Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analiza rozpływu pary w wymienniku ciepłowniczym

Rusowicz A., Grzebielec A., Laskowski R.

Rynek Energii

|

2018

|

Nr 1

60--64

PL

W pracy zaprezentowano rozpływ pary w wymienniku ciepłowniczym. Analizę oparto na wynikach z symulacji numerycznej przeprowadzonej dla wymiennika o mocy cieplnej 167 MW, 134,4 MW i 66 MW. Wykorzystano model dwuwymiarowy oparty na założeniu pojedynczego kontinuum w ustalonych warunkach procesu. Wewnątrz wymiennika przepływa idealna para wodna nasycona. Pęk rur traktowany jest jako złoże porowate. Przeanalizowano wyniki rozpływu pary w wymienniku i zaproponowano rozmieszczenie rur o zwiększonej grubości ścianek.

EN

The work presents the steam distribution in the heat exchanger. The analysis was based on the results of numerical simulation carried out for the heat exchanger with 167 MW, 134.4 MW and 66 MW thermal capacity. A two-dimensional model based on the assumption of a single continuum under fixed process conditions was used. The inside of the heat exchanger is saturated water vapor. The pipe bend is treated as a porous deposit. The results of the steam distribution in the exchanger were analyzed and the distribution of pipes with increased wall thickness was proposed.

2

Selecting optimal pipeline diameters for a district heating network comprising branches and rings, using graph theory and cost minimization

Murat J., Smyk A., Laskowski R.

Journal of Power Technologies

|

2018

|

Vol. 98, nr 1

30--44

EN

Choosing the right pipeline diameter is essential for both newly designed district heating (DH) networks and existing ones undergoing upgrades. A multi-stage optimization algorithm was developed for the purpose of selecting optimal diameters of pipelines in a DH network that has a complex layout including branches and rings. The DH network was represented as a set of graphs and then as matrices, which made hydraulic and heat-and-flow calculations possible for any network layout. The optimization algorithm was developed as a Visual Basic program consisting of 37 macros. The program considers hydraulic resistances, heat-balance equations, capital expenditure for DH pipelines of 32 to 1,100 mm in diameter, and the operating cost, including the costs of heat transmission losses and DH water pumping. Microsoft Excel’s Solver tool was used to solve the non-linear optimization algorithm with constraints. To provide an example of the program’s application, the paper includes calculations used to verify the correctness of selected diameters for part of an existing DH network in a large DH system in Poland.

3

PES a sprawność wytwarzania ciepła i energii elektrycznej w kogeneracji

Smyk A., Laskowski R., Szymczyk J.

Instal

|

2018

|

nr 11

5--11

PL

Inspiracją do napisania artykułu jest, naszym zdaniem, wadliwa definicja sprawności wytwarzania ciepła i energii elektrycznej w układach kogeneracyjnych zawarta w Rozporządzeniu Ministra Energii z dnia 10 kwietnia 2017 r. w sprawie sposobu obliczania danych podanych we wniosku o wydanie świadectwa pochodzenia z kogeneracji oraz szczegółowego zakresu obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w wysokosprawnej kogeneracji [14]. Pozwala ona wprawdzie poprawnie obliczać wartość oszczędności energii pierwotnej (PES) uzyskiwaną w kogeneracji, ale nie może być stosowana ani do określania zużycia energii pierwotnej do produkcji ciepła i energii elektrycznej u odbiorców zasilanych w ciepło i energię elektryczną pochodzącą z elektrociepłowni (EC), ani do porównywania sprawności produkcji ciepła w EC i ciepłowniach z czym w wielu publikacjach mamy do czynienia. W związku z wytwarzaniem w EC w skojarzeniu dwóch produktów o różnej wartości energetycznej: ciepła i energii elektrycznej „zwykła” sprawność energetyczna nie oddaje w sposób obiektywny efektywności układu kogeneracyjnego. Dlatego przez szereg lat wielu autorów poszukiwało zobiektywizowanej sprawności elektrociepłowni (układu kogeneracyjnego). Można stwierdzić, iż żadna z tych definicji nie jest w pełni zadowalająca. Dlatego wprowadzono metodę porównawczą oceny układów kogeneracyjnych, która obecnie przybrała formę PES tj. oszczędności energii pierwotnej, określanej w odniesieniu do rozdzielnego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej (Prawo energetyczne [9], Dyrektywa [10], Rozporządzenie [14]). Warto podkreślić, iż w Polsce metodę tę stosowano już od lat 60. XX wieku (Wagner [7] , Marecki [3] , Szargut [6]) używając równoważnej do PES miary tj. oszczędności paliwa.

EN

The article is inspired, by the flawed definition of the efficiency of heat and electricity generation in cogeneration systems contained in the Regulation of the Minister of Energy of 10 April 2017 on the method of calculating the data given in the application for a certificate of origin from cogeneration and the detailed scope of the obligation to confirm the data concerning the amount of electricity generated in high-efficiency cogeneration [14]. Although it allows for a correct calculation of primary energy savings (PES) from cogeneration, it cannot be used to determine the primary energy consumption for heat and electricity production of heat and electricity from cogeneration plants or to compare the efficiency of heat production in CHPs and heat plants, as is the case in many publications. Due to the generation of two products with different energy values in the CHP: heat and electricity, „normal” energy efficiency does not objectively reflect the efficiency of the cogeneration system. Therefore, for many years, many authors have been looking for the objective efficiency of the CHP plant (cogeneration system). It can be concluded that none of these definitions are fully satisfactory. Therefore, a comparative method of assessment of cogeneration systems has been introduced, which has now taken the form of PES, i. e. primary energy savings defined in relation to separate generation of heat and electricity [9], [10], [14]. It is worth noting that in Poland this method has been used since the 1960s (Wagner [7], Marecki [3], Szargut [6]) using a measure equivalent to the PES, i. e. fuel savings.

4

Modernizacja systemu chłodzenia serwerowni o dużej mocy obliczeniowej – studium przypadku

Rusowicz A., Grzebielec A., Laskowski R.

Rynek Energii

|

2017

|

Nr 1

67--72

PL

Jednym z głównych problemów podczas pracy serwerowni jest odpowiednie chłodzenie modułów elektronicznych w celu uniknięcia ich przegrzania co w konsekwencji prowadzi do uszkodzenia. Ze względu na wymagane duże moce chłodnicze stosuje się tzw. klimatyzację precyzyjną, która jest specjalnie zaprojektowana i przeznaczona do chłodzenia pomieszczeń serwerowni, pomieszczeń technicznych, szaf serwerowych, itp. Działanie tych urządzeń wymaga bardzo dużych nakładów energetycznych. W pracy przedstawiono propozycję unowocześnienia systemu chłodzenia trzech serwerowni. W serwerowniach zainstalowane są urządzenia chłodnicze o mocy chłodniczej 1,873 MW. Średnie rzeczywiste zapotrzebowanie na moc chłodniczą wynosi 890 kW. Część jednostek pełni funkcję rezerwową. W serwerowni zainstalowanych jest 38 szaf klimatyzacyjnych z bezpośrednim odparowaniem. Zamontowane urządzenia pracują od czternastu lat, w związku z tym istnieje potrzeba wymiany urządzeń chłodniczych na nowocześniejsze jednostki. W pierwszym wariancie zaproponowano zastąpienie jednostek na jednostki o podobnej mocy wykonane w nowszej technologii. Druga propozycja obejmuje wprowadzenie zabudowanych korytarzy szaf rakowych, a trzecia to rozszerzenie wariantu I o moduły EconoPhase. Nie analizowano wykorzystania „free coolingu” z powodu braku możliwości zamontowania dodatkowych wymienników (brak miejsca i ograniczona nośność dachu). W pracy przedstawiono koszty inwestycyjne i eksploatacyjne prezentowanych rozwiązań. W przypadku zastosowania nowoczesnych jednostek z wymianą skraplaczy zaobserwowano obniżenie zapotrzebowania na energię elektryczną na poziomie 16%. Przyjęte rozwiązanie posiada prosty czas zwrotu kapitału SPBT na poziomie 18,7 lat. Drugie rozwiązanie polegające na zabudowie korytarzy szaf rakowych prowadzi do oszczędności energii o 37,8%, przy SPBT wynoszącym 8,38 lat. Wariant trzeci zawierający wykorzystanie nowoczesnych jednostek z dodatkowymi modułami EconoPhase zapewnia oszczędność energii na poziomie 48,3%, ale wymaga znacznych nakładów finansowych, w związku z tym SPBT wynosi 12,1 lat.

EN

One of main issues concerning server room operation is appropriate cooling of electronic modules to prevent excessive heat generation resulting in their damage. Since high cooling powers are required, precision air conditioning systems are used that are specially designed for cooling server and equipment rooms, server cabinets, etc. These devices require very large energy supplies. The paper proposes an upgrade of a cooling system for three server rooms in which refrigeration equipment with a cooling power of 1.873 MW is installed. The average actual cooling power demand is 890 kW, and some units work as a standby. Thirty-eight direct-evaporation air-conditioning cabinets are installed. The devices have been operated for 14 years; therefore, the refrigeration equipment should be replaced with modern units. The paper compares three approaches: replacing the units with similar ones based on newer technology, introducing contained aisle configurations of rack cabinets and units based on newer technology with additional EconoPhase modules. The application of free cooling was not analyzed since mounting additional heat exchangers was impossible (due to the lack of space and limited roof loading capacity). The paper provides capital and operating costs of the solutions. The introduction of up-to-date units and replacing condensers resulted in lowering the electric power demand by 16%. The simple payback time (SPBT) of this solution is 18.7 years. The energy savings achieved through the second solution (contained aisle configurations of rack cabinets) amount to 37.8%, with SPBT equal to 8.3 years. Variant III, consisting in using modern units with additional EconoPhase modules, significantly improves energy savings (48.3%) but it requires large capital expenditure, with simple payback time of 12.1 years.

5

Dobór optymalnej średnicy rurociągów sieci ciepłowniczej

Murat J., Smyk A., Laskowski R.

Nowa Energia

|

2017

|

nr 1

54--59

PL

Dobór średnic rurociągów dla nowoprojektowanych i podlegających modernizacji sieci ciepłowniczych jest istotny, gdyż pozwala obniżyć koszty przesyłania ciepła w krajowych systemach ciepłowniczych. W celu wyznaczenia optymalnych średnich rurociągów sieci ciepłowniczej o złożonej strukturze rozgałęźno-pierścieniowej, opracowano wielostopniowy algorytm optymalizacyjny.

6

Maximum entropy generation rate in a heat exchanger at constant inlet parameters

Laskowski R., Jaworski M.

Journal of Mechanical and Energy Engineering

|

2017

|

Vol. 1, No 1

79--86

EN

The main goal of the paper is to provide a condition for which a maximum entropy generation occurs in a heat exchanger at constant inlet parameters (temperatures and mass flow rates). Knowing this condition is essential during the design of the heat exchanger as it allows designers to avoid one of its most unfavourable operating conditions in terms of thermodynamics. Entropy generation resulting from the resistance of heat-transferring fluids to flow was not taken into account. Entropy generation was analysed as a function of a heat flow rate at constant parameters at the inlet of a condenser and a counter-flow double-pipe heat exchanger. The analysis showed that for the condenser the entropy generation rate increases with the increase in the heat flow rate. The maximum entropy generation rate occurs for the maximum flow rate of the heat that can be transferred according to the definition of heat transfer effectiveness. For the counter-flow heat exchanger, the entropy generation as a function of the heat flow rate reaches maximum at constant inlet parameters (temperatures and mass flow rates). It appeared that the peak entropy generation, or the largest exergy loss, occurs when the outlet temperatures of the fluids are equal. This assertion was verified against data obtained from a simulator of the counter-flow heat exchanger for two different relations between heat capacity rates.

7

Porównanie równoległej i szeregowej konfiguracji skraplaczy w układzie chłodzenia bloku energetycznego dużej mocy

Laskowski R., Bednarczyk P., Smyk A.

Instal

|

2017

|

nr 10

4--7

PL

Przeprowadzono analizę energetyczną równoległego (R) i szeregowego (S) połączenia skraplaczy w układzie cieplnym bloku energetycznego dużej mocy o parametrach nadkrytycznych, dla różnych wartości strumienia wody chłodzącej. Jako kryterium porównawcze przyjęto moc brutto bloku pomniejszoną o moc pomp wody chłodzącej. Dla określenia mocy brutto bloku stworzono jego model w programie Gate Cycle. Moc pomp wody chłodzącej określono z uwzględnieniem oporów przepływu w skraplaczach, rurociągach wody chłodzącej i różnicy poziomów wynikającej z doprowadzenia wody do chłodni kominowej. Wyniki szczegółowe zawierają tabele 3A i 3B. Zestawienie osiągów bloku dla dwóch konfiguracji skraplaczy przy różnych strumieniach wody chłodzącej zawiera tabela 4.

EN

Energy analysis of parallel (R) and serial (S) steam condensers connection in the supercritical power plants, for different values of cooling water mass flow rate, was performed. As a comparative criterion, the gross power of the power plant minus the power of the cooling water pumps was assumed. To determine the gross power of the power plant, its model was created in the GateCycle program. The power of the cooling water pumps is determined by taking into account the flow resistance in the steam condensers, the cooling water pipes and the difference in the level resulting from the supply of water to the cooling tower. Detailed results include tables 3A and 3B. The performance of the power plant for the two steam condensers configurations for different cooling water mass flow rates is shown in Table 4.

8

Porównanie równoległej i szeregowo-równoległej konfiguracji skraplaczy bloku energetycznego dużej mocy na parametry nadkrytyczne

Laskowski R., Smyk A.

Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej

|

2017

|

R.52, nr 7-8

24--28

PL

W artykule przeprowadzono analizę energetyczną równoległego (R) i szeregowo-równoległego (S-R) połączenia skraplaczy w układzie cieplnym bloku energetycznego dużej mocy o parametrach nadkrytycznych. Rozpatrzono wpływ strumienia wody chłodzącej i zmiany powierzchni wymiany ciepła skraplaczy na moc bloku. Jako kryterium porównawcze przyjęto moc brutto bloku pomniejszoną o moc pomp wody chłodzącej. Dla określenia mocy brutto bloku stworzono jego model w programie Gate Cycle. Moc pomp wody chłodzącej określono z uwzględnieniem oporów przepływu w skraplaczach, rurociągach wody chłodzącej i różnicy poziomów wynikającej z doprowadzenia wody do chłodni kominowej. Wyniki szczegółowe przeprowadzonej analizy zawierają tabele 3A i 3B. Zestawienie osiągów bloku dla dwóch konfiguracji skraplaczy przy różnych strumieniach wody chłodzącej zawiera tabela 4.

EN

In the paper, parallel (R) and series-parallel (S-R) connection of steam condenser for the supercritical power plant was performed.. The influence of the cooling water mass flow rate and the change of the heat exchanger surface of the steam condensers on the performance of the power plant was considered. As a comparative criterion, the gross power of the unit minus the power of the cooling water pumps was assumed. To determine the gross power of the unit, its model was created in the Gate Cycle program. The power of the cooling water pumps is determined by taking into account the flow resistance in the steam condensers, the cooling water pipes and the difference in the level resulting from the supply of water to the cooling tower. Detailed results are provided in Tables 3A and 3B. The performance of the power plant for the two condenser configurations for different cooling water mass flow rate is shown in Table 4.

9

Application of FMEA in the Quality Estimation of Metal Matrix Composite Castings Produced by Squeeze Infiltration

Gawdzińska K., Chybowski L., Przetakiewicz W., Laskowski R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 4

2171--2182

EN

Metal matrix composites (MMCs) are still scarcely described due to various combinations of used materials and a wide array of technologies. Applying the Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) method to describe the quality of metal composite castings may contribute to eliminating specific (characteristic only to these materials) defects. This part of the analysis determines the criticality numbers, meaning the frequency of a given failure, detectability level and significance of a given failure to the group of specific composite casting failures. It contributes to establishing the priority number (P), which is a measure used to assess risk, a notion essential in discussing quality in a composite casting.

10

Zastosowanie stałej wartości efektywności cieplnej do wyznaczania wylotowej temperatury wody chłodzącej ze skraplacza dla zmiennych warunków pracy

Laskowski R., Smyk A., Jaworski M.

Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej

|

2016

|

R. 51, nr 3

12--16

PL

Efektywność skraplacza jest funkcją współczynnika przenikania ciepła, powierzchni wymiany ciepła i strumienia pojemności cieplnej czynnika ogrzewanego. W literaturze można też znaleźć inne aproksymacyjne zależności, które są funkcją parametrów wlotowych i zawierają stałe współczynniki, które trzeba określic na podstawie danych pomiarowych. W artykule przedstawiono zależność na efektywność skraplacza w funkcji parametrów wlotowych i odpowiadających im parametrów dla stanu odniesienia. Proponowana zależność ma prostą postać i zawiera tylko parametry wejściowe i parametry w stanie odniesienia. Z analizy proponowanej zależności wynika, że efektywność skraplacza w otoczeniu parametrów odniesienia można przyjąć jako stałą, równą efektywności skraplacza dla warunków odniesienia. Przyjęcie stałej wartości efektywności skraplacza pozwala na przykład w prosty sposób określic temperaturę wylotową wody chłodzącej z zadowalającą dokładnością dla zmiennych warunków pracy dla szerokiego zakresu zmian parametrów wejściowych. Słuszność przyjętego założenia sprawdzono na podstawie danych uzyskanych z symulatora skraplacza dla bloku 200 MW i danych pomiarowych.

EN

Condenser effectiveness is a function of an overall heat transfer coefficient, heat transfer area, and the heat capacity rate of the heated fluid. In the literature, other approximate equations can be found being functions of inlet parameters and containing constant coefficients which have to be established based on measurement data. The present paper provides an equation for the condenser effectiveness being a function of parameters at the condenser inlet and ones that correspond to the inlet parameters and are relevant in a reference state. The proposed equation has simple form and contains only the inlet and reference parameters. An analysis of the proposed equation shows that the condenser effectiveness in the neighborhood of the reference parameters can be considered constant and equal to the condenser effectiveness in reference conditions. By using a constant value of the condenser effectiveness one can, for instance, easily determine cooling water outlet temperature with satisfactory accuracy for variable operating conditions and a wide range of changes in inlet parameters. This assumption was verified to be true based on data obtained from a simulator of a 200-MW unit condenser and on measurement data.

11

Dobór odpowiedniej średnicy rurek skraplacza na podstawie minimum liniowego oporu cieplnego i liniowego strumienia generacji entropii

Laskowski R., Smyk A., Rusowicz A.

Chłodnictwo : organ Naczelnej Organizacji Technicznej

|

2016

|

R. 51, nr 9

18--21

PL

W artykule dokonana weryfikacji doboru średnicy wewnętrznej rurek skraplacza na podstawie minimum liniowego oporu cieplnego i minimum liniowego strumienia generacji entropii. Weryfikację średnicy rurki przeprowadzono dla skraplacza bloku 200 MW, który w ramach retrofitu tych bloków również często podlega modernizacji. Z przeprowadzonej analizy wynika, że metoda minimum generacji strumienia entropii ma prostszą postać w porównaniu z metodą minimum liniowego oporu cieplnego, a ponadto ujmuje zarówno procesy wymiany ciepła, jak i oporów przepływu.

EN

The paper aims to verify the determination of the diameter of condenser tubes based on a minimum thermal resistance per unit length and a minimum entropy generation rate per unit length. The tube diameter was examined for a 200-MW unit condenser which is often upgraded in the course of retrofitting these units. The analysis shows that the method of the minimum entropy generation rate is simpler in form than that of the minimum thermal resistance per unit length and accounts both for heat transfer and flow resistance processes.

12

Ocena konstrukcji skraplacza na podstawie minimum strumienia generacji entropii

Laskowski R., Rusowicz A., Grzebielec A., Jaworski M.

Aparatura Badawcza i Dydaktyczna

|

2016

|

T. 21, nr 2

76--84

PL

W skraplaczach energetycznych generowane są jedne z największych strat strumienia entropii w instalacji energetycznej. Celowe jest obniżanie tej straty, aby uzyskać poprawę całkowitej sprawności instalacji. W artykule podano warunek dla minimum generacji strumienia entropii, z którego wynika, że minimum to jest osiągnięte, gdy podgrzew wody w rurkach skraplacza ma równomierny rozkład (przyjmuje taką samą wartość dla wszystkich rurek). Poprawność tego warunku sprawdzono na podstawie danych uzyskanych z symulatora 2D skraplacza dla jednego z krajowych bloków o mocy 50 MW. Na podstawie otrzymanych z symulatora przyrostów temperatur oraz odpowiadających im ciśnień pary dla 30 rurek dokonano oceny poprawności konstrukcji skraplacza.

EN

The losses in power plants condensers are some of the biggest losses in the entropy generation in whole power plant system. It is advisable to decrease the loss for improving the overall efficiency of the system. The article presents the condition for the minimum entropy generation, which states that the minimum is achieved when the heating of the water in the tubes of the condenser has a uniform distribution (takes the same value for all tubes). The correctness of this condition was verified on the basis of data obtained from the 2D condenser simulator for one of the national units with a 50 MW electric capacity. On the basis of the simulator increases temperatures and steam pressures corresponding to 30 tubes assesses the correctness of the construction of the condenser.

13

Fault Tree Analysis as a tool for modelling the marine main engine reliability structure

Laskowski R.

Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Szczecinie

|

2015

|

nr 41 (113)

71-77

EN

The introduction to the Fault Tree Analysis has been presented in this article. Selected publications on the Fault Tree Analysis have been listed. The usefulness of the method in marine engineering application has been indicated. Reliability testing facility has been presented, that is typical two-stroke, slow-speed ship crosshead Diesel engine intended to power the ship. The way of creating system model with the Fault Tree Analysis application has been presented. Reliability structure of tested engine has been modelled using Reliability Block Diagrams, as well as the Fault Tree Analysis. Main tree describing the object reliability structure analysis and the sub-tree structure modelling crank system, subsystem of the cam shaft, cylinder exemplary system and turbocharger have been built. Qualitative analysis of the tree has been conducted – the minimal cut sets of the system has been determined. The directions for further research have been indicated.

14

Weryfikacja średnicy rurek skraplacza na podstawie minimalizacji generacji entropii

Laskowski R., Rusowicz A., Smyk A.

Rynek Energii

|

2015

|

Nr 1

71--75

PL

Na podstawie minimalizacji generacji entropii wyznaczono optymalną wartość liczby Reynoldsa i średnicę rurki skraplacza bloku 200 MW. W modelu uwzględniono generację entropii w wyniku przepływu ciepła i oporów przepływu od strony wody chłodzącej. Na podstawie przeprowadzonej analizy otrzymano mniejszą średnicę wewnętrzną rurki średnio od 2 do 4 mm od aktualnej wartości równej 28 mm. Zmniejszanie średnicy rurki powoduje wzrost średniej prędkości wody chłodzącej, co skutkuje poprawą współczynników przejmowania i przenikania ciepła, zmniejszeniem powierzchni wymiany ciepła i wzrostem oporów przepływu.

EN

On the basis of entropy generation minimization determined the optimal value of the Reynolds number and tube diameter of power plant condenser 200 MW. The model includes the generation of entropy as a result of heat transfer and pressure drop from the cooling water. The analysis gave the smaller inside diameter of the tube of approximately average from 2 to 4 mm from the current value equal to 28 mm. Reducing the diameter of the tube increases the average speed of the cooling water, thereby improving the transfer coefficients and heat transfer reduction in the heat transfer surface area and increased flow resistance.

15

The performance of a water-water shell-and-tube heat exchanger in off-design conditions with consideration of reference parameters

Laskowski R., Smyk A.

Rynek Energii

|

2015

|

Nr 6

112--118

EN

Commonly used in Poland in heating and industrial applications, the JAD shell-and-tube heat exchangers are of counterflow type. Their performance can be represented by a counterflow heat exchanger effectiveness as a function of two parameters: NTU and C. In order to determine the NTU parameter, the overall heat transfer coefficient needs to be calculated. This requires additional relations including those used to determine the heat transfer coefficient for both fluids, and similarity numbers like the Nusselt, Reynolds, and Prandtl numbers. In order to determine the counterflow heat exchanger effectiveness, a set of linear and nonlinear equations describing the performance of the heat exchanger in off-design conditions must be developed. Because of the nonlinearity of the equations, the calculation must be performed in an iterative way. The greatest difficulty is to calculate the overall heat transfer coefficient; therefore, some approximate relations as functions of input parameters of the heat exchanger (temperatures and mass flow rates) have been created. One commonly used relation for the overall heat transfer coefficient has the form of a power function with four constant exponents. These exponents take specific values for different types of heat exchangers, but it is difficult to determine their physical interpretation. Therefore, in the paper a different relation for the overall heat transfer coefficient is given as a function of input variables, i.e.: temperatures at the heat exchanger inlet and mass flow rates of both fluids, taking into account reference parameters, with four constant coefficients that have a simple physical interpretation. The correctness of the proposed relation was checked on the basis of data obtained from the simulator of the JAD counterflow heat exchanger. The accuracy of the outlet temperature of heating fluid with regard to the proposed relation for the overall heat transfer coefficient was .

PL

Stosowane powszechnie w naszym kraju w ciepłownictwie a także w przemyśle wymienniki płaszczowo-rurowe JAD należą do grupy wymienników przeciwprądowych. Ich osiągi można przedstawić za pomocą efektywności wymiennika przeciwprądowego w funkcji dwóch parametrów: NTU i C. Aby wyznaczyć parametr NTU trzeba obliczyć współczynnik przenikania ciepła. W tym celu potrzebne są dodatkowe zależności między innymi służące do wyznaczenia współczynnika przejmowania ciepła od strony obu czynników, liczby podobieństwa Nusselta, Reynoldsa, Prandtla. W celu wyznaczenia efektywności wymiennika przeciwprądowego należy stworzyć zbiór zależności liniowych i nieliniowych opisujących osiągi wymiennika w zmienionych warunkach pracy (ZWP). Z powodu nieliniowości układu równań obliczenia trzeba przeprowadzić w sposób iteracyjny. Największe trudności nastręcza wyznaczenie współczynnika przenikania ciepła, dlatego tworzone są zależności aproksymacyjne w funkcji parametrów wejściowych do wymiennika (temperatur i strumieni mas). Jedną z powszechnie używaną zależności na współczynnik przenikania ciepła ma postać potęgową ze stałymi wykładnikami. Wykładniki te przyjmują określone wartości dla danego typu wymiennika, ale trudno jest określić ich interpretację fizyczną. Dlatego w artykule podano inną zależność aproksymacyjną na współczynnik przenikania ciepła w funkcji zmiennych wejściowych tj.: temperatury na wlocie do wymiennika dla obu czynników i strumieni mas z uwzględnieniem parametrów odniesienia z czterema stałymi współczynnikami, które mają prostą interpretację fizyczną. Poprawność proponowanej zależności sprawdzono na podstawie danych uzyskanych z symulatora wymiennika przeciwprądowego typu JAD. Dokładność temperatury wody grzejnej na wylocie z wymiennika z uwzględnieniem proponowanej zależności aproksymacyjnej na współczynnik przenikania ciepła wyniosła .

16

Polygeneration as an effective way to save energy in the manufacturing plant

Grzebielec A., Rusowicz A., Jaworski M., Laskowski R., Leszczyński M.

Rynek Energii

|

2015

|

Nr 6

106--111

EN

Polygeneration is a term that describes the co-generation of several different media. The most frequently cited media are electricity, heat, cooling, compressed air, CO2 (in food processing plants). The article presents a description of the audit and the proposed improvement for polygeneration in the plant related to the automotive industry. Described production plant currently is built from three not associated with each process produces heat, cooling and compressed air. The article presents an economic analysis of solution that enables simultaneous production of compressed air, heat and cold. In this particular plant there is able to obtain a reduction of electricity consumption at the level of 36.75 kW and a reduction in heat consumption at the level of 60.74 kW. Profits come from the reduction of energy for cooling and reduction of heat consumption needed to heat the air in the ventilation system. The solution resulted in operating costs savings at 232 214 PLN per year and simple payback period less than 4 years. It turns out that polygeneration is an excellent method to reduce the operating costs of businesses.

PL

Poligeneracja jest pojęciem opisującym współgenerowanie kilku różnych mediów. Najczęściej wymieniane media to prąd elektryczny, ciepło, chłód, sprężone powietrze, CO2 (w zakładach przetwórstwa spożywczego). Artykuł przedstawia opis audytu oraz propozycję wdrożenia elementów umożliwiających poligenerację w zakładzie przemysłowym związanym z branżą Automotive. Opisany zakład produkcyjny w chwili obecnej w 3 nieskojarzonych ze sobą procesach produkuje ciepło, chłód oraz sprężone powietrze. Artykuł przedstawia analizę ekonomiczną rozwiązania umożliwiającego jednoczesną produkcję sprężonego powietrza, ciepła oraz chłodu. W tym konkretnym zakładzie udało się uzyskać zmniejszenie zużycia energii elektrycznej na poziomie 36,75 kW oraz zmniejszenie zużycia ciepła na poziomie 60,74 kW. Zyski pochodzą ze zmniejszenia energii na potrzeby chłodnictwa oraz ze zmniejszenia zużycia ciepła na potrzeby podgrzewania powietrza w halach produkcyjnych. Rozwiązanie przyniosło oszczędności eksploatacyjne na poziomie 232214 zł rocznie, a prosty czas zwrotu był krótszy niż 4 lata. Okazuje się, że poligeneracja jest doskonałą metodą na zmniejszenie kosztów funkcjonowania przedsiębiorstw.

17

A simplified approach to determining thermodynamic parameters and performance of a single-shaft gas turbine engine in off-design conditions

Laskowski R., Smyk A., Lewandowski J.

Rynek Energii

|

2015

|

Nr 3

115--125

EN

The present paper analyses power and efficiency changes of a single-shaft gas turbine, with a power output of about 14 MW, in off-design conditions. In the analyzed period the gas turbine operated at constant rotational speed while air inlet temperature varied. Due to measurement difficulties, not all parameters (temperature, pressure, mass flow rate) at the characteristic points of the gas turbine are measured. In the case of the gas turbine under consideration, the following quantities were measured: temperature and pressure at the compressor inlet, pressure downstream the compressor, fuel mass flow rate, pressure and temperature at the turbine outlet, and the gas turbine power output. Using the proposed model, the unmeasured quantities were determined, i.e. air temperature downstream the compressor, combustion gas pressure and temperature at the turbine inlet, and the mass flow rates of the air and combustion gas. After the unmeasured quantities were determined, the values of isentropic and polytropic efficiencies were calculated for the compressor and turbine. In order to analyze changes in the efficiency of the gas turbine system, the polytropic efficiency of the compressor and turbine was expressed as a function of an entropy increment. A linear relation of the polytropic efficiency as a function of entropy generation for the turbine and a non-linear one for the compressor were obtained. Approximately linear relations between the compressor and turbine isentropic and polytropic efficiencies were obtained. The power output of the turbine, and the power used to drive the compressor in the load range of 85 to 100% were calculated.

PL

W artykule dokonano analizy pracy turbiny gazowej jednowałowej o mocy około 14 MW w zmienionych warunkach pracy. W okresie objętym analizą turbina gazowa pracowała przy stałej prędkości obrotowej, zmianie podlegała temperatura powietrza na wlocie. Ze względu na trudności pomiarowe nie wszystkie parametry (temperatura, ciśnienie, strumień masy) w charakterystycznych punktach w turbinie gazowej są mierzone. Dla analizowanej turbiny gazowej były mierzone następujące wielkości: temperatura i ciśnienie na wlocie do sprężarki, ciśnienie za sprężarką, strumień masy paliwa, ciśnienie i temperatura na wylocie z turbiny i moc elektryczna turbiny gazowej. Na podstawie zaproponowanego modelu wyznaczono niemierzone wielkości tj.: temperaturę powietrza za sprężarką, ciśnienie i temperaturę spalin na wlocie do turbiny, strumień masy powietrza i spalin. Po wyznaczeniu niemierzonych wielkości wyliczono sprawności wewnętrzne i politropowe dla sprężarki i turbiny. Dla analizy zmian sprawności układu turbiny gazowej wyrażono sprawność politropową sprężarki i turbiny w funkcji przyrostu entropii. Otrzymano liniową zależność sprawności politropowej w funkcji generacji entropii dla turbiny i nieliniową dla sprężarki. Otrzymano w przybliżeniu liniowe relacje pomiędzy sprawnościami sprężarki i turbiny – dla sprawności wewnętrznej i politropowej. Obliczono moc generowaną w turbinie gazowej i moc pobieraną przez sprężarkę w zakresie zmian obciążenia od 85 do 100%.

18

Zastosowanie minimalizacji przyrostu entropii do określenia optymalnej średnicy wewnętrznej rurki skraplacza

Laskowski R., Rusowicz A., Grzebielec A.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 10

1697-1699

PL

W celu wyznaczenia optymalnej wartości średnicy wewnętrznej rurki skraplacza typu church window zastosowano minimalizację przyrostu entropii. W przyjętym modelu uwzględniono przyrost entropii w wyniku przepływu ciepła i oporów przepływu od strony wody chłodzącej. Obliczenia przeprowadzono dla dwóch zależności na współczynnik oporów przepływu z uwzględnieniem czterech różnych wartości chropowatości rurki skraplacza. Z przeprowadzonej analizy uzyskano nieco mniejszą wartość wewnętrznej średnicy rurki od rzeczywistej. Rzeczywista średnica wewnętrzna rurki skraplacza wynosi 22 mm. Z przeprowadzonej analizy otrzymano optymalną wartość wewnętrznej średnicy rurki równą 20 mm. Wartość optymalnej średnicy zależy od przyjętej wartości chropowatości i wraz ze wzrostem chropowatości rośnie wartość optymalnej średnicy.

EN

Inner diam. of the “church window” condenser tube was optimized by minimization entropy generation during heat transfer. The pressure drop on the cooling water side was taken into account. Calcns. were performed for 2 relations of flow resistance and for 4 different values of the condenser tube roughness. The anal. gave a slightly lower inner diam. of the tube (20 mm) than the actual value (22 mm). The optimum diam. increased with increasing the tube surface roughness.

19

Thermal-hydraulic calculations for a fuel assembly in a European Pressurized Reactor using the RELAP5 code

Skrzypek M., Laskowski R.

Nukleonika

|

2015

|

Vol. 60, No. 3, part 2

537--544

EN

The main object of interest was a typical fuel assembly, which constitutes a core of the nuclear reactor. The aim of the paper is to describe the phenomena and calculate thermal-hydraulic characteristic parameters in the fuel assembly for a European Pressurized Reactor (EPR). To perform thermal-hydraulic calculations, the RELAP5 code was used. This code allows to simulate steady and transient states for reactor applications. It is also an appropriate calculation tool in the event of a loss-of-coolant accident in light water reactors. The fuel assembly model with nodalization in the RELAP5 (Reactor Excursion and Leak Analysis Program) code was presented. The calculations of two steady states for the fuel assembly were performed: the nominal steady-state conditions and the coolant flow rate decreased to 60% of the nominal EPR flow rate. The calculation for one transient state for a linearly decreasing flow rate of coolant was simulated until a new level was stabilized and SCRAM occurred. To check the correctness of the obtained results, the authors compared them against the reactor technical documentation available in the bibliography. The obtained results concerning steady states nearly match the design data. The hypothetical transient showed the importance of the need for correct cooling in the reactor during occurrences exceeding normal operation. The performed analysis indicated consequences of the coolant flow rate limitations during the reactor operation.

20

Zastosowanie minimalizacji generacji entropii do określenia optymalnej średnicy wewnętrznej rurki skraplacza jednobiegowego typu „church window”

Laskowski R., Smyk A., Rusowicz A., Grzebielec A.

Instal

|

2015

|

nr 7/8

20--23

PL

W celu wyznaczenia optymalnej wartości średnicy wewnętrznej rurki skraplacza bloku energetycznego typu „church window” zastosowano minimalizację generacji entropii. W przyjętym modelu uwzględniono generację entropii w wyniku przepływu ciepła i oporów przepływu od strony wody chłodzącej. Obliczenia przeprowadzono dla dwóch zależności na współczynnik oporów przepływu z uwzględnieniem różnych wartości chropowatości rurki skraplacza. Wartość optymalnej średnicy zależy od przyjętej wartości chropowatości i wraz ze wzrostem chropowatości rośnie. Z przeprowadzonej analizy otrzymano dla analizowanego skraplacza optymalną wartość wewnętrznej średnicy rurki równą 20 mm. Podana wartość dotyczy górnego przedziału chropowatości, który można uznać za „bezpieczny” dla przeciętnych warunków eksploatacyjnych, uwzględniających średnie zanieczyszczenie rurek skraplacza.

EN

In order to determine the optimum value of the inner diameter of the condenser tube type of “church window” entropy generation minimization was used. In this model the entropy generation by heat transfer and pressure drop from the cooling water side were taken into account. Calculations were performed for the two relations of flow resistance and for the different values of roughness of the condenser tube. The value of the optimal diameter depends on the value of roughness and with the increase of roughness the value of the optimal diameter increases. From the performed analysis the optimal value of the inner tube diameter of 20 mm was obtained. The specified value is for the upper range of roughness, which can be considered as “safer” for average operating conditions, taking into account the average fouling of the condenser tubes.