Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Transkript

1 Side 1 av 13 NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET (NTNU) - TRONDHEIM INSTITUTT FOR ENERGI OG PROSESSTEKNIKK Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær) Språkform: Bokmål EKSAMEN I EMNE TEP 4115 OG TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Fredag 19. august 2005 Tid: kl. 09:00-13:00 Hjelpemidler: D: Bestemt, enkel kalkulator tillatt. Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Sensurfrist: 9. september 2005 OPPGAVE 1 (25%) Eksergibalansen for et generelt, åpent system er gitt som følger: de xcv, T o dvcv = 1 Q j W cv po + mi ex, f, i me ex, f, e To σ dt j T j dt i e a) Forklar betydningen av hvert ledd i likningen. b) Gi en språklig (ikke matematisk) definisjon av eksergien til et system. c) Følgende påstand fremsettes: Et system som gjennomgår en reversibel og adiabatisk prosess gjennomgår samtidig en isentropisk tilstandsendring. Bevis eller motbevis dette ved hjelp av kjente, fundamentale termodynamiske relasjoner og definisjoner. d) Utled to forskjellige uttrykk for TdS (hvor T er absolutt temperatur og ds er differensiell endring i systemets entropi) med utgangspunkt i termodynamikkens 1. lov for et lukket system med neglisjerbar endring i kinetisk og potensiell energi, samt definisjonen av tilstandsfunksjonen entalpi, H. OPPGAVE 2 (35%) Et tofase system bestående av vann og vanndamp med en dampkvalitet på 25% befinner seg i en vertikal sylinder som er lukket med et friksjonsfritt stempel som vist i figuren nedenfor. Stempelet har en masse på 40 kg og en diameter på 10 cm. Omgivelsestrykket (atmosfærisk) er på 100 kpa. Stempelets startposisjon og sluttposisjon er vist i figuren relativt til bunnen i sylinderen. Ved oppvarming av vann/damp blandingen vil stempelet bevege seg oppover mens trykket er konstant inntil stempelet når sin øverste posisjon som er kjennetegnet ved at Eksamen i emne TEP 4115/4120 Termodynamikk 1

2 Side 2 av 13 det er en fysisk sperre for videre ekspansjon. Varmeoverføringen til systemet som er innestengt i sylinderen fortsetter inntil trykket i systemet når 3 bar. Tyngdens akselerasjon 2 (gravitasjonen) er oppgitt til g = 9.81 m/s. Neglisjer endring i kinetisk og potensiell energi. Hva er den samlede varmeoverføring, Q, til systemet (vann/damp blandingen) som er innelukket i sylinderen, uttrykt i J (Joule)? 4.5 cm 1 cm OPPGAVE 3 (40%) Q I en kjølekrets med en kapasitet på 35 kw ankommer kjølemediet R 134a kompressoren i dampform ved 15ºC og 4 bar. Ut av kompressoren er trykket øket til 12 bar. Kompresjonsprosessen kan modelleres ved å anta følgende relasjon mellom trykk og spesifikt volum: pv 1.01 = konstant Ved utløpet av kondenseren er trykket redusert til 11.6 bar mens temperaturen er 44ºC. Kondenseren er vannkjølt, med kjølevannstemperaturer på 20ºC (inn på kondenser) og 30ºC (ut av kondenser). Trykkfallet i kondenser neglisjeres. Varmeoverføring mellom kondenser og omgivelser neglisjeres. Anta isentalpisk ekspansjon i ventilen tilbake til 4 bar. a) Skisser prosessforløpet i et Ts-diagram samt tegn et enkelt flytskjema (koplingsskjema) for kjølekretsen. b) Hva er massestrømmen til kjølemediet (R 134a), i kg/s? c) Hva er kraftbehov og overført varmemengde for kompressoren, begge i kw? d) Beregn kjølekretsens effektfaktor (ytelseskoeffisient eller engelsk: Coefficient of Performance COP). e) Hva er kjølevannets massestrøm, i kg/s? Lykke til!! Trondheim, Truls Gundersen Eksamen i emne TEP 4115/4120 Termodynamikk 1

3 Side 3 av 13 DIVERSE TABELLER FOR MULIG BRUK VED EKSAMEN I TEP 4115/4120 TERMODYNAMIKK 1 Eksamen i emne TEP 4115/4120 Termodynamikk 1

4 Side 4 av 13

5 Side 5 av 13

6 Side 6 av 13

7 Side 7 av 13 Eksamen i emne TEP 4115/4120 Termodynamikk 1

8 Side 8 av 13

9 Side 9 av 13

10 Side 10 av 13

11 Side 11 av 13 Eksamen i emne TEP 4115/4120 Termodynamikk 1

12 Side 12 av 13

13 Side 13 av 13