Systemy, technologie i urządzenia energetyczne : praca zbiorowa. T. 2 / pod red. Jana Talera. Kraków, 2010 Spis treści Tom 2 Część 4 Procesy cieplne i przepływowe 4.1. Obliczanie cieplne i wytrzymałościowe dla wstawki temperaturowej podczas pracy w warunkach ustalonych 537 Duda Piotr 4.1.1. Wprowadzenie 537 4.1.2. Modelowanie pracy wstawki termometrycznej w warunkach ustalonych 538 4.1.3. Wnioski 545 Literatura 546 4.2. Quasi stacjonarne nagrzewanie elementów ciśnieniowych kotłów 547 Dzierwa Piotr 4.2.1. Wstęp 548 4.2.2. Quasi - stacjonarny rozkład pola temperatury i naprężeń w ściankach cylindrycznych i kulistych nieosłabionych otworami 548 4.2.3. Optymalne nagrzewanie elementów nieosłabionych otworami 553 4.2.4. Quasi - stacjonarny rozkład pola temperatury i naprężeń w ściankach cylindrycznych i kulistych osłabionych otworami 556 4.2.5. Wnioski 560 Literatura 560 4.3. Analiza zjawisk przepływowo-cieplnych zachodzących w parowniku kotła z naturalnym obiegiem wody 561 Grądziel Sławomir 4.3.1. Wprowadzenie 562 4.3.2. Opis modelu matematycznego 563 4.3.2.1. Równanie ciągłości 563 4.3.2.2. Równanie ruchu 564 4.3.2.3. Zasada zachowania energii 564 4.3.3. Rozwiązanie równań bilansowych 565 4.3.4. Weryfikacja obliczeniowa 566 4.3.5. Wnioski końcowe 573 Literatura 573
4.4. Wyznaczanie nieustalonej temperatury czynnika przy wykorzystaniu metod odwrotnych kroczących 575 Jaremkiewicz Magdalena 4.4.1. Wprowadzenie 576 4.4.2. Metoda analityczna 577 4.4.3. Wyznaczanie temperatury czynnika za pomocą metody odwrotnej kroczącej 579 4.4.3.1. Wyznaczenie temperatury czynnika 580 4.4.3.2. Wygładzanie danych pomiarowych 583 4.4.4. Wyniki 583 4.4.5. Badania eksperymentalne 585 4.4.6. Wnioski 586 Literatura 586 4.5. Współczynnik strat miejscowych lodu zawiesinowego w nagłym zwężeniu rury 589 Mika Łukasz 4.5.1. Wprowadzenie 590 4.5.2. Metodyka badań 592 4.5.3. Badania doświadczalne 594 4.5.4. Wnioski 599 Literatura 599 4.6. Wpływ rozpływu cieczy w wysokosprawnym wymienniku ciepła na jego warunki pracy 601 Ocloń Paweł, Łopata Stanisław 4.6.1. Wprowadzenie 603 4.6.2. Budowa i warunki pracy wymiennika ciepła 604 4.6.3. Metodyka obliczeń numerycznych 605 4.6.3.1. Obliczenia cieplne 606 4.6.3.2. Obliczenia przepływowe 609 4.6.4. Rezultaty analiz numerycznych 610 4.6.4.1. Analiza rozpływu cieczy w wymienniku 610 4.6.4.2. Analiza warunków wymiany ciepła 613 4.6.5. Uwagi końcowe 617 Literatura 617 4.7. Urządzenie do wytwarzania energii cieplnej w polu magnetycznym 619 Orszulik Eugeniusz, Lang Adrian 4.7.1. Wprowadzenie 619 4.7.2. Budowa urządzenia 619 4.7.3. Badania cieplne EkoTurbiny Grzewczej typu 3W6 622 4.7.4. Wyniki badań i pomiarów 623 4.7.5. Wnioski 626 Literatura 627
4.8. Analiza pola temperatury zewnętrznej powierzchni bębna hamulcowego ze względu na odchyłki kształtu jego powierzchni wewnętrznej 629 Orzechowski Tadeusz 4.8.1. Wprowadzenie 629 4.8.2. Przedmiot i metodyka badań 631 4.8.3. Wnioski 636 Literatura 636 4.9. Odparowanie pływających kropel wody z powierzchni o temperaturze powyżej drugiego punktu krytycznego 639 Orzechowski Tadeusz, Zwierzchowska Sylwia 4.9.1. Wprowadzenie 639 4.9.2. Stanowisko pomiarowe i metodyka badań 641 4.9.3. Wyniki pomiarów 643 4.9.4. Analiza otrzymanych wyników 645 4.9.5. Wnioski 648 Literatura 648 4.10. Parametryczne zagadnienie odwrotne w ustalonych pomiarach cieplnych 649 Taler Dawid, Grądziel Sławomir, TalerJan 4.10.1. Wprowadzenie 650 4.10.2. Opis modelu matematycznego 650 4.10.3. Rozwiązanie zagadnienia odwrotnego 655 4.10.3.1. Rozkład temperatury wyznaczany analitycznie 655 4.10.3.2. Rozkład temperatury wyznaczany numerycznie 657 4.10.4. Obliczanie niepewności pomiaru q oraz a 661 4.10.5. Przykład obliczeniowy 662 4.10.6. Uwagi końcowe 664 Literatura 665 4.11. Rozkład gęstości radiacyjnego strumienia ciepła na powierzchni mimośrodowej rury ekranowej 667 Taler Jan, Sobota Tomasz 4.11.1. Wstęp 667 4.11.2. Rozkład gęstości radiacyjnego strumienia ciepła na zewnętrznej powierzchni wstawki termometrycznej 668 4.11.3. Wnioski 680 Literatura 680 4.12. Profil żebra i prędkość przepływu powietrza w zagadnieniach optymalizacji wymiennika ciepła 681 Wais Piotr 4.12.1. Wprowadzenie 683 4.12.2. Opis problemu i model wymiennika ciepła 687
4.12.3. Rezultaty i dyskusja 691 4.12.4. Wnioski 696 Literatura 697 4.13. Symulowanie procesów przepływowo-cieplnych w ekranach komór paleniskowych kotłów na parametry nadkrytyczne 699 Zima Wiesław, Grądziel Sławomir, Cebula Artur 4.13.1. Wprowadzenie 700 4.13.2. Opis modelu matematycznego 701 4.13.2.1. Zasada zachowania masy (równanie ciągłości) 702 4.13.2.2. Zasada zachowania pędu (równanie ruchu) 702 4.13.2.3. Zasada zachowania energii 702 4.13.3. Rozwiązania równań bilansowych 703 4.13.3.1. Metoda I 703 4.13.3.2. Metoda II 705 4.13.4. Weryfikacja obliczeniowa 706 4.13.5. Podsumowanie 712 Literatura 712 Część 5 Modelowanie matematyczne procesów i urządzeń energetycznych 5.1. Eksperymentalne i numeryczne badania wpływu modelowania przepływu czynnika na efektywność działania krzyżowoprądowego ożebrowanego wymiennika ciepła 717 Bury Tomasz, Składzień Jan, Widziewicz Katarzyna 5.1.1. Wprowadzenie 718 5.1.2. Stanowisko pomiarowe 719 5.1.3. Wyniki pomiarów i analiz 720 5.1.3.1. Metodyka pomiarów 720 5.1.3.2. Metodyka opracowania wyników pomiarów 721 5.1.3.3. Pomiary wstępne 722 5.1.3.4. Weryfikacja hipotezy 1 723 5.1.3.5. Weryfikacja hipotezy 2 724 5.1.4. Uwagi końcowe i wnioski 725 Literatura 726 5.2. Optymalizacja nagrzewania grubościennych elementów o złożonej geometrii z uwagi na naprężenia cieplne przy wykorzystaniu programu Ansys CFX 729 Duda Piotr, Mazurkiewicz Grzegorz 5.2.1. Wprowadzenie 729 5.2.2. Opis metody 730 5.2.3. Zastosowanie przedstawionej metody dla grubościennego trójnika 733 5.2.4. Interpretacja cieplnego warunku brzegowego na powierzchni wewnętrznej 738
5.2.5. Wnioski 740 Literatura 740 5.3. Ocena energetyczna chłodzenia owiewowo-kriogenicznego 743 Gazda Wiesław, Kozioł Joachim 5.3.1. Charakterystyka metody owiewowo-kriogenicznej 744 5.3.2. System do owiewowo-kriogenicznego chłodzenia 745 5.3.2.1. Wydajność chłodnicza układu owiewowego 746 5.3.2.2. Wydajność chłodnicza układu kriogenicznego 746 5.3.3. Sprawność energetyczna owiewowo-kriogenicznego systemu chłodzenia 748 5.3.4. Skumulowane sprawności energetyczne porównywanych systemów chłodzenia 750 5.3.5. Podsumowanie 752 Literatura 752 5.4. Wykorzystanie własności strumienicowych regeneracyjnych wymienników ciepła do poprawienia efektywności i rozplanowania siłowni nadkrytycznych bloków energetycznych 755 Głuch Jerzy, Trela Marian, Kwidziński Roman, Butrymowicz Dariusz 5.4.1. Wprowadzenie 755 5.4.2. Obieg cieplny bloku nadkrytycznego i jego model 756 5.4.3. Założenia procedury obliczeniowej strumienie wykorzystującej ich geometrię 758 5.4.4. Wyniki symulacji zastosowania strumienicowych wymienników ciepła w obiegu turbinowym 760 5.4.5. Podsumowanie 763 Literatura 764 5.5. Numeryczne modelowanie erozji pęczków konwekcyjnych 765 Hernik Bartłomiej 5.5.1. Wprowadzenie 766 5.5.2. Geometria badanych pęczków 766 5.5.3. Opis modelowania oraz warunki brzegowe 768 5.5.4. Wyniki modelowania dla pęczka rur diagonalno-gładkich w układzie korytarzowym KDG 772 5.5.5. Analiza porównawcza wyników badań modelowania fizycznego i numerycznego 776 Literatura 776 5.6. Analiza obiegów kombinowanych gazowo-parowych na czynniki niskotemperaturowe 779 Kamiński Bartosz, Piwowarski Marian 5.6.1. Wprowadzenie 779 5.6.2. Charakterystyka obiegów kombinowanych gazowo-parowych 780 5.6.3. Układy organie Rankine Cycle 782
5.6.3.1. Czynniki robocze ORC 783 5.6.4. Analiza układu kombinowanego z zastosowaniem czynnika niskotemperaturowego 784 5.6.4.1. Parametry obiegu 785 5.6.4.2. Metodyka obliczeń obiegu 786 5.6.5. Obliczenia termodynamiczno-przepływowe układu parowego z etanolem jako czynnikiem roboczym 788 5.6.6. Podsumowanie 791 Literatura 791 5.7. Symulacja CFD ustalonej pracy przegrzewacza grodziowego w kotle fluidalnym 793 Ludowski Paweł, Taler Dawid 5.7.1. Wprowadzenie 793 5.7.2. Wyniki modelowania przegrzewacza za pomocą programu Ansys-CFX 795 5.7.3. Wnioski końcowe 805 Literatura 805 5.8. Problemy symulacji numerycznych mostka termicznego rurociągu parowego 807 Łopata Stanisław, Gargula Marek 5.8.1. Wstęp 807 5.8.2. Budowa modelowanego zawieszenia rurociągu parowego 808 5.8.3. Problemy numerycznego modelowania zawieszenia rurociągu parowego 811 5.8.4. Uwagi końcowe 821 Literatura 822 5.9. Sprzężona cieplno-wytrzymałościowa analiza wysokosprawnego wymiennika ciepła z ożebrowanymi rurami eliptycznymi 825 Łopata Stanisław, Ocłoń Paweł 5.9.1. Wprowadzenie 826 5.9.2. Warunki pracy analizowanego wysokosprawnego wymiennika ciepła 828 5.9.3. Metodyka obliczeń numerycznych 829 5.9.4. Rezultaty obliczeń numerycznych 834 5.9.5. Podsumowanie 838 Literatura 839 5.10. Analiza nowoczesnych siłowni jądrowych 841 Piotrowicz Maciej, Piwowarski Marian 5.10.1. Wprowadzenie 841 5.10.2. Analiza sprawności wybranych obiegów jądrowych 844 5.10.2.1. Podkrytyczny układ wodny typu PWR 845 5.10.2.2. Nadkrytyczny obieg wodny typu LFR 846 5.10.2.3. Nadkrytyczny obieg dwutlenku węgla z reaktorem LFR 848 5.10.2.4. Obieg kombinowany helowo-parowy 849
5.10.3. Podsumowanie 852 Literatura 854 5.11. Analiza numeryczna przepływu powietrza w obszarze łuku kolana o przekroju kwadratowym 855 Rup Kazimierz, Sarna Piotr 5.11.1. Wprowadzenie 855 5.11.2. Model matematyczny rozważanego przepływu turbulentnego 856 5.11.3. Omówienie uzyskanych wyników 859 5.11.4. Uwagi końcowe 863 Literatura 864 5.12. Analiza ryzyka spowodowanego pęknięciem we wrębach łopatkowych wirnika 865 Rusin Andrzej, Lipka Marian, Wojaczek Adam, Bieniek Michał 5.12.1. Wprowadzenie 865 5.12.2. Ryzyko techniczne i jego analiza 866 5.12.3. Scenariusz zniszczenia 867 5.12.4. Obliczenia prawdopodobieństwa uszkodzenia 870 5.12.5. Podsumowanie 874 Literatura 874 5.13. Ocena energetyczna eksploatacji obiegu parowo-wodnego z wykorzystaniem modelowania matematycznego 875 Rusinowski Henryk, Szapajko Grzegorz 5.13.1. Wprowadzenie 877 5.13.2. Model matematyczny obiegu parowo-wodnego 877 5.13.2.1. Model turbiny 878 5.13.2.2. Model wymienników ciepła 881 5.13.3. Krzywe korekcyjne 882 5.13.4. Algorytm obliczeń odchyleń eksploatacyjnych wskaźnika jednostkowego zużycia ciepła 885 5.13.5. Przykładowe wyniki obliczeń odchyleń wskaźnika jednostkowego zużycia ciepła w obiegu turbiny 887 5.13.6. Podsumowanie 889 Literatura 890 5.14. Metoda wyznaczania optymalnego przebiegu temperatury czynnika w separatorze pary w bloku na parametry nadkrytyczne podczas jego rozruchu 893 Rząsa Dariusz, Duda Piotr 5.14.1. Wstęp 894 5.14.2. Sformułowanie metody 896 5.14.3. Proces rozruchu separatora według niemieckich przepisów kotłowych TRD 301 897 5.14.4. Proces rozruchu separatora według zaproponowanej metody 899
5.14.5. Wnioski 902 Literatura 903 5.15. Modelowanie matematyczne obiegu parowo-wodnego z pomocniczym wykorzystaniem funkcji empirycznych 905 Szapajko Grzegorz, Rusinowski Henryk 5.15.1. Wprowadzenie 907 5.15.2. Model matematyczny obiegu parowo-wodnego 907 5.15.2.1. Model bilansowy 909 5.15.2.2. Model linii rozprężania pary 913 5.15.2.3. Model wymienników ciepła 914 5.15.2.4. Estymacja grupowa 916 5.15.3. Wyniki obliczeń 917 5.15.3.1. Wyniki identyfikacji linii rozprężania pary 917 5.15.3.2. Obliczenia wpływu głównych parametrów eksploatacji na uzyskiwane osiągi i energochłonność procesu 919 5.15.4. Podsumowanie 921 Literatura 922 5.16. Wyznaczanie pola prędkości i ciśnienia w palisadzie łopatek turbiny gazowej 925 Wais Piotr 5.16.1. Wprowadzenie 926 5.16.2. Opis stanowiska doświadczalnego 927 5.16.3. Model i obliczenia numeryczne 929 5.16.4. Wnioski 936 Literatura 936 Część 6 Ogrzewnictwo 6.1. Charakterystyka energetyczna budynku jako narzędzie służące do doboru systemu grzewczego 941 Kolasiński Piotr, Nemś Artur, Pomorski Michał, Ślusarska Natalia 6.1.1. Wprowadzenie 942 6.1.2. Procedura określania zużycia ciepła w budynku 943 6.1.3. Procedura wyboru optymalnego systemu grzewczego 944 6.1.4. Wyniki obliczeń dla wybranego budynku mieszkalnego 945 6.1.5. Podsumowanie 947 Literatura 948 6.2. Pakiety CAD w procedurze równoważenia hydraulicznego instalacji c.o. 949 Muniak Damian 6.2.1. Wprowadzenie 950 6.2.2. Obliczenia hydrauliczne 951
6.2.3. Wnioski 959 Literatura 959 6.3. Spalanie owsa w kotle małej mocy na pelet drzewny 961 Ojczvk Grzegorz 6.3.1. Wprowadzenie 961 6.3.2. Biomasa i biopaliwa 962 6.3.3. Proces spalania biopaliw stałych 964 6.3.3.1. Stechiometria spalania paliw stałych 964 6.3.3.2. Model spalania biopaliw stałych 966 6.3.3.3. Temperatura spalania 968 6.3.3.4. Zależność sprawności systemu energetycznego od warunków spalania 970 6.3.3.5. Doprowadzenie powietrza 970 6.3.3.6. Podawanie i rozdrobnienie paliwa 971 6.3.3.7. Regulacja i kontrola procesu 972 6.3.3.8. Wymiana ciepła 972 6.3.4. Owies jako biopaliwo 973 6.3.5. Opis badanego kotła 974 6.3.5.1. Informacja ogólna o badanym kotle 974 6.3.5.2. Konstrukcja palnika 976 6.3.6. Spalanie owsa w kotle Pelletstar BioControl 20 979 6.3.6.1. Pierwsze próby 979 6.3.6.2. Nowy ruszt 980 6.3.7. Poczynione obserwacje w trakcie badań 982 6.3.7.1. Ruszt 982 6.3.7.2. Wydajność kotła 982 6.3.7.3. Owies jako biopaliwo 983 6.3.8. Wnioski 984 Literatura 985 6.4. Porównanie ogrzewania podłogowego elektrycznego z ogrzewaniem podłogowym wodnym dla wstępnego kosztorysu 987 Tokarczyk Jarosław 6.4.1. Wprowadzenie 987 6.4.2. Ogólna charakterystyka ogrzewania podłogowego 987 6.4.3. Porównanie funkcjonalności ogrzewania podłogowego 989 Literatura 990 6.5. Zintegrowany system ogrzewania oparty o grzejniki i ogrzewanie podłogowe 991 Tokarczyk Jarosław 6.5.1. Wprowadzenie 991 6.5.2. Zintegrowane systemy grzewcze 992 6.5.2.1. Instalacja z kotłem na paliwo stałe 992 6.5.2.2. Pojedyncza pętla podłogowa z zaworem RTL 993
6.5.2.3. Instalacja z wymiennikiem ciepła 995 Literatura 996 Część 7 Analiza ekonomiczna 7.1. Obiektowy język programowania jako narzędzie wspierające obliczenia w dziedzinie gospodarki energetycznej 999 Biwan Artur, Eliasz Jacek 7.1.1. Problem wyboru środowiska do przeprowadzania obliczeń 999 7.1.2. Obiektowe języki programowania 1000 7.1.3. Język Java 1002 7.1.4. Przykład zastosowania obiektowego języka programowania 1002 7.1.5. Wnioski 1006 Literatura 1006 7.2. Ocena granicznych kosztów inwestycyjnych dla przedsięwzięć zwiększających sprawność generacji elektryczności 1007 Chmielniak Tadeusz, Lepszy Sebastian 7.2.1. Wprowadzenie 1007 7.2.2. Graniczne nakłady inwestycyjne 1008 7.2.3. Wpływ zmniejszenia ilości emitowanego dwutlenku węgla na graniczne nakłady inwestycyjne 1015 7.2.4. Podsumowanie 1018 Literatura 1019 7.3. Doświadczenia dotyczące zarządzania energią i mediami w przykładowym zespole obiektów komunalnych 1021 Kozioł Joachim, Skoczowski Tomasz 7.3.1. Dialog podstawą zarządzania 1021 7.3.2. Monitoring 1022 7.3.2.1. Monitoring automatyczny 1022 7.3.2.2. Monitoring manualny 1022 7.3.2.3. Rybnik jako przykład realizacji monitoringu manualnego 1023 7.3.3. Opracowanie wyników manualnego monitoringu 1025 7.3.3.1. Zużycie dzienne 1026 7.3.4. Podsumowanie 1029 Literatura 1029 7.4. Zmiany na polskim rynku elektroenergetycznym 1031 Łopata Stanisław, Wojnarska Lucyna 7.4.1. Systemy rynkowe w energetyce 1031 7.4.2. Ustanawianie i zatwierdzanie taryf za energię elektryczną 1037 7.4.3. Zasady konstruowania taryf dla energii elektrycznej 1044 7.4.4. Uwagi końcowe 1048 Literatura 1049
7.5. Wybrane problemy na rynku energii w aspekcie zaleceń Unii Europejskiej 1051 Stacharska-Targosz Jolanta 7.5.1. Wprowadzenie 1051 7.5.2. Wewnętrzny rynek energii Unii Europejskiej 1052 7.5.3. Bezpieczeństwo energetyczne 1053 7.5.4. Innowacyjne technologie energetyczne 1055 7.5.5. Rynek energii pochodzącej z odnawialnych źródeł - energia wiatru 1057 7.5.5.1. Energia wiatru 1058 7.5.5.2. Zastosowanie układu łopata - ruchomy element sterujący w turbinie o pionowej osi obrotu 1059 Literatura 1061 7.6. Model analizy ekonomicznej cyklu życia technologii energetycznej 1063 Terelak-Tymczyna Agnieszka, Eliasz Jacek 7.6.1. Wprowadzenie 1064 7.6.2. Podstawowe założenia modelowe 1065 7.6.3. Podstawowe dane i wybrane wyniki obliczeń dla rozpatrywanego przykładu elektrowni gazowo-parowej 1067 7.6.4. Podsumowanie 1070 Literatura 1071 7.7. Analiza LCA nadkrytycznych bloków węglowych 1073 Ziębik Andrzej, Hoinka Krzysztof, Liszka Marcin 7.7.1. Wprowadzenie 1073 7.7.2. Analiza energetyczna zintegrowanego bloku energetycznego w pełnym cyklu istnienia 1074 7.7.3. Wyniki analizy LCA dla zintegrowanego bloku energetycznego 1079 7.7.4. Podsumowanie 1082 Literatura 1083 oprac. BPK