Курсовая с практикой на тему Расчёт теплового баланса

Содержание:

Введение 3
Методология тепловых расчетов 7
Расчет теплового баланса 10
Заключение 16
Список использованной литературы 17

Введение:

Цель данной курсовой работы проверить сохранение энергии на заданном участке трубопровода, проверить соблюдение материального баланса для входящих и выходящих параметров системы. 
Главная проблема в тепловых расчетах и составлении теплового баланса это учет всех входящих и выходящих потоков, правильный подобранный расчет для системы (теплопередача, теплоотдача, теплопроводность), а также соблюдение одинаковых условий для параметров всей системы. То есть по ходу работы нужно отталкиваться от закона сохранения энергии в системе.
Закон сохранения энергии гласит, что в замкнутой систему сумма всех видов энергии постоянна, энергия не может ни исчезнуть бесследно, ни возникнуть из ничего, она может перейти только в строго эквивалентное количество другого вида энергии.
Теплота представляет собой один из видов энергии, и если она в данном аппарате не превращается в другой вид энергии, то закон может быть записан в другом виде: приход теплоты в данном цикле производства должен быть точно равен расходу ее же в этом же цикле. При этом должно быть учтено теплосодержание каждого компонента, как входящего, так и выходящего из процесса или аппарата, а также теплообмен с окружающей средой.
Изменение, которое претерпевает в процессе производства вещество, может быть или физическим, в результате которого вещество меняет только физические свойства, или химическим, в результате которого вещество претерпевает изменение химического состава. Эти изменения в свою очередь приводят к возникновению тепловых эффектов (экзотермического и эндотермического), которые также должны быть учтены при расчете энергетического баланса .
Таким образом, прежде чем приступать к составле¬нию теплового баланса того или иного технологического процесса, необходимо ясно и четко представлять себе все закономерности этого процесса. Также в подавляющем большинстве случаев расчет технологического процесса следует начинать с материального баланса.
Энергетический (тепловой) баланс любого аппарата может быть представлен в виде уравнения, связывающего приход и расход энергии (тепла) процесса (аппарата). Энергетический баланс составляется на основе закона со¬хранения энергии, в соответствии с которым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна. 
Применительно к тепловому балансу закон сохране¬ния энергии формулируется следующим образом: приход теплоты в данном аппарате (или производственной операции) должен быть равен расходу теплоты в том же аппара¬те (или операции).
Для аппаратов (процессов) непрерывного действия тепловой баланс, как правило, составляют на единицу времени, а для аппаратов (процессов) периодического действия — на время цикла (или отдельного перехода) обработки.
Тепловой баланс рассчитывают с учетом тепловых эффектов (экзотермических и эндотермических) химиче¬ских реакций и физических превращений (испарение, конденсация и т.п.), происходящих в аппарате с учетом подвода теплоты извне и отвода ее с продуктами реакции, а также прямого ввода энергии в систему (в виде электроэнергии) и ее потерь, например, через стенки аппарата (в виде конвективного тепла и лучистой энергии) [1, 51-52].
Перенос тепловой энергии в теле или системе тел, осуществляемый теплопроводностью, конвекцией и излучением, представляет собой слож-ный процесс, называемый теплопередачей.

Заключение:

В курсовой работе были применены методы для определения материального и теплового баланса заданного участка трубопровода, были определены начальные и конечные параметры теплоносителя, подобраны необходимые параметры для реальных условий. 
Был произведен расчет параметров влажного воздуха на основе его молярного состава, его влажности и заданных начальных параметров. 
Была рассчитана энтальпия начальных и конечных точек сжатого воздуха, произведен расчет теплоты, проходящий через измеряемый участок трубопровода.
Также разобрана основная теория теплоты и теплового баланса, разобраны вопросы по актуальности применения теплового расчета и нахождения тепловых потерь.

Фрагмент текста работы:

МЕТОДОЛОГИЯ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ

Энергетический (тепловой) баланс любого аппарата может быть представлен в виде уравнения, связывающего приход и расход энергии (тепла) процесса (аппарата). Энергетический баланс составляется на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна:
 
 
Тепловой баланс подобно материальному выражают в виде таблиц.

Таблица 1 – Расход и приход
Приход Расход
Статья прихода Количество, кг Статья расхода Количество, кг
Вещество А QA Вещество А (остаток) Q’A
Вещество В QB Вещество B (остаток) Q’B
Эффект l (экзотермический) Ql Эффект!
(эндотермический) Q’L
Прямой ввод энергии (например, с электрическим током) Qv Прямые потери энергии 1 (например, с поверхности в виде лучистого тепла и конвекции) Q’v
Продукт С Qc
Продукт О Qo
ИТОГО:  
ИТОГО:  

Большинство металлургических процессов представ¬ляют собой многофазные взаимодействия, для которых целесообразно просчитывать тепловые балансы для каждой фазы отдельно:
 (1.1)
Где  , , — количество теплоты, вносимое в аппарат твердыми, жидкими и газообразными веществами соот¬ветственно;  , ,  — количество теплоты, уносимое из аппарата выходящими продуктами и полупродуктами ре¬акции и не прореагировавшими исходными веществами в твердом, жидком и газообразном виде;  , — теплота физических процессов, происходящих с выделением (Оф) и поглощением (О’ф) теплоты (например, фазового перехода)  и   — количество теплоты, выделяющееся в результате химических преобразований; экзо- ( ) и эндотермических реакций ( ); — количество теплоты, подводимое в ап¬парат извне (в виде дымовых газов, нагретого воздуха, сжигания топлива, электроэнергии и т.п.); Q’n — потери те¬пла в окружающую среду (лучеиспусканием или конвекци¬ей с поверхности), а также отвод тепла через холодильни¬ки, размещенные внутри аппарата.
Величины  , , , , ,  рассчитывают для каждого вещества, поступающего в аппарат и выходящего из него по формуле:
Q = G∙c∙T, (1.2)
        где G — количество вещества, кг; с — теплоемкость этого вещества, Дж/(кг-К); Т-температура вещества, К.
Теплоемкости газов, участвующих в процессе, для данной температуры можно рассчитать, пользуясь формулой
с = а0 + а1∙T + а2∙ T2,       (1.3)
Коэффициенты a можно найти в термодина¬мических справочниках.
При проведении тепловых расчетов чаще всего придитс иметь дело со смесями веществ, поэтому для смеси трех веществ в количестве G1, G2 и G3, имеющих те¬плоемкости С1, С2 и С3, теплоемкость смеси будет равна:
  (1.4)
Суммарная теплота физических процессов, происхо¬дящих в аппаратах, может быть рассчитана по уравнению
         (1.5)
где  ,  ,   — теплота фазовых переходов, Дж/кг; G1, G2 и G3 — количества компонентов смеси, претерпевших фазо¬вые переходы в данном аппарате, кг.
Аналогично рассчитывается расход теплоты на те физические процессы, которые идут с поглощением теп¬лоты: десорбция газов, парообразование, плавление, растворение и т.н.