ENERGITEKNIK II Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen 41N05B En2 7,5 högskolepoäng TentamensKod: Tentamensdatum: Tisdag 27 oktober Tid: 9.00-13.00 Hjälpmedel: Valfri miräknare, Formelsamlg: Energiteknik-Formler och tabeller(s O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur) Totalt antal poäng på tentamen: 60p För att få respektive betyg krävs: För godkänd och betyg 3 krävs 30p, för betyg 4 krävs mst 40 p och för betyg 5 krävs mst 51 poäng Allmänna anvisngar: Läs noga igenom frågorna och följ anvisngarna i uppgifterna. Var noga med att redovisa arbetsgången vid beräkngar och problem samt motivera eventuella antaganden/tabellvärden. Om du använder diagrammet för att hitta värde, måste du visa alla punkter och ljer i diagrammet och bifoga det tentamen. OBS! Börja besvara varje fråga på ny sidan. Rättngstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller: Viktigt! Glöm te att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar. Lycka! Ansvarig lärare: Kamran Rousta Telefonnummer: 033-4354644, 0732300861
1) Kombikraftverk (43p) Ett kombikraftverk består av en gasturb- och en ångkraftprocess med följande kopplgs schema: Gasturb processen har följande T-s diagram: Både processerna har följande data och formation: - Tryck och temperatur före kompressor är 1,04 bar och 20 C - T 3 = T 5 =1200 K - Tryck förhållande för kompressor är 4,5 - Isentropisk verkngsgrad för kompressor och både gasturber är 87 % - GT1 avsedd att enbart driva kompressor. - T 10 =573 K 2
- Bränslevärmevärde för gasturbprocess är 42 MJ/kg och verkngsgraden för både brännkammarna är 90 % - Generator verkngsgrad som kopplades GT2 har verkngsgrad 93 % - För gasturb process anta c p =1,005 och c v =0,718 kj/kg K - Massflödet av ånga vid stånd 1 är 20 kg/s - Tryck och temperatur efter överhettare är 60 bar och 500 C - Mättad ånga är ståndet efter förångare - Ånga expanderas 10 bar efter högtrycksturb - Kondensors tryck är 0,06 bar - Specifika entalp vid stånd 8 är 770 kj/kg - Specifika entalp vid stånd 6 är 153 kj/kg - Isentropisk verkngsgrad för både ångturber är 85 % - För ångkraftprocess; η r =100 %, och η g =86 % och η m =86 % - Anläggngens egenförbrukng är 1800 kw (kluderat pumpar men te kompressorn) - Bränslet värmevärde för överhettar är 25 MJ/kg och överhettare har 95 % verkngsgrad Svara följande frågor: a) Beräkna temperaturer vid stånden 2, 4 och 6 och trycket efter GT1 (8p) b) Rita T-s diagram för ångkraftprocessen på bifogade T-s diagram (3p) c) Hitta alla specifika entalp för ångkraftprocessen (4p) d) Beräkna massflöde av medium i gasturbprocessen (3p) e) Beräkna specifika arbete som produceras i ångkraftprocessen (6p) samt i GT2 (2p) f) Beräkna nettoeleffekt från hela anläggngen som kan säljas (4p) g) Beräkna bränsle förbrukng för gasturb- och ångkraftprocessen (3p) h) Beräkna totala verkngsgrad för hela anläggngen (3p) i) Beräkna totala värmeeffekt som bortförs från hela anläggngen (4p) j) Beräkna polytropisk tal för kompressorn (3p) 3
2) Kompressorkylanläggng (9p) En kompressorkylanläggng har R290 som köldmediet. Förångngstryck är 0,9 bar och kondensergstryck 5 bar. Underkylng sker i anläggngen -20 C. Isentropisk verkngsgrad för kompressor är 0,85. a) Rita processen på bifogade P-i diagram för R290 (3p) b) Beräkna köldmediets köldfaktor (3p) c) Beräkna Carnot köldfaktor (3p) 3) Förbränngsmotor (8p) Kompressionsförhållandet ( ) för en ideal diselmotor enligt figuren är 15. Begynnelse luftståndet är P 1 =1 bar och T 1 =27 C. Värmebortförs per kg luft är 235 kj/kg. (för luft c p =1,005 och c v =0,718 kj/kg K, κ=1,4 och R=0,287 kj/kg K). Beräkna: a) Högsta temperatur i processen (5p) b) Det teoretisk termiska verkngsgraden (3p) 4
Kompressorer Termodynamikens första huvudsats för öppna system 2 Polytropprocess Tekniskt arbete för polytropprocess 1 Värme för polytropprocess 1 1 1 OBS! alla formler i polytrop process gäller för isentrop process med n Vid okyld kompression Vid kyld kompression Verkngsgrad Isentrop Isoterm Mekanisk Total ==== steget. z= antal steg, är tryck efter sista steget, är tryck före första
Kylmask Köldmediets köldfaktor: ö = Värmepump Köldmediets värmefaktor:. = öå öå ŋ = ŋ ŋ Ö ŋ ŋ = drivmotornsverkngsgrad ŋ = total verkngsgrad för kompressor =. ŋ ŋ ö kraftöverförngens verkngsgrad öå. 1
Turb Ångkraftscykel Kondensor P (re arbete för turb) bortf = = (Δi) kondensor Ångpanna f = =(Δi) ångpanna Total verkngsgrad η tot = Pump v 1 * (p 2 p 1 ) w p(isentrop) =(Δi) pump Kondenskraftanläggngar Teoretiska termiska verkngsgrad 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 Turbens isentropiska verkngsgrad Pannverkngsgrad η s = η p = å Turbens mekaniska verkngsgrad η m = = Effekt vid turbaxel Elgeneratorverkngsgrad η g = = brutto eleffekt vid generatorklämmorna Rörledngsverkngsgrad Egenförbrukngsfaktor η r = å Anläggngens totala verkngsgrad η tot = η e = - = Hjälpmaskerites effektförbrukng Mottrycksanläggngar
Gasturb w = Δ turb i turb w = Δ kompressor i kompressor = Δ i brännkammare = Δ bort i värmebortförs Δi = cp ΔT Termiska verkngsgraden η = t w net = ut = bort Förbränngsmotor Isokor process: Isobar process: = cv ΔT = cp ΔT Termiska verkngsgraden Ottomotor η V V 1 2 1 t = 1 κ 1 η = t w net = Dieselmotor ut = V 3 1 V2 η t = 1 κ 1 V 1 V3 κ V2 V2 κ bort 1 Slag volym: V s = S. πd 2 /4 Effektiva medeltrycket Indikerande effekten Luft per kg bränsle = H l v i