Kap 5 mass- och energianalys av kontrollvolymer

Relevanta dokument
Lite kinetisk gasteori

Termodynamik FL5. Konserveringslag för materie. Massflöde (Mass Flow Rate) MASSABALANS och ENERGIBALANS I ÖPPNA SYSTEM. Massflöde:

Termodynamik Föreläsning 5

Kap 4 energianalys av slutna system

Termodynamik (repetition mm)

Teknisk termodynamik repetition

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

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

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

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

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527)

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

Arbete är ingen tillståndsstorhet!

MMVA01 Termodynamik med strömningslära Exempel på tentamensuppgifter

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

Mer om kretsprocesser

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

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

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

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

Termodynamik FL7 ENTROPI. Inequalities

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.

EGENSKAPER FÖR ENHETLIGA ÄMNEN

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

PTG 2015 övning 3. Problem 1

Isentropisk verkningsgrad hos turbiner, pumpar, kompressorer och dysor

Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

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

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

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

ENERGIPROCESSER, 15 Hp

Termodynamik FL 2 ENERGIÖVERFÖRING VÄRME. Värme Arbete Massa (endast öppna system)

Termodynamik Föreläsning 7 Entropi

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

Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 1 IEI Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 1

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

Arbetet beror på vägen

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

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

PTG 2015 övning 1. Problem 1

Kap 9 kretsprocesser med gas som medium

Omtentamen i teknisk termodynamik (1FA527) för F3,

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

Teknisk termodynamik repetition

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3

Termodynamik FL1. Energi SYSTEM. Grundläggande begrepp. Energi. Energi kan lagras. Energi kan omvandlas från en form till en annan.

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

Tentamen i KFK080 Termodynamik kl 08-13

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

Termodynamik FL4. 1:a HS ENERGIBALANS VÄRMEKAPACITET IDEALA GASER ENERGIBALANS FÖR SLUTNA SYSTEM

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

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

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

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

Givet: ṁ w = 4.50 kg/s; T 1 = 20.0 C; T 2 = 70.0 C; Voil = 10.0 dm 3 /s; T 3 = 170 C; Q out = 11.0 kw.

Teknisk termodynamik 5 hp

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

Teknisk termodynamik 5 hp. Välkomna till teknisk termodynamik!

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Linköpings tekniska högskola IKP/Mekaniksystem Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 3. strömningslära, miniräknare.

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

Kap 9 kretsprocesser med gas som medium

U = W + Q (1) Formeln (1) kan även uttryckas differentiells, d v s om man betraktar mycket liten tillförsel av energi: du = dq + dw (2)

MITTHÖGSKOLAN, Härnösand

Föreläsning i termodynamik 11 oktober 2011 Lars Nilsson

Lektion 5: Innehåll. Bernoullis ekvation. c 5MT007: Lektion 5 p. 1

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

HYDRAULIK (ej hydrostatik) Sammanfattning

MMVF01 Termodynamik och strömningslära Exempel på tentamensuppgifter

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

p + ρv ρgz = konst. Speciellt försumbara effekter av gravitation (alt. horisontellt): Om hastigheten ökar minskar trycket, och vice versa.

Personnummer:

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

SG1216. Termodynamik för T2

- Rörfriktionskoefficient d - Diameter (m) g gravitation (9.82 m/s 2 ) 2 (Tryckform - Pa) (Total rörfriktionsförlust (m))

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

p + ρv ρgz = konst. [z uppåt] Speciellt försumbara effekter av gravitation (alt. horisontellt):

Termodynamik Föreläsning 1

Hydrodynamik Mats Persson

Personnummer:

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

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

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2 och Kf2 (KVM091 och KVM090) förmiddag

Energitransport i biologiska system

TYP-TENTAMEN I TURBOMASKINERNAS TEORI

Bergvärme & Jordvärme. Isac Lidman, EE1b Kaplanskolan, Skellefteå

Termodynamik Föreläsning 4

Kapitel 5. Gaser. är kompressibel, är helt löslig i andra gaser, upptar jämt fördelat volymen av en behållare, och utövar tryck på sin omgivning.

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527) för F3,

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

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

ENERGI? Kylskåpet passar precis i rummets dörröppning. Ställ kylskåpet i öppningen

Energiteknik I Energiteknik Provmoment: Tentamen Ladokkod: 41K02B/41ET07 Tentamen ges för: En1, Bt1, Pu2, Pu3. 7,5 högskolepoäng

Termodynamik Föreläsning 6 Termodynamikens 2:a Huvudsats

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Fast fas Flytande fas Gasfas

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527),

kanal kanal (Totalt 6p)

Repetition F7. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Lösningsförslag Tentamen Inledande kurs i energiteknik 7,5hp

Transkript:

Kapitel 4 handlade om slutna system! Nu: öppna system (): energi och massa kan röra sig över systemgränsen. Exempel: pumpar, munstycken, turbiner, kondensorer mm

Konstantflödesmaskiner (steady-flow devices) steady ingen förändring med tiden. Konstant flöde (i tiden) genom en kontrollvolym. Massa, volym och total energi i kontrollvolymen är konstant i tiden.

Massan bevaras! Kap 5 mass- och energianalys av Massa är en bevarad storhet (conserved property), dvs massa varken skapas eller förstörs: Flöde genom en kontrollvolym (CV): 3

Massflöde Massflöde: [kg/s] m = m t = ρv t = ρas t = ρ Aw avg OBS! Hastighet Volymflöde V = w avg A (m 3 /s) OBS! Volmflödet bara konstant för inkompressibla flöden! 4

Massbalans vid kontinuerliga flöden (steady-flow processes) Vid flera in- och utflöden: Ett in- och utflöde: m m ρ A w = ρ A w = 5

Vilka flöden är inkompressibla? A. Flöden med konstant densitet B. Flöden bestående av ideal gas C. Volymflöden 33% 33% 33% A. B. C. 6

Volym är ej en bevarad storhet! Därför är volymflöde bara relevant att arbeta med för inkompressibla flöden, dvs vätskor. Konstantflödesmaskiner (steady-flow devices): Massflödet är konstant men ej nödvändigtvis volymflödet! För vätskor är även volymflödet konstant; vätskan komprimeras ej! m = ρv Om mediet komprimeras/expanderas ändras ρ... 7

Flödesarbete (eller inskjutnings-/utskjutningsarbete) Det arbete eller den energi som krävs för att knuffa en massa in eller ut ur kontrollvolymen. Om inte detta arbete utförs kommer vi inte att ha något kontinuerligt flöde! flöde! 8

Energibalans Energi in: Q net + U + E k + E p + p V Energi ut: W net + U + E k + E p + p V Kom ihåg: H = U + pv och E in = E ut => Q net W net Q net + H + E k + E p = W net + H + E k + E p vilket ger: W w net net = Q = q net net + + h H h H + + w E k w E + k g + E ( z z ) p E p för konstantflödesmaskiner 9

Energiöverföring via massa Kap 5 mass- och energianalys av mθ i i är alltså energin som transporteras in av i kontrollvolymen av massan per tidsenhet När potentiella och kinetiska energin hos flödet kan försummas: 0

Konstant energiflöde:

Ett annat sätt att uttrycka arbete Volymändringsarbete W b t.ex. vid expansion från läge till läge. W b = pdv Kap 5 mass- och energianalys av motsvarar arean Men detta arbete är inte identiskt med det utvunna arbetet! Kom ihåg arbetena för inskjutning respektive utskjutning! Inskjutning: p V tillför energi till systemet Utskjutning: p V kostar energi W = Wb + ( pv pv ) = pdv + ( pv pv ) W OBS! Här har ändringarna i kinetisk och potentiell energi satts till noll!

Detta användbara arbete kallas ibland (på svenska) tekniskt arbete W t! W t = Wb + ( pv pv ) = pdv + ( pv pv ) 3

Tekniskt arbete är det arbete som kan tas ut ur en konstantflödesmaskin eller som behöver tillföras. Ex: En turbin har positivt W t dvs man kan ta ut ett nettoarbete En pump har negativt W t dvs man behöver tillföra ett arbete 4

Hur räknar vi ut tekniskt arbete? Kap 5 mass- och energianalys av. Med entalpiskillnad, entalpierna direkt från tabell eller beräkning! w t = q net + h h + w w + g ( z z ) För gas eller ånga!. Med integraluttrycket: w t = w pdv + pv pv) + w ( + g z ( z ) För vätska! Denna term är 0 för inkompressibla substanser (vilket vätskor brukar anses vara)! Metod nr passar bra när mediet är en vätska men för en gas måste man lösa integralen (eller använda metod = det vi kommer att göra!)! 5

Tekniska arbetets storlek När vi kan försumma e k och e p gäller: w t = pdv + pv pv = vdp = vdp Tekniska arbetet beror på volymiteten hos arbetsmediet!. Pump: vätska = liten volymitet => litet arbete w pump = vdp = v( p p) = v( p p) w pump < 0 dvs arbete tillförs 6

Tekniska arbetets storlek Tekniska arbetet kan också skrivas: w t = q + h h + w w + g ( z z ) När vi kan försumma e k och e p gäller: w t = q + h h Kap 5 mass- och energianalys av. Turbin: (ånga = stor volymitet => stort arbete) turbiner arbetar nära adiabatiskt (q=0) w turbin = h h w turbin > 0 dvs arbete utvinns 7

Tekniska arbetets storlek Ångcykel: turbinen hanterar ånga (stor volymitet, stort genererat arbete), pumpen hanterar vatten (liten volymitet, litet kostat arbete) w tot = wturbin wpump > 0 w pump < 0 dvs arbete tillförs w turbin > 0 dvs arbete utvinns 8

En konstantflödesmaskin A. har alltid ett tekniskt arbete > 0. B. hanterar medier vars densitet är konstant under processen. C. har m in = m ut D. hanterar processer där E kin och E p kan försummas 5% 5% 5% 5% A. B. C. D. 9

Exempel på konstantflödesmaskiner: Munstycken, dysor (eng. nozzel, diffuser) Turbiner, kompressorer Strypventiler Värmeväxlare, kondensorer 0

Exempel från kokarvattenreaktor: ventiler, pumpar, turbin, kondensor Mättad ånga Minskat tryck, hög fukthalt Mättad ånga 86 C 7 MPa Ca 00 C > 7 MPa 30 C 30 C 4 kpa (lågt tryck dvs stor volym!) Kondensorn, mättad gas -> mättad vätska minskar volymen

Från en ångpanna tas mättad ånga ut. Pannans koktemperatur är 00 C. Vilken temperatur har ångan? A. > 00 C B. < 00 C C. Exakt 00 C

Munstycken, dysor För dessa tillämpningar spelar mediets hastighet stor roll! Munstycke (nozzle): ökar hastigheten, minskar trycket. Diffusor, expander: minskar hastigheten, ökar trycket. Kap 5 mass- och energianalys av Exempel på tillämpningar: jetmotorer, raketer, vattenslangar 3

Turbiner, kompressorer Kap 5 mass- och energianalys av Syftet med en turbin: att extrahera energi från ett flödande medium (vatten, vind, ånga). Vanligen sätts skovlar/turbinblad i rörelse och förmedlar kraft längs en axel. Kompressorer, pumpar och fläktar ökar trycket hos ett medium genom att minska volymen (komprimera). Kräver arbete. Kompressor: arbetsmediet är en gas. Kan arbeta vid mycket höga tryck. Pump: arbetsmediet är vätska. Syfte: att flytta mediet. Fläkt: ökar trycket litegrann, främst i syfte att få mediet att röra sig. 4

Turbin, tryckfall, volymökning Kompressor (pump), tryckökning Genererar arbete! Kostar arbete! 5

Vilket eller vilka påståenden är rätt? A. Efter en turbin har trycket och volymen minskat B. En kompressor och en pump minskar trycket C. En turbin ökar både tryck och volym D. Efter en turbin har trycket minskat men volymen ökat E. Efter en turbin har volymen minskat och trycket ökat F. A och B G. B och D 4% 4% 4% 4% 4% 4% 4% A. B. C. D. E. F. G. 6

Strypventil (throttling valve) Reglerar ett flöde: Stort tryckfall Kan ge stort temperaturfall Q = 0, W = 0 E p = 0, E k = 0 Konstant entalpi: h = h enligt q w = h h + w ( z z ) Används ofta i kylkretsar. Förångar delvis mediet. w + g u + Pv = + u P v För ideal gas gäller h = h(t), dvs temperaturen förblir konstant om h = konstant 7

Värmeväxlare (heat exchanger) Exempel på värmeväxlare: Kondensor Ånggenerator Kap 5 mass- och energianalys av Tryckvattenreaktor med separat ånggenerator 8