MITTHÖGSKOLAN, Härnösand

Transkript

1 MITTHÖGSKOLAN, Härnösand

2 Förslag till lösningar TENTAMEN I TERMODYNAMIK, 5 p Typtewnta Del 1: Räkneuppgifter (20 p) 1 Hångin 2345 Hångut 556 t in 80 t ut 110 hin 335 hut 461 många 20 mv 283,9683 v 0, , A 0, d 0, k 1666,667 DT 53,5 DT 23,5 DT log 36,46613 A 597, OTTOMOTOR T1 = 20oC = 293 K Tab A-17 ger: u 1 = kj/kg (interpol.) v r1 = r = 10 ger v r2 = 65.9 u 2 = kj7kg T3=1827 C. = 2100 K u 3 = 1775 v r3 = V4/v3 = 10 v r4 = u 4 = 782,5 (interpol) q in = u 3 -u 2 = ,8 = kj/kg q ut = u4-u 1 = = kj/kg w net = q in -q ut = = kj7kg

3 a. V in = 0.5 liter gaslagen ger m = Pv/RT m = * /0,287/293 kg = 0.6 g W = mw net = *677.7 = 0.41 kj b. n=6000varv/min I detta ingår ett varv för in och utblåsning, dvs 3000 varv/min med ottocykel Med fyra cylindrar blir det P = W*n 4 = 0.41*(3000/60) *4 = 81.6 kw c. Verkningsgrad η = w net /q in = 677.7/ = 0.54 Med 1.0 dm 3 /mil och MJ/liter är Qin = MJ Vid 2000 varv/minut blir effekten 0,41*(1000/60)*4 = 27.2 kw Vid hastighet 100 km/h tar det 6 minuter att köra en mil W = 6 *60 * 27.2 = 9797 kws (kj) Verkningsgrad = 9797/31850 = 30.8% 3 Vtot 0, m 0,23 T 342 h 3132 s 7,107 v 0, V=mv 0, h 0, hny 0, Vny 0, v 0, vf 0, vg 0,14084 x 0, h 2097 s 4,99 Q=mDh 238,05 W=PDV 34,06712 c. sgen 0, Q/t-m(s-s) Lösning tal 4 a. Se figur sid 587

4 b. T1 = - 33 C (240 K) Tabell A -17 ger h1 = kj/kg ovh Pr1 = T3 = 27 C (300 K) Tabell A-17 ger h3 = kj/kg ovh Pr3 = Med ett tryckförhållande på 4 blir: Pr2 = 4* = A-17 (interpol) ger T2 = K, h2 = kj/kg Pr4 = 1,386/4 = A-17 (interpol) ger T4 = K, h2 = kj/kg Alltså högst temp är 83.5 C och lägst 71,5 C c. COP = qin / wnet qin = h1-h4 = = 39.4 kj/kg wkomp = h2 h1 = = 117,15 kj/kg wtrub = h3 h4 = = 98.6 kj/kg COP = 39.4 /( ) = 2.12 d. Qin = 0.5 kg/s * 39.4 kj/kg = 19.7 kw

5 Del 2 Alternativfrågor (10 p) Besvara dessa alternativfrågor i valfri ordning. Rätt svar ger 1 poäng Tycker du inte att något av svarsalternativen stämmer, redovisa din egen lösning Vilken av följande angivna värden anger den största effekten? 9.1 kwh 900 kcal 1200 kj/h 15 MW 36 MJ 88 hp (hästkrafter) 6. En gasturbinanläggning levererade i nyskick 200 MW el. Mätningar visade då att isentropverkningsgraderna för kompressor och turbin var: η C = 0.88 resp. η T = Efter flera års drift uppmättes isentropverkningsgrader η C = 0.85 resp. ηt =0.80. Vilket påstående är inte korrekt. (Utgå från att gasflödet är oförändrat) Gasturbinen kommer att leverera mindre arbete Bränsleförbrukningen kommer att öka Avgaserna från gasturbinen kommer att vara kallare En större andel av turbinens arbete kommer att åtgå för kompressorarbete Luftens entropiökning i kompressorn blir större 7. Vilken av följande processer sker aldrig isobart? Irreversibel expansion av en verklig (icke-ideal) gas Värmetillförsel i en Carnotcykel Värmetillförsel i en Dieselmotor Kondensering av ånga vid konstant temtperatur 8. En värmemaskin arbetar enligt en ideal Carnotcykel mellan temperaturerna 27 och 327 o C. Om den lägre temperaturen skulle öka till 77 C, Hur mycket skulle verkninggraden minska? 12,5% 16.7% 24.5% 91.7% T1 300 T2 600 VK 0,5 T1ny 350 Vkny 0, sämre 0, ,166667

6 9. Ett flöde av 10 kg/s 100-gradigt varmvatten används för att värma en luftström (0 C, 40 kg/s). Vilket påstående är korrekt? Eftersom värmeövergångstalet på luftsidan är mycket sämre än på vatensidan kommer luften inte kylas lika mycket som vattnet uppvärms. Om vattnet kyls till 90 C så har luften värmts till 40 o C Om vattnet kyls till 20 o C så har luften värmts till 20 o C Det är möjligt att både vattnet och luften kommer att uppnå 50 C efter värmeväxlingen (Cp för vatten och luft kan sättas till 4.2 kj/kgk resp kj/kgk) 10. Vilken av följande kroppar skickar ut mest värmestrålning? ( En 100-gradig 10 cm lång stålcylinder med diametern 6 cm. (ε stål = 0.9) En 200-gradig sfär av glas med diameten 8 cm. (εglas= 0.4) En 300-gradig kub av aluminium med sidan 10 cm. (ε alumimium = 0.04) 11 Stålcylinder A 0,03455 Aes(T4) Aluminium A 0, ,4 Blas A 0, Avgör huruvida påståendena nedan är riktiga eller felaktiga: (3 poäng) Den specifika volymen (volymiteten) för en icke ideal gas är alltid mindre än volymiteten för en ideal gas vid samma temperatur och tryck. Rätt Vid isentrop kompression av en gas åtgår mer arbete än vid en isoterm kompression. Rätt När mättat vatten stryps kan ej överhettad ånga bildas oavsett tryck. Rätt Alla spontana processer kräver att entropin ökar. Rätt När man tillför värme till ett medium ökar mediets entropi även om processn sker vid konstant temperatur. Rätt I isokora processer (konstant-volym processer) måste arbete tillföras om processen ej sker reversibelt Fel (Rätt svar ger 0,5 poäng, fel svar ger 0.5 poäng, inget svar ger 0 poäng. Totalt lägst 0 poäng på hela uppgiften)