UMEÅ UNIVERSITET Tillämad Fysik & Elektronik A Åstrand Mohsen Soleimani-Mohseni 014-09-9 Lösningsförslag Tentamen Inledande kurs i energiteknik 7,5h Tid: 14099, Kl. 09.00-15.00 Plats: Östra aviljongerna OBS! Kom ihåg att skriva in koden å varje blad som ni lämnar in! Betygsgränser: 5 ger betyg 5 1 ger betyg 4 16 ger betyg 3 < 16 ger betyg Ej Godkänt Hjälmedel: Formelsamlingar av ty: EnBe, Data och Diagram, TEFYMA, MaFyKe, eller liknande, samt miniräknare. Definiera använda beteckningar, sätt ut enheter, ange och motivera antaganden. Lösningarna skall redovisas så strukturerat att en bedömning kan tillåtas. Dåligt strukturerade lösningar medför oängavdrag. Du får göra nödvändiga (ingenjörsmässiga) antaganden och aroximationer, men du måste motivera dem! Redovisa endast en ugift er inlämningsblad!
1 1 En viktig komonent i Stirling motorn är den så kallade regeneratorn. Vad fyller den för funktion? Det är en ty av regenerativ värmeväxlare som omväxlande lagrar resektive avger värme till arbetsmediet. Höjer den termiska verkningsgraden. 1 Inom mätteknik ratar man om huruvida mätdatat har hög recision eller hög noggrannhet. Förklara vad som menas med detta, illustrera gärna med en figur. Hög recision alla mätvärden är samlade (behöver inte vara nära det sanna). Hög noggrannhet alla mätvärden är nära det sanna (behöver inte vara samlade) Se sid 36 i kursboken 3 En viktig komonent i en värmeum är den så kallade kondensorn. Vad är kondensorn för något, och vad har den för funktion? Kondensorn är en värmeväxlare i vilken den heta ångan med högt tryck (efter komressorn) kondenserar och avger sitt värme till exemelvis husets radiatorsystem och tavarmvatten. 4 1 Vid beräkningar av värmetransort genom ett skikt (ex en husvägg) ratar man om ett värmövergångstal å/vid resektive yta av skiktets in och utsida. Detta brukar betecknas med α (alfa). Kan man anta att värdet å α är stort eller litet om luftrörelsen längs ytan är stor jämfört med ett stillastående luftskikt? Om luftrörelsen är stor så sker mycket värmetransort genom konvektion. Dvs stor luftrörelse medför ett högre värde å α (alfa). 5 1 I årssammaställningen av elförbrukningen för en lägenhet står det att förbrukningen har varit,34 x 10 10 Joule!!!! (Men som energiingenjör så vet ni att energi inte kan förbrukas) Hur många kilowattimmar är det? 10,34 10 6500kWh 3600 1000 6 1 Den tillförda effekten till komressorn i en värmeum mäts u till,5 kw. Vilken värmeeffekt kan värmeumen rimligen avge? Man brukar säga att den avgivna värmeeffekten är ca 3ggr större än tillförd effekt till komressorn, dvs ca 7,5 kw 3 = + 1
7 Värmeväxlare kan indelas i två gruer beroende å hur värmeöverföringen sker mellan det varma och kalla mediet. Vad kallas dessa två gruer och vad är skillnaden mellan de sätt som värmeöverföringen sker å? Rekuerativa resektive regenerativa värmeväxlare. I en rekuerativ vvx sker värmeöverföringen genom ett tunt skikt som skiljer flödena åt. I en regenarativ vvx så är det en massa som växelvis tar u resektive avger värme. 8 4 Man har mätt två sidor av en rektangel 10 gånger och fått följande mätserier: Längd: 5,1; 5,; 4,9; 5,1; 4,8; 5,6; 5,; 5,1; 5,0; 5,3 Bredd: 1,0; 0,8; 0,9; 1,3; 0,8; 1,1; 0,9; 1,1; 1,1; 1, Beräkna (uskatta) medelvärde och standardavvikelse för rektangelns omkrets och area baserad å medelvärde och standardavvikelse hos ovanstående mätserier. Medelvärde =MEDEL(D:D11) Standardavvikelse =STDAV(D:D11) Relativ osäkerhet =D13/D1 Medel omkrets =*(D1+E1) Medel area =D1*E1 Stdavv omkr (1) =*(D13+E13) Stdavv omkr () =((D13^)+(E13^))^0,5 Stdavv area (1) =(D14+E14)*D16 Stdavv area () =(((D14^)+(E14^))^0,5)*D16
9 3 Man har mätt u yttemeraturerna å ett materialskikt enligt figuren. Sida A Sida B Yttemeratur vid sida A är 45 C Yttemeratur vid sida B är 8 C Skiktets tjocklek är 15cm Skiktets värmeledningsförmåga är 0,1 W/mK I vilken riktning går värmeflödet? Hur stort är värmeflödet? Vad är temeraturen 5 cm in från sida A? Flödet går från A B. Kalla sökt värmeflöde q Kalla sökt temeratur T X och avståndet d x 0,1 q T T 45 8 13,6W A B d 0,15 m q dx 13,6 0,05 TX TA 45 39, 33C 0,1 Eller utnyttja linjäriteten för värmeledning i homogent material 45 8 T x 45 39, 33C 3
10 4 En värmeväxlare (koaxial-vvx) enligt figuren är kolad motströms, dvs vätskeflödena går åt olika håll. Förutsätt att adiabatiska förhållanden råder, dvs inga värmeförluster sker, så att värmeutbytet är 100% mellan vätskorna. Varmt sillvatten med ett flöde av 3,0 m 3 /h och den secifika värmekaaciteten 4,18 kj/kgk och T = 90 C kyls till T = 30 C. Sillvattnets densitet kan antas vara 1 kg/dm 3. Det varma sillvattnet leds genom det inre röret. Kall olivolja t = 0 C med ett flöde av 4,1 kg/s och med secifik värmekaacitet 1,7 kj/kgk värms av värmeväxlaren. Vilken temeratur kan den kalla olivoljan värmas till under rådande förutsättningar? +90 C T X C +30 C +0 C 3 P V c T 1000 4,18 90 30 09kW 3600 09 P mc T mc TX 0 TX 0 50 4,1 1,7 C
11 3 Bestäm resultanten och resultatens vinkel mot horisontallanet (x-axeln)
1 3 Bestäm momentet och dess ritning i unkten A
13 3 En låda som väger 60 kg ligger å ett strävt horisontellt underlag enligt figuren. En kraft åverkar lådan från vänster. Vilofriktionstalet är 0,15 och glidfriktionstalet är 0,15. Visa en frilagd figur med insatta krafter samt beräkna hur stor kraft det krävs för att få lådan att börja glida. F F N G = 60 x 9,81 = 588,6 N N -588,6 = 0 F f F-0,150 x N = 0 G F = 0,150 x 588,6 = 88,9 N
14 3 En u-rörsmanemometer används för att mäta tryckfall i ett ventilationsrör. Visa sambandet för tryckskillnaden mellan unkt 1 och utifrån figuren nedan. 1 1 luft Luft g vatten h x vatten luft g h vatten g h Luft g x 1 vatten g h 1 x h ρ Luft ρ Vatten