NOREGS TEKNISK-NATURVITSKAPLEGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg

Transkript

1 Side 1 av 2/nyn. NOREGS TEKNISK-NATURVITSKAPLEGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg MIDTSEMESTEREKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Fredag 26. februar 2016 Tid: Førebels resultat er pårekna klart etter 12 veker. Endeleg resultat vil vere del av sluttsensur i juni. Oppgåvene nst også på bokmål. / Tillatne hjelpemiddel: D Ingen trykte eller handskrivne hjelpemiddel. Bestemt, enkel kalkulator. Bruk helst ikkje raud blyant/penn, det er halde av for sensuren. Les gjennom oppgåvene først. Start med den oppgåva du meiner du har best innsikt i. Dersom det er råd, lat ikkje noko oppgåve vere heilt blank. Skriv klart, det løner seg! Desimalteikn her er komma, bortsett frå i vedlegget som følgjer amerikansk praksis. Nokre opplysningar står til slutt, etter den siste oppgåva. Oppgåver: 1) Ein jamn straum av gass vert varma opp frå tilstand (1), med temperatur T 1 = 327 C til tilstand (2) med T 2 = 1327 C. Vi ser bort frå trykkfall slik at trykket er konstant. Massestraumen er 10 kg/s. Den tilførte varmen har ein eksergirate Ė q = 9400 kw. Omgjevnadene har temperatur T = 17 C (290 K). Gassen kan reknast ideell og med konstant spesikk varmekapasitet, c p = 1,1 kj/(kg K). Finn kor mykje eksergiraten i gass-straumen aukar ved oppvarminga. Finn ekserginedbrytingsraten (irreversibilitetsraten) for prosessen. (for ordens skuld: -rate = per tidseining) 2) Ei gassblanding inneheld 95 % metan (CH 4 ) og 5 % etan (C 2 H 6 ) på molbasis. Standard-tilstanden (ISO) er denert ved 15 C og 1 atm (101,325 kpa). Finn molmassen til blandinga. Finn stomengda (kmol) i 1 m 3 av blandinga ved standard-tilstanden. Finn massen av etan i 1 m 3 av blandinga ved standard-tilstanden. Finn partialtrykket for etan i blandinga ved standard-tilstanden.

2 Side 2 av 2/nyn. 3) Luft ved 4 C og 50 % relativ fukt (tilstand 1) skal varmast og fuktast til 32 C og 60 % relativ fukt (tilstand 2). Til dette skal vi bruke vatn ved 30 C. Luftstraumen ved tilstand 2 skal vere 3 m 3 /s. Bruk h-x-diagrammet (vedlegg) og nn tilført varme per kg tørr luft, nn tilført masse av vatn per kg tørr luft, nn massestraumen av tørr luft. 4) Til eit (gassturbin-)brennkammer vert det tilført luft ved 500 C og brensel (propan) ved 15 C. Røykgassen strøymer ut med temperatur 1350 C. Alle straumane er jamne, og har det same trykket. Brennkammeret er adiabatisk. Alle gassane kan reknast ideelle, med konstante spesikke varmekapasitetar, for luft c p,luft = 1,0 kj/(kg K) og for røykgassen c p,rg = 1,1 kj/(kg K). For propan: Nedre brennverdi er 46,4 MJ/kg; støkiometrisk (teoretisk) luftmengd på massebasis er 15,64 kg/kg. Finn høvet mellom massestraumen av luft og massestraumen av brensel. (Tips: energibalanse) Finn luftoverskotstalet (λ). Opplysningar: Universell gasskonstant: R = 8,314 J/(mol K) Molmasser (kg/kmol), CH 4 : 16; C 2 H 6 : 30. dt På visse vilkår gjeld ds = c p T Rdp p Vedlegg (1): h-x-diagram for fuktig luft Om du vil, kan du legge ved diagrammet i svaret. I så fall må du skrive på fagnr., fagnamn, dato, kandidatnr. og arknr., og telje det med i talet på innleverte ark.

3 Side 1 av 2/bm. NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg MIDTSEMESTEREKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Fredag 26. februar 2016 Tid: Foreløpig resultat er påregnet klart etter 12 uker. Endelig resultat vil være del av sluttsensur i juni. Oppgavene nnes også på nynorsk. Tillatte hjelpemiddel: D Ingen trykte eller handskrevne hjelpemiddel. Bestemt, enkel kalkulator. Bruk helst ikke rød blyant/penn, det er holdt av for sensuren. Les gjennom oppgavene først. Start med den oppgava du meiner du har best innsikt i. Dersom det er råd, la ingen oppgave være heilt blank. Skriv klart, det lønner seg! Desimaltegn her er komma, bortsett fra i vedlegget som følger amerikansk praksis. Noen opplysninger står til slutt, etter den siste oppgava. Oppgaver: 1) En jamn strøm av gass blir varma opp fra tilstand (1), med temperatur T 1 = 327 C, til tilstand (2) med T 2 = 1327 C. Vi ser bort fra trykkfall slik at trykket er konstant. Massestrømmen er 10 kg/s. Den tilførte varmen har en eksergirate Ė q = 9400 kw. Omgivelsene har temperatur T = 17 C (290 K). Gassen kan regnes ideell og med konstant spesikk varmekapasitet, c p = 1,1 kj/(kg K). Finn hvor mye eksergiraten i gass-strømmen øker ved oppvarminga. Finn ekserginedbrytingsraten (irreversibilitetsraten) for prosessen. (for ordens skyld: -rate = per tidsenhet) 2) Ei gassblanding inneholder 95 % metan (CH 4 ) og 5 % etan (C 2 H 6 ) på molbasis. Standard-tilstanden (ISO) er denert ved 15 C og 1 atm (101,325 kpa). Finn molmassen til blandinga. Finn stomengden (kmol) i 1 m 3 av blandinga ved standard-tilstanden. Finn massen av etan i 1 m 3 av blandinga ved standard-tilstanden. Finn partialtrykket for etan i blandinga ved standard-tilstanden.

4 Side 2 av 2/bm. 3) Luft ved 4 C og 50 % relativ fukt (tilstand 1) skal varmes og fuktes til 32 C og 60 % relativ fukt (tilstand 2). Til dette skal vi bruke vatn ved 30 C. Luftstrømmen ved tilstand 2 skal være 3 m 3 /s. Bruk h-x-diagrammet (vedlegg) og nn tilført varme per kg tørr luft, nn tilført masse av vatn per kg tørr luft, nn massestrømmen av tørr luft. 4) Til et (gassturbin-)brennkammer blir det tilført luft ved 500 C og brensel (propan) ved 15 C. Røykgassen strømmer ut med temperatur 1350 C. Alle strømmene er jamne, og har det samme trykket. Brennkammeret er adiabatisk. Alle gassene kan regnes ideelle, med konstante spesikke varmekapasiteter, for luft c p,luft = 1,0 kj/(kg K) og for røykgassen c p,rg = 1,1 kj/(kg K). For propan: Nedre brennverdi er 46,4 MJ/kg; støkiometrisk (teoretisk) luftmengde på massebasis er 15,64 kg/kg. Finn forholdet mellom massestrømmen av luft og massestrømmen av brensel. (Tips: energibalanse) Finn luftoverskuddstallet (λ). Opplysninger: Universell gasskonstant: R = 8,314 J/(mol K) Molmasser (kg/kmol), CH 4 : 16; C 2 H 6 : 30. dt På visse vilkår gjelder ds = c p T Rdp p Vedlegg (1): h-x-diagram for fuktig luft Om du vil, kan du legge ved diagrammet i svaret. I så fall må du skrive på fagnr., fagnavn, dato, kandidatnr. og arknr., og telle det med i tallet på innleverte ark.

5