Вопросы к экзамену по дисциплине «Общая энергетика»

Вопросы к экзамену по дисциплине «Общая энергетика»

Вопросы для проверки уровня обученности ЗНАТЬ (теоретические вопросы)

1. Состав и основные свойства органических топлив.

2. Энергетические ресурсы России. Энергетическое топливо.

3. Виды электростанций в зависимости от технологии производства электроэнергии.

4. Технология производства электроэнергии на тепловых электростанциях.

5. Техническая термодинамика. Основные определения (термодинамическая система, рабочее тело, термодинамические процессы, внутренняя энергия, теплота, работа термодинамической системы).

6. Теплота, внутренняя энергия и работа термодинамической системы.

7. Первый и второй законы термодинамики.

8. Основы теории теплообмена. Основные понятия и определения.

9. Теплопроводность вещества. Градиент температур. Закон теплопроводности Фурье.

10. Конвективный теплообмен. Влияние режима движения жидкости на конвективный теплообмен.

11. Тепловое излучение. Основные понятия.

12. Основные законы теплового излучения. Виды тел, участвующих в тепловом излучении.

13. Виды теплообменных аппаратов, их классификация.

14. Получение водяного пара в энергетических установках. Основные понятия и определения.

15. Способы повышения КПД паросиловых установок.

16. Основы истечения газов и паров.

17. Типы тепловых двигателей, преобразование в них энергии.

18. Основные виды оборудования на паротурбинных электростанциях

19. Котельные установки. Состав котельных установок. Принцип работы.

20. Основные типы котлов. Классификация котлов.

21. Основные теплопередающие элементы котла.

22. Паровые турбины. Общие понятия.

23. Классификация стационарных паровых турбин.

24. Органы парораспределения и регулирования работы турбины.

25. Конденсатные установки паровых турбин.

26. Охладительные установки турбин.

27. Реакторные установки АЭС.

28. Парогенераторы АЭС. Основные виды, принцип работы парогенераторов.

29. Водоподготовка и водный режим ЭС. Основные понятия.

30. Простейшие тепловые схемы, термодинамические циклы и характеристики газотурбинных установок.

31. Оборудование газотурбинных установок.

32. Парогазовые установки.

33. Тепловые схемы ТЭЦ и АЭС. Цели составления тепловых схем.

34. Методы расчета тепловых схем.

35. Гидравлические и гидрологические основы гидроэнергетики.

36. Типы гидроэлектростанций, в зависимости от схемы концентрирования напора.

37. Основное оборудование гидроэнергоустановок.

Вопросы для проверки уровня обученности УМЕТЬ (воспроизведение стандартных алгоритмов решения)

1. Элементарный состав твердого топлива. Пересчет различных заданных масс твердого топлива.

2. Определение расходов удельного условного топлива на электростанциях различного типа.

3. Параметры состояния рабочего тела и их определение.

4. Аналитическое выражение первого закона термодинамики через изменение энтальпии.

5. Аналитическое выражение второго закона термодинамики через изменение энтропии.

6. Термодинамические процессы. Расчет термодинамических процессов.

7. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенки.

8. Тепловое подобие. Критериальные уравнения. Основные критерии для расчета конвективного теплообмена.

9. Теплопередача. Физический смысл коэффициента теплопередачи. Применение теплопередачи в технике.

10. Методы расчетов теплообменных аппаратов.

11. Фазовые состояния воды. Процесс образование пара в р,v- и Т,s-диаграммах. Определение параметров воды и водяного пара.

12. Круговой процесс (цикл). Определение КПД цикла.

13. Цикл Карно и его свойства. Определение КПД прямого цикла Карно.

14. Обратный цикл Карно. Холодильный и отопительный коэффициент.

15. Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Определение КПД ДВС.

16. Газотурбинные установки (ГТУ). Циклы газотурбинных установок. КПД ГТУ.

17. Паросиловые установки. Основной цикл паросиловых установок (цикл Ренкина). КПД цикла Ренкина.

18. Применение регенеративного цикла для повышения КПД паросиловой установки.

19. Применение теплофикационного цикла для повышения КПД паросиловой установки.

20. Сжигание топлива в котлах. Коэффициент избытка воздуха. Определение удельных объемов дымовых газов.

21. Понятие энергетический баланс установки. Составляющие энергетического баланса.

22. Тепловой баланс и КПД котельного агрегата. Расход топлива котлом.

23. Основные типы тепловых потерь в котельных агрегатах.

24. Преобразование энергии в соплах турбины.

25. Преобразование энергии на рабочих лопатках турбины.

26. Определение потерь энергии в ступенях турбины.

27. Относительный КПД ступени турбины, его определение.

28. Определение расхода пара турбиной.

29. Общая классификация электростанций.

30. Основные типы электростанций и области их применения

31. Условия выбора основного энергетического оборудования электростанций.

32. Условия выбора вспомогательного оборудования электростанций

33. Методы водоподготовки.

34. Показатели тепловой экономичности паротурбинных электростанций.

35. Основные энергетические показатели ГЭС.

Задания для проверки уровня обученности ВЛАДЕТЬ (Решение задач по темам: энергетическое топливо, условное топливо, идеальные газы, уравнение состояния идеальных газов, теплоемкость идеальных газов, первый закон термодинамики, энтальпия и энтропия, термодинамические процессы, теплопередача, водяной пар, влажный воздух.)

Примеры типовых задач.

1) Определить состав рабочей массы челябинского угля марки М, если состав его горючей массы: С^г=68,0%, Н^г=5,1%, S_л^г=2,4%, N^г=1,9%, О^г=22,6%. Зольность сухой массы А^с=36,2%, влажность рабочая W^р=18,5%.

2) Теплоэлектроцентраль израсходовала кг/год топлива, выработав при этом электроэнергии кДж/год и отпустив теплоты внешним потребителям кДж/год. Определить удельный суммарный расход условного топлива на выработку 1 МДж энергии, если топливный эквивалент сжигаемого топлива К_Э=0,9 и КПД котельной установки η_к.у=0,89.

3) В сосуде объемом 300 л находится кислород при давлении бар и температуре =20 °С. Какое количество теплоты необходимо подвести, чтобы температура кислорода повысилась до температуры =300 °С? Какое давление установится при этом в сосуде? Зависимость теплоемкости от температуры принять нелинейной .

4) 0,01 кг воздуха при = 10 бар и = 25 °С расширяется в цилиндре с подвижным поршнем до давления = 1 бар. Определить конечный объем, конечную температуру, количество подведенного тепла и полученную работу, если расширение в цилиндре происходит: а) изотермически; б) адиабатно; в) политропно с показателем 1,3.

5) Железный электропровод диаметром d=10 мм охлаждается поперечным потоком воздуха, скорость и средняя температура которого соответственно равны ω=2 м/с и t_ж=15ºС. Определить коэффициент теплоотдачи поверхности провода и допустимую силу тока в электропроводе при условии, что температура провода не должна превышать t_ст=95ºС. Удельное сопротивление провода ρ=0,098 Ом·мм²/м.

6) Электропровод диаметром d₁= 5 мм имеет температуру =70 °С и охлаждается потоком воздуха, который имеет температуру t_ж=15 ºС. Коэффициент теплоотдачи от поверхности провода воздуху α₁=8 Вт/(м²·°С). Определить температуру стенки которую будет иметь провод, если покрыть его каучуковой изоляцией толщиной 2 мм, а силу тока в проводе оставить неизменной. Коэффициент теплопроводности каучука λ_и=0,15 Вт/(м·°С). Коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху α_и=5 Вт/(м²·°С).

7) Энтальпия влажного насыщенного пара при давлении бар составляет кДж/кг. Как изменится степень сухости пара, если к 1 кг его будет подведено 40 кДж теплоты при постоянном давлении.

8) Воздух с параметрами t₁ = 20 ℃, и φ₁ = 60%, используемый для сушки, сначала подогревается в калорифере до t₂ = 95 ºС, а затем направляется в сушильную камеру, откуда отработавший сушильный агент выходит при t₃ = 35ºС. Определить конечные параметры воздуха: влагосодержание, относительную влажность, абсолютную влажность, парциальное давление водяного пара, температуру мокрого термометра, температуру точки росы, а также расход воздуха и тепла на 1 кг испаренной влаги. Показать найденные параметры отработавшего сушильного агента и в целом процесс сушки в H,d- диаграмме.

9) Определить относительный электрический к. п. д. турбогенератора, если параметры пара перед турбиной: р₀ = 4 МПа, t₀ = 390°С; за турбиной: р₂ = 1 МПа, t₂ = 240 °С, механический к. п. д. турбины η_м = 0,97 и к. п. д. электрического генератора η_г = 0,95.

10) Для использования теплоты газов, уходящих из паровых котлов, газоходах последних устанавливают водоподогреватели, называемые водяными экономайзерами. Минимально допустимая температура воды, поступающей в экономайзер, должна быть, по крайней мере, на 10 °С выше температуры точки росы водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. В противном случае возможна конденсация паров на трубах экономайзера и коррозия металла, особенно если в уходящих газах присутствует продукт сгорания серы (SO₂). Определить допускаемую температуру питательной воды, если объем продуктов сгорания (V_пс)_н=1,25 м³/кг, а объем водяных паров (V_вп)_н= 0,35 м³/кг. Давление продуктов сгорания в газоходе экономайзера принять равным 0,1 МПа.

11) Заполнить следующую таблицу развития энергетики России:

Вопросы	ГЭС	КЭС	ТЭЦ	ВЭС	АЭС
Место в производстве электроэнергии
Используемые ресурсы
Факторы, влияющие на размещение
Уровень себестоимость производства электроэнергии
В покрытии какой части графика нагрузки работает

Сделать вывод, строительство какой электростанции более выгодно, если она используется для коммунально-бытовой нагрузки города Смоленска.

12) Выбрать основное оборудование промышленной ТЭЦ, если известны: коэффициент теплофикации коммунально-бытовой нагрузки вместе с сантехнической (сетевой воды) = 0,5; коэффициент теплофикации производственно-технологической нагрузки = 0,8. Годовой отпуск электроэнергии составляет 1700 ТДж, время работы электростанции в году 7800 ч.

13) Определить электрическую мощность ГТУ, работающую по циклу рис.1, если известны: 1 бар. Температура воздуха на входе в компрессор = 20 ºС, температура газов перед соплами турбины равна 720 ºС, степень повышения давления в компрессоре ГТУ равна 6. Рабочее тело обладает свойствами воздуха, теплоемкость его равна 1,004 кДж/(кг·К). Компрессор засасывает 4 кг/ч воздуха. Показатель адиабаты принять равным 1,4. К.п.д. турбины и компрессора соответственно и .

Рис.1

14) Проанализировать состав оборудования и тепловую схему ТЭЦ, изображенную на рис.2.

Рис.2

15) Определить мощность гидравлической турбины, если известно что полный гидростатический напор составляет 16 м, сечение потока, проходящего через турбину 3 м², частота вращения турбины 214,3 об/мин, к.п.д. турбины 0,87.