Оптимізація параметрів елементів системи теплопостачання

 

Курсова робота

з дисципліни

«Основи інформатики та обчислювальної техніки»

на тему

«Оптимізація параметрів елементів системи теплопостачання»

Вступ

Сучасні вимоги щодо підготовки енергетиків високого рівня передбачують вільне користування майбутніми фахівцями персональними компютерами для розвязання широкого кола задач, починаючи з оформлення інженерної документації аж до пошуку оптимальних рішень щодо функціонування складних енергетичних обєктів.

Курсова робота - це самостійна робота студентів, яка спрямована на закріплення знань і практичних навичок, що отримані студентом при вивченні дисципліни «Основи інформатики та програмування» у першому та другому семестрах. При виконанні курсової роботи студент повинен застосувати знання однієї з відомих мов програмування, а також можливості декількох пакетів прикладних програм з метою розвязання практичної задачі оптимізації в галузі енергетики та відповідного оформлення отриманих результатів з використанням компютерних технологій.

При виконанні курсової роботи студент має можливість проявити свої творчі здібності, бо сучасний рівень розвитку компютерної техніки дозволяє виявити ерудицію та заповзятливість при написанні програми, інтерпретації отриманих результатів, застосуванні на практиці різноманітних прикладних пакетів, електронних таблиць, баз даних, ділової графіки та інше.

ОБСЯГ КУРСОВОЇ РОБОТИТА ОРГАНІЗАЦІЯ ВИКОНАННЯ

Розрахунково-пояснювальна записка

Розрахунково-пояснювальна записка повинна бути виконана згідно з вимогами ЄСКД, підготовлена, відредагована та надрукована за допомогою текстового редактора Microsoft Word, обсягом 10-15 с. У записці повинні бути викладені обов`язково позиції в такій послідовності.

Титульний аркуш курсової роботи (підрозд. 2.3).

Основна мета курсової роботи (підрозд. 2.2).

Текст завдання на курсову роботу з розрахунковими залежностями (підрозд. 2.2).

Вхідні дані для виконання курсової роботи відповідно до номера варіанта завдання (дод. 1,2).

Креслення розрахункової схеми за допомогою графічного редактора (рис.2).

Програма для розрахункової частини на одній з алгоритмічних мов програмування(підрозд. 2.5).

Результати розрахунку за програмою на алгоритмічній мові.

Електронна таблиця Microsoft Excel з результатами розрахунків (див. приклад у табл. 1).

Графічне представлення результатів оптимізації (за допомогою графічних можливостей прикладних пакетів програмування (рис. 1).

Висновок з роботи.

Список літератури.

Графічна частина роботи

Графічна частина роботи виконується на аркуші паперу формату А4-креслення розрахункової схеми теплової мережі (рис. 2).

Графік виконання курсової роботи

Курсова робота (КР) виконується протягом 14 тижнів, на 15-му тижні відбувається захист КР.

Основна мета курсової роботи

Основною метою курсової роботи є визначення оптимального діаметра теплової dопт теплової мережі системи теплопостачання від джерела до споживача при змінені швидкості теплоносія у внутрішньому контурі (у діапазоні w1=0.4÷5.0 м/с) та діаметра теплообмінника зовнішнього контуру d2 (у діапазоні 0,25÷0,4м).

При зростанні швидкості теплоносія w1 у трубопроводі відповідно зменшується його діаметр d1 та товщина стінки ?1, що зменшує витрати на матеріал трубопроводу. Однак відповідно зростає гідравлічний опір у системі та, отже, витрати електроенергії на привод мережного насоса. Тому завданням КР є визначення оптимального значення швидкості теплоносія w1, при якій щорічні витрати на енергосистему будуть мінімальні.

Текст завдання курсової роботи з розрахунковими формулами

Розрахунки необхідно виконати двома способами - за допомогою однієї з відомих студенту алгоритмічних мов програмування, що вивчалась у першому розділі курсу, та за допомогою електронних таблиць (Microsoft Excel) , що вивчається у другому розділі дисципліни, Результати розрахунків обовясково мають збігатися.

Розрахунки у КР необхідно вести в такій послідовності :

Визначають діаметр внутрішнього контуру енергосистеми:

(1.1)

де G1 - витрати теплоносія у внутрішньому контурі, кг/с;

?- коефіцієнт, що дорівнює 3,14;

?1- густина теплоносія внутрішнього конторі, кг/м3;

с - питома теплоємність теплоносія, Дж/(кг*К).

Визначають товщину стінки трубопроводів внутрішнього та зовнішнього контурів енергосистеми:

(1.2)

(1.3)

де p1, p2 - відповідно тиск всередині трубопроводу внутрішнього та зовнішнього контурів, МПа;

[?м] - припустима міцність матеріалу трубопроводу, МПа.- діаметр зовнішнього контору, що змінюється в діапазоні 0,25÷0,4м.

Число Рейнольда для внутрішнього та зовнішнього контурів:

(1.4)

(1.5)

де v1,v2 - відповідно середня кінематична вязкість теплоносіїв внутрішнього та зовнішнього контурів при заданій температурі, м2/с;екв=d2-d1-1 - еквівалентний діаметр кільцевого каналу теплообмінника, м;

- швидкість теплоносія у кільцевому каналі теплообмінника, м/с;- густина теплоносія в зовнішньому контурі, кг/м3;- витрата теплоносія в зовнішньому контурі, кг/с;

Число Нусальта для внутрішнього та зовнішнього контурів:

(1.6)

(1.7)

Де Pr1, Pr2 - відповідно числа Прандтля теплоносіїв внутрішнього та зовнішнього контурів при заданій температурі.

Коефіцієнти тепловіддачі теплоносіїв внутрішнього та зовнішнього контурів, Вт/(м2 К):

(1.8)

(1.9)

Де , - відповідно коефіцієнти теплопровідності носіїв внутрішнього та зовнішнього контурів при заданій температурі, Вт/(м К).

Коефіцієнти теплопередачі від внутрішнього до зовнішнього контурів:

(1.10)

Де - коефіцієнт теплопровідності матеріалу трубопроводів, Вт/(м К).

Розрахункова площа теплообмінника:

(2.1)

Де Q-теплова продуктивність енергосистеми, кВт;

- температурний напір, К.

Довжина теплообмінника типу «труба в трубі»:

(2.2)

Маса матеріалу енергосистеми:

(2.3)

Де - відповідно довжина ділянок енергосистеми, м;

- густина матеріалу трубопроводів, кг/м3

Витрата коштів на енергосистему за рік:

(2.4)

Де Ен - нормативний коефіцієнт, що дорівнює 0,15:м- вартість металу трубопроводу, грн./кг;ел- вартість 1 кВт?год електроенергії;

?- коефіцієнт тертя трубопроводу;

?- підсумковий коефіцієнт місцевого опору трубопроводу;

- ККД мережного насоса;

- ККД електродвигуна для приводу насоса;- прискорення вільного падіння, м/с2

Електронна таблиця з оптимізаційними розрахунками енергосистеми

Варіант 12

Таблиця 1

Початкові дані для розрахункуВитрата теплоносія у внутр.. контурі, G1, кг/с 26Витрата теплоносія у зовн. контурі, G2, кг/с41Густина теплоносія внутр. контуру, p1, кг/м31000Густина теплоносія зовн. контуру, p2, кг/м31000Густина матеріалу трубопроводів, pм, кг/м38000Нормативний коефіцієнт, Ен0,15Тиск теплоносія внутр. контуру, Р1, Мпа2,1Тиск теплоносія зовн. контуру, Р2, Мпа1,6Міцність матер. трубопроводів, ?, Мпа31Довжина ділянки трубопроводу, L1, м31Довжина ділянки трубопроводу, L2, м41Довжина ділянки трубопроводу, L3, м51Число годин роботи системи за рік, h, год6600ККД мережного насоса, ?н0,7ККД електродвигуна, ?эл0,9Вартість електроенергії, Sел, грн/(кВт)0,4Вартість металу трубопроводу, Sм, грн/кг2,6Підсумковий коеф. місц. опору трубопроводу, ??м30Коеф. тертя трубопроводу, ?0,02Теплова продуктивність системи, Q, кВт210Питома теплоємність теплоносіїв, с, Дж/(кг?К)4180Температура на вих. теплообмінника, Т2вих, гр. С60Температурний напір, ?t, гр. С26Коф. теплопровідності матер. трубопроводу, ?м, Вт/(м?К)40Число Прандтля для внутр. контуру, Pr12,2Число Прандтля для зовн. контуру, Pr23Коеф. теплопровідності теплонос. внутр. контуру, ?1, Вт/(м?К)0,67Коеф. теплопровідності теплонос. Зовн. контуру, ?2, Вт/(м?К)0,66Кінемат. вязкість теплонос. внутр. контуру, v1, м2/сКінемат. вязкість теплонос. зовн. контуру, v2, м2/сПрискорення вільного падіння, g, м/с29,81Швидкість теплоносія у внутр. Контурі, W1, м/с0,4÷ 5,0Діаметр теплообмінника у зовн. контурі, d2 , м0,25 ÷ 0,4

Схема енергомережі

Програма

Розрахунки виконуються за допомогою програми QBASIK

Програма оптимізації діаметра системи теплопостачання

Склав студент групи ТМ-1107 Момзіков Олексій Сергійович

)Скрин программы

)Текстовое изображение программы

'CLSrom = 8000

CONST ro1 = 1000ro2 = 1000en = 0.15dzeta = 30lyamda = 0.02lyamda1 = 0.67lyamda2 = 0.66lyamdam = 40cpd2 = 0.9sel = 0.4c = 4180pr1 = 2.2pr2 = 3mu1 = 3.6E-07mu2 = 4.8E-07g1, g2, l1, l2, l3, p1, p2, sigma, h, cpd1, sm, q, dt, delta1, delta2, d1, alfa1, alfa2, d2ekv, w2, re2, re1, nu1, nu2, k, fr, l, m, z"VVECTI g1, g2, l1, l2, l3, p1, p2, sigma, h, cpd1, sm, q, dt"; g1, g2, l1, l2, l3, p1, p2, sigma, h, cpd1, sm, q, dtd2 = .25 TO .45 STEP .05= .1 * (d2 * p2 / (2 * sigma / 2.5 - p2)) ^ .5w1 = .4 TO 5 STEP .2= SQR(4 * g1 / 3.14 / ro1 / w1)= .1 * (d1 * p1 / (2 * sigma / 2.5 - p1)) ^ .5= w1 * d1 / mu1= .021 * re1 ^ .8 * pr1 ^ .43= nu1 * lyamda1 / d1ekv = d2 - d1 - delta1= 4 * g2 / (3.14 * ro2 * (d2 ^ 2 - (d1 + delta1) ^ 2))= w2 * d2ekv / mu2= .021 * re2 ^ .8 * pr2 ^ .43= nu2 * lyamda2 / d2ekv= 1 / (1 / alfa1 + delta1 / lyamdam + 1 / alfa2)= q * 1000 / k / dt= fr / 3.14 / (d1 + delta1)= 3.14 / 4 * (((d1 + delta1) ^ 2 - d1 ^ 2) * (l + l1 + l2 + l3) + ((d2 + delta2) ^ 2 - d2 ^ 2) * l) * rom= m * en * sm + g1 * (1 + lyamda * (l + l1 + l2 + l3) / d1 + dzeta) * cpd1 * cpd2 * h * sel * .001 * w1 ^ 2 / 2 / 9.81"d2="; d2; "m"w1; TAB(15); d1; TAB(30); delta1; TAB(45); l; TAB(60); z

SLEEP (5000)

Результати роботи програми

Електронна таблиця з оптимізаційними розрахунками енергосистеми теплопостачання

Результати розрахунків у графічному вигляді

Висновок

При виконанні даної курсової роботи, я розрахував оптимальний діаметр теплової мережі енергосистеми теплопостачання від джерела до споживача, при змінній швидкості теплоносія та діаметра теплообмінника.

Вище зазначені розрахунки були виконані двома шляхами: за допомогою алгоритмічної мови програмування QBasic та Microsoft Excel. При виконанні завдання я вдосконалив свої навички роботи з електронними таблицями та діаграмами, а також навички програмування.

оптимальний теплова мережа програма

Література

1. Довженков В.А., Колесников Ю.В. MS Excel 2003. - СПб.: БХВ - Петрбург, 2010. - 1024 с.

. Бундюк А.М. Програмування в середовищі QBasic: Конспект лекцій. - Одеса: ОДПУ, 2006. - 124 с.

. Ананьев А.В., Федоров А.М. Самоучитель Visual Basic 6.0/ - СПб.: БХВ-Петербург, 2009. - 624 с.

. Клима И. Оптимизация энергетических систем. - М.: Высш. Шк., 1991. - 302 с.

Курсова робота з дисципліни «Основи інформатики та обчислювальної техніки» на тему «О

Больше работ по теме: