UMEÅ UNIVERSIE illämpad fysik och elektonik Las Bäckstöm Åke Fansson entamen i Enegilagingsteknik 7,5 hp Datum: -3-5, tid: 9. 5. Hjälpmedel: Kusboken: hemal Enegy Stoage - systems and applications, Dince and Rosen, (elle utdag u), samt utdelade handouts: emodynamisk optimeing och Vämeöveföing och skiktning i sensibel enegilaging, bifogade samband och gafe, äknae samt valfi fomelsamling exempelvis Physics Handbook. Obsevea: Redovisa vaje steg i dina tankegånga och motivea antaganden och appoximatione. Figue och diagam ska itas noggant så att tolkningssvåighete ej uppstå. Definiea beteckninga odentligt och sätt ut alla enhete. Skiv sva och svaa med imligt många vädesiffo. ips: Om du t ex ska beäkna något och sakna en uppgift, t ex en tempeatu, men inte komme på hu tempeatuen ska bestämmas, antag då en imlig tempeatu och gå vidae. Det kävs dock att du tala om att du gjot ett antagande. Uppgift (3,5p) I system fö kylning används i någon fom av kylgeneeing samt ibland även ett lage. a) Beskiv och föklaa vad som menas med extenal melt system. b) Beskiv och föklaa funktionssätt fö ett ice-on-pipe system. c) Vad innebä dynamisk isfomeing? d) Vanligtvis mäts istjocklek elektiskt elle med en mekanisk givae. Föklaa hu denna mekaniska givae fungea. e) Föklaa diftstategin fö ett patiellt lage (patial-stoage) samt födelen med denna stategi. f) Föklaa vad som menas att det uppkomme stagnation i ett lage.
Uppgift (,5p) Du ha fått i uppgift att utvädea te olika enegilagingsmateial. Dessa utgös av vatten, lauinsya och en stenbädd med 35% hålighete mellan stenana. Mateialen ska användas fö vämelaging i tempeatuintevallet 3 55 C och espektive system ska kunna laga 4 MWh. Mateialens egenskape ges i tabellen nedan. abell. Egenskape fö lagingsmedium Vatten Lauinsya Sten Densitet ρ (kg/m 3 ) 7 6 Smälttempeatu ( C) 49 - Smältväme h f (kj/kg) 334 77 - Specifik vämekapacitet i vätska (kj/kg C ) Specifik vämekapacitet i solid (kj/kg C ) 4.9.6 -..6.8 Beäkna den nödvändiga volymen fö espektive lagingstank kopplat till de te olika lagingsmateialen. Uppgift 3 (p) Enegilaging används i många olika sammanhang och ä mycket viktiga i vissa system. Laging ha alltså mycket positiva effekte på det system som det veka mot. Ge föklainga på fya sätt som laging föbätta den totala diftsituationen. Uppgift 4 (5p) Laging av mekanisk enegi kan ske i fom av svänghjul, och sådana system används idag fö att eglea snabba föändinga i lasten på elnätet i exempelvis New Yok. Mateialet i svänghjulet ska tåla höga påkänninga. a) Den lagade enegin fö en ihålig cylinde pe massenhet ges av kvoten σ ult / ρ. Visa hu man komme fam till detta uttyck. (p) b) I cylindemateialet används ibland glas- elle kolfibemateial. Ge två föklainga till vafö dessa ä bätte än vanligt stål. (p) c) Fö att kunna laga enegin unde en länge tid så tas hänsyn till detta i konstuktionen av systemet. Ge exempel på de två mest vanliga åtgädena som föbätta lagingstiden. (p) d) Alla lagingssystem ha födela och nackdela. Ge exempel två födela med svänghjulslage. (p) Uppgift 5 (p) Föklaa två viktiga skillnade vid dimensioneing av en skiktad ackumulatotank avsedd fö laging av kyla espektive väme.
Uppgift 6 (5p) Vi ha en välisolead tank av plastmateial som ha en invändig höjd på cm och en volym på 4 L. Vid ett tillfälle ä tempeatufödelningen enligt nedanstående tabell. Nä tanken stått oöd i ett dygn efte tempeatumätningen, beäkna med hjälp av bifogade samband och gafe: a) Hu sto andel av volymen ä vamae än 4 C? b) Hu stot temiskt enegiinnehåll ha det vatten i tanken som ä vamae än 4 C elativt en omgivningstempeatu på C? abell. empeatupofil i tanken vid stat. Nivå (cm) empeatu ( C) 7 8 5 8 3 78 6 9 37 7 3 5 3 3 3 3 Uppgift 7 (6p) Du ska dimensionea en anläggning fö komfotkyla i ett vauhus. I kavspecifikationen finns en tabell som ange vilken kyleffekt som anläggningen ska klaa att leveea. Mellan de angivna tidpunktens vaiea den kävda kyleffekten linjät. Du ska dimensionea en kylmaskin som vid maximalt kylbehov föväntas gå dygnet unt samt en ackumulatotank. Systemet dimensioneas fö en famledningstempeatu på 4 C och en etutempeatu på 4 C. I denna fösta kalkyl fösummas föluste till omgivningen. OBS! Motivea de antagande som måste göas fö att lösa uppgiften! a) Hu sto kylmaskin behövs? b) Hu sto volym behöve ackumulatotanken ha? c) Hu sto aea måste de två olika munstyckena (öve espektive nede) ha fö att vi inte ska iskea att föstöa skiktningen i tanken? abell 3. Kävd kyleffekt vid olika klockslag. idpunkt Kyleffekt (kw) 8: : 6 6: 9 :
Divese samband öelseenegi lyftkaftsenegi u l g u l g G A Ri,5 Re ρ ρ β + + t y ef t y C H C H α ), ( ( ) C H P c A t Q Q ρ α * C P k ρ α Q X O
Egenskape hos vatten 4 Densiteten fö vatten (kg/m 3 ) 995 99 985 98 975 97 965 96 Specifik vämekapacitivitet fö vatten (J/kgK) 45 4 45 4 495 49 485 48 955 3 4 5 6 7 8 9 empeatu (C) 475 3 4 5 6 7 8 9 empeatu (C).68.75 x -7 Vämekonduktiviteten fö vatten (W/mK).66.64.6.6.58 emisk diffusivitet fö vatten (m/s ).7.65.6.55.5.45.4.35 3 4 5 6 7 8 9 empeatu (C).3 3 4 5 6 7 8 9 empeatu (C) Geneella gafe king skiktning.5 3 Avstånd fån gänsskiktets mitt y* y / sqt(alfa*tid).5.5 -.5 - -.5 - Avstånd fån gänsskiktets mitt y* y / sqt(alfa*tid) - - -.5...3.4.5.6.7.8.9 Dimensionslös tempeatu * (-c) / (h-c) -3.5.5.5 3 Dimensionslös enegi Q* Integalen av *
Avstånd fån gänsskiktets mitt y* y / sqt(alfa*tid).8.6.4..8.6.4..5.55.6.65.7.75.8.85.9.95 Dimensionslös tempeatu * (-c) / (h-c).5 Avstånd fån gänsskiktets mitt y* y / sqt(alfa*tid).5 -.5 - -.5 -..4.6.8..4.6 Dimensionslös enegi Q* Integalen av *