Оптимізація параметрів елементів системи теплопостачання (стр. 1 из 3)
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 p1, p2 – відповідно тиск всередині трубопроводу внутрішнього та зовнішнього контурів, МПа;
[σм] - 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;
d2екв=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/м3Витрата коштів на енергосистему за рік:
,
Де Ен - нормативний коефіцієнт, що дорівнює 0,15:
Sм- вартість металу трубопроводу, грн/кг;
Sел- 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