный воздухообмен вычисляется для проверки правильности определения объемов приточного воздуха, выполненных ранее.

Расчетный воздухообмен помещения принимается по наибольшему из L , L_w или L_мин.

L=L_мин=19100449 м³/ч

Тепловой поток, расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей помещения, определяется

Ф_исп=0, 278rW_исп, Вт

r-скрытая теплота испарения воды (r=2, 49кДж/г)

Ф_исп1=0, 278rW_исп=0, 278*2, 49*3878550=2684809Вт

Ф_исп2=0, 278rW_исп=0, 278*2, 49*2028=1399Вт

Ф_исп3=0, 278rW_исп=0, 278*2, 49*2340=1614,6Вт

Суммарный тепловой поток, расходуемый на испарение влаги с мокрых поверхностей помещения

Ф_исп=2684809+1399+1614,6=2687822,6 Вт

Тепловой поток, расходуемый на нагрев приточного воздуха, определяется по следующему выражению

Ф_в= 0, 278L_р с (t_в- t_н)

В коровнике

Ф_в1=0, 278L_w1 с(t_в1-t_н)=0, 278*8213845*1, 139*1*(20-(-38)) =150849201Вт

В род.отделении

Ф_в2=0, 278L_w2 с (t_в2- t_н)=0, 278*4106922*1, 139*1*(20-(-38))=7542459Вт

В телятнике

Ф_в3=0, 278L_w3 с(t_в3-t_н)=0, 278*6779682*1, 139*1*(12-(-38))=122034276Вт

Суммарный тепловой поток, расходуемый на нагрев приточного воздуха, Вт

Ф_в=Ф_в1+Ф_в2+Ф_в3=150849201+7542459+122034276=280425936Вт

Тепловой поток, расходуемый на отопление блока административно-бытовых помещений, определяется по удельной тепловой характеристике, которая учитывает расход теплоты и на его вентиляцию:

Ф^б_от= q_тV^б_н (t^б_в- t_н)а, Вт

где q_т- удельная теплота характеристика здания, Вт/м^{3 0}С;

V^б_н- объем здания по наружному обмеру, м³;

t^б_в- расчетная температура воздуха внутри административно-бытового блока, ⁰С;

а – поправочный коэффициент, учитывающий влияние разности расчетных температур воздуха на значение тепловой характеристики.

Для административно-бытовых зданий удельная тепловая характеристика определяется

q_т= 1,163 , Вт / м^{3 . 0}С,

где - коэффициент остекления административно-бытового блока;

F^б_ст – площадь поверхности наружных стен, м²;

S^б – площадь здания в плане, м².

Расчетная температура воздуха внутри административно-бытового блока принимается равной 18⁰С.

q_т= 1,163 =0,4 Вт / м^{3 . 0}С,

Тепловой поток, расходуемый на нагрев инфильтрующегося воздуха, определяется с учетом его поступления через неплотности в ограждениях (особенно через световые проемы), при открывании ворот и дверей, а также возможного превышения расхода приточного воздуха над расходом удаляемого. Рекомендуется принимать теплопотери на инфильтрацию в размере 30% теплопотерь через ограждения конструкции. Таким образом

Ф_инф=0, 3 Ф_огр, Вт

Ф_инф1=0, 3 Ф_огр1=0, 3*385899,2 =115769Вт

Ф_инф2=0, 3 Ф_огр2=0, 3*170755,5=51226Вт

Ф_инф3=0, 3 Ф_огр3=0, 3*204533=61360Вт

∑Ф_инф=115769+51226+61360=228354,9Вт

Тепловой поток, выделяемый животными, складывается из скрытых тепловыделений и свободных (явных) тепловыделений.

Скрытые тепловыделения, будучи связаны с процессами влагообмена животных с окружающей средой, приводят к увеличению содержания водяных паров внутри помещения. При этом температура внутри помещения не изменяется. Такие тепловыделения характеризуют тепловыделения животных, но не относятся к теплопоступлениям в помещение и не входят в его тепловой баланс. Свободные тепловыделения расходуются непосредственно на нагревание воздуха внутри помещения. Они представляют собой теплопоступления в помещения и определяются по выражению:

Ф_ж= qn К^//_t, Вт

где q – поток свободной теплоты, выделяемой одним животным, Вт;

n – количество животных в помещении,

К^//_t – коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животным теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

Поток свободной теплоты от животных, Вт

Телята q₁=560

Коровы q₂=1400

Коэффициент свободных выделений

К₁=1; К₂=1; К₃=1

Тепловой поток, выделяемый животными, Вт

Коровник

Ф_ж1=1400*200*3=840000 Вт

Род. отделение

Ф_ж2=1400*104=145600 Вт

Телятник

Ф_ж3=560*120=67200 Вт

Суммарный тепловой поток, выделяемый животными, Вт

Ф_ж=Ф_ж1+Ф_ж2+Ф_ж3=840000+145600+67200=1052800 Вт

После определения каждой составляющей теплового баланса определяется общий тепловой поток, необходимый для отопления данного животноводческого помещения.

По такой же методике рассчитывается тепловой поток на отопления всех других животноводческих помещений.

Определение суммарного теплового потока на отопление всего животноводческого комплекса, Вт

Ф_от=Ф_огр+Ф_в+Ф_исп+Ф_инф+Ф_ж=800432+280425936+2687822,6+228354,9+1052800=285195345Вт

Ф_от =285,195345*10^-6 Вт

Коровник

Ф_от1=385899,2+2684809+150849201+115769+145600=154181278Вт

Род. отделение

Ф_от2=170755,2+1399+7542459+51226+145600=7911439Вт

Телятник

Ф_от3=204533,7+1614,6+122034276+61360+67200=122368984Вт

В блоке бытовых помещений

Ф_от4=22320Вт

Результаты расчета теплового потока на отопления всего животноводческого комплекса сводятся в таблицу 1.3.

Помещение комплекса	Составляющие уравнения теплового баланса помещения					Тепловой поток на отопление Фот, кВт	Количество помещений	Тепловой поток на отопление однотипных помещений
	Фогр, кВт	Фв, кВт	Фисп, кВт	Финф, кВт	Фж, кВт
Коровник	386	150849	2684	115	840	154181	3	902
Телятник	171	7542	1,3	512	145	7911	1	704
Род. отделение	205	122034	1,6	613	67	1222368	1	911
Бытовые помещения	41	-	-	-	-	41	1	41
Сумма	803	280425	2687	1240	1052	1384501		1670707

После этого определяется суммарный тепловой поток на отопление всего животноводческого комплекса =1,670707*10-⁶Вт.