МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА по теме "Циркуляция. Режимы течения пароводяной смеси"
методическая разработка по теме

ДЕПАРТАМЕНТ ВНУТРЕННЕЙ И КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«БЕЛГОРОДСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

УРОКА

по ПМ.01  Эксплуатация теплотехнического оборудования и

систем тепло и топливоснабжения

для специальности 13.02.02 «Теплоснабжение и теплотехническое оборудование»

Составитель: Кобченко Ангелина Владимировна

Белгород 2015

Специальность:  13.02.02 «Теплоснабжение и теплотехническое оборудование»

Преподаватель: Кобченко А.В.

Тема занятия: «Циркуляция. Режимы течения пароводяной смеси»

Тип урока: комбинированный

Цель занятия: Повторить параметры пара и его характеристики. Познакомить обучающихся с понятием и особенностями циркуляции, режимами течения пароводяной смеси. Закрепить полученные знания.

• Образовательная  – организация  проверки знаний полученных на предыдущем занятии; формирование знаний обучающихся, связанных с процессом циркуляции и режимами течения пароводяной смеси, организация деятельности по закреплению материала.
• Развивающая – создание условий для развития умений устанавливать причинно-следственные связи между параметрами пароводяной смеси и характером ее движения.
• Воспитательная  – воспитание мотивов деятельности, обеспечение условий для воспитания положительного интереса к изучаемому модулю.

Межпредметные связи: Физика; Теоретические основы теплотехники и гидравлики.

Формируемые компетенции:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ПК 1.2 Управлять режимами работ теплотехнического оборудования и систем тепло- и топливоснабжения.

Квалификационные требования:

Обучающиеся должны уметь анализировать и обобщать полученную информацию.

Обучающиеся должны знать агрегатные состояния воды и условия их возникновения.

Наглядные пособия и технические средства обучения: Раздаточный материал, тестовые задания (по вариантам), мультимедийный проектор, персональный компьютер, презентация, учебно-методическая документация.

Литература:

1. Газифицированные котельные агрегаты О.Н.Брюханов, В.А.Кузнецов. - М.: ИНФРА – М, 2007г.

2. Котельные установки и их эксплуатация Б.А.Соколов. - М: «Академия», 2008г.

3. Теплоснабжение М.В.Смирнова. - М: «Ин-Фолио», 2009г.

Этапы урока:

I.  Организационный этап:  Приветствие обучающихся, фиксация отсутствующих, проверка готовности обучающихся к занятию.

II. Мотивация: Сообщение цели занятия, ознакомление с этапами работы. Создание эмоционального настроя на повторение материала.

III. Проверка выполнения домашнего задания: Актуализация знаний. Повторение изученной темы в тестовой форме.

Вариант 1

Отметьте правильные варианты ответа на следующие вопросы:

Задание 1.

Кипение – это:

А)   парообразование, происходящие с поверхности жидкости при любой температуре

Б)   переход газообразной фазы (пара) в жидкую

В)   парообразование, происходящие во всей жидкости при некоторой температуре

Задание 2.

Пар, не содержащий в своем составе частиц воды, но имеющий температуру и давление насыщения называют:

А)   перегретым паром

Б)   влажным насыщенным паром

В)   острым паром

Г)   сухим насыщенным паром

Задание 3.

Как изменяется температура кипения жидкости при изменении давления:

А)   чем ниже давление, тем выше температура кипения

Б)   чем выше давление, тем ниже температура кипения

В)   чем выше давление, тем выше температура кипения

Г)   не зависит от давления

Задание 4.

Массовая доля жидкости во влажном паре называется:

А)   степенью перегрева

Б)   степенью влажности

В)   степенью сухости

Задание 5.

Конденсация – это:

А)   парообразование, происходящие с поверхности жидкости при любой температуре.

Б)   парообразование, происходящие во всей жидкости при некоторой температуре.

В)   переход газообразной фазы (пара) в жидкую.

Задание 6.

Пар, температура которого выше температуры насыщенного пара такого же давления, называется:

А)   сухим насыщенным паром

Б)   острым паром

В)   влажным насыщенным паром

Г)   перегретым паром

Задание 7.

Пар, находящийся в состоянии равенства скорости конденсации и скорости испарения, имеющий максимальную плотность называется:

А)   насыщенным паром

Б)   перегретым паром

В)   острым паром

Задание 8.

Испарение – это:

А)   переход газообразной фазы (пара) в жидкую

Б)   парообразование, происходящие с поверхности жидкости при любой температуре

В)   парообразование, происходящие во всей жидкости при некоторой температуре

Задание 9.

Массовая доля сухого пара во влажном, называется:

А)   степенью перегрева

Б)   степенью влажности

В)   степенью сухости

Задание 10.

Пар, который находится в состоянии равенства с жидкостью и насыщает пространство над ее поверхностью, называется:

А)   перегретым паром

Б)   влажным насыщенным паром

В)   острым паром

Г)   сухим насыщенным паром

Задание 11.

Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара называется:

А)   степенью влажности

Б)   степенью перегрева

В)   степенью сухости

Вариант 2

 Отметьте правильные варианты ответа на следующие вопросы:

Задание 1.

Массовая доля сухого пара во влажном, называется:

А)   степенью перегрева

Б)   степенью сухости

В)   степенью влажности

Задание 2.

Как изменяется температура кипения жидкости при изменении давления:

А)   чем выше давление, тем выше температура кипения

Б)   чем выше давление, тем ниже температура кипения

В)   чем ниже давление, тем выше температура кипения

Г)   не зависит от давления

Задание 3.

Кипение – это:

А)   переход газообразной фазы (пара) в жидкую

Б)   парообразование, происходящие во всей жидкости при некоторой температуре

В)   парообразование, происходящие с поверхности жидкости при любой температуре

Задание 4.

Конденсация – это:

А)   переход газообразной фазы (пара) в жидкую.

Б)   парообразование, происходящие во всей жидкости при некоторой температуре.

В)   парообразование, происходящие с поверхности жидкости при любой температуре.

Задание 5.

Массовая доля жидкости во влажном паре называется:

А)   степенью влажности 

Б)   степенью сухости

В)   степенью перегрева

Задание 6.

Пар, который находится в состоянии равенства с жидкостью и насыщает пространство над ее поверхностью, называется:

А)   острым паром

Б)   перегретым паром

В)   сухим насыщенным паром

Г)   влажным насыщенным паром

Задание 7.

Пар, температура которого выше температуры насыщенного пара такого же давления, называется:

А)   перегретым паром

Б)   сухим насыщенным паром

В)   влажным насыщенным паром

Г)   острым паром

Задание 8.

Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара называется:

А)   степенью сухости

Б)   степенью перегрева

В)   степенью влажности

Задание 9.

Испарение – это:

А)   парообразование, происходящие во всей жидкости при некоторой температуре

Б)   переход газообразной фазы (пара) в жидкую

В)   парообразование, происходящие с поверхности жидкости при любой температуре

Задание 10.

Пар, не содержащий в своем составе частиц воды, но имеющий температуру и давление насыщения называют:

А)   перегретым паром

Б)   влажным насыщенным паром

В)   сухим насыщенным паром

Г)   острым паром

Задание 11.

Пар, находящийся в состоянии равенства скорости конденсации и скорости испарения, имеющий максимальную плотность называется:

А)   острым паром

Б)   насыщенным паром

В)   перегретым паром

Таблица – Ключ к тесту        

IV Изучение нового материала:

Тема занятия:

Циркуляция. Режимы течения пароводяной смеси

Основным условием надежной, безопасной и экономичной работы котла является непрерывный отвод тепла от обогреваемых стенок элементов котла, движущейся рабочей средой (водой, пароводяной смесью). Охлаждение можно создать с помощью движения среды. Такое непрерывное движение воды и пароводяной смеси через испарительные поверхности нагрева называется циркуляцией.

Замкнутый путь, по которому совершается движение воды, называется циркуляционным контуром.

Любой циркуляционный контур состоит из верхнего барабана, системы опускных обогреваемых и не обогреваемых труб, нижнего барабана или коллектора для распределения котловой воды по трубам и подъемных обогреваемых труб.

Трубы, в которых образуется и поднимается пароводяная смесь, называются подъемными, а трубы, по которым опускается вода, называются опускными.

Циркуляция воды бывает естественной и принудительной.

Движение рабочей жидкости, возникающее вследствие разности плотностей воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных трубах, называют естественной циркуляцией, а замкнутая гидравлическая система, состоящая из последовательно включенных подъемных и опускных труб, соединенных коллекторами, называется контуром естественной циркуляции. 

Разница плотностей столбов воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных трубах создает движущий напор циркуляции.

Движущий напор, создаваемый в обогреваемых трубах контура, расходуется на создание входной скорости воды в циркуляционном контуре и на преодоление гидравлического сопротивления пароводяной смеси. Оно включает в себя потери на трение при движении в опускных и подъемных трубах, потери при входе и выходе воды из труб и местное сопротивление. Избыток движущего напора называется полезным напором.

Рисунок 1 - Схема простейшего контура естественной циркуляции

В циркуляционном контуре парового котла возможно возникновение явлений, нарушающих работу контура и приводящих к срыву естественной циркуляции. Такие явления могут возникать как в подъемной, так и в опускной части контура.

Для подъемной части контура к явлениям, приводящим к нарушению режима естественной циркуляции и температурного режима испарительных труб, относят:

• застой циркуляции - режим медленного движения воды в подъемной трубе вверх или вниз с кратностью циркуляции К≈1;
• опрокидывание циркуляции - режим, при котором в слабообогреваемых трубах среда начинает двигаться сверху вниз;
• режим предельной кратности циркуляции - кратность циркуляции для любого ряда подъемных труб должна быть выше предельной кратности циркуляции: K≥4;
• расслоение пароводяной смеси – режим движения двухфазного потока в горизонтальных или слабонаклоненных трубах, при котором происходит хотя бы частичное осушение стенок в верхней части трубы.

Для опускной части контура к явлениям, приводящим к срыву естественной циркуляции, относят:

• парообразование в опускных трубах;
• кавитацию в опускных трубах. Кавитацией, в данном случае, называется явление парообразования в опускных трубах вследствие падения давления во входном участке трубы ниже давления насыщения при данной температуре.
• захват пара в опускные трубы.

Для повышения надежности циркуляции на барабанных котлах повышенного давления (17–18 МПа) применяют принудительное движение пароводяной смеси в топочных экранах.

В котлах с принудительной циркуляцией движение среды в экранных трубах осуществляется за счет циркуляционных насосов, поэтому независимо от нагрузки скорость рабочей среды почти постоянна и для надежного охлаждения металла труб устанавливается на более высоком уровне (около 1,5-2 м/с).

Рисунок 2 -  Схема движения воды и водяного пара:
а) барабанный котел с естественной циркуляцией; б) барабанный котел с принудительной циркуляцией;
1 – питательный насос; 2 – экономайзер; 3 – верхний барабан котла; 4 – опускные трубы; 5 – испарительные подъемные трубы; 6 – пароперегреватель; 7 – циркуляционный насос; 8 – нижний коллектор

Рисунок 3 – Структура потока пароводяной смеси

На интенсивность отвода теплоты в парообразующих трубах сильное влияние оказывают режимы течения пароводяного потока. А они в свою очередь зависят от расположения в пространстве труб (вертикальные и горизонтальные трубы и их гибы).

Под режимом течения в понимают характер распределения паровой и водяной фаз в сечении трубы.

Различают четыре основных режима потока: пузырьковый, снарядный (P < 3МПа), стержневой, дисперсно-кольцевой и эмульсионный. 

• Пузырьковое движение характеризуется наличием в потоке воды отдельных пузырьков пара небольших размеров (порядка 1 мм). Размер пузырьков, форма и распределение зависят от величины расхода, локальной энтальпии, плотности теплового потока и давления.
• Снарядный режим течения будет устанавливаться по мере увеличения числа пузырьков и роста массы пара. Пузырьки будут объединяться и образовывать большие соединения (внешне напоминают форму снаряда), перемещающиеся в центре трубы, в виде снаряда. Они будут отделяться от стенки трубы тонкими слоями воды и водяными перемычками (пробками между собой). Он возможен при давлении меньше 3 МПа.
• Стержневой режим (диспресно-кольцевой) течения появляется по мере дальнейшего увеличения паросодержания: происходит объединение снарядов и образование общего парового ядра (стержня) с взвешенными в нём каплями жидкости. На стенках при этом движется слой жидкости, толщина которого определяется динамическим равновесием между интенсивностью срыва жидкости потоком пара и интенсивностью выпадения жидкости на стенку из потока пара. Такой режим называется. 
• Эмульсионный (дисперсный) режим течения наблюдается при ещё большем паросодержании и увеличении скорости потока, который может сорвать микроплёнку омывающую стенки трубы. По сечению трубы движется паровой поток, который несёт в себе некоторое количество тонкодиспергированной влаги, которая медленно испаряется до появления однофазного потока.

Установление того или иного режима течения потока пароводяной смеси зависит от паросодержания, скорости движения, физических параметров жидкости и состояния поверхности стенок.

V. Этап закрепления новых знаний

Кроссворд

Вопросы:

По горизонтали:

1. Явление, нарушающее работу контура вследствие падения давления во входном участке трубы ниже давления насыщения при данной температуре.

2. Режим движения пароводяной смеси  на начальной стадии парообразования, когда отдельные пузырьки пара распределены практически равномерно по сечению трубы.

3. Парообразование, происходящие с поверхности жидкости при любой температуре.

5. Парообразование, происходящие во всей жидкости при некоторой температуре.

6. Избыток движущего напора, создаваемого в обогреваемых трубах контура

8. Непрерывное движение воды и пароводяной смеси через испарительные поверхности нагрева.

По вертикали:

4.  Режим движения пароводяной смеси, когда происходит объединение пузырьков и образование общего парового ядра  с взвешенными в нём каплями жидкости.

7. Замкнутый путь, по которому совершается движение воды.

Ответы на кроссворд:

По горизонтали:   1.  Кавитация 2. Пузырьковый 3. Испарение 5. Кипение 6. Полезный 8.Циркуляция 

VI. Рефлексия.  Продолжите фразу:

Сегодня я узнал…

Я понял, что…

Мне было не понятно как/почему…

Было интересно узнать, что…

Мне захотелось выяснить …

VII. Задание на дом:

ОИ2 -  Газифицированные котельные агрегаты О.Н. Брюханов, В.А. Кузнецов - М.: ИНФРА – М, 2007г. стр. 267 – 289

Самостоятельная работа  № 13 «Изучение конструкций пылеугольных горелок»

Рекомендации к выполнению самостоятельной работы: При рассмотрении данной темы необходимо обратить внимание на типы и классификацию пылеугольных горелок.  Изучить конструктивное исполнение и условия смесеобразования различных типов пылеугольных горелок.  

VIII. Подведение итогов урока: Анализ работы обучающихся, объявление оценок.