ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«КИЇВСЬКИЙ ЕНЕРГЕТИЧНИЙ КОЛЕДЖ»

                 ЗАТВЕРДЖУЮ

Заступник директора

 з навчальноЇ роботи

              _______________Т.І.Свириденко

              “_______”______________2019р.

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

для проведення інтегрованого практичного заняття

з дисциплін:

«Теплові електричні станції» та

«Комп’ютерні технології в енергетиці »

для спеціальності 144

“Теплоенергетика”

ТЕМА: “Розрахунок зміни кількості теплоти, яка передається крізь поверхню теплообміну при появі відкладень за допомогою електронної таблиці MS EXCEL”

Розроблено: викладач Томашевська О.М. _________________

                      викладач Сорока Є.М.            _________________

Розглянуто і схвалено                                                Розглянуто і схвалено                                                       

на засіданні ЦПК №2                                                 на засіданні ЦПК №3                             

природничо-математичних                                        спецдисциплін 

дисциплін

“____”________2019р., протокол №____                “____”________2019р., протокол №____

Голова комісії __________ Л.М.Костенко                Голова комісії __________Л.О. Подушко

2019

Інтегрований урок – практичне заняття

з дисциплін: «Основи енергозбереження»  та «Комп’ютерні технології в енергетиці»

 Тема: Розрахунок зміни кількості теплоти, яка передається крізь поверхню теплообміну при появі відкладень за допомогою електронної таблиці MS EXCEL

Завдання практичного заняття (Основи енергозбереження):

       Відпрацювання практичних навиків розрахунку кількості теплоти крізь поверхню теплообміну при утворенні накипу і без неї на прикладі регенеративного підігрівника поверхневого типу.

Завдання практичного заняття (Комп’ютерні технології в енергетиці):

       Відпрацювання практичних навиків запуску прикладної програми Microsoft Excel, введення даних в електронні таблиці, виконання елементарних обчислень, опрацювання табличної інформації за допомогою математичних та логічних функцій.

Тип практичного заняття:

 засвоєння і використання знань, умінь і навиків.

Матеріальне забезпечення:

- комп’ютери с ОС MS Windows ;

- електронна таблиця MS EXCEL;

План практичного заняття:

1. Організаційний момент.
2. Перевірка теоретичних знань по темі.
3. Розв’язування розрахункових завдань без використання ПК.
4. Розв’язування розрахункових завдань з використанням ПК.
5. Підведення підсумків.

Хід виконання практичного заняття :

1.Організаційний момент.

2.Перевірка теоретичних знань по темі.

    Теплообмінними апаратами називаються пристрої, які призначені для передачі теплоти від більш нагрітого теплоносія до менш нагрітого теплоносія. За способом передачі теплоти розрізняють змішувальні і поверхневі теплообмінники. В змішувальних відбувається безпосередній контакт між гарячим і холодним теплоносіями, тому вони більш енергоефективні.   В  поверхневих підігрівниках – теплообмін через стінку. При появі відкладень на внутрішніх стінках трубок теплообмін погіршується і енергетична ефективність апарату суттєво знижується.

    Тепловий розрахунок теплообмінного апарату, в тому числі і ПНТ (рисунок 1.1),  може бути проектним, метою якого являється визначення поверхні теплообміну, і перевірним, в результаті якого при відомій поверхні нагріву визначається кількість теплоти, яка передається та кінцеві температури теплоносіїв.

     В обох випадках застосовують основне рівняння теплопередачі для циліндричної стінки:           

  Q₁= k₁ Lt,     Q₂= k₂ Lt ,

де Q – Кількість теплоти, яка передається від одного теплоносія до другого, Вт; k-коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м²К); L – довжина трубки ,м; t- середній логарифмічний температурний напір,⁰С.

    Коефіцієнт теплопередачі визначається за формулою:  k_l=,  ,

де - ₁-коефіцієнт тепловіддачі від гріючого середовища до стінки трубки, Вт/(м²К);   ₂-коефіцієнт тепловіддачі від стінки до нагріваємого середовища , Вт/(м²К);   d₂/d₁ –відповідно зовнішній та внутрішній діаметр трубок ,м; ₁ - теплопровідність стінки трубки, Вт/(мК)

    В процесі експлуатації на внутрішніх поверхнях трубок регенеративних підігрівників можуть з’явитися відкладення у вигляді накипу, що приведе до погіршення процесу теплообміну.  Тоді формула, за якою визначається коефіцієнт теплопередачі, має вигляд: k₂=,

де d₃ – діаметр трубки з урахуванням накипу,м; ₂- теплопровідність накипу,Вт/(мК).

d₃= d₂+2*_н, де _н-товщина шару накипу,мм

  Середній логарифмічний температурний напір простішого теплообмінника визначається за формулою:

t=,

де t_б=t_н-t_в^{вх 0}С;   t_м=t_н-t_в^{вих 0}С,

t_н-температура насичення гріючої пари,⁰С; t_в^вх-температура води на вході у підігрівник, ⁰С; t_в^вих- температура води на виході з підігрівника ⁰С(рисунок 1.2)

    Рисунок 1.1-Поверхневий ПНТ вертикального типу:водяна камера;2-трубна дошка;3-трубна система;4–патрубок підводу граючої пари;5-каркас трубної системи;6– корпус;7 – перегородка трубної системи                                               

 Рисунок 1.2 – Схематичне зображення ПНТ

3. Розв’язування розрахункових завдань без використання ПК:

1.Розглядання конструкції підігрівника поверхневого типу.

2.Розрахунок коефіцієнту теплопередачі для теплообмінника без урахування накипу на внутрішніх поверхнях трубок.

3.Розрахунок коефіцієнту теплопередачі з урахуванням накипу на внутрішніх поверхнях трубок.

4.Розрахунок середнього логарифмічного температурного напору підігрівника.

5.Розрахунок кількість теплоти, яка передається від пари до води у підігрівнику в обох випадках.

6.Визначити зміну кількості теплоти в результаті розрахунків.

7.Зробити висновок.

8.Відповісти на контрольні запитання.

Початкові дані

Таблиця 1

4. Розв’язування розрахункових завдань з використання ПК

Теоретичні відомості

MS Excel  належить до програмних продуктів, які загалом звуться електронні таблиці. Електронна таблиця — це інтерактивна програма, що складається з набору рядків і стовпців, зображених на екрані в спеціальному вікні. Ділянка, що перебуває на перетинанні рядка й стовпця, називається коміркою. В комірці можуть перебувати число, текст або формула, за допомогою якої здійснюють обчислення, що відносяться до однієї або декількох комірок. Комірку можна копіювати, переміщати, змінювати її розмір, форматувати, а також редагувати відображувану в них інформацію. При зміні вмісту комірки відбувається автоматичне перерахування вмісту всіх комірок, що використовують у формулах значення зміненої комірки.

Формулою в MS Excel називається вираз, що починається зі знака рівності. Формули можна копіювати, переміщати та видаляти. У формулах використовуються математичні операції, операції порівняння, конкатенації (злиття) рядків, адреси комірок або діапазонів, строкові константи, а також вбудовані й користувальницькі функції. Якщо ввести формулу в комірку, то в цій комірці на робочому листі відображається результат розрахунку по формулі. При виборі комірки текст формули видний у рядку формул.

У рядку редагування формули є три кнопки: щиглик по [v] підтверджує внесені у формулу зміни, по [x] – скасовує, а кнопка [fx] дозволяє вставити функцію MS Excel. Вставка у формулу пробілів і розривів рядка не впливає на результат обчислень, однак не можна відокремлювати ім'я книги від імені листа й комірки. Розрив рядка вводиться комбінацією <Alt+Enter>. Для того, щоб видалити з комірки формулу, залишивши тільки повернуте їй значення, потрібно вибрати комірку, а потім послідовно натиснути <F2>, <F9> та <Enter>.

У формулах припустимі наступні операції:

+ Додавання

- Вирахування або знак мінус

* Множення

/ Ділення

^ Зведення в ступінь

& Конкатенація (тобто зчеплення рядків)

=  Логічне порівняння: дорівнює

< Логічне порівняння: більше ніж

> Логічне порівняння: менше ніж

<> Логічне порівняння: не дорівнює

>= Логічне порівняння: не менше ніж

<= Логічне порівняння: не більше ніж

Наведемо приклади формул робочого листа й виконувані формулами дії:

=3*2    Множить три на два

=А1+А2   Складає вміст комірок A1 й А2

= А2^2/3   Зводить вміст комірки А2 у ступінь 2/3

=СУММ(А1:А4)  Повертає суму значень із діапазону комірок А1:А4

(використовується вбудована функція СУММ).

=А1>А2 Повертає значення ИСТИНА, якщо вміст комірки А1 більше вмісту комірки А2, і повертає ЛОЖЬ в противному випадку

=Al&B1 Конкатенація (з'єднання) двох текстових рядків з комірок А1 й В1 (якщо в комірці A1 введене – Иван, а в B1 – Сидоров, то формула поверне значення ИванСидоров).

За допомогою круглих дужок можна змінити у формулах звичайний порядок виконання операцій. При введенні у формулу посилання на комірку або діапазон переважніше не набирати це посилання із клавіатури, а вибрати мишею або шукану комірку, або діапазон. Посилання на обрану комірку або діапазон буде вставлене у формулу автоматично.

Використання майстра функцій

Введення формул в комірку можна робити або із клавіатури, або за допомогою діалогового вікна Мастер функций, що відображається  або вибором команди Вставка -> Функция, або натисканням кнопки Вставка функции на панелі інструментів Стандартная. Майстер функцій містить список всіх функцій робочого листа, довідки по їхньому синтаксису та застосуванню.

Вбудовані функції

В Excel вбудовано велику кількість різних функцій, які полегшують виконання обчислень на робочому листі. Звертання до функції завжди складається з імені функції, круглих дужок і, як правило, арґументів функцій. Для більшості функцій необхідно задавати арґументи. Арґументи беруться в круглі дужки. Окремі арґументи слід розділяти крапкою з комою. Якщо для функції не потрібно вказувати арґументи, круглі дужки все рівно повинні бути введені. Функцію можна ввести звичайним шляхом, як і будь-який вміст комірки – з клавіатури. Регістр при введенні функції не враховується. Excel автоматично запише ім’я функції великими літерами. Для вставки функції Excel дозволяє користуватися майстром функцій.

Майстер функцій буде автоматично запущений після вибору команди Вставка->Функция. Майстер функцій послідовно виводить два діалогових вікна. В першому вибирається функція, в другому задаються арґументи. Якщо в комірку ввести знак “дорівнює” чи натиснути кнопку з цим знаком в рядку формул, то в полі імен з’явиться кнопка з іменем функції, яка використовувалась останньою. Поряд з цією кнопкою міститься кнопка зі стрілкою вниз, натиснувши яку можна розгорнути список функцій, які використовувались раніше. Якщо клацнути в цьому списку на деякій функції (або на кнопці з іменем функції, не розгортаючи список), то майстер розкриє для неї вікно вибору параметрів. Якщо необхідна функція в списку відсутня, слід клацнути на елементі Другие функции. Майстер функцій розкриє перше зі своїх вікон і надасть вам можливість вибору з повного списку доступних функцій.

В Excel вбудовано фінансові, математичні функції, функції дати та часу, статистичні, функції посилання і масиву, функції списку, текстові функції, логічні, інформаційні, технічні функції.

Розглянемо функцію ЕСЛИ, яка відноситься до логічних функцій.

Всі логічні функції, за винятком функції ЕСЛИ, повертають логічне значенння (true або false – правда або неправда).

ЕСЛИ(логічний вираз;значення, якщо true;значення, якщо false)

Функція ЕСЛИ повертає перше значення, якщо логічний вираз при обчисленні дає значення true і друге значення, якщо false.

Функція ЕСЛИ використовується для перевірки значень формул і організації переходів в залежності від результатів цієї перевірки. Результат перевірки визначає значення, яке повертає функція ЕСЛИ.

Рекомендації до виконання завдання:

Його виконання краще розбити на два етапи:

1-й етап. Створення таблиці.

Основна задача вмістити таблицю по ширині сторінки. Для цього:

• встановить поля, розмір і орієнтацію паперу (Файл → Параметры страницы…);
• виконавши команду Сервис → Параметры..., у групі перемикачів Параметры окна активізуйте перемикач Авторазбивка на страницы.

У результаті ви одержите у вигляді вертикальної і горизонтальної пунктирних ліній праву і нижню границі.

Авторозбивка на сторінки дозволяє вже в процесі набору даних і форматування таблиці стежити за тим, які стовпці містяться на сторінці, а які ні.

Створіть таблицю по запропонованому зразку з таким же числом рядків і стовпців.

• Вирівняйте і відформатуйте шрифт заголовків (Times New Roman, 14, жирний) та підберіть ширину стовпців, змінюючи її за допомогою миші.
• Уведіть нумерацію в першому стовпці таблиці, скориставшись допомогою маркера заповнення.
• Розлінуйте таблицю, використовуючи лінії різної товщини.
• Встановіть для рядка з заголовками колір для комірок та шрифту на ваш вибір.

На цьому етапі бажано виконати команду Файл → Предварительный просмотр, щоб переконатися, що таблиця цілком уміщається на сторінці по ширині і всі лінії обрамлення на потрібному місці.

2-й етап. Заповнення таблиці.

Полягає в заповненні таблиці,  і використанні різних форматів числа.

• Заповніть стовпці "Найменування величини", "Позначення величини " і "Одиниці" по запропонованому зразку, при заповненні стовпчиків 2 та 3 використовуйте вставку символів Вставка – Символ і встановлення верхніх і нижніх індексів Формат – Ячейки – Шрифт.
• Установіть числовий  формат числа  в тих комірках таблиці, де будуть розміщені числа і розрахункові формули й установіть необхідне число десяткових знаків - 2. Для цього виконайте команду Формат → Ячейки...(перемикач Число).
• Заповніть стовпчик "Числові значення - початкові дані" відповідно до свого варіанту (Таблиця 1) Початкові дані.
• Уведіть формули для розрахунків по запропонованому зразку згідно з теоретичними даними до практичної роботи:

1)розрахунок коефіцієнту теплопередачі для теплообмінника без урахування накипу на внутрішніх поверхнях трубок:

k_l=,

2)розрахунок коефіцієнту теплопередачі з урахуванням накипу на внутрішніх поверхнях трубок:

k₂=,

де d₃ – діаметр трубки з урахуванням накипу,м; ₂- теплопровідність накипу,Вт/(мК).

d₃= d₂+2*_н, де _н-товщина шару накипу,мм

3)розрахунок середнього логарифмічного температурного напору підігрівника:

t=,

де t_б=t_н-t_в^{вх 0}С;   t_м=t_н-t_в^{вих 0}С,t_н-температура насичення гріючої пари,⁰С; t_в^вх-температура води на вході у підігрівник, ⁰С; t_в^вих- температура води на виході з підігрівника ⁰С

4)розрахунок кількість теплоти, яка передається від пари до води у підігрівнику в обох випадках:

Q₁= k₁ Lt,     Q₂= k₂ Lt ,

5)визначити зміну кількості теплоти в результаті розрахунків:

 Q= Q₁- Q₂

          6)Використовуючи логічну функцію ЕСЛИ зробіть висновок, якщо Q₁ > Q₂, то   теплообмін без накипу кращий в  іншому випадку теплообмін з накипом гірший.

Наберіть необхідний текст до і після таблиці. Стежте за вирівнюванням.

Виконаєте попередній перегляд документу.

5. Підведення підсумків.

Контрольні запитання

1.  Призначення теплообмінних апаратів.

2.  Якого типу бувають теплообмінні апарати?

1. Які теплообмінні апарати використовуються на ТЕС?
2. Які бувають розрахунки теплообмінників?
3. Що таке проектний розрахунок теплообмінного апарату?
4. Що таке перевірний розрахунок теплообмінного апарату?
5. Основне рівняння теплопередачі і його складові.
6. Від чого залежить коефіцієнт теплопередачі?
7. Як розраховується середній логарифмічний температурний напір у підігрівнику?
8. Як відкладення накипу впливають енергоефективність теплообмінника?

     Зразок виконання розрахунку зміни кількості теплоти, яка передається крізь поверхню теплообміну при появі відкладень за допомогою електронної таблиці MS EXCEL

Перелік посилань

1 Теплотехника: Учебник для втузов/А.М.Архаров и др.,:под общ.ред. А.М.Архарова, В.Н.Афанасьева.-2-е изд. Перераб. и доп.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана,2004.-712 с. : ил.

2  Степанов А.В., Кухар В.П. Достижения энерегетики и защита окружающей среды.- К.:  «Наукова думка»,2004.206 с., ил.

3  Промышленная энергетика и теплотехника.: Справочник/ Под общ. ред.чл.-кор. РАН А.В. Клименко и проф. В.М. Зорина 3-е изд., перераб. и доп. –М.: Издательство  МЭИ, 2004.-632 с.: ил. – (Теплоэнергетика и теплотехника; кн. 4)

4 Енергетичні  ресурси та потоки. – Київ: Українські енциклопедичні знання,2003.-472 с.

5 Стерман Л.С., Шарков А.Т., Тевлин С.А. Тепловые и атомныеэлектростанции. - М.: Энергия,1995.

6  Теплова енергетика. Нові виклики часу. За аг. Ред.. П. Омеляновського,

 Й. Мисака.-Львів:НВФ «Українські технології»,2009.

7.  В.А. Баженов Інформатика. Комп’ютерна техніка. Комп’ютерні технології.

8 О.Ф. Клименко Інформатика та комп’ютерна техніка