Главная / Физика / Исследовательская работа по теме "Роль давления жидкости в теплоснабжении".

Исследовательская работа по теме "Роль давления жидкости в теплоснабжении".


hello_html_648175e3.gif

Муниципальное общеобразовательное автономное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 200 с углубленным изучением

отдельных предметов







Роль давления жидкости в теплоснабжении.

Научно-исследовательская работа




Автор: Юнзани Алина , 7 класс «Б».

Руководитель: Ратушная Оксана Алексеевна, учитель физики

















г. Белогорск

2015г.


Содержание

I.Введение………………………………………………………………….…….…….....3

II.Давление в современном обществе и в жизни человека

2.1. Немного истории. Давление, что это такое?…………..…………………………...4

2.2. Давление. Роль давления в современном обществе……………..…….…….….4

2. 3. Теплоснабжение. Зачем нужно экономить тепло…………………………………5

III. Практическая часть

3.1. Зависимость давление в подаче теплоснабжения от температуры окружающей среды………………………………………………………………………………………7

IV.Заключение…………………………………………………………............................9

V. Список рекомендуемой литературы.……………………………………………...10

VI. Приложение (3 шт.)……….………………………………………….………..……11























  1. Введение.

Все наше достоинство- в способности мыслить,

Только мысль возносит нас, а не пространство

и время, в котором мы-ничто.

Постараемся же мыслить достойно-

в этом основа нравственности

(Блез Паскаль)

Изучая, тему давления на уроках физики, меня заинтересовало данное понятие, его значение в окружающем нас мире. Интересно найти применение моих знаний в практических целях.

Сегодня мы с трудом представляем, как человек больше сотни лет назад мог обходиться без теплоснабжения. Ведь теплоснабжение для современного общества – это основа всех видов человеческой деятельности.  Но немногие из нас задумываются, как это благо цивилизации попадает к нам. Путь его долог  по сложным системам тепловых коммуникаций в виде  труб. Тепловые сети это артерии кровеносной системы питающей тепловой энергией промышленные предприятия и организации. Оценить значение тепла нашей жизни мы можем только тогда, когда эта тепло внезапно пропадает. Это как большая полноводная река, могучая и сильная, несущаяся с гор, вырвавшись на равнину, начинает делиться на множество речек, ручьев и ручейков.

Актуальность выбранной темы исследования.

Еще в древности люди начали добывать тепло. Все началось с добычи огня, ведь огонь это и есть та энергия, которая необходима для жизнедеятельности человека. Согласно статистическим данным, современный человек употребляет в сто раз больше тепловых ресурсов, чем древний житель.

В настоящий момент на территории города Белогорска 16 действующих, котельных обеспечивающих город теплом. Но в зимний период времени, мы все чаще и чаще сталкиваемся с проблемой подачи тепловых ресурсов в наши дома. И причина не только в физическом износе, и превышение гарантийного срока эксплуатации оборудования, коммуникаций, и внешней коррозии, но и в перепаде давления в отопительной системе. Как зависит давление от температуры окружающей среды? Каковы причины прорыва тепловых сетей? За 2013-2014 год на территории города Белогорска произошло 13 аварий и две из них связаны с перепадом давления в тепловых сетях.

Гипотеза: Если тепловая энергия окружает человека повсюду, то какими оптимальными способами ее можно сохранить в окружающей среде.

Целью этого исследования является: определение зависимости прорыва тепловых сетей в зимний период времени от давления в отопительной системе в городе Белогорске.

Задачи исследования:

  1. Изучить зависимость давления от температуры окружающей среды.

  2. Показать какую роль играет давление в отопительной системе.

  3. Исследовать причины повреждения тепловых сетей в зимний период времени в городе Белогорске.

Методы исследования:

1. Метод наблюдения;

2. Метод обработки результатов;

3. Метод сравнения;

4. Метод эмпирического исследования.

Проблема подачи тепловой энергии в XXI веке стоит остро. В современном мире человечество нуждается в ней каждый день. На ее трансформацию тратится много средств. И нам необходимо иметь, и хорошие коммуникации и тепло в доме, нашем здоровье.


II. Давления в современном обществе и в жизни человека.

    1. Немного истории. Давление, что это такое?


О существовании давления люди догадывались еще во времена Аристотеля и Демокрита. Вклад в развитие понятия давления внесли Древние атомисты Демокрит, Эпикур и Лукреций. Они не сомневались в материальной природе воздуха, атомы которого, по их мнению, обладают подвижностью и круглой формой.

Первыми, кто практически измерил давление воздушного океана, были итальянские ученые. Галилей считал, что предельная высота водяного столба 18 локтей является мерой "боязни пустоты" (т. е. сила атмосферного давления). Она уравновешивается либо весом водяного столба в 10 метров, либо весом медного столба высотой в 1, 12 метра, составляя, по оценке Галилея, около 1 кг на см2. Таким образом, практики с достаточной точностью оценили силу атмосферного давления. Необходимо было сделать дальнейший шаг в развитии представления о давлении. Его сделал Торричелли.

  Ему пришла в голову мысль измерить вес атмосферы весом ртутного столба. В 1643 году по его указанию эксперимент был произведен. Опыт оправдал все ожидания, ртуть остановилась на заданной высоте, над нею образовалась "торричеллиева пустота".

Таким образом, трубка Торричелли стала первым барометром. Именно с этого опыта началось научное наблюдение за погодой, важнейшими характеристиками которой являлись давление и температура.


    1. Давление. Роль давления в современном обществе.


Итак, что же такое «давление»? Давление - это величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1Н, действующая на поверхность площадью 1 м2, перпендикулярно этой поверхности.

Воздух давит на поверхность Земли - и мы говорим об атмосферном давлении. Опускаясь в морские глубины, мы испытываем давление воды. В земных недрах тоже есть давление. Действуя со всех сторон, давление позволяет расплавленному земному ядру сохранять форму. На глубине 300 километров под его воздействием атомы углерода теснее прижимаются друг к другу, спрессовываются - и образуются алмазы. И за пределами Земли существует давление. Газ внутри Солнца сильно сжат. Такое давление преобразуется в колоссальную тепловую энергию.  Давление воздушных масс человек не ощущает, хоть и живет на дне «воздушного моря». Ведь воздух, как и вода, давит не только сверху, а со всех сторон.

Всякое вещество можно взвесить. Оказывается, что масса 1 м3 воздуха на уровне моря примерно 1 кг 300 г. Воздух давит на предметы, с которыми соприкасается.

На уроках физики мы проводили ряд экспериментов, которые доказывают существование атмосферного давления. Мы знаем, что газы, в отличие от твёрдых тел и жидкостей заполняют весь сосуд, в котором они находятся, например стальной баллон для хранения газов, камеру автомобильной шины или волейбольного мяча. При этом газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона, камеры или любого другого тела, в котором он находится. Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твёрдого тела на опору. Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся. При своём движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Молекул в газе много, потому и число их ударов очень велико. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул о стенки сосуда значительно, оно и создаёт давление газа. 
Итак, давление газа на стенки сосуда (и на помещённое в газ тело) вызывается ударами молекул газа.

При уменьшении объёма газа его давление увеличивается, а при увеличении объёма давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными. Давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа, при условии, что масса газа не меняется.

 

2.3Теплоснабжение. Зачем нужно экономить тепло?

Начнем с хорошо известного всем факта, тепло – основа жизни на земле. Теплоэнергия всегда играла важнейшую роль в жизни человека, потому что любые его действия связаны с затратами. Любой человек, любая семья, любое сообщество не могут обходиться без потребления тепла. Человек с давних пор искал все новые способы преобразования теплоэнергии для своих нужд и технический прогресс, который он совершил за последние два столетия, преобразил его быт до неузнаваемости. Проделав такой исторический путь и достигнув таких результатов, зачем же нужно экономить тепло? Простому человеку может быть не совсем понятно. В нашем сознании бытует мнение, – если есть средства и оплачивается потребление теплоносителей, то зачем экономить?

В обогреваемом доме можно экономить электроэнергию без больших вложений. Температура помещения регулируется в соответствии с назначением этого помещения. Рекомендуемая внутренняя температура является следующей:

  • жилые и офисные помещения 20–22 °C,

  • магазины, рабочие помещения и промышленные помещения 18 °C,

  • теплые склады 12 °C,

  • гаражи 5 °C.

Советы по экономии энергии:

  • Проветривайте помещение быстро и эффективно,

  • Убедитесь, что окна и двери достаточно герметичные (приложение №1).

 Энергию необходимо экономить, ведь это даст не только экономию денег и создание необходимого комфорта, но таким образом мы проявим заботу о нашей планете. Каждый из нас является частью планеты и любое действие или бездействие способно повлиять на развитие событий. Уменьшение температуры в комнате на один градус соответствует пяти процентам экономии в годовом потреблении энергии.

Реалии энергетического кризиса: холод в домах, парализация части промышленности и транспорта, рост цен. Топливный кризис стимулировал разработку и внедрение энергосберегающих технологий в больших масштабах. Энергосберегающая техника и технологии в свою очередь способствовали успешному решению экологических проблем. В наши дни для преодоления экономического кризиса требуется больше капитальных вложений для добычи углеводородного топлива, что сказывается на постоянном росте цен на топливо и электроэнергию. Как бы ни были сложны экономические преобразования, реализация тех или иных программ по энергосбережению в масштабах государства, обязательно коснется отдельного человека. И чтобы быть готовым защитить себя и создать комфортные условия для проживания в своем жилище, мы должны заниматься экономией тепла. Главные мотивирующие факторы, которые стимулируют нас двигаться в этом направлении: уменьшение влияния на окружающую среду, повышение комфорта жилья; объем теплоэнергоресурсов, поиск и освоение альтернативных источников тепла. Альтернативные источники энергии неисчерпаемы. Цель поиска альтернативных источников энергии – потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. То есть, если наступит такой этап в развитии человечества, когда все исчерпаемые источники — нефть, газ, уголь, исчезнут, то оно сможет воспользоваться этими источниками, если запасется хотя бы необходимыми технологиями.

Экономив тепловую энергию, уменьшаем влияние на окружающую среду.

В настоящий момент на территории города Белогорска 16 действующих, котельных обеспечивающих город теплом. МУП «Теплоэнерго» обслуживает 15 муниципальных котельных, вырабатывающих тепло на территории города. 10 котельных работают на угольном топливе и 5 - на мазутном. Хозяйство основного теплоснабжающего предприятия включает также 89 км тепловых сетей, 25 трансформаторных подстанций и 45 км электрических сетей. За 2013-2014 год на территории города Белогорска произошло 13 аварий и две из них связаны с перепадом давления в тепловых сетях. Попытаемся понять от чего зависит давление в теплосетях и каковы причины их прорыва?

На наличие тепла в наших квартирах влияют многие факторы, одним из которых является давление, которое возрастает в сети отопления, когда поднимается температура воды. В период морозов давление выше, чем весной и осенью, в связи с этим возможны частые перепады давления в трубах, а в связи с тем, что износ систем отопления по городу очень высок, данный фактор является одной из причин аварий в теплосетях. Температура воды в теплосетях в зависимости от погоды и времени года составляет 65-115 °C. Температура возвратной воды составляет 25-50 °C.

По данным официального сайта г. Белогорск, в 2014 году в городе было отремонтировано 2,5 километра водопроводных и теплосетей. Реконструкция коммуникаций запланирована в рамках программы модернизации жилищно-коммунального комплекса. Проект рассчитан на шесть лет, с 2014 по 2020 год.


















III. Практическая часть.

3.1 Зависимость давления в подаче теплоснабжения от температуры окружающей среды.

О тепловой энергии люди знали уже в древности, но добывать её в гигантских масштабах научились только 100 лет назад. На наличие тепла в наших квартирах влияют многие факторы, одним из которых является давление. Давление в системе отопления – это та сила, с которой газы и жидкости воздействуют на стены отопительных элементов; она определяется путём соотношения к атмосферному давлению. Давление, присутствующее в работающей системе с обычными эксплуатационными характеристиками, называется рабочим. Перепадом давления принято называть разность давлений, возникающих в зоне подачи и зоне возврата теплоносителя в насосах. Величина рабочего давление изменяется вслед за температурой теплоносителя. К примеру, при температуре плюс 20°С данное давление равняется 1,3 бар, а при плюс 70°С – составляет 1,9 бар. В случае если в одноконтурной отопительной системе давление будет ниже положенного, теплоноситель станет застаиваться и не будет давать эффективной теплоотдачи имеющимся отопительным приборам.

Зависимость температур, а также соотношение давления в теплосетях с температурой окружающей среды можно увидеть (приложение №2, № 3) соответственно. Отсюда понятно, что, давление в сети отопления возрастает, когда поднимается температура воды. В период морозов давление выше, чем весной и осенью. Помимо износа теплосетей, второй причиной, по которой случаются аварии, является перепады давления в трубах, как правило, как только температура воздуха на улице достигает критической отметки (резкое похолодание), вода в трубах повышается, соответственно повышается и давление в теплосетях, отсюда и происходит разрыв трубопровода (трубы лопаются).

В идеале расширительные емкости поддерживают количество воды и давление во всех батареях на одном уровне. Батареи работают правильно, когда их верхняя часть - теплая, а нижняя часть практически соответствует комнатной температуре. Батареи становятся теплыми только тогда, когда температура в комнате опускается ниже установленного уровня.

Зависимость давления в тепловых сетях от температуры окружающей среды показана в следующей таблице.


Tокружающей среды, °С

0°С

-5°С

-15°С


-20°С

-25°С

-30°С

-35°С

-40°С

T котла, °С

20°С

50°С

55°С

65°С

70°С

75°С

80°С

85°С

P, МПа

0,0062

0,1177

0,1478

0,2568

0,5671

0,8952

1,2034

1,3561


Продемонстрируем данную зависимость на диаграмме:







Вывод: Чем ниже температура на улице, тем больше температура и давление необходимо поддерживать на котлах в тепловых сетях. При недостаточном давлении происходит резкий перепад температурного режима, что вызывает прорывы тепловых коммуникаций.


Изучив, тему давления на уроках физики, я смогла применить свои знания в окружающем меня мире и найти им применение в практических целях. Считаю выбранную тему исследования актуальной, особенно при нынешних катаклизмах. На сегодняшний день Белогорск прошел экватор отопительного сезона, 130 дней позади, без происшествий и аварий. На примере диаграммы наглядно показала зависимость температуры окружающеё среды и давления в теплоносителях.

Тепловая энергия окружает нас повсюду, мы научились её добывать и в наших силах её беречь. Для этого необходимо запомнить лишь некоторые простые правила, а именно:

*Проветривайте помещение быстро и эффективно,

*Убедитесь, что окна и двери достаточно герметичные.

Есть ещё один способ экономии тепловой энергии он очень дорогостоящий и у нас в городе пока нет опыта установки таких приборов, но надеюсь, что в скором будущем это будет возможным. А именно, если установить в квартирах тепловые счетчики.

В чем же будет выгода? Ответ лежит на поверхности – сумма вашей оплаты за предоставленное тепло будет осуществляться строго по фиксированным тарифам, согласно показанию индивидуального счетчика, т.е. за фактическое потребление тепловой энергии. При этом возможна регулировка поступления тепла в квартиру в зависимости от погоды. Её можно делать вручную с помощью вентиля или в автоматическом режиме, путем электронной системы контроля за температурой в помещении. Такая регулировка позволяет настроить различные режимы подачи тепла, например, в рабочие дни днем, ночью и в выходные. Система эта, конечно, будет стоит недешево, однако окупится уже через 2-3 года.


IV. Заключение.

Об тепловой энергии люди знали уже в древности, но добывать её в гигантских масштабах научились только 100 лет назад. На наличие тепла в наших квартирах влияют многие факторы, одним из которых является давление. Как нам стало понятно ранее, давление в сети отопления возрастает, когда поднимается температура воды. В период морозов давление выше, чем весной и осенью, в связи с этим возможны частые перепады давления в трубах, что является одной из причин аварий в теплосетях.

На сегодняшний день Белогорск прошел экватор отопительного сезона, 130 дней позади, без происшествий и аварий. На примере диаграммы наглядно была показана зависимость температуры окружающеё среды и давления в теплоносителях.

































V. Список рекомендуемой литературы :



  1. Элементарный учебник физики: Учебное пособие. В 3-хт. /Под ред.Г.С.Ландсберга. Т.1 Механика. Молекулярная физика. М.: Наука, 1985.

  2. Иванов А.С., Проказа А.Т. Мир механики и техники: Кн.для учащихся. – М.: Просвещение, 1993.

  3. Бытько Н.Д. Физика, ч.1 и 2. Механика. Молекулярная физика и теплота. М.: Высшая школа, 1972.

  4. Энциклопедия для  детей. Том 16. Физика Ч.1 Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира/Глав. Ред. В.А.Володин. – М.: Аванта +, 2000

  5.  http://demo.home.nov.ru/favorite.htm 

  6.  http://gannalv.narod.ru/tr/ 

  7. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5 

  8.  http://class-fizika.narod.ru/7_tren.htm 

  9.  http://www.physel.ru/component/option,com_frontpage/Itemid,1/

  10. . Источник: http://tepluha.ru/perepad-davleniya-v-sisteme-otopleniya.,

  11. Официальный сайт г.Белогорск,






















































Приложения

























Прил. № 1. Пример распределения потерь энергии в жилом доме.


C:\Documents and Settings\Резерв\Рабочий стол\3.jpg






















Прил. №2. Зависимость температур


C:\Users\1\Desktop\9-5.jpg




















Прил. .№ 3. Диаграмма











13


Исследовательская работа по теме "Роль давления жидкости в теплоснабжении".
  • Физика
Описание:
  • Все наше достоинство- в способности мыслить,
  • Только мысль возносит нас, а не пространство
  • и время, в котором мы-ничто.
  • Постараемся же мыслить достойно-в этом основа нравственности (Блез Паскаль)

Изучая, тему давления на уроках физики, меня заинтересовало данное понятие, его значение в окружающем нас мире. Интересно найти применение моих знаний в практических целях.

Сегодня мы с трудом представляем, как человек больше сотни лет назад мог обходиться без теплоснабжения. Ведь теплоснабжение для современного общества – это основа всех видов человеческой деятельности. Но немногие из нас задумываются, как это благо цивилизации попадает к нам. Путь его долог по сложным системам тепловых коммуникаций в виде труб. Тепловые сети это артерии кровеносной системы питающей тепловой энергией промышленные предприятия и организации. Оценить значение тепла нашей жизни мы можем только тогда, когда эта тепло внезапно пропадает. Это как большая полноводная река, могучая и сильная, несущаяся с гор, вырвавшись на равнину, начинает делиться на множество речек, ручьев и ручейков.

Актуальность выбранной темы исследования.

Еще в древности люди начали добывать тепло. Все началось с добычи огня, ведь огонь это и есть та энергия, которая необходима для жизнедеятельности человека. Согласно статистическим данным, современный человек употребляет в сто раз больше тепловых ресурсов, чем древний житель.

Автор Ратушная Оксана Алексеевна
Дата добавления 10.05.2015
Раздел Физика
Подраздел Другое
Просмотров 770
Номер материала 59117
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

↓ Показать еще коментарии ↓




Похожие материалы