Personnummer:

Transkript

1 ENERGITEKNIK II 7,5 högskolepoäng Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen 41N05B En2 Namn: Personnummer: Tentamensdatum: Måndag 28 maj 2012 Tid: Hjälpmedel: Valfri miniräknare, Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller(s O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur) Totalt antal poäng på tentamen: 60p Allmänna anvisningar: Läs noga igenom frågorna och följ anvisningarna i uppgifterna. Var noga med att redovisa arbetsgången vid beräkningar och problem samt motivera eventuella antaganden/tabellvärden. Om du använder diagrammet för att hitta värde, måste du visa alla punkter och linjer i diagrammet och bifoga det till tentamen. OBS! Börja besvara varje fråga på ny sidan. Rättningstiden är i normalfall tre veckor. Viktigt! Glöm inte att skriva namn på alla blad du lämnar in. Lycka till! Ansvarig lärare: Kamran Rousta Telefonnummer: ,

2 1) Ångkraftanläggning (25p) Anta en kondenskraftanläggning med ett matarvatten tank (M-V) med följande koppling schema och information: - Högtrycks turbiner har isentropisk verkningsgrad 0,88. - Totalt ångflödet som leds till högtryckturbin är 65 kg/s - η r =1, η p =0,85 och η e.η g =0,85 och η m =0,85 a) Rita processen i bifogat T-s diagram. (2p) b) Hitta alla entalpier som behövs för att analysera processen och skriva in i följande tabell OBS! Om du hittar entalpin från Diagrammet skriv D, från Tabell skriv T och med hjälp av beräkning skriv R, i referens kolumn i tabell. (6p) c) Beräkna ångans delflöde efter högtrycksturbin till M-V (i tillstånd 4) (2p) d) Beräkna arbetet för varje turbin per kg ånga (3p) e) Beräkna totalt elproduktion i MW (2p) f) Beräkna total värmeeffekt som tillförs till vatten inom ångpanna i MW (3p) g) Beräkna bränsleflödet om bränslet har det effektiva värmevärde 22 MJ/kg (2p) h) Beräkna total verkningsgrad (2p) i) Beräkna teoretiska termiska verkningsgrad (3p) Tillstånd P (bar) T ( C) Övrigt i (kj/kg) Referens , 3, X=0,98 (ånghalt) 7 Mättad vatten Mättad vatten

3 2) Gasturbinprocess (16p) En ideal gasturbinanläggning med mellanförbränning enligt figuren med följande information: (anta luft som arbetsmedium och för luft c p =1,005 och c v =0,718 kj/kg K, κ=1,4) - P 11 = 1 bar, T 11 =300K, P 12 =10 bar, T 13 =T 15 =1400 K, P 14 = 3,5bar, massflödet av luft är 80 kg/s, - Isentropisk verkningsgrad för lågtryckturbin och kompressorn är 0,85 - Högtrycksturbiner används uteslutande för att driva kompressorn d.v.s. att arbete i högtrycksturbin och kompressor är lika Besvara följande uppgifter: a) Beräkna temperaturen vid tillstånden (12), (14), och (16) (6p) b) Beräkna isentropisk verkningsgrad för högtryckturbin (2p) c) Beräkna total värmeeffekt som tillförs till processen (3p) d) Beräkna nettoeffekt som produceras i anläggningen om högtrycksturbin har η m =0,88 och generator har η g =0,89 (3p) e) Beräkna bränsleflödet om bränslet har det effektiva värmevärde 38 MJ/kg (2p)

4 3) Kombination av gasturbin- och ångkraftanläggning (10p) Med hjälp av en värmeväxlare (VVX) kombinerar vi fråga (1) och (2) och skapar en ny anläggning enligt följande kopplings schema: - Vatten temperatur i tillstånd (10 ) (tillstånd efter VVX för vatten) blir 270 C - Alla information från frågor 1 och 2 gäller här Beräkna: a) Temperatur av luft i tillstånd (17) efter VVX (2p) b) Massflödet av bränslet för ångpanna (3p) c) Total verkningsgrad för anläggningen (5p) 4) Kylmaskin (9p) R134a arbetar som köldmedium i en kylmaskin mellan -10 C och +45 C. Underkylning sker i underkylare till 20 C. Cirkulerande köldmediemängd är 1,5kg/s. Kompressorns har isentropisk verkningsgrad 0,85 och mekanisk verkningsgrad 0,90. a) Rita in processen i bifogat P-i diagram för R134a (2p) b) Beräkna kyleffekten (2p) c) Beräkna totalt effekt förbrukning för kompressor (2p) d) Beräkna Carnot köldfaktorn (2p) e) Bestäm temperaturen av köldmedium efter kompressorn (1p)

5 Kompressorer Termodynamikens första huvudsats för öppna system 2 Polytropprocess Tekniskt arbete för polytropprocess 1 Värme för polytropprocess OBS! alla formler i polytrop process gäller för isentrop process med n Vid okyld kompression Vid kyld kompression Verkningsgrad Isentrop Isoterm Mekanisk Total ==== steget. z= antal steg, är tryck efter sista steget, är tryck före första

6 Kylmaskin Köldmediets köldfaktor: ö = Värmepump Köldmediets värmefaktor:. = öå öå ŋ = ŋ ŋ Ö ŋ ŋ = drivmotornsverkningsgrad ŋ = total verkningsgrad för kompressor =. ŋ ŋ ö kraftöverförningens verkningsgrad öå. 1

7 Turbin Ångkraftscykel Kondensor P (inre arbete för turbin) q bortf = = (Δi) kondensor Ångpanna q tillf = =(Δi) ångpanna Total verkningsgrad η tot = Pump v 1 * (p 2 p 1 ) w p(isentrop) =(Δi) pump Kondenskraftanläggningar Teoretiska termiska verkningsgrad η tt = å η tot = η tt * η s * η p * η m * η g * η r * η e = Nettoeleffekt, P n = η η η Turbinens isentropiska verkningsgrad Pannverkningsgrad η s = η p = å Turbinens mekaniska verkningsgrad η m = = Effekt vid turbinaxel Elgeneratorverkningsgrad η g = = brutto eleffekt vid generatorklämmorna Rörledningsverkningsgrad Egenförbrukningsfaktor η r = å Anläggningens totala verkningsgrad η tot = η e = - = Hjälpmaskinerites effektförbrukning Mottrycksanläggningar

8

9

10 0,0060 0,0080 0,010 0,020 0,040 0,060 0,080 0,10 0,20 0,0040 0,0020 s = 1,70 s = 1,85 s = 1,80 s = 1,75 s = 1,90 s = 1,95 s = 2,00 s = 2,05 s = 2,10 40,00 30,00 20,00 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0, Enthalpy [kj/kg] Pressure [Bar] R134a Ref :D.P.Wilson & R.S.Basu, ASHRAE Transactions 1988, Vol. 94 part 2. DTU, Department of Energy Engineering s in [kj/(kg K)]. v in [m^3/kg]. T in [ºC] M.J. Skovrup & H.J.H Knudsen v= 0,0020 v= 0,0040 v= 0,0060 v= 0,0080 v= 0,010 v= 0,020 v= 0,040 v= 0,060 v= 0,080 v= 0,10 x = 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 s = 1,00 1,20 1,40 1,60