Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 6 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära Joakim Wren Exempeltentamen 6 Tillåtna hjälpmedel: Allmänt: Formelsamling i Mekanisk värmeteori och strömningslära, miniräknare. För vissa uppgifter kan krävas att Du antar vissa saker, även värden på parametrar, för att uppgiften ska gå att lösa. Egna antaganden och förenklingar ska förklaras och motiveras. Lösningsgången ska framgå tydligt. Teoriuppgifter 1 a) I kylskåpsprojektet bestämdes kylskåpets COP genom att jämföra kylskåpets energiförbrukning för tom kyl och kyl med vatten. Ange och beskriv de ekvationer som användes för att beräkna COP. Beskriv också de viktigaste förutsättningarna, förenklingarna och antagandena som tillämpades under projektet? (6 p). b) Beskriv värmetransport via ledning, strålning och konvektion. (3 p) c) Luft strömmar i ett rör och passerar en strypning. Beskriv hur följande parametrar förändras över strypningen: massflödet, volymflödet, trycket, temperaturen, entalpin och inre energin. Motivera ditt svar. Viss ledning kan fås av Kontinuitetsekvationen i en dimension i avsnitt 2.2 i formelsamlingen. (5 p) d) Kompressionsförhållandet hos Otto- och Diesel-motorer, och insprutningsförhållandet hos Dieselmotorer, påverkar i hög grad motorernas termiska verkningsgrad. Beskriv med hjälp av ett diagram hur verkningsgraden påverkas av dessa parametrar. Man kan anta att motorerna beskrivs av ideala Otto-cykeln respektive ideala Dieselcykeln. (3 p)
Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 6 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära Joakim Wren Beräkningsuppgifter För en del av beräkningsuppgifterna gäller att du kan behöva anta vissa saker, även värden på parametrar, för att uppgiften ska gå att lösa. Nödvändiga data finns i bilagor. Egna antaganden och förenklingar ska förklaras och motiveras. Lösningsgången ska framgå tydligt. 2 En husvägg som är tillverkad av homogent trä har temperaturen 18ºC på insidan och -12 ºC på utsidan. På insidan tillförs 100 W/m 2. Om problemet är stationärt, hur tjock är då väggen och hur stor är värmeövergångskoefficienten på väggens utsida om lufttemperaturen är 15ºC utanför väggen? (4 p) 3 0.2 m 3 luft med trycket 400 kpa och temperaturen 130ºC finns innesluten i en cylinder med en rörlig kolv. En reversibel adiabatisk expansion sker tills trycket är 102 kpa. Därefter värms gasen under konstant tryck tills entalpin har ökat med 72.5 kj. Hur stort arbete har då uträttats? (8 p) 4 En kombinerad värme- och kylanläggning som använder köldmediet R134a har förångningstrycket 0.4 MPa och kondenseringstrycket 1.0 MPa. Efter förångningen är ånghalten 100%, och efter kondenseringen är ånghalten 10%. Om kompressorns effekt är 1200 W, vad blir då kyleffekten, värmeeffekten och massflödet? (7 p) 5 En behållare med den konstanta volymen 0.028 m 3 innehåller vid starttillståndet vatten (i ångfas) med trycket 8 MPa och temperaturen 350 ºC. Behållaren kyls tills trycket är 5 MPa (sluttillståndet). Bestäm hur mycket vattnets energiinnehåll har minskat under processen, samt det arbete som vattnet har uträttat på behållaren under processsen. (4 p) 6 En Otto-motor som arbetar enligt en ideal Otto-cykel har kompressionsförhållandet 8, ett lägsta tryck på 100 kpa och en lägsta temperatur på 300K. Luft genomgår cykeln, och man kan anta att luftens egenskaper vid rumstemperatur kan användas för alla beräkningar (air standard assumptions). Luften i motorn tillförs 1500 kj/kg per cykel. Beräkna de temperaturer och tryck som råder efter kompressionen, efter värmetillförseln och efter expansionen. Beräkna också det specifika arbete som motorn uträttar per cykel samt motorns termiska verkningsgrad. (8 p)
Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 6 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära Joakim Wren Ledning till teoriuppgifter 1a) Se Exempeltentamen 1, T2. Ekvationernan bygger på energisamband (1:a HS) för kylskåpet under respektive driftfall tillsammans med definitionen av köldfaktor. Felkällor att diskutera innefattar: Mätfel, t ex tryck och temperatur, tillförd effekt, oönskat värmeutbyte, ojämn temperatur i lokalen, ventilationen varierar över dygnet vilket leder till att konvektionen omkring kondensorn ändras. b) Se boken. c) Betrakta strypventilen som ett öppet system. Massflödet är konstant om man antar en steady-flow process. Hastigheten kan vara konstant om arean ändras i proportion till densitetsförändringen, som i sin tur följer ideala gaslagen om man betraktar luft som en ideal gas. Se vidare delkapitlet som heter Throttling valves i boken. d) Se boken.