ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 221
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Решение.
Определим температуру водоносного пласта перед началом его эксплуатации
T2=To+(dT/dz) ·z = 10 + 70·3 = 220°С = 493 К.
Теплоемкость пласта спл =[α ·ρв ·cв + (1 –α ) ·ρгр · сгр] · h ·F=
= [0,05 ·1 ·103 ·4200+(1 –0,05) ·2,7 ·103 ·840] ·800 ·1 ·106 =
=189168 ·1010 Дж/К=1,9 ·1015 Дж/К.
Тепловая мощность, извлекаемая первоначально
E0= cпл ·(Т2 – Т1) =189168 ·1010 ·(220 –40) = 3,4 ·1017 Дж.
Возможное время использования пласта τ0, лет, в случае отвода тепловой энергии путем закачки в него воды с объемным расходом V, м3/с,
τ0 = cпл /(V·ρв ·cв) = 189168 ·1010 / 0,1 ·1000 ·4200 = 4,5 ·109 с =143 года.
Тепловая мощность пласта в момент времени с начала разработки (dE/dτ)τ=0 = E0/τ0 · exp (–τ /τ0) = E0/τ0 ·1= 3,4·1017 / 4,5 ·109 = 75 ·108 Вт = 75 МВт.
(dE/dτ)τ=10= E0/τ0 · exp(τ/τ0) = E0/τ0 · е-10/143=(dE/dτ)τ=0 ·e -10/143 = 75 · е-10/143 =70 МВт.
Ответ: начальная температура t2=220°С,
тепловой потенциал к началу эксплуатации Е0 = 3,4 · 1017 Дж, возможное время использования пласта τ0 = 143 года; тепловая мощность, извлекаемая первоначально (dE/dτ)τ=0 = 75 МВт, и через 10 лет (dE/dτ)τ=10 = 70 МВт.
Задача 4
н
Определить объем биогазогенератора Vб и суточный выход биогаза Vг в установке, утилизирующей навоз от n = 20 коров, а также ее тепловую мощность N, Вт. Время цикла сбраживания при температуре t = 25°С, τ = 14 сут; подача сухого сбраживаемого материала от одного животного идет со скоростью W = 2 кг/сут; выход биогаза из сухой массы νг = 0,24 м3/кг. Содержание метана в биогазе составляет 70 %. КПД горелочного устройства η = 0,7. Плотность сухого материала, распределенного в массе биогазогенератора, ρсух ≈ 50 кг/м3. Теплота сгорания метана при нормальных физических условиях Qр= 28 МДж/м3.
н
Задача посвящена проблеме использования биотоплива для преобразования его энергии в тепловую или электрическую на сельскохозяйственных предприятиях и на фермах. Одним из видов биотоплива являются отходы жизнедеятельности животных (навоз), при переработке которых (сбраживание) в биогазогенераторах можно получать биогаз, в состав которого (70 % по объему) входит метан; теплота сгорания метана (СН4) при нормальных физических условиях Q р = 28 МДж/м3. Время полного сбраживания субстрата, состоящего из воды, навоза и ферментов, в зависимости от температуры изменятся от 8 до 30 сут. Плотность сухого материала в субстрате составляет ρсух
≈ 50 кг/м3. Выход биогаза от 1 кг сухого материала в сутки составляет примерно νr = 0,2 ÷ 0,4 м3/кг. Скорость подачи сухого сбраживаемого материала в биогазогенератор (метантенк) W зависит от вида животных и их количества на
ферме.
Если обозначить через Wn , кг/сут, подачу сухого сбраживаемого материала в сутки, то суточный объем жидкой массы, поступающей в биогазогенерагор (м3/сут), можно определить по формуле
Vсут= Wn/ρсух .
Объем биогазогенератора, необходимого для фермы, м3,
Vб= τ ·Vсут
Суточный выход биогаза
Vг = Wn ·ν г.
Тепловая мощность устройства, использующего биогаз, (МДж/сут) или(Вт)
N= η ·Qнр ·Vг ·fCH4 ,
где fСН4 - объемная доля метана в биогазе;
η - КПД горелочного устройства (≈ 60 %).
Дано: n= 20;
τ = 14 сут;
t= 25 °С;
W= 2 кг/сут; vr = 0,24 м3/кг; η= 0,7;
ρсух ≈ 50 кг/м3;
н
Qр = 28 МДж/м3.
Найти: Vб, Vг, N- ?
Решение.
Подача сухого сбраживаемого материала от 20 животных идет со скоростью:
W20 = W·n = 2 ·20=40 кг/сут.
Суточный объем жидкой массы поступающей в биогазогенерагор:
Vсут= W20/ρсух = 40/50 = 0,8 м3/сут.
Объем биогазогенератора, необходимого для фермы:
Vб= τ ·Vсyт =14 ·0,8 = 11,2 м3.
Суточный выход биогаза:
Vг= W20·vr = 40 ·0,24 = 9,6 м3/сут.
Тепловая мощность устройства, использующего биогаз:
н г CH4
N= η · Qр · V ·f = 0,7 ·28 ·9,6 ·0,70= 131.7 МДж/сут.
Ответ: объем биогазогенератора Vб = 11,2 м3, суточный выход биогаза Vr = 9,6 м3/сут, тепловая мощность устройства, использующего биогаз N= 131.7 МДж/сут.
Задача 5
Для отопления дома в течение суток потребуется Q = 0,58, ГДж, теплоты. При использовании для этой цели солнечной энергии тепловая энергия может быть запасена в водяном аккумуляторе. Допустим, что температура горячей воды t1 = 50 °С. Какова должна быть емкость бака аккумулятора V, м3, если тепловая энергия используется в отопительных целях до тех пор, пока температура воды не понизится до t2 = 30°C? Величины теплоемкости и плотности воды взять из справочной литературы.
Задача посвящена определению емкости водяного аккумулятора тепловой энергии, предназначенного для отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха в жилом доме. Источником тепловой энергии может быть, например, солнечная энергия, улавливаемая солнечными панелями на крыше дома. Циркулирующая в панелях вода после нагрева направляется в бак- аккумулятор, а оттуда насосом в
отопительные батареи и к водоразборным кранам горячего водоснабжения. Могут быть и более сложные, комплексные системы аккумулирования тепла с использованием засыпки из гравия и др.
Необходимый объем бака-аккумулятора V, м3, для воды можно определить по известному уравнению для изобарного процесса, если знать: суточную потребность в тепловой энергии для дома Q, ГДж; температуру горячей воды, получаемой в солнечных панелях t1, °С; наименьшую температуру в баке t2, °C, при которой еще возможно действие отопительной системы:
Q= ρ · V ·cв ·(t1–t2)
где ρ - плотность воды, кг/м3;
св - удельная массовая теплоемкость воды при постоянном давлении (ρ = const) в Дж/(кг ·К).
Задача 5 Дано: Q= 0,58 ГДж;
t1 = 50 °С;
t2 = 30 °C;
ρв = 1000 кг/м3;
св = 4,2 ·103 Дж/(кг ·К).
Найти: V- ?
Решение:
Q= ρ · V·cв · (t1– t2) =>V= Q/( ρ ·cв ·(t1–t2)) = 0,58·109/1000 ·4,2 ·103 ·(50 – 30) = 6,9 м3.
Ответ: емкость бака аккумулятора V= 6,9 м3.
Задача 6
Используя формулу Л.Б. Бернштейна, оценить приливный потенциал бассейна Эпот, кВт∙ч, если его площадь F = 700 км2, а средняя величина прилива Rср= 7,5 м.
Задача посвящена оценке энергетического