Оптимізація параметрів елементів системи теплопостачання

Размещено на http://www.allbest.ru

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 комп'ютерами для розв'язання широкого кола задач, починаючи з оформлення інженерної документації аж до пошуку оптимальних рішень щодо функціонування складних енергетичних об'єктів.

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 розв'язання практичної задачі оптимізації в галузі енергетики та відповідного оформлення отриманих результатів з використанням комп'ютерних технологій.

При виконанні курсової роботи студент має можливість проявити свої творчі здібності, бо сучасний рівень розвитку комп'ютерної 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=0.4ч5.0 м/с) та діаметра теплообмінника зовнішнього контуру d2 (у діапазоні 0,25ч0,4м).

При зростанні швидкості теплоносія w1 у трубопроводі відповідно зменшується його діаметр d1 та товщина стінки д1, 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;

р- коефіцієнт, що дорівнює 3,14;

с1- 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;

[ум] - припустима міцність матеріалу трубопроводу, МПа.

d2 - діаметр зовнішнього контору, що змінюється в діапазоні 0,25ч0,4м.

Число Рейнольда для внутрішнього та зовнішнього контурів:

(1.4)

(1.5)

де v1,v2 - відповідно середня кінематична в'язкість теплоносіїв внутрішнього та зовнішнього контурів при заданій температурі, м2/с;

d2екв=d2-d1-1 - еквівалентний діаметр кільцевого каналу теплообмінника, м;

- швидкість теплоносія у кільцевому каналі теплообмінника, м/с;

p2 - густина теплоносія в зовнішньому контурі, кг/м3;

G2- 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:

Sм- вартість металу трубопроводу, грн./кг;

Sел- вартість 1 кВт•год електроенергії;

л- коефіцієнт тертя трубопроводу;

?- підсумковий коефіцієнт місцевого опору трубопроводу;

- ККД мережного насоса;

- ККД електродвигуна для приводу насоса;

g - прискорення вільного падіння, м/с2



Електронна таблиця з оптимізаційними розрахунками енергосистеми

Варіант 12

Таблиця 1

Початкові дані для розрахунку
Витрата теплоносія у внутр.. контурі, G1, кг/с	26
Витрата теплоносія у зовн. контурі, G2, кг/с	41
Густина теплоносія внутр. контуру, p1, кг/м3	1000
Густина теплоносія зовн. контуру, p2, кг/м3	1000
Густина матеріалу трубопроводів, pм, кг/м3	8000
Нормативний коефіцієнт, Ен	0,15
Тиск теплоносія внутр. контуру, Р1, Мпа	2,1
Тиск теплоносія зовн. контуру, Р2, Мпа	1,6
Міцність матер. трубопроводів, у, Мпа	31
Довжина ділянки трубопроводу, L1, м	31
Довжина ділянки трубопроводу, L2, м	41
Довжина ділянки трубопроводу, L3, м	51
Число годин роботи системи за рік, h, год	6600
ККД мережного насоса, зн	0,7
ККД електродвигуна, зэл	0,9
Вартість електроенергії, Sел, грн/(кВт)	0,4
Вартість металу трубопроводу, Sм, грн/кг	2,6
Підсумковий коеф. місц. опору трубопроводу, Уом	30
Коеф. тертя трубопроводу, л	0,02
Теплова продуктивність системи, Q, кВт	210
Питома теплоємність теплоносіїв, с, Дж/(кг•К)	4180
Температура на вих. теплообмінника, Т2вих, гр. С	60
Температурний напір, ?t, гр. С	26
Коф. теплопровідності матер. трубопроводу, лм, Вт/(м•К)	40
Число Прандтля для внутр. контуру, Pr1	2,2
Число Прандтля для зовн. контуру, Pr2	3
Коеф. теплопровідності теплонос. внутр. контуру, л1, Вт/(м•К)	0,67
Коеф. теплопровідності теплонос. Зовн. контуру, л2, Вт/(м•К)	0,66
Кінемат. в'язкість теплонос. внутр. контуру, v1, м2/с
Кінемат. в'язкість теплонос. зовн. контуру, v2, м2/с
Прискорення вільного падіння, g, м/с2	9,81
Швидкість теплоносія у внутр. Контурі, W1, м/с	0,4ч 5,0
Діаметр теплообмінника у зовн. контурі, d2 , м	0,25 ч 0,4

Схема енергомережі

Програма

Розрахунки виконуються за допомогою програми QBASIK

Програма оптимізації діаметра системи теплопостачання

Склав студент групи ТМ-1107 Момзіков Олексій Сергійович

1)Скрин программы

2)Текстовое изображение программы

'CLS

CONST rom = 8000

CONST ro1 = 1000

CONST ro2 = 1000

CONST en = 0.15

CONST dzeta = 30

CONST lyamda = 0.02

CONST lyamda1 = 0.67

CONST lyamda2 = 0.66

CONST lyamdam = 40

CONST cpd2 = 0.9

CONST sel = 0.4

CONST c = 4180

CONST pr1 = 2.2

CONST pr2 = 3

CONST mu1 = 3.6E-07

CONST mu2 = 4.8E-07

DIM g1, 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

INPUT "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, dt

FOR d2 = .25 TO .45 STEP .05

delta2 = .1 * (d2 * p2 / (2 * sigma / 2.5 - p2)) ^ .5

FOR w1 = .4 TO 5 STEP .2

d1 = SQR(4 * g1 / 3.14 / ro1 / w1)

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) * cpd1 * cpd2 * h * sel * .001 * w1 ^ 2 / 2 / 9.81

PRINT "d2="; d2; "m"

PRINT w1; TAB(15); d1; TAB(30); delta1; TAB(45); l; TAB(60); z

SLEEP (5000)

NEXT

NEXT

END

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.

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

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

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