Курсова робота
з дисципліни: «Основиінформатики та обчислювальної техніки»
на тему «Оптимізаціяпараметрів елементів системи теплопостачання»
Одеса 2010
Вступ
Дана курсоваробота – це поєднання усіх навиків які були отримані студентом на протязінавчального курсу програми.
Курсова роботапередбачає в собі розрахунок оптимального діаметру енергосистеми для найменшихзатрат.
В роботівикористовується поєднання як текстових так і графічних редакторів, а такожоднієї з вивчених алгоритмічних мов програмування.
Для перевіркиправильності виконаних розрахунків уся робота виконується двома способами,збіжність котрих і буде свідченням правильності виконання. Серед таких методівв курсовій роботі використаний пакет Microsoft Excel та для перевірки мовапрограмування Basic, алгоритм програми якої був написаний за допомогою програмиQBasic.
1. Основнамета курсової роботи
Основною метоюкурсової роботи є визначення оптимального діаметра теплової dопт тепловоїмережі системи теплопостачання від джерела до споживача при змінені швидкостітеплоносія у внутрішньому контурі (у діапазоні w1=0.4÷5.0м/с) та діаметра теплообмінника зовнішнього контуру d2 (у діапазоні0,25÷0,4м).
При зростаннішвидкості теплоносія w1 у трубопроводі відповідно зменшується йогодіаметр d1 та товщина стінки δ1, що зменшує витратина матеріал трубопроводу. Однак відповідно зростає гідравлічний опір у системіта, отже, витрати електроенергії на привод мережного насоса. Тому завданням КРє визначення оптимального значення швидкості теплоносія w1, при якійщорічні витрати на енергосистему будуть мінімальні.
2. Текстзавдання курсової роботи з розрахунковими формулами
Визначаютьдіаметр внутрішнього контуру енергосистеми:
/>
де G1 — витратитеплоносія у внутрішньому контуру, кг/с;
π-коефіцієнт, що дорівнює 3,14;
ρ1-густина теплоносія внутрішнього контору, кг/м3;
с — питоматеплоємність теплоносія, Дж/(кг*К).
Визначають товщинустінки трубопроводів внутрішнього та зовнішнього контурів енергосистеми:
/>, />
де p1,p2 – відповідно тиск всередині трубопроводувнутрішнього та зовнішнього контурів, МПа;
[σм]- припустима міцність матеріалу трубопроводу, МПа.
d2 – діаметрзовнішнього контору, що змінюється в діапазоні 0,25÷0,4м.
Число Рейнольдадля внутрішнього та зовнішнього контурів:
/>; />
де w2,w2– відповідно середня кінематична в’язкість теплоносіїв внутрішнього тазовнішнього контурів при заданій температурі, м2/с;
d2екв=d2-d1-/>1 — еквівалентний діаметр кільцевого каналу теплообмінника, м;
/>
швидкістьтеплоносія у кільцевому каналі теплообмінника, м/с;
p2 –густина теплоносія в зовнішнього контурі, кг/м3;
G2-витрата теплоносія в зовнішньому контурі, кг/с;
Число Нусальтадля внутрішнього та зовнішнього контурів:
/>; />,
Де Pr1,Pr2 – відповідно числа Прандтля теплоносіїв внутрішнього тазовнішнього контурів при заданій температурі.
Коефіцієнтитепловіддачі теплоносіїв внутрішнього та зовнішнього контурів, Вт/(м2 К):
/> ; />
Де />, /> — відповідно коефіцієнтитеплопровідності носіїв внутрішнього та зовнішнього контурів при заданій температурі,Вт/(м К).
Коефіцієнтитеплопередачі від внутрішнього до зовнішнього контурів:
/>,
Де /> — коефіцієнттеплопровідності матеріалу трубопроводів, Вт/(м К).
Розрахунковаплоща теплообмінника:
/>,
Де Q-тепловапродуктивність енергосистеми, кВт;
/> — температурний напір,К.
Довжинатеплообмінника типу «труба в трубі»:
/>.
Маса матеріалуенергосистеми:
/>
Де />/>/> — відповідно довжина ділянокенергосистеми, м;
/> — густина матеріалутрубопроводів, кг/м3
Витрата коштів наенергосистему за рік:
/>,
Де Ен — нормативнийкоефіцієнт, що дорівнює 0,15:
Sм — вартістьметалу трубопроводу, грн/кг;
Sел-вартість 1 кВт∙год електроенергії;
λ-коефіцієнт тертя трубопроводу;
∑/> — підсумковийкоефіцієнт місцевого опору трубопроводу;
/> — ККД мережного насоса;
/> — ККД електродвигуна дляприводу насоса;
g – прискореннявільного падіння, м/с2
3. Електроннатаблиця з оптимізаційними розрахунками енергосистеми
Таблиця 1Початкові дані для розрахунків Витрата теплоносія у внутр. контурі, G1 кг/с 29 Витрата теплоносія у зовн. контурі, G2 кг/с 44
Густина теплоносія внутр. контуру, ρ1, кг/м3 1000
Густина теплоносія зовн. контуру, ρ2, кг/м3 1000
Густина матеріалу трубопроводів, ρм, кг/м3 8000 Нормативний коефіцієнт, Ен 0,15 Тиск теплоносія внутрішнього контуру, Р1, Мпа 2,4 Тиск теплоносія зовнішнього контуру, Р2. Мпа 1,9 Міцність матер. трубопроводів, σ, Мпа 34 Довжина ділянки трубопроводу, L1, м 34 Довжина ділянки трубопроводу, L2, м 44 Довжина ділянки трубопроводу, L3, м 54 Число годин роботи системи за рік, h, год 6800 ККД мережного насоса, ηн 0,65 ККД електродвигуна, ηэл 0,9 Вартість електроенергії, Sел, грн/(кВт) 0,4 Вартість металу трубопроводу, Sм, грн/кг 2,8 Підсумковий коеф. місц. опору трубопроводу, Σξм 30 Коеф. Тертя трубопроводу, λ 0,02 Теплова продуктивність системи, Q, кВт 240 Питома теплоємність теплоносіїв, с, Дж/(кг∙К) 4180 Температура на вих. теплообмінника, Т2вих, гр. С 60 Температурний напір, ∆t, гр. С 29 Коеф. Теплопровідності матер. трубопроводу, λм, Вт/(м∙К) 40 Число Прандтля для внутр… контуру, Pr1 2,2 Число Прандтля для зовн. Контуру,Pr2 3 Коеф. Теплопровідності теплонос. Внутр… контуру, λ1, Вт/(м∙К) 0,67 Коеф. Теплопровідності теплонос.зовн… контуру, λ2, Вт/(м∙К) 0,66 Кінемат. В’язкість теплонос. Внутр… контуру, v1, м.кв/с 3,60Е-07 Кінемат. В’язкість теплонос.зовн… контуру, v2, м.кв/с 4,80Е-07
4.Текст програми на мові програмуванняQBASIK
Розрахункивиконуються за допомогою програми QBASIK
Програма оптимізаціїдіаметра системи теплопостачання
Склав студентгрупи ТЕ –0901 Незгодюк Л.И.
Вхідні дані длярозрахунку
rom = 8000: ro1 =1000: ro2 = 1000: en = .15: dzeta = 30: lyamda = .02
kpd2 = .9: sel =.4: c = 4180: lyamdam = 40: pr1 = 2.2: pr2 = 3: lyamda1 = .67
lyamda2 = .66:mu1 = 3.6E-07: mu2 = 4.8E-07: g1 = 17: g2 = 32: p1 = 1.2: p2 = .7
sigma = 22: l1 =22: l2 = 32: l3 = 42: q = 120: sm = 1.7: dt = 17: h = 5700:
kpd1 = .7
Тіло програми
DIM d1, delta1,l, z, w1, delta2
FOR d2 = .25 TO.4 STEP .05
PRINT USING"#.##"; d2
delta2 = .1 * (d2* p2 / (2 * sigma / 2.5 — p2)) ^ .5
FOR w1 = .4 TO 1STEP .2
d1 = (4 * g1 /3.14 / ro1 / w1) ^ .5
delta1 = .1 * (d1* p1 / (2 * sigma / 2.5 — p1)) ^ .5
re1 = w1 * d1 /mu1
nu1 = .021 * re1^ .8 * pr1 ^ .43
alfa1 = nu1 *lyamda1 / d1
d2ekv = d2 — d1 — delta1
w2 = 4 * g2 /(3.14 * ro2 * (d2 ^ 2 — (d1 + delta1) ^ 2))
re2 = w2 * d2ekv/ mu2
nu2 = .021 * re2^ .8 * pr2 ^ .43
alfa2 = nu2 *lyamda2 / d2ekv
k = 1 / (1 /alfa1 + delta1 / lyamdam + 1 / alfa2)
fr = q * 1000 / k/ dt
l = fr / 3.14 /(d1 + delta1)
m = 3.14 / 4 *(((d1 + delta1) ^ 2 — d1 ^ 2) * (l + l1 + l2 + l3) + ((d2 + delta2) ^ 2 — d2 ^2) * l) * rom
z = m * en * sm +g1 * (1 + lyamda * (l + l1 + l2 + l3) / d1 + dzeta) * kpd1 * kpd2 * h * sel *.001 * w1 ^ 2 / 2 / 9.81
PRINT«w1=»; w1; TAB(15); «d1=»; d1; TAB(30);«delta1=»; delta1; TAB(45); «l=»; l; TAB(60);«z=»; z
NEXT: NEXT
END
5. Результати розрахунків у QBASIC б2 d2
0.0073 0.25
w1, м/с d1, м б1, м L, м Z, грн/год
.4 .23268031 .01305 8.14001 1097.26
.6 .18998268 .01179 9.00539 848.947
.8 .16452983 .01097 9.76593 724.761
1 .14715995 .01038 10.4481 657.525
1.2 .13433804 .00991 11.0702 623.369
1.4 .12437286 .00954 11.6447 611.645
1.6 .11634016 .00923 12.1802 616.918
1.8 .10968655 .00896 12.6834 636.157
2 .1040578 .00873 13.1591 667.572
2.2 .09921522 .00852 13.611 710.07
2.4 .09499134 .00834 14.0422 762.967
2.6 .09126473 .00817 14.455 825.841
2.8 .08794489 .00802 14.8516 898.436
3 .08496284 .00788 15.2335 980.609
3.2 .08226491 .00776 15.6021 1072.29
3.4 .07980869 .00764 15.9587 1173.48
3.6 .0775601 .00753 16.3042 1284.19
3.8 .07549146 .00743 16.6397 1404.49
4 .07357998 .00734 16.9657 1534.46
4.2 .0718067 .00725 17.2831 1674.18
4.4 .07015575 .00716 17.5924 1823.76
4.6 .06861368 .00709 17.8942 1983.32
4.8 .06716902 .00701 18.189 2152.98
5 .06581193 .00694 18.4771 2332.86
б2 d2
0.008 0.3
w1, м/с d1, м б1, м L, м Z, грн/год
0.4 .32680312 .013048 9.593718 1138.274
0.6 .189982679 .01179 10.77816 892.6906
0.8 .164529826 .010972 11.80706 771.2051
1 .14715995 .010377 12.72505 706.5952
1.2 .134338041 .009914 13.55975 675.0131
1.4 .124372858 0.00954 14.3292 665.8462
1.6 .16340156 .009226 15.04585 673.6911
1.8 .09686551 .008959 15.71869 695,5492
2 .104057799 .008726 16.35445 729.6609
2.2 .099215218 .00852 16.95832 774.9588
2.4 .094991339 .008337 17.53438 830.7873
2.6 .091264727 .008172 18.08594 896.7474
2.8 .087944891 .008022 18.6157 972.6068
3 .084962837 .007885 19.12589 1058.245
3.2 .082264913 .007758 19.6184 1153.619
3.4 .079808688 .007642 20.09485 1258.738
3.6 .077560104 .007533 20.5566 1373.652
3.8 .075491462 .007432 21.00486 1498.439
4 .073579975 .007338 21.44066 1633.195
4.2 .071806703 .007249 21.86493 1778.035
4.4 .070155754 .007165 22.27846 1933.082
4.6 .068613681 .007086 22.682 2098.471
4.8 .06716902 .007011 23.07617 2274.341
5 .06581193 .006939 23.46155 2460.836
б2 d2
0.0086 0.35
w1, м/с d1, м б1, м L, м Z, грн/год
.4 .232680312 .013048 11.25716 1190.611
.6 .189982679 .01179 12.80816 948.84146
.8 .164529826 .010972 14.14511 831.47296
1 .14715995 .010377 15.33363 777.6505
1.2 .134338041 .009914 16.41215 742.9351
1.4 .124372858 .00954 17.40517 737.43137
1.6 .116340156 .009226 18.32934 748.90376
1.8 .109686551 .008959 19.19659 774.39992
2 .104057799 .008726 2.01578 812.20129
2.2 .099215218 .00852 2.79372 861.27755
2.4 .094991339 .008337 21.53574 921.0069
2.6 .091264727 .008172 22.24615 991.02195
2.8 .087944891 .008022 22.92845 1071.1202
3 .084962837 .007885 23.58555 1161.2094
3.2 .082264913 .007758 24.21991 1261.2731
3.4 .079808688 .007642 24.83358 1371.3476
3.6 .077560104 .007533 25.42836 1491.5074
3.8 .075491462 .007432 26.00579 1621.8544
4 .073579975 .007338 26.56722 1762.5105
4.2 .071806703 .007249 27.11382 1913.6125
4.4 .070155754 .007165 27.64663 2075.3082
4.6 .068613681 .007086 28.1666 2247.7536
4.8 .06716902 .007011 28.67455 2431.111
5 .06581193 .006939 29.17121 2625.547
б2 d2 0.0092 0.4 w1, м/с d1, м б1, м L, м Z, грн/год .4 .23268031 .01305 13.1251 1255.3841 .6 .18998268 .01179 15.0886 1020.7086 .8 .16452983 .01097 16.7721 909.3363 1 .14715995 .01038 18.2647 854.21246 1.2 .13433804 .00991 19.6173 831.67772 1.4 .12437286 .00954 20.8615 831.27846 1.6 .11634016 .00923 22.0188 847.74343 1.8 .10968655 .00896 23.1045 878.18555 2 .1040578 .00873 24.1297 920.94196 2.2 .09921522 .00852 25.1031 975.03117 2.4 .09499134 .00834 26.0315 1039.8751 2.6 .09126473 .00817 26.9203 1115.1463 2.8 .08794489 .00802 27.7738 1200.6792 3 .08496284 .00788 28.5959 1296.4163 3.2 .08226491 .00776 29.3894 1402.3737 3.4 .07980869 .00764 30.1572 1518.6195 3.6 .0775601 .00753 30.9013 1645.2582 3.8 .07549146 .00743 31.6237 1782.4207 4 .07357998 .00734 32.3261 1930.2573 4.2 .0718067 .00725 33.01 2088.9325 4.4 .07015575 .00716 33.6767 2258.6211 4.6 .06861368 .00709 34.3273 2439.5056 4.8 .06716902 .00701 34.963 2631.7743 5 .06581193 .00694 35.5845 2835.6195 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Висновки
1. Під часвиконання даної курсової роботи був розрахований оптимальний діаметр тепловоїмережі системи теплопостачання від джерела до споживача при змінній швидкостітеплоносію та витратах на електроенергію.
2. Розрахункибули виконані двома способами: у середовищі Microsoft Excel та за допомогоюалгоритмічної мови програмування Quick Basic. При виконанні завдання булиотримані навички роботи з електронними таблицями та з графічним відображеннямінформації. При написанні програми до курсової роботи згадали прийоми та методиалгоритмічного програмування.
3. До курсовоїроботи було зроблено креслення теплової мережі.
4. Розрахункипараметрів системи теплопостачання, виконані двома способами збігаються.
5. Основною метоюкурсової роботи було визначення оптимального діаметра dопт тепловоїмережі теплопостачання від джерела до споживача при зміні швидкості теплоносія увнутрішньому контурі (у діапазоні = 0,4÷0,5 м/с) та діаметратеплообмінника зовнішнього контуру d2 (у діапазоні = 0,25÷0,4м) при даних вхідних параметрах.
При зростаннішвидкості теплоносія w1 у трубопроводі. Відповідно зменшується йогодіаметр d1 та товщина стінки δ1, що зменшує витратина матеріал трубопроводу. Однак відповідно зростає гідравлічний опір, отже,витрати енергії на привод мережного насоса
У Курсовій роботіотримані оптимальні значення швидкості теплоносія w1, при якійщорічні витрати на енергосистему будуть мінімальні.
Для d1 =0.25 мінімальне значення швидкості витрат на енергосистему
Z= 611,6454 грн.при w1 = 1,4 м/с, де d1 = 0,124372858 м, δ1 =0,00954 м
Для d2 =0.3 мінімальне значення швидкості витрат на енергосистему
Z= 665,8462 грн. приw1 = 1,4 м/с, де d1 = 0,124372858 м, δ1 =0,00954 м
Для d3 =0.35 мінімальне значення швидкості витрат на енергосистему
Z= 737,4314 грн. приw1 = 1,4 м/с, де d1 = 0,124372858 м, δ1 =0,0954 м
Для d4 =0.4 мінімальне значення швидкості витрат на енергосистему
Z= 831,278 грн. приw1 = 1,4 м/с, де d1 = 0,12437286 м, δ1 =0,0095 м
Переліквикористаної літератури
1. Довженко В.А., Колєсніков Ю.В. MS Excel2003. СПБ., БВХ-Петербург, 2004.
2. Ананьев А.В., Федоров А.М. Самоучитель Visual Basic 6.0.
3. А.В. Кузін, С.В. Левонисова Бази даних: підр. посібникдля студ. вищ. навч. закладів, 2008.
4. Клима И. Оптимизация энергетическихсистем. — М.: Высш. шк., 1991.-302 с.
5. ГринчишинЯ.Т., Алгоритмы и программы на Бейсике. — М.; “Просвещение” 1988.
6. БундюкА.М. Програмування в середовищі QBASIC: Конспект лекцій. — Одеса: ОДПУ, 1996. – 124 с.
7. ФароновВ.В., Delphi. Програмування на мові високого рівня, 2005 г.