Tentamen i Termodynamik CBGB3A, CKGB3A

Relevanta dokument
Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527)

T1. Behållare med varmt vatten placerat i ett rum. = m T T

Termodynamik Föreläsning 5

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

3. En konvergerande-divergerande dysa har en minsta sektion på 6,25 cm 2 och en utloppssektion

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Processens entropigenerering är här lika med systemets entropiändring ty omgivningens entropi är konstant (isolerat system), S ( S)

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527) för F3,

Termodynamik Föreläsning 7 Entropi

Applicera 1:a H.S. på det kombinerade systemet:

Lite kinetisk gasteori

Tentamen i termisk energiteknik 5HP för ES3, 2009, , kl 9-14.

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Övningsuppgifter termodynamik ,0 kg H 2 O av 40 C skall värmas till 100 C. Beräkna erforderlig värmemängd.

Termodynamik Föreläsning 2 Värme, Arbete, och 1:a Huvudsatsen

Arbete är ingen tillståndsstorhet!

Teknisk termodynamik repetition

Kap 7 entropi. Ett medium som värms får ökande entropi Ett medium som kyls förlorar entropi

Kap 4 energianalys av slutna system

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 6 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 6. strömningslära, miniräknare.

Betygstentamen, SG1216 Termodynamik för T2 25 maj 2010, kl. 9:00-13:00

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 2 IKP/Mekaniksystem Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 2

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

2-52: Blodtrycket är övertryck (gage pressure).

Linköpings tekniska högskola IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 8. strömningslära, miniräknare.

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Omtentamen i teknisk termodynamik (1FA527) för F3,

Fuktiga området, överhettad ånga,gas MTF 090

Termodynamik FL7 ENTROPI. Inequalities

Arbetet beror på vägen

Vad tror du ökning av entropi innebär från ett tekniskt perspektiv?

FUKTIG LUFT. Fuktig luft = torr luft + vatten m = m a + m v Fuktighetsgrad ω anger massan vatten per kg torr luft. ω = m v /m a m = m a (1 + ω)

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 7 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 7. strömningslära, miniräknare.

Hjälpmedel: Valfri miniräknare, Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller(s O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur)

PTG 2015 övning 3. Problem 1

TENTAMEN I KRAFTVÄRMESYSTEM, 5 p RÄKNEDEL

Energi- och processtekniker EPP14

Termodynamik Föreläsning 8 Termodynamiska Potentialer och Relationer

MITTHÖGSKOLAN, Härnösand

Föreläsning i termodynamik 28 september 2011 Lars Nilsson

Hjälpmedel: Valfri miniräknare, Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller(s O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur)

Övningstentamen i KFK080 för B

Samtliga Härledningar och Bevis inom Termodynamik för T2. Tony Burden Institutionen för mekanik, KTH, Stockholm

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 8 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 8. strömningslära, miniräknare.

Teknisk termodynamik repetition

Tentamen i termodynamik. 7,5 högskolepoäng. Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2 och Kf2 (KVM090) kl i V

Termodynamik Föreläsning 3

Kapitel III. Klassisk Termodynamik in action

P1. I en cylinder med lättrörlig(friktionsfri) men tätslutande kolv finns(torr) luft vid trycket 105 kpa, temperaturen 300 K och volymen 1.40 m 3.

Termodynamik Föreläsning 6 Termodynamikens 2:a Huvudsats

Tentamen i KFK080 Termodynamik kl 08-13

Personnummer:

TENTAMEN I MMVA01 TERMODYNAMIK MED STRÖMNINGSLÄRA, tisdag 23 oktober 2012, kl

Tentamen i Termodynamik Q, F, MNP samt Värmelära för kursen Värmelära och Miljöfysik 20/8 2002

Personnummer:

Tentamen i termodynamik. 7,5 högskolepoäng. Tentamen ges för: Årskurs 1. Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3

Entropi. Det är omöjligt att överföra värme från ett "kallare" till ett "varmare" system utan att samtidigt utföra arbete.

Övrigt: Uppgifterna 1-3 är på mekanik, uppgifterna 4-5 är på värmelära/termodynamik

Hur förändras den ideala gasens inre energi? Beräkna också q. (3p)

Termodynamik Föreläsning 4

Lösningsförslag Tentamen i Turbomaskiner 7,5 hp

a) Vi kan betrakta luften som ideal gas, så vi kan använda allmänna gaslagen: PV = mrt

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

Termodynamik FL3. Fasomvandlingsprocesser. FASER hos ENHETLIGA ÄMNEN. FASEGENSKAPER hos ENHETLIGA ÄMNEN. Exempel: Koka vatten under konstant tryck:

7,5 högskolepoäng ENERGITEKNIK II. Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen 41N05B. TentamensKod:

Bestäm det slutliga lufttrycket i behållarna. SVAR: kpa

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 5 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 5. strömningslära, miniräknare.

b) Beräkna den totala entropiförändringen i systemet. (5p) 2. I en kretsprocess genomgår 1 mol kvävgas följande fyra steg:

Termodynamik (repetition mm)

MITTHÖGSKOLAN, Härnösand

EGENSKAPER FÖR ENHETLIGA ÄMNEN

ARBETSGIVANDE GASCYKLER

Tentamen - Termodynamik 4p

Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

ÅNGCYKEL CARNOT. Modifieras lämpligen så att all ånga får kondensera till vätska. Kompressionen kan då utföras med en enkel matarvattenpump.

PTG 2015 Övning 4. Problem 1

Överhettad ånga, Table A-6 (2.5 MPa): T [ C] v [m 3 /kg] ? Linjär interpolation:

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527),

Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

Wilma kommer ut från sitt luftkonditionerade hotellrum bildas genast kondens (imma) på hennes glasögon. Uppskatta

7,5 högskolepoäng. Provmoment: tentamen Ladokkod: TT081A Tentamen ges för: Högskoleingenjörer årskurs 1. Tentamensdatum: Tid:

TENTAMEN I ENERGITEKNIK OCH MILJÖ (KVM034 och KVM033) i V-huset

Föreläsning i termodynamik 11 oktober 2011 Lars Nilsson

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Tentamen i Termodynamik för K och B kl 8-13

ENERGIPROCESSER, 15 Hp

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

MMVA01 Termodynamik med strömningslära Exempel på tentamensuppgifter

Två system, bägge enskilt i termisk jämvikt med en tredje, är i jämvikt sinsemellan

Kap 5 mass- och energianalys av kontrollvolymer

Om trycket hålls konstant och temperaturen höjs kommer molekylerna till slut att bryta sig ur detta mönster (sublimation eller smältning).

Tentamen KFKA05 Molekylära drivkrafter 1: Termodynamik,

7,5 högskolepoäng. Provmoment: tentamen Ladokkod: TT081A Tentamen ges för: Högskoleingenjörer årskurs 1. Tentamensdatum: Tid:

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM (KVM091 och KVM090) kl och lösningsförslag

PTG 2015 övning 1. Problem 1

SG1216. Termodynamik för T2

Godkänt-del A (uppgift 1 10) Endast svar krävs, svara direkt på provbladet.

Transkript:

Tid: 2010-10-19, kl. 08:15 13:15 Tentamen i Termodynamik CBGB3A, CKGB3A Tillåtna hjälpmedel: Physics handbook, miniräknare, en handskrien A4 (en sida) eller Formelsamling i Industriell Energiteknik (Curt Hjärthag) Lärare: Jens Fjelstad, tel. 7002313 Tentamen omfattar 6 frågor om 5p ardera, sammanlagt 30p. För betyg 3 kräs 12p (40% a maxpoäng), för betyg 4 kräs 18p (60%), och för betyg 5 kräs 24p (80%). Införda beteckningar ska förklaras, eentuella antaganden redoisas, och enheter ska tydligt anges. Lycka till! 1) (a) Ge en formulering a termodynamikens andra huudsats (b) Begränsas alla sätt att producera arbete a den andra huudsatsen? Om inte, ge exempel på en mekanism/maskin som inte har en sådan begränsning. (c) Du blir isad en ärmemaskin som hädas arbeta mellan temperaturreseroirerna atmosfären (med T H = 20 C) och älen (med T L = 14 C) med ärmetransporterna in i respektie ut ur maskinen Q H = 11 kj/min resp. Q L = 10 kj/min. Är denna ärmemaskin förenlig med andra huudsatsen? (motiera) Verifiera slutsatsen genom att beräkna den totala entropiförändringen per tidsenhet hos arbetsmediet + reseroirerna för en maskinen. (a): se kursboken (b): nej, t.ex. gäller Kelin Planck formuleringen endast maskiner som arbetar på en cykel mellan tå temperaturreseroirer. Ett attenkrafterks effektiitet begränsas med andra ord inte a den andra huudsatsen. (c): Vi bestämmer den termiska erkningsgraden η th = 1 Q L / Q H = 1 10/11 0,09. Verkningsgraden för en reersibel cykel arbetande mellan samma reseroirer är η th,re = 1 T L /T H = 1 287/293 0,02 < η th. Maskinen strider därför mot andra huudsatsen och är ej möjlig. Entropiförändringarna: S syst = 0 för en cykel, ds Ṡsyst = 0, och då omginingen är reseroirer har i: Ṡ omg = Q H /T H + Q L /T L 2,7 J/K min,

och alltså Ṡtot < 0 ilket strider mot andra huudsatsen. 2) Betrakta ett isolerat system bestående a 3 kg atten innselutet a en fritt rörlig kol i en cylinder med tärsnittsarean 0,05 m 2. På kolen är fäst en fjäder med fjäderkonstanten k = 25 kn/m ars andra ände är fix enligt figur. Inuti cylindern finns en propeller ars axel passerar genom cylinderäggen och slutar i en e som kan dras runt för hand. I ursprungstillståndet har attnet temperaturen 25 C och trycket 100 kpa, och fjädern är ospänd. Du får uppgiften att höja kolen 10 cm genom att ea runt propellern för hand. Giet att det kräs arbetet 5 J att dra runt propellern ett ar, och att det är fysiskt möjligt att ea 30 ar/min, hur lång tid måste du ea för att höja kolen 10 cm? (Fjäderkraften är till belopp kx där k är fjäderkonstanten och x är hoptryckningen a fjädern.) Propellereffekten är Ẇprop = 5 J/ar 30 ar/min = 150 J/min, så under tidsinterallet t uträttas arbetet W prop = Ẇprop t på systemet. Då kolen höjs sträckan l uträttar dessutom systemet arbetet W kol = m 2 1 P d = m l (P 0 atm + kx/ma)adx = kl 2 /2 (där k är fjäderkonstanten, A är kolens tärsnittsarea och m är systemets massa). Vi har u 1 u f@25 C = 104,83 kj/kg, 1 f@t =25 C = 0,001003 m 3 /kg. Trycket i sluttillståndet är P 2 = P 1 + k 25 l = 100 + 0,1 = 150 kpa, och den specifika olymen A 0,05 2 = 1 +(A/m)l = 0,002703 m 3 /kg. Med denna information bestämmer i ånghalten i sluttillståndet till x = ( 2 f@p2 )/ fg@p2 = 0,001424 0,0014 m 3 /kg och därmed u 2 = 469,843 J/kg. Energibalans för systemet ger Ẇprop t kl 2 /2 = m u, eller t = m u+kl2 /2 Ẇ prop... = 7301 min = 121,7 h = 5 dagar 1,7 h. 3) Vattenånga id 15 MPa, 500 C passerar med massflödeshastigheten 25 kg/s in i en turbin. Vid utgången är tillståndet 1 MPa, 200 C. Antag turbinen är adiabatisk och bestäm (a) effekten ut ur turbinen (b) turbinens isentropa erkningsgrad a): P 1 = 15 MPa, T 1 = 500 C ger öerhettad ånga och tabellärdet h 1 = 3310,8 kj/kg. På samma sätt ger P 2 = 1 MPa, T 2 = 200 C öerhettad ånga, och tabellärdet h 2 = 2828,3 kj/kg. Om i antar stationärt flöde och att i kan försumma förändringar i kinetisk och potentiell energi ger energiba- (3p)

lans: Ẇ = ṁ(h 1 h 2 ) = 25 (3310,8 2828,3)kW = 12062,5kW 12,1MW b): isentrop erkningsgrad η T = Ẇ /Ẇs = (h 1 h 2 )/(h 1 h 2s ) där h 2s är entalpin id utgången a en isentrop turbin med samma tillstånd id ingången och samma tryck id utgången. Enligt tabell s 1 = 6,3480 kj/kgk = s 2s, och jämförelse med trycktabeller ger att detta är en mättad blandning id trycket P 2 = 1 MPa med ånghalten x 0,95, så h 2s = h f@1mp a + xh fg@1mp a 2669,7 kj/kg ilket ger den isentropa erkningsgraden η T 0,75. 4) En luftstandard cykel är uppbyggd a följande delprocesser: 1 2: isokor ärmetransport in från 100 kpa och 15 C till 400 kpa 2 3: isentrop expansion till 100 kpa 3 1: isobar ärmetransport ut till tillstånd 1 Antag konstanta ärmekapaciteter id rumstemperatur och atmosfärstryck. (a) skissa cykeln i P samt T s diagram (b) beräkna nettoarbetet per massenhet som uträttas per cykel (c) bestäm den termiska erkningsgraden b): nettoarbetet (per massenhet) är den inneslutna arean i P diagrammet, ds w net = 3 2 P d + 1 3 P d = 3 2 P d P 1 ( 3 1 ) 2 3 isentrop polytrop P k = konst., så P () = P 2 2 k 1 = P k 2 1 k 1, k och dessutom 3 = (P 2 /P 3 ) 1/k 2 = (P 2 /P 1 ) 1/k 1. Sammantaget ger dessa relationer: w net = P 2 1 1 1 k ( (P2 ) ( (1 k)/k (P2 ) 1/k 1) P 1 1 1) P 1 För luft har i dessutom k = 1,4 och insättning i formeln ger w net = 130,49 kj/kg c): ärmet in ges a q in c (T 2 T 1 ) = c (P 2 2 /R P 1 1 /R) = c (P 2 1 /R P 1 1 /R) 620,35 kj/kg där c = 0,718 kj/kgk. Verkningsgraden blir då: η th = w net q in = 130,49 620,35 0,21 P 1

5) Visa utgående från Gibbs ekationer ( T ds relationerna ) och Helmholtz fria energi a = u T s: ( ) (a) s = ( ) ( ) s P (b) = T (c) lutningen på en isobar (ds kura motsarande konstant tryck) i det mättade området i ett h s diagram är konstant a): Definitionen a a ger da = du T ds sdt, och insättning i du = T ds P d ger da = sdt P d. Om i ser s som funktion a T och har i dessutom differentialen a a: da = ( ) dt + ( ) d, och jämförelse T mellan de tå uttrycken ger s = ( ). b): samma tå uttryck för differentialen da = sdt P d = ( ) ( dt + ) d ger från illkoret 2 a = 2 a : T ( ) ( ) s P = T c): Gibbs 2:a relation: dh = T ds + dp ger för en isobar: dh = T ds. I det mättade området är T och P inte oberoende egenskaper utan i har T sat = T sat (P sat ), så om P är konstant är också T konstant, ds inuti det mättade området kan i integrera Gibbs 2:a relation för en isobar och i fårh = T s + konst.. Med andra ord, en isobar är en rät linje med positi lutning gien a den absoluta temperaturen T. 6) Vi kyler 5 g järn från rumstemperatur 23 C till 30 C genom att placera det i en älisolerad behållare med 10g kylmedel 134a i mättad ätskefas id temperaturen 30 C. Antag att trycket är konstant under hela kylprocessen. Visa att kylprocessen är möjlig genom att bestämma entropiförändringen hos järnbiten, kylmedlet samt hela systemet (järn + kylmedel). Vi ser järn som ett inkompressibelt ämne med konstant ärmekapacitet, tabellärdet är c F e = 0,45 kj/kgk. Detta innebär Q F e = m F e c F e (T 2 T 1 ) = 0,11925kJ S F e = m F e c F e ln T 2 /T 1 = 0,000443921kJ/K

För kylmedlet har i från tabell S 134,1 m 134 s f@ 30 C = 0,0005301 kj/k För att ta reda på kylmedlets entropi i sluttillståndet måste i först ta reda på ånghalten där. Eftersom trycket antas ara konstant under kylprocessen et i att ärmet som upptas a kylmedlet ges a massan hos det förångade kylmedlet gånger förångningsentalpin Q 134 = m anga h fg@ 30 C, ds m anga = Q 134 /h fg = 0,000543231 kg, ilket i sin tur ger ånghalten x = m anga /10g 0,054. Vi beräknar sedan entropin i sluttillståndet för kylmedlet enligt S 134,2 = m 134 (s f +xs fg ) = 0,010(0,05310+0,054 0,90278) 0,00102 kj/k. Alltså S 134 = 0,000488kJ/K. Den totala entropiförändringen blir således S tot = S F e + S 134 0,000044kJ/K = 0,044J/K Vi har alltså isat att S tot huudsatsen. > 0, och kylprocessen är tillåten från andra