Вариант 9

Задача №1
На солнечной электростанции башенного типа установлено п=323 гелиостатов, каждый из которых имеет поверхность F_г=40 м². Гелиостаты отражают солнечные лучи на приемник, на поверхности которого зарегистрирована максимальная энергетическая освещенность Н _пр = 2,5 МВт/м^г. Коэффициент отражения гелиостата R_г =0,8. коэффициент поглощения приемника А_пр =0,95. Максимальная облучен­ность зеркала гелиостата H_г=600 Вт/м² .

Определить площадь поверхности приемника F_пр и тепловые потери в нем, вызванные излучением и конвекцией, если рабочая температура теплоносителя со­ставляет t=520 °С. Степень черноты приемника е_пр =0,95. Конвективные потери вдвое меньше потерь от излучения.

Дано: n=323 Fг=40 м2 Н пр=2,5МВт/м2 =2,5‧106 Вт/м2 Rг =0,8 Апр =0,95 Hг=600 Вт/мг t=520 °С=793 епр =0,95

Найти:Fпр, qлуч - ?

Решение:

Энергия, полученная приемником от солнца через гелиостаты (Вт), может быть определена по уравнению:

Q = R_г·А_пр·F_г Н_г ·п = =0,8·0,95·40·600·323=5891520 Вт
где Н_г - облученность зеркала гелиостата в Вт/м²

F_г- площадь поверхности гелиостата, м²;

п - количество гелиостатов;

R_г - коэффициент отражения зеркала концентратора,

A_пр - коэффициент поглощения приемника

Площадь поверхности приемника может быть определена, если известна энер­гетическая освещенность на нем Н_пр Вт/ м² ,
F_пр=Q/H_пр=5891520/2500000=2,357 м²

В общем случае температура на поверхности приемника может достигать t_пов= 1160 К, что позволяет нагреть теплоноситель до 700 ^оС. Потери тепла за счет излучения в теплоприемнике можно вычислить по закону Стефана-Больцмана:



где T - абсолютная температура теплоносителя, К;

е_пр - степень черноты серого тела приемника;

C_o - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт / (м

---

²·K⁴)




Ответ: Площадь поверхности приемника F_пр=2,357 м², тепловые потери, вызванные излучением и конвекцией Вт
Задача №2
Считается, что действительный КПД η_действ океанической ТЭС, использующей температурный перепад поверхностных и глубинных вод (T₁-T₂)= ∆T и рабо­тающей по циклу Ренкина, вдвое меньше термического КПД установки, работающей по циклу Карно, η_t^k. Оценить возможную величину действительного КПД ОТЭС, ра­бочим телом которой является аммиак, если температура воды на поверхности океана t₁= 21 °С, а температура воды на глубине океана t₂= 4 °С. Какой расход теплой воды V, м³/c потребуется для ОТЭС мощностью N= 2 МВт ?

Считать, что плотность воды ρ= 1·10 ³ кг/м³ , а удельная массовая теплоем­кость С_p = 4,2·10³ Дж/(кг-К).

Дано: ηдейств=0,5· ηtk t1= 21 °С=294 К t2= 4 °С=277 К N= 2 МВт=2‧106 Вт ρ= 1·10 3 кг/м3 Сp = 4,2·10 3 Дж/(кг·К)

Найти: ηдейств - ? V-?

Решение:

Разность температур поверхностных и глубинных вод:

∆T = T₁-T₂ = 294-277=17 K.

Термического КПД установки, работающей по циклу Карно, η_t^k:

η_t^k=(∆T)/T₁= .

В идеальном теоретическом цикле Карно механическая мощность N₀ (Вт) может быть определена как:

N₀=η_t^k·Q_o

Реальный КПД установки, работающей по цик­лу Ренкина (по условию):

η_действ=0,5· η_t^k=0,5·0,0578=0,0289

Механическая мощность N (Вт) в установке, работающей по циклу Ренкина:

N= η_действ ·Q_o
Тепловую мощность Q_o (Вт), полученную от теплой воды можно представить как:

= =69,2 МВт

или как Q₀=p·V·C_p·∆T, отсюда расход теплой воды V:

Ответ: действительного КПД ОТЭС η_действ

---

=2,89 %,

расход теплой воды V = 2,81 м³/c
Задача №3
Определить начальную температуру t₂ и количество геотермальной энергии Е_o (Дж) водоносного пласта толщиной h=0,6 км при глубине залегания z=3,5 км, если заданы характеристики породы пласта: плотность р_гр = 2700 кг/ м³ ; пористость а = 5 %; удельная теплоемкость С_гр =840 Дж/(кг· К). Температурный градиент (dT/dz) =35 °С /км

Среднюю температуру поверхности t_o принять равной 10 °С. Удельная теплоемкость воды С_в = 4200 Дж/(кг · К); плотность воды ρ= 1·10³ кг/м³ . Расчет произвести по отношению к площади поверхности F = 1 км². Минимально допустимую температуру пласта принять равной t₁ =40 ° С.

Определить также постоянную времени извлечения тепловой энергии τ_o(лет) при закачивании воды в пласт и расходе ее V =0,1 м³/(с·км²). Какова будет тепло­вая мощность, извлекаемая первоначально (dE/dτ)_τ=0 и через 10 лет (dE/dτ)_τ=10 ?

Дано: h=0,6 км=0,6‧103 м z=3,5 км=3,5‧103 м ргр = 2700 кг/ м3 λгр =2 Вт/(м·К) а = 5 % Сгр =840 Дж/(кг· К) (dT/dz) =35 °С /км to=10 °С=283 К Св = 4200 Дж/(кг · К) ρ= 1·103 кг/м3 F = 1 км2 t1 =40 ° С=313 К V =0,1 м3/(с·км2) 1.) τ=0 лет 2.) τ=10 лет

Найти: t2, Еo, τo

Решение:

Определим температуру водоносного пласта перед началом его эксплуатации:

T₂=T_o+(dT/dz)·z=10+35·3,5=132,5 °С=405,5 K

[°С+ ·км]= [°С]

Теплоемкость пласта С_пл (Дж/К) можно определить по уравнению:

C_пл=[α·ρ_в·C_в+(1-α)·ρ_гр·C_гр]·h·F=

=[0,05·1·10³·4200+(1-0,05)· 2,7·10³·840]· 600·1·10⁶=(210000+2154600)· 600·1·10⁶=

=141876·10¹⁰ Дж/К=1,4·10 ¹⁵ Дж/К

[ ]·м·м²=[Дж/К]

Тепло­вая мощность, извлекаемая первоначально Е_o (Дж):

E₀=C_пл·(T₂-T₁)= 189168·10¹⁰ ·(405,5-313)=

=18798570· 10¹⁰ Дж= 1,9·10 ¹⁷ Дж

[ ]=Дж

Постоянную времени пласта τ₀ (возможное время его использования, лет) в случае отвода тепловой энергии путем закачки в него воды с объемным расходом V (м

---

³/с) можно определить по уравнению:
τ₀=C_пл/(V·ρ_в·С_в) =




Ответ: начальная температура t₂ = 132,5 °С, тепловой потенциал к началу эксплуатации Е_o=1,9· 10 ¹⁷ Дж, возможное время использования пласта τ₀=107 лет; тепловая мощность, извлекаемая первоначально МВт, через 10 лет 50,95 МВт

Задача №4
Определить объем биогазогенератора V_б и суточный выход биогаза V_г в уста­новке, утилизирующей навоз от n=10 коров, а также обеспечиваемую ею тепловую мощность N (Вт). Время цикла сбраживания τ = 14 сут при температуре t = 25 ° С; подача сухого сбраживаемого материала от одного животного идет со скоростью W = 2 кг/сут; выход биогаза из сухой массы ν_г= 0,24 м³ /кг . Содержание метана в биогазе составляет 70 %. КПД горелочного устройства η=0,6. Плотность сухого мате­риала, распределенного в массе биогазогенератора, р _сух ≈50 кг/м^г . Теплота сгора­ния метана при нормальных физических условиях Q_н^р =28 МДж/м³.

Дано: n=10 τ = 14 сут t = 25° С W = 2 кг/сут νг= 0,24 м3 /кг η=0,6 р сух ≈50 кг/мг Qнр =28 МДж/м3 Fм=70%=0,7

Найти: Vб, Vг, N

Решение:

Подача сухого сбраживаемого материала от 10 животных идет со скоростью m₀ ( кг/сут):

m₀=W·n=2·10=20 кг/сут;

Cуточный объем жидкой массы V_сут, поступающей в биогазогенерагор (м³/сут) мож­но определить по формуле:

V_сут=m₀/ρ_сух=20/50=0,4 м³/сут

Объем биогазогенератора, необходимого для фермы (м³):

V_б=τ·V_сут =14·0,4=5,6 м³
Суточный выход биогаза:

V_г=m₀·ν _г =20·0,24=4,8 м³/сут
Тепловая мощность устройства

---

, использующего биогаз (МДж/сут):

N=η·Q_н^р·V_г·ƒ_{м =} 0,6·28·4,8·0,70= 56,5 МДж/сут.
Ответ: объем биогазогенератора V_б=5,6 м³, суточный выход биогаза V_г =4,8 м³/сут, тепловая мощность устройства, использующего биогаз

N =56,5 МДж/сут.
Задача №5
Для отопления дома в течение суток потребуется Q=0,6 ГДж теплоты. При ис­пользовании для этой цели солнечной энергии тепловая энергия может быть запасена в водяном аккумуляторе. Допустим, что температура горячей воды t₁=52 ° С. Какова должна быть емкость бака аккумулятора V (м³), если тепловая энергия может ис­пользоваться в отопительных целях до тех пор, пока температура воды не понизится до t₂=28°C? Величины теплоемкости и плотности воды взять из справочной литературы.

Дано: Q=0,60 ГДж=6‧108 Дж t1=52 °С=325 К t2=28°C=301 К ρ=1000 кг/м3 ср=4,2·103 Дж/(кг·К)

Найти: V-?

Решение:

Количество теплоты для отопления дома рассчитывается по формуле:

, где с_р – теплоемкость теплоносителя (воды); - масса воды

Емкость бака аккумулятора



Ответ: емкость бака аккумулятора V=5,95 м³.
Задача №6
Используя формулу Л. Б. Бернштейна, оценить приливный потенциал бассейна Э _пот (кВт·ч), если его площадь F=3500 км², а средняя величина прилива R_ср =5,2м.

Дано: F=3500 км2 Rср =5,2м

Найти Э пот - ?

Решение:

Приливный потенциал бассейна Э _пот (кВт·ч):

Э_пот =1,97·10⁶·R²_ср·F = 1,97·10⁶·5,2²·3500 =

= 186·10⁹ кВт·ч.
Ответ: приливный потенциал бассейна Э _пот = 186·10⁹ кВт·ч.

Задача №7
Как изменится мощность малой ГЭС, если напор водохранилища Н в засуш­ливый период уменьшится в n=3 раза, а расход воды V сократится на m=40 % Потери в гидротехнических сооружениях, водоводах, турбинах и генераторах считать постоян­ными.

---

Смотрите также файлы

• Смысловое чтение как метапредметный результат образования Смысловое чтение или осмысленное чтение.docx

• В., Пономарева К. А. Выпускная квалификационная работа учебное пособие.doc

• Зекирья Даглас ТиМ(немецкий) Задание Терминологический словарь.docx

• Зекирья Даглас ИнЯз ТиМ(немецкий) Задание 1 Эссеразмышление Опасность, которая потрясла меня больше всего.docx

• Занятие 1. Тема. Общие закономерности роста и развития организма.docx