Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Кафедра цифрових технологій в енергетиці
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
ІСМ
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2025
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Моделювання систем
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
НТУУ «КПІ ім. І. Сікорського»
Кафедра цифрових технологій в енергетиці
Моделювання систем в енергетиці
Лабораторна робота №4
Тема: Розробка імітаційних моделей обладнання, розрахованого на генерацію теплової та/або
електричної енергії з використанням відновлених та викопних джерел енергії.
Завданням роботи є створення програми для розрахунку експлуатаційних показників електро/теплогенеруючого обладнання на основі його паспортних характеристик та якісних показників вхідного палива. Передбачити проведення розрахунку для типів обладнання:
- котел,
- когенераційна установка,
- тепловий насос,
- рекуперативний теплообмінник.
Вхідні дані для розрахунку агрегатів.
В якості палива використовуються:
- природний газ, ?н
р=9,5 кВт·год/м3
- вугілля, ?н
р=7 кВт·год/кг,- пелети з деревини ?н
р=4,2 кВт·год/кг,
- дизельне паливо ?н
р= 12 кВт·год/л.
Теплові агрегати характеризуються:
1. Котел. Вхідні данні: ККД використання палива ηк (80...92%), витрата палива Mп (кг/год,
м3/год, л/год) (5…20), витрата теплоносія через котел Vв (кг/год) (500….3000),
температура води на вході в котел Tвх.
Задача - визначення потужності котлоагрегата, Q, кВт (5…20), температури на виході з котла Tвих та різниці між вхідною та вихідною температурами ΔТ. Енергія палива витрачається на виробництво теплової енергії
Qк = Mп·?н
р· ηк / 100
Температура води після нагрівання її в котлі зростає з початкової Tвх до
Tвих = Tвх + 3600 · Qк / (4,187· Vв)
Вхідними даними для розрахунку котла є:
- витрати палива протягом години;
- тип палива;
- ККД котла;
- витрати теплоносія в системі опалення;
- температура теплоносія на вході в котел.
Результат розрахунку: потужність котла, температура теплоносія після нагріву води в котлі.
2. Когенераційна установка: Вхідні данні: витрата палива Mп,кгу (м3/год, л/год) (5…20), витрата теплоносія через когенераційну установку Vв,кгу (кг/год) (500….3000), температура води на вході в теплообмінник когенераційної установки Tвх, ККД виробництва електричної (ηкгу.е. = 35...44%) та теплової (ηкгу.т. = 40...45%), енергії,
Задача - визначити потужність когенераційної установки електричну - Nкгу.е. кВт
потужність когенераційної установки теплова - Qкгу.т. кВт
температуру на виході з теплообмінника когенераційної установки Tвих та
різниці між вхідною та вихідною температурами ΔТ
Енергія палива витрачається на виробництво теплової та електричної енергій
Nкгу.е. = Mп,кгу·?н
р· ηкгу.е. / 100
Qкгу.т. = Mп,кгу·?н
р· ηкгу.т. / 100
Температура води після нагрівання її в утилізаторі когенераційної установки зростає з
початкової Tвх до
Tвих = Tвх + 3600 · Qкгу.т. / (4,187·Vв,кгу)
3. Тепловий насос:
Вхідні данні:
- електрична потужність насосу - Nт.н., кВт,
- температура холодного джерела теплової енергії (скидні теплові потоки, геотермальний
теплоносій) навколишнього середовища;
- таблиця залежності коефіцієнту трансформації теплового насосу від різниці температур
навколишнього середовища і кінцевої температури води на виході з теплообмінника
теплового насосу, яка створюється з використанням графічних даних рис.3 ;Рис.3. Коєфіцієнт трансформації енергії (СОР) в залежності від температури холодного
джерела (скидного потоку води/ геотепла зі скважин) і температури нагріву води.
- температура води на вході в тепловий насос Tвх (30…40°С);
- задана температура нагріву води Tвих (50…65°С).
Задача - визначити теплову потужність теплового насосу Qт.н. = Nт.н.· εт.н., визначити витрату теплоносія, що нагрівається в теплообміннику теплового насосу:
Vв = 3600 · Qт.н./ ((Tвих
-Tвх ) · 4,187)
4. Рекуперативний теплообмінник:
Вхідні данні:
- ККД рекуператора ηрек. (85....90%),
- температура повітря в приміщенні Tпов.пр.,
- температура навколишнього середовища Tн.с. (з прогнозу погоди),
- кількість людей, що проживає в помешканні;
- нормативний повітряобмін на 1 людину.
Об’єм повітря Vпов., яке необхідно подавати в приміщення для забезпечення життєдіяльності людей визначається з розрахунку Vпов., = n· Vнорм., де n - кількість людей, що проживає в помешканні, Vнорм., - нормативний повітряобмін на одну людину м3/год. Теплова енергія, яка необхідна для компенсації енергії, що втрачається під час видалення відпрацьованого повітря з приміщення ΔQпов, з допустимою похибкою, викликаною зміною щільності повітря під час зміни його температури, розраховується з використанням залежності:
ΔQпов = ср· (Tпов.пр. – Тн.с.)·Vпов. /3600,
де ср – теплоємність повітря, ср = 1 кДж/(м3·К).
Тепловий потік, який компенсується рекуператором становить:
Qрек = ΔQпов · ηрек. / 100,
Теплова енергія, яку необхідно витратити для підігріву повітря до рівня температури в приміщенні у випадку використання рекуператора теплової енергії Qнагр становить
Qнагр = ΔQпов - Qрек,
Tвих Н.С.= Tвх Н.С.+ 3600 · Qнагр. / VПОВTвих = Tвх - 3600 · Qнагр. / VПОВ
Задача - визначити нормативний повітряобмін для даного помешкання, м3/год теплову потужність рекуператора, кВт, зменшення споживання теплової енергії на підігрів повітря за рахунок рекуператора, кВт.
температуру видаленого з приміщення повітря після проходження через рекуператор, °С; температуру повітря, що подано в кімнату з навколишнього середовища через рекуператор, °С.
Результат роботи програми: / Лістинг коду програми: def calculate_boiler_performance(fuel_type, fuel_consumption, efficiency, coolant_flow, inlet_temp):
# Specific heating values for different types of fuel (kWh per unit)
fuel_heat_values = {
"gas": 9.5, # kWh/m3
"coal": 7.0, # kWh/kg
"pellets": 4.2, # kWh/kg
"diesel": 12.0 # kWh/l
}
if fuel_type not in fuel_heat_values:
raise ValueError("Unsupported fuel type. Choose from: gas, coal, pellets, diesel.")
# Get the specific heating value for the selected fuel
heat_value = fuel_heat_values[fuel_type]
# Calculate the thermal power of the boiler (kW)
boiler_power = (fuel_consumption * heat_value * efficiency) / 100
# Calculate the outlet temperature (°C)
outlet_temp = inlet_temp + (3600 * boiler_power) / (4.187 * coolant_flow)
# Calculate the temperature difference (°C)
temp_difference = outlet_temp - inlet_temp
return boiler_power, outlet_temp, temp_difference
def calculate_cogeneration_performance(fuel_type, fuel_consumption, efficiency_electric, efficiency_thermal, coolant_flow, inlet_temp):
# Specific heating values for different types of fuel (kWh per unit)
fuel_heat_values = {
"gas": 9.5, # kWh/m3
"coal": 7.0, # kWh/kg
"pellets": 4.2, # kWh/kg
"diesel": 12.0 # kWh/l
}
if fuel_type not in fuel_heat_values:
raise ValueError("Unsupported fuel type. Choose from: gas, coal, pellets, diesel.")
# Get the specific heating value for the selected fuel
heat_value = fuel_heat_values[fuel_type]
# Calculate the electrical and thermal power of the cogeneration unit (kW)
electric_power = (fuel_consumption * heat_value * efficiency_electric) / 100
thermal_power = (fuel_consumption * heat_value * efficiency_thermal) / 100
# Calculate the outlet temperature (°C)
outlet_temp = inlet_temp + (3600 * thermal_power) / (4.187 * coolant_flow)
# Calculate the temperature difference (°C)
temp_difference = outlet_temp - inlet_temp
return electric_power, thermal_power, outlet_temp, temp_difference
def calculate_heat_pump_performance(electric_power, inlet_temp, outlet_temp):
# Coefficient of performance (COP) based on the heat pump's operation
cop = electric_power / (outlet_temp - inlet_temp)
# Calculate the thermal power of the heat pump (kW)
thermal_power = electric_power * cop
# Calculate the coolant flow rate (kg/h)
coolant_flow = 3600 * thermal_power / ((outlet_temp - inlet_temp) * 4.187)
return thermal_power, coolant_flow
def calculate_rekuperator_performance(efficiency, indoor_temp, outdoor_temp, num_people, norm_air_exchange):
# Calculate air volume required (m3/h)
air_volume = num_people * norm_air_exchange
# Heat loss due to air exchange (kW)
heat_loss = 1 * (indoor_temp - outdoor_temp) * air_volume / 3600
# Heat recovered by the recuperator (kW)
heat_recovered = heat_loss * efficiency / 100
# Heat required to heat air to indoor temperature (kW)
heat_required = heat_loss - heat_recovered
# Temperatures of removed and supplied air (°C)
removed_air_temp = indoor_temp - (3600 * heat_required / air_volume)
supplied_air_temp = outdoor_temp + (3600 * heat_required / air_volume)
return air_volume, heat_loss, heat_recovered, removed_air_temp, supplied_air_temp
# Example usage for boiler
fuel_type = "gas"
fuel_consumption = 10
efficiency = 85
coolant_flow = 1500
inlet_temp = 40
boiler_power, outlet_temp, temp_difference = calculate_boiler_performance(
fuel_type, fuel_consumption, efficiency, coolant_flow, inlet_temp
)
print(f"Boiler Power: {boiler_power:.2f} kW")
print(f"Outlet Temperature: {outlet_temp:.2f} °C")
print(f"Temperature Difference: {temp_difference:.2f} °C")
# Example usage for cogeneration unit
fuel_consumption_cogu = 10
efficiency_electric = 40
efficiency_thermal = 43
coolant_flow_cogu = 2000
inlet_temp_cogu = 50
electric_power, thermal_power, outlet_temp_cogu, temp_difference_cogu = calculate_cogeneration_performance(
fuel_type, fuel_consumption_cogu, efficiency_electric, efficiency_thermal, coolant_flow_cogu, inlet_temp_cogu
)
print(f"Cogeneration Electrical Power: {electric_power:.2f} kW")
print(f"Cogeneration Thermal Power: {thermal_power:.2f} kW")
print(f"Cogeneration Outlet Temperature: {outlet_temp_cogu:.2f} °C")
print(f"Cogeneration Temperature Difference: {temp_difference_cogu:.2f} °C")
# Example usage for heat pump
electric_power_hp = 5
inlet_temp_hp = 35
outlet_temp_hp = 60
thermal_power_hp, coolant_flow_hp = calculate_heat_pump_performance(
electric_power_hp, inlet_temp_hp, outlet_temp_hp
)
print(f"Heat Pump Thermal Power: {thermal_power_hp:.2f} kW")
print(f"Heat Pump Coolant Flow Rate: {coolant_flow_hp:.2f} kg/h")
# Example usage for recuperator
efficiency_rekuperator = 90
indoor_temp_rekuperator = 22
outdoor_temp_rekuperator = -5
num_people_rekuperator = 4
norm_air_exchange_rekuperator = 30
air_volume, heat_loss, heat_recovered, removed_air_temp, supplied_air_temp = calculate_rekuperator_performance(
efficiency_rekuperator, indoor_temp_rekuperator, outdoor_temp_rekuperator, num_people_rekuperator, norm_air_exchange_rekuperator
)
print(f"Air Volume: {air_volume:.2f} m3/h")
print(f"Heat Loss: {heat_loss:.2f} kW")
print(f"Heat Recovered: {heat_recovered:.2f} kW")
print(f"Removed Air Temperature: {removed_air_temp:.2f} °C")
print(f"Supplied Air Temperature: {supplied_air_temp:.2f} °C")
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора