Задачи по нетрадиционным источникам энергии(1). Методическое пособие по выполнению расчётно графических и контрольных работ. Алматы введение

• Название: Методическое пособие по выполнению расчётно графических и контрольных работ. Алматы введение
• Дата: 30.01.2023
• Размер: 373.54 Kb.
• Имя файла: Задачи по нетрадиционным источникам энергии(1).docx
• Тип: Методическое пособие; #912420
• страница: 9 из 21

Задача 12.

Небольшой хорошо изолированный дом требует среднего внутреннего расхода тепла Q, КВт. (табл.12). Вместе с дополнительным теплом от освещения это обеспечивает поддержание внутренней температуры 20°С. Под домом находятся аккумулятор горячей воды в виде прямоугольной ёмкости, верхней частью которой служит пол дома S,м². Аккумулятор теряет тепло в процессе охлаждения от 60 до 40°С в течение τ, суток. Потеря тепла происходит только через пол.

Необходимо определить: глубину ёмкости, м; термическое сопротивление, К/Вт; толщину покрытия верхней крышки ёмкости, см; плотность энергии, запасённой в аккумуляторе.
Таблица 12.

Величина	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Q, КВт	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8
S, м2	200	100	120	140	150	170	280	250	220	120	130	150	140	100	150
τ, суток	100	150	110	120	130	140	80	90	100	120	140	70	80	90	100

Задача 13.

Радиус ветроколеса R, м, скорость ветра до колеса V₀, м/с, после колеса V₂, м/с (табл.13). Определить: скорость ветра в плоскости ветроколеса V₁, мощность ветрового потока Р₀, мощность ветроустановки Р и силу F, действующую на ветроколесо. Плотность воздуха  = 1,2кг/м³.
Таблица 13.

Величина	Варианты.
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
R,м	4	6	8	10	12	15	20	25	30	35	40	45	50	7,5	12,5
Vо,м/с	10	11	12	13	14	15	6	7	8	9	10	11	12	9	10
V2.,м/с	5	6	4	8	7	8	3	3	3	4	5	6	6	5	4

Задача 14.

Активная гидротурбина с одним соплом (n = 1), мощностью Р и рабочим напором Н (табл.14). Угловая скорость ω , при которой достигается максимальный КПД η =0,9. Определить диаметр D колеса турбины и угловую скорость ω.
Таблица 14.

Величина	Варианты.
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Р, кВт	10	20	30	40	50	690	70	80	90	100	110	120	130	140	150
Н,м	10	15	20	25	30	26	40	45	50	55	60	65	70	75	80

Задача 15.

Определить объём биогаза, получаемого с помощью биогазогенератора, утилизирующего навоз n коров, и обеспечиваемую им мощность. Подача сухого сбраживаемого материала от одного животного идёт со скоростью V_m , кг/сутки. Выход биогаза составляет С м³/кг. Эффективность горелочного

устройства 0,68. Содержание метана в получаемом биогазе f (табл.15). Время пребывания очередной порции в биогенераторе t_г ._.
Таблица 15.

Величи- на	Варианты.
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
n	4	10	15	20	25	30	40	45	50	55	60	65	70	80	100
Vm, кг/сут.	2	2,5	3	2	2,5	3	2	2,5	3	2	2,5	3	2	2,5	3
С, м3/кг	0,24	0,3	0,2	0,24	0,3	0,35	0,4	0,2	0,24	0,3	0,35	0,4	0,2	0,24	0,3
f	0,8	0,75	0,7	0,75	0,8	0,75	0,7	0,75	0,8	0,75	0,7	0,75	0,8	0,75	0,7
tг, сутки	20	18	16	14	12	10	8	10	12	14	16	18	20	15	13

Задача 16.

Избыточная энергия аккумулируется с помощью маховика. Маховик разгоняется с помощью электродвигателя, подключенного к сети. Маховик представляет собой сплошной цилиндр массой М, кг, диаметром D, см. и может вращаться с частотой n, 1/мин. (табл.16). Определить: кинетическую энергию маховика при максимальной скорости. Среднее значение время между подключениями электродвигателя для зарядки, если средняя мощность, потребляемая автобусом, составляет Р, кВт.
Таблица 16.

Велич и-на	Варианты.
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
М, кг	1000	1200	800	1500	1400	1000	1100	900	800	1000	1100	1200	1300	1500	1400
D, см	180	200	220	200	180	150	160	170	190	210	200	180	170	180	180
n, 1/мин.	3000	2500	2500	2200	3000	3000	3000	3000	3000	2500	2600	2700	3000	3000	3000
Р, кВт	20	25	30	25	20	15	20	15	15	20	25	22	20	20	22

Задача 17.

Трубопровод диаметром D используется для подачи тепла на расстояние L, м. Он изолирован с помощью теплоизоляционного материала с коэффициентом теплопроводности λ, толщина изоляции Х, (табл.17). Определить потери тепла вдоль трассы, если температура окружающего воздуха Т_ср, а пар имеет температуру 100 °С.
Таблица 17.

Величина	Варианты.
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
D, см	5	10	15	20	30	40	5	10	15	20	30	40	10	15	20
L, м	100	50	75	100	150	200	250	300	400	100	150	200	250	300	350
λ, Вт/м∙К	0,04	0,05	0,06	0,07	0,04	0,05	0,06	0,07	0,04	0,05	0,06	0,07	0,04	0,05	0,06
X, см	1	2	3	4	5	3	4	5	6	1	2	3	4	5	6
Тср, °С	10	-20	-15	-10	-5	0	10	15	20	-20	-15	-15	-10	0	10

Задача 18.

Разлитое в бутылки молоко пастеризуется в потоке горячей воды (70°С) в течение 10 мин. Для качественной пастеризации необходимо на каждую бутылку подавать по 50 л. горячей воды. Вода циркулирует так, что минимальная температура составляет 40°С. Используется солнечная энергия для подогрева воды.

Определить минимальную требуемую площадь приёмника в отсутствие потерь, если производительность завода 65000 бутылок за 8 часовую рабочую смену. Облучённость приёмника G, МДж/м² за 8 часов, τ = 1; α = 1; r = ∞.
Таблица 18

Наименование	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Облучённость G, МДж/м2	20	19	18	17	16	21	22	20	19	18	17	16	21	20	19

Задача 19.

Каковы период, фазовая скорость и мощность волны на глубокой воде при длине волны λ, м и амплитуде а, м.
Таблица 19

Наиме- нование	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
λ,м	100	90	110	120	130	140	150	100	110	90	80	100	110	120	130
а,м	1,5	1,4	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	1,6	1,7	1,5	1,4	1,7	1,8	1,9	2,0

Задача 20.

Рассчитайте полезное теплосодержание Е₀ на 1 км² сухой скальной породы (гранит) до глубины z, км (табл.20). Температурный градиент равен G °С/км. Минимальная допустимая температура, превышающая поверхностную , 140К, плотность гранита, ρ_г = 2700кг/м³, теплоёмкость гранита с_г = 820Дж/(кг∙К). Чему равна постоянная времени, τ, извлечения тепла при использовании в качестве теплоносителя воды, если объёмная скорость v, м³/(с∙км²)? Какова будет тепловая мощность, извлекаемая первоначально и через 10 лет?

Таблица 20

Наименование	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Z, км	7	6	5	6	5	7	5	6	5	7	6	5	6	5	7
G, °С/км	40	50	60	50	60	50	70	60	50	40	50	60	70	50	80
V, м3/(с∙км2)	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1	1,5	1,4	1,3	1,2	1,1	1,3	1,2	1	1,1

Задача 21.

Определить начальную температуру t₂ и количество геотермальной энергии Е₀ (Дж) водоносного пласта толщиной h км при глубине залегания z км, если заданы характеристики породы пласта: плотность ρ_гр = 2700кг/м³; пористость а

%; удельная теплоёмкость с_гр = 840 Дж/(кг∙ К). Температурный градиент (dT/dz)

°С/км. Среднюю температуру поверхности t₀ принять равной 10°С. Удельная теплоёмкость воды с_в = 4200 Дж/(кг∙ К); плотность воды ρ = 1∙ 10³кг/м³. Расчёт прoизвести по отношению к плоскости поверхности F км². Минимально допустимую температуру пласта принять равной t₁ = 40°С. Площадь F = 1км².

Определить постоянную времени извлечения тепловой энергии τ₀(лет) при закачивании воды в пласт и расходе её V= м³/(с км²). Какова будет тепловая мощность, извлекаемая первоначально (dE/dτ)_{τ = 0} и через 10 лет?

Таблица 21

Параметры	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
h, км	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	0,8	1,0	1,2	1,3	1,5	0,9	1,1
z, км	3,5	3,0	4,0	2,0	3,0	4,0	2,0	3,0	4,0	2,0	2,0	3,0	4,0	5,0	4,0
а, %	5	4	5	6	7	4	5	6	7	4	5	6	7	4	5
dT/dz°c/км	65	70	75	80	60	65	70	75	80	85	90	70	80	75	80
V, м3/(с∙км2)	1	1,2	1,1	1,3	1,4	1,5	1,4	1,3	1,2	1	1,4	1,5	1,1	1,2	1,3

Задача 22.

На солнечной электростанции башенного типа установлено n гелиостатов, каждый из которых имеет поверхность F_г. Гелиостаты отражают солнечные лучи на приёмник, на поверхности которого зарегистрирована максимальная энергетическая освещённость H_пр. Коэффициент отражения гелиостата К_г = 0,8, коэффициент поглощения α_пог = 0,95. Максимальная облучённость зеркала гелиостата G_г. Определить площадь поверхности приемника F_пр и тепловые потери в нем, вызванные излучением и конвекцией, если рабочая температура теплоносителя составляет t°C. Степень черноты приёмника e_пр = 0,95. Конвективные потери вдвое меньше потерь от излучения. Коэффициент излучения абсолютно чёрного тела С₀ = 5,67 Вт/(м²К⁴).
Таблица 22

Вари- анты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
n	263	300	280	270	260	200	350	340	320	330	310	280	180	250	255
Fг , м2	58	50	60	55	65	70	40	45	50	55	60	65	70	60	55
G, Вт/м2	600	650	700	700	680	650	700	690	680	670	650	640	700	660	660
t,°C	660	700	680	670	660	650	690	680	670	660	650	680	670	680	660
Hпр, МВт/ м2	2,5	2	3	3,5	3,3	3,4	3,2	3,9	2,8	2,6	2,7	2,6	2,5	2,4	2,6

Задача 23

На острове нет источника пресной воды для населения, бытовых нужд и сельского хозяйства. Пресную воду можно получить, опресняя морскую солёную воду. Опреснить воду можно, используя электроэнергию, но на острове нет достаточно мощной электростанции. Электроэнергией население и бытовые нужды обеспечивает ветропарк и резервная дизельная электростанция небольшой мощности. Предлагается использовать солнечную энергию, так как

на острове достаточное число солнечных дней. Рассчитать площадь солнечного опреснителя S, м2 при годовой потребности в пресной воде V,тыс. тонн в год. Интенсивность солнечного излучения М, тыс. МДж/м²год, число солнечных дней в году – 260, удельная теплота парообразования воды – 2,4 МДж/кг, КПД

– η = 0,85.

Таблица 23

Наименование	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
V,тыс. т/сутки	500	400	350	300	250	200	150	100	50	10	1	0,9	0,8	0,7	0,6
М,тыс. МДж/м2 год	5,0	4,9	4,8	4,7	4,6	4,5	5,0	4,9	4,8	4,7	4,6	4,5	5,0	5,1	5,2

К задаче 1.