Мет.указ. ОТТ. Руководство по изучению дисциплины, методические указания и контрольные задания
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
УСТАНОВКИ ДЛЯ ТРАНСФОРМАЦИИ ТЕПЛОТЫ Руководство по изучению дисциплины, методические указания и контрольные задания 1. Цель изучения дисциплины и её значение для данной специальности Современное существование человеческого общества невозможно представить без потребления энергии в виде теплоты и электричества, первичным источником которых служат большей частью земные запасы органического топлива. Ограниченный ресурс этих запасов диктует их рачительное использование. Существенным резервом энергосбережения является повторное вовлечение в использование сбросной низкопотенциальной теплоты, которую невозможно использовать напрямую с помощью традиционного теплообменного оборудования. Устройства, которые приводят сбросную теплоту к состоянию экономической целесообразности её использования, называются трансформаторами теплоты и в частности тепловыми насосами. Функция трансформатора заключается в отводе теплоты от источника на низком температурном уровне и подвод её на более высоком приемлемом уровне потребителю. При этом в трансформаторах в отличие от теплосиловых циклов осуществляются не прямые, а обратные циклы, на реализацию которых необходима затрата энергии, в результате чего достигаются заданный технологический и определённый экономический эффекты. Другим традиционным направлением трансформаторов теплоты, в частности холодильных машин, является производство искусственного холода. Здесь, как и в тепловом насосе, осуществляется перенос теплоты от холодного источника к нагретому, но на иных температурных уровнях. Искусственное охлаждение, как необходимое звено, входит во многие технологические процессы разных отраслей промышленности, существование большинства которых практически неосуществимо без искусственного холода. Цель изучения данной дисциплины заключается в подготовке специалистов, ориентирующихся в современном уровне развития теории и практике тепловых насосов и холодильных машин, способных определять их рациональное применение, самостоятельно разрабатывать узлы и агрегаты этих устройств на основе понимания происходящих в них процессов и знания современных методов расчёта и конструирования. Отмечаемые ориентиры наиболее актуальны для студентов, обучающихся по специальности «Промышленная теплоэнергетика». 2. Место данной дисциплины среди других дисциплин специальности Для выполнения всех видов учебной работы по данной дисциплине студент должен знать теоретический материал и владеть методами решения задач по следующим предметам: высшей математика, информатика, инженерная графика, материаловедение и технология конструкционных материалов, химия, физика, теоретическая термодинамика, гидродинамика, математическое моделирование, тепло - и массообмен, тепловые двигатели и нагнетатели. На теоретические знания и практические навыки, полученные при изучении данного курса, опираются следующие дисциплины: отопление, вентиляция и кондиционирование промышленных предприятий, теплоэнергетические системы и установки промышленных предприятий, энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях, дипломное проектирование. 3. Список рекомендуемой литературы Основная: . Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. М., Энергоиздат, 1981, 320 с. . Холодильные машины. Под общ. ред. И.А. Сакуна Л., Машиностроение, 1985, 510 с. . Тепловые и конструктивные расчёты холодильных машин. Под общ. ред. И.А. Сакуна Л., Машиностроение, 1987, 423 с. . Богданов С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная техника. Свойства веществ. Справочник. М., Агропромиздат, 1985, 208 с. Дополнительная: . Проценко В.П., Сафонов В.К., Ларкин Д.К. Тепловые насосы. ВЗПИ., М., 1984. . Богословский В.Н., Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. М., Стройиздат, 1983, 320 с. . Курылев Е.С., Герасимов Н.А. Холодильные установки. Л., Машиностроение, 1980, 622 с. . Тепловые и конструктивные расчёты холодильных машин. Под ред. Н.Н. Кошкина. Л., Машиностроение, 1976, 460 с. . Френкель М.И. Поршневые компрессоры. М., Машгиз, 1960, 300 с. . Розенфельд Л.М. Ткачёв А.Г. Холодильные машины и аппараты. М., Госторгиздат, 1960, 656 с. . Блиер Б.М., Вургафт А.Б. Теоретические основы проектирования абсорбционных термотрансформаторов. М., Пищевая промышленность, 1971, 202 с. . Петровский Ю.В., Фастовский В.Г. Современные эффективные теплообменники. М.-Л., ГЭИ, 1962, 256 с. . Епифанова В.И. Компрессорные и расширительные турбомашины радиального типа. М., Машиностроение. 1984, 376 с. . Богословский В.Н., Кокарин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. М., Стройиздат, 1985, 367 с. . Теплофизические основы получения искусственного холода. Справочник. М., Пищевая промышленность, 1980, 231 с. . Холодильные машины. Справочник. Под ред. А.В. Быкова. М., Лёгкая и пищевая промышленность, 1982, 223 с. . Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М., Наука, 1972, 720 с. . Бадылькес И.С., Данилов В.Л. Абсорбционные холодильные машины. М., Пищевая промышленность, 1966, 356 с. . Холодильные компрессоры. Справочник. Под ред. А.В. Быкова. М., Лёгкая и пищевая промышленность, 1981, 280 с. . Холодильные машины. Справочник. Под ред. А.В. Быкова. М Лёгкая и пищевая промышленность, 1982, 224 с. 4. Структура дисциплины в соответствии с ГОСТ Вводная лекция. Порядок и методика изучения дисциплины. Предмет «Установки для трансформации теплоты» изучается студентами V и VI курсов дневного, вечернего и заочного отделений в установленном ниже порядке и включает в себя следующие виды учебной работы: - лекции по теоретической части курса (в соответствии с учебным планом); - практические занятия для приобретения навыков в решении задач; лабораторные работы для получения исследовательских навыков; экзамен по теоретической части, лабораторным и практическим занятиям; выполнение курсового проекта с целью приобретения опыта расчёта и проектирования установок для трансформации теплоты средней сложности; защита курсового проекта (с оценкой); самостоятельная работа студентов для выполнения каждого из вышеперечисленных видов (в соответствии с учебным планом); контрольные работы. Примечание. Курсовой проект выполняется по заданию, выдаваемому преподавателем. Для студентов заочного отделения номер задания выбирается в соответствии с учебным шифром студента. Студенты дневного и вечернего отделений получают задание от преподавателя в установленном порядке. Для выполнения курсового проекта имеются отдельные методические указания с последовательностью выполнения необходимых расчётов. Задания, выданные преподавателем, являются обязательными для студентов, не работающих по специальности. Студентам, работающим в области промышленной теплоэнергетики, могут быть по их желанию выданы индивидуальные задания, связанные с профилем работы и имеющие практическое значение или научно-исследовательский характер. Введение. Назначение трансформаторов теплоты. Классификация и схемы процессов повышения потенциала тепла. Области использования трансформаторов тепла. Основные исторические этапы и перспективы техники трансформации тепла. Раздел I. Свойства рабочих тел и материалов, применяемых в низкотемпературной технике. Назначение рабочих агентов, абсорбентов и хладоносителей. Возможные фазовые состояния рабочих агентов. Классификация рабочих агентов и абсорбентов. Основные требования к теплофизическим и техническим свойствам рабочих агентов и абсорбентов. Требования к безопасности агентов. Связь между нормальными и критическими параметрами. Характеристика наиболее распространённых холодильных агентов, абсорбентов. Правила нумерации фреонов. Зависимость основных свойств фреонов от их молекулярного состава. Характеристика наиболее распространённых рабочих тел газовых холодильных установок. Наиболее распространённые хладоносители и их характеристики. Раздел II. Паровые компрессионные трансформаторы теплоты. Основные отличия схем и процессов, протекающих в реальных паровых компрессионных трансформаторах теплоты, от идеальных. Схемы одноступенчатых и многоступенчатых установок и область их применения. Удельные энергозатраты и КПД паровых компрессионных трансформаторов тепла. Регенеративный теплообмен в паровых компрессионных трансформаторах теплоты, его эффективность и целесообразная область использования. Методика расчёта одноступенчатых паровых компрессионных трансформаторов теплоты. Методика расчёта многоступенчатых трансформаторов теплоты. Применение многоступенчатых трансформаторов теплоты. Условия их работы. Оценка их энергетической эффективности. Объёмные и энергетические коэффициенты паровых компрессоров. Метод определения коэффициента подачи. Зависимость коэффициента подачи от условий работы компрессора. Внутренний относительный (индикаторный) КПД компрессора, зависимость его от конструктивных особенностей и условий работы компрессора. Раздел III. Работа паровых компрессионных трансформаторов теплоты в нерасчётных условиях. Основные методы регулирования компрессионных трансформаторов теплоты. Условия установившегося режима трансформаторов теплоты. Уравнения теплового и материального баланса для установившегося режима. Возможные нарушения установившегося режима. Возможные нарушения установившегося режима и их анализ. Переходные режимы трансформаторов тепла. Искусственное регулирование как метод сокращения длительности переходного режима. Характеристики основных элементов трансформатора тепла и их аналитическое описание. Взаимосвязь параметров при работе трансформаторов тепла в нерасчётных условиях. Работа систем теплоснабжения в нерасчётных условиях. Нерасчётные условия работы системы хладоснабжения. Раздел IV. Газовые компрессионные трансформаторы теплоты. Особенности процессов газовых трансформаторов тепла. Идеальные газовые циклы с изобарным и изотермическим подводом и отводом тепла и их энергетический анализ. Идеальный газовый цикл с регенерацией. Основные отличия схем и процессов реальных газовых трансформаторов тепла от идеальных. Удельный расход энергии, КПД, холодильные коэффициенты и коэффициенты трансформации теплоты действительных газовых компрессионных трансформаторов тепла с регенерацией и без регенерации. Регенераторы газовых установок, схемы включения и конструктивное оформление. Газовые циклы и установки с периодическими (нестационарными) процессами. Методика расчёта газовых компрессионных трансформаторов тепла. Раздел V. Абсорбционные трансформаторы теплоты. Принцип действия и основные схемы абсорбционных установок и его зависимость от температурных уровней. Схемы и процессы работы реальных абсорбционных трансформаторов тепла непрерывного действия. Удельный расход энергии, КПД, холодильный коэффициент и коэффициенты трансформации тепла реальных установок. Методика расчёта одноступенчатых абсорбционных трансформаторов теплоты. Определение зоны устойчивой работы абсорбционных трансформаторов теплоты. Двухступенчатые трансформаторы теплоты. Методика расчёта. Область целесообразного использования двухступенчатых установок. Абсорбционные трансформаторы теплоты периодического действия, принципиальные схемы и основные процессы. Абсорбционные - диффузионные холодильные установки, принципиальные схемы и основные процессы. 5. Краткие методические указания по разделам и вопросы для самопроверки «Введение» прорабатывается студентами по основному учебнику [1, с. 5 - 13] и [3, с. 4 - 5]. Вопросы для самопроверки. 1. Определение трансформатора теплоты. Назначение трансформаторов теплоты. 2. Основные принципы классификации трансформаторов теплоты. . Классификация процессов трансформации теплоты в зависимости от температурного уровня верхнего и нижнего источников. . Исторические этапы и перспективы развития установок для трансформации теплоты. Раздел I. Изучается по основному учебнику [I, с. 9 - 11, 38 - 47] с привлечением тепловых диаграмм приложений 2, 5, 7, 9 [1]. Перед изучением материала полезно повторить раздел «Водяной пар» из курса «Техническая термодинамика», вспомнив закономерности фазового перехода веществ (кипение, конденсация) [I, с. 162 - 179]. При изучении темы следует разобраться в классификации фреонов. Свойства веществ полезно сопоставлять с тепловыми TS-, iS-, и Pi - диаграммами. К этой теме полезно вернуться после темы 2 с тем, чтобы проанализировать, как влияют взаимное расположение верхней и нижней пограничных кривых, расположение критической точки в координатах тепловых диаграмм на удельные энергетические показатели и рабочий интервал температур трансформатора. Вопросы для самопроверки. 5. С помощью тепловых TS-, iS-, и Pi - диаграмм дать общую характеристику рабочих тел трансформаторов теплоты. 6. Что такое температура тройной точки? . Как влияет взаимное расположение верхней и нижней пограничных кривых на удельную тепло- и хладопроизводительность трансформатора теплоты? . Что такое температура инверсии? . Анализ требований, предъявляемых к холодильным агентам, и сопоставление их с рабочими телами теплонасосных установок. . Перечислите наиболее распространённые рабочие тела парокомпрессионных трансформаторов теплоты. . Какие рабочие тела применяют в газовых холодильных установках? . Характеристика рабочих агентов и абсорбентов абсорбционных трансформаторов теплоты. . Дайте определение сорбции жидкими и твёрдыми веществами. . Основные требования к хладо- и теплоносителям в установках для трансформации теплоты. Раздел II. Изучается по основному учебнику [I, с. 48 - 96]. Необходимо чётко определить различия в конструктивной схеме идеального и реального трансформатора теплоты, а также различия в процессах их работы. Анализ различий в процессах работы реального и идеального трансформаторов теплоты целесообразно проводить с помощью тепловых TS-, iS-, и Pi - диаграмм. Следует обратить внимание на особенности теплообмена в испарителе и конденсаторе, связанные с фазовым переходом рабочего тела трансформаторной установки. Изучать материал, связанный с расчётом парокомпрессионных трансформаторов теплоты, следует одновременно с решением соответствующих задач контрольной работы. Кроме того, следует обратить внимание на два способа определения коэффициентов подачи компрессора - оценочный (расчётный) и экспериментальный, охватывающий рабочий диапазон работы компрессора для конкретного рабочего тела. Вопросы для самопроверки. 15. Принципиальная схема и процесс работы идеального парокомпрессионного трансформатора теплоты. 16. Составьте энергетический баланс идеального парокомпрессионного трансформатора теплоты. . Дайте определение холодильного коэффициента и диапазон его значений. . Что такое коэффициент преобразования теплоты. . Принципиальная схема и процесс работы реального парокомпрессионного трансформатора теплоты в TS-, iS-, и Pi - диаграммах. . Отличие схемы и процесса реального парового компрессионного трансформатора теплоты от идеального. . Определение удельной затраты работы и КПД парокомпрессионного трансформатора теплоты. . Сущность методики расчёта одноступенчатой парокомпрессионной холодильной установки. . Влияние температуры испарения и конденсации на холодильный коэффициент и КПД одноступенчатой холодильной установки. . Одноступенчатая парокомпрессионная теплонасосная установка и её элементарный тепловой расчёт. . Чем обусловлен переход к многоступенчатым парокомпрессионным трансформаторам тепла? . Принципиальная схема и изображение процесса работы многоступенчатой парокомпрессионной холодильной установки в TS - диаграмме. . Элементарный тепловой расчёт многоступенчатой парокомпрессионной холодильной установки. . Упрощённый алгоритм расчёта многоступенчатого теплового насоса. . Область рационального применения двухступенчатого теплового насоса для отопительных целей. . Чем обусловлен переход к каскадным рефрижераторным установкам? . Область рационального применения различных типов нагнетательных машин в парокомпрессионных трансформаторах теплоты. . От каких факторов зависит коэффициент подачи компрессора? . Сопоставьте идеальную и реальную индикаторные диаграммы компрессора. . Какие конструктивные параметры компрессора влияют на его индикаторный КПД? . Причина перехода к многоступенчатому сжатию. Раздел III. Материал изучается по [I, с. 98 - 108]. Перед изучением темы следует уяснить причины, обусловливающие переменный режим работы трансформатора теплоты. Затем рассмотреть условия стационарного режима. После определения характеристических уравнений теплообменного оборудования и компрессора можно приступить к анализу переходных режимов. Вопросы для самопроверки. 36. Назовите причины, вызывающие изменения режима работы компрессионного трансформатора теплоты. 37. Характеристика теплообменных аппаратов парокомпрессионного трансформатора теплоты. . Теоретическая и действительная индикаторные диаграммы поршневого компрессора и влияние их на характеристику компрессора. . Объёмные и энергетические характеристики компрессора. . Определите мощность привода компрессора по его индикаторной диаграмме. . Работа испарителя при изменении положения регулирующего вентиля. . Расчёт переменного режима работы испарителя. 43. Как изменяется температурный режим испарителя при перекрытии регулирующего вентиля? 44. Работа системы хладоснабжения при работе трансформатора тепла в нерасчётных условиях. 45. Влияние температуры окружающей среды на работу системы хладоснабжения. . Нестационарный режим работы компрессора. . Работа конденсатора при переменном режиме. . Изменение температурного режима конденсатора при перекрытии регулирующего вентиля. . Работа системы теплоснабжения при нерасчётном режиме работы трансформатора тепла. . Влияние температуры наружного воздуха на работу системы теплоснабжения. . Нерасчётный режим работы переохладителя конденсата. |