Курсова робота

з дисципліни: «Основи інформатики та обчислювальної техніки»

на тему «Оптимізація параметрів елементів системи теплопостачання»

Одеса 2010

Вступ

Дана курсова робота – це поєднання усіх навиків які були отримані студентом на протязі навчального курсу програми.

Курсова робота передбачає в собі розрахунок оптимального діаметру енергосистеми для найменших затрат.

В роботі використовується поєднання як текстових так і графічних редакторів, а також однієї з вивчених алгоритмічних мов програмування.

Для перевірки правильності виконаних розрахунків уся робота виконується двома способами, збіжність котрих і буде свідченням правильності виконання. Серед таких методів в курсовій роботі використаний пакет Microsoft Excel та для перевірки мова програмування Basic, алгоритм програми якої був написаний за допомогою програми QBasic.

1. 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 δ₁, 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.

2. Текст завдання курсової роботи з розрахунковими формулами

Визначають діаметр внутрішнього контуру енергосистеми:

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

π- коефіцієнт, що дорівнює 3,14;

ρ₁- густина теплоносія внутрішнього контору, кг/м³;

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

Визначають товщину стінки трубопроводів внутрішнього та зовнішнього контурів енергосистеми:

,

де p_1, p₂ – відповідно тиск всередині трубопроводу внутрішнього та зовнішнього контурів, МПа;

[σ_м] - припустима міцність матеріалу трубопроводу, МПа.

d2 – діаметр зовнішнього контору, що змінюється в діапазоні 0,25÷0,4м.

Число Рейнольда для внутрішнього та зовнішнього контурів:

;

де w₂,w₂ – відповідно середня кінематична в’язкість теплоносіїв внутрішнього та зовнішнього контурів при заданій температурі, м²/с;

d_2екв=d₂-d₁-₁ - еквівалентний діаметр кільцевого каналу теплообмінника, м;

швидкість теплоносія у кільцевому каналі теплообмінника, м/с;

p₂ – густина теплоносія в зовнішнього контурі, кг/м³;

G₂- витрата теплоносія в зовнішньому контурі, кг/с;

Число Нусальта для внутрішнього та зовнішнього контурів:

; ,

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

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

;

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

Коефіцієнти теплопередачі від внутрішнього до зовнішнього контурів:

,

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

Розрахункова площа теплообмінника:

,

Де Q-теплова продуктивність енергосистеми, кВт;

- температурний напір, К.

Довжина теплообмінника типу «труба в трубі»:

.

Маса матеріалу енергосистеми:

Де - відповідно довжина ділянок енергосистеми, м;

- густина матеріалу трубопроводів, кг/м³

Витрата коштів на енергосистему за рік:

,

Де Е_{н -} нормативний коефіцієнт, що дорівнює 0,15:

S_м- вартість металу трубопроводу, грн/кг;

S_ел- вартість 1 кВт∙год електроенергії;

λ- коефіцієнт тертя трубопроводу;

∑- підсумковий коефіцієнт місцевого опору трубопроводу;

- ККД мережного насоса;

- ККД електродвигуна для приводу насоса;

g – прискорення вільного падіння, м/с²

3. Електронна таблиця з оптимізаційними розрахунками енергосистеми

Таблиця 1

Початкові 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 програмування QBASIK

Розрахунки виконуються за допомогою програми QBASIK

Програма оптимізації діаметра системи теплопостачання

Склав студент групи ТЕ –0901 Незгодюк Л.И.

Вхідні дані для розрахунку

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 1 STEP .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 час виконання даної курсової роботи був розрахований оптимальний діаметр теплової мережі системи теплопостачання від джерела до споживача при змінній швидкості теплоносію та витратах на електроенергію. 2. Розрахунки були виконані двома способами: у середовищі Microsoft Excel та за допомогою алгоритмічної мови програмування Quick Basic. При виконанні завдання були отримані навички роботи з електронними таблицями та з графічним відображенням інформації. При написанні програми до курсової роботи згадали прийоми та методи алгоритмічного програмування. 3. До курсової роботи було зроблено креслення теплової мережі. 4. Розрахунки параметрів системи теплопостачання, виконані двома способами збігаються. 5. Основною метою курсової роботи було визначення оптимального діаметра dопт теплової мережі теплопостачання від джерела до споживача при зміні швидкості теплоносія у внутрішньому контурі (у діапазоні = 0,4÷0,5 м/с) та діаметра теплообмінника зовнішнього контуру d2 (у діапазоні = 0,25÷0,4 м) при даних вхідних параметрах. При зростанні швидкості теплоносія w1 у трубопроводі. Відповідно зменшується його діаметр d1 та товщина стінки δ1 , що зменшує витрати на матеріал трубопроводу. Однак відповідно зростає гідравлічний опір , отже , витрати енергії на привод мережного насоса У Курсовій роботі отримані оптимальні значення швидкості теплоносія w1 , при якій щорічні 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. при w1 = 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. при w1 = 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. при w1 = 1,4 м/с , де d1 = 0,12437286 м , δ1 = 0,0095 м Перелік використаної літератури Довженко В.А., Колєсніков Ю.В. MS Excel 2003. СПБ., БВХ-Петербург , 2004. Ананьев А.В., Федоров А.М. Самоучитель Visual Basic 6.0. А.В. Кузін, С.В. Левонисова Бази даних: підр. посібник для студ. вищ. навч. закладів, 2008. Клима И. Оптимизация энергетических систем. - М.: Высш. шк., 1991.-302 с. Гринчишин Я.Т., Алгоритмы и программы на Бейсике. - М.; “Просвещение” 1988. Бундюк А.М. Програмування в середовищі QBASIC: Конспект лекцій. - Одеса: ОДПУ, 1996. – 124 с. Фаронов В.В., Delphi. Програмування на мові високого рівня, 2005 г. 1. Реферат Краткая история представления о Вселенной 2. Курсовая на тему Аудит расчетов с покупателями и заказчиками на примере ОАО Икар 3. Статья История законодательства об ответственности за взяточничество в Российской империи 4. Реферат Современные банковские автоматизированные системы 5. Реферат Структура собственности в экономике развитых стран 6. Реферат на тему Спрединг океанического дна 7. Задача Диагностика когнитивной готовности детей к процессу обучения 8. Курсовая на тему Сущность и роль ценовой политики и ценовых стратегий 9. Биография на тему Орбелян Константин Гарриевич 10. Реферат Напрями виховання та їх загальна характеристика Bukvasha Правила Контакты