Institutt for Energi og Prosessteknikk TEP 4115/4120 - Termodynamikk 1 Fagets Innhold og Læringsmål Termodynamiske Systemer, Egenskaper og Tilstander Begrepene Arbeid og Varme (og Energi generelt) Tilstandslikninger for Gassfase (Ideell Gass Modell) Termodynamiske Tabeller og Diagrammer Tilstandsendringer, Indre Energi, Entalpi og Entropi TD s Hovedsatser for Åpne og Lukkede Systemer Ulike Sirkelprosesser Carnot, Rankine, Otto, Diesel og Brayton Reversible og Irreversible Prosesser 3 Anvendelsesområder (Kapitlene 8, 9 og 10) Dampkraft, Gasskraft & Motorer, Varmepumper & Kjølekretser Introduksjon til Eksergi, Energikvalitet og Virkningsgrader Forkunnskapskrav: Ingen... Truls Gundersen 03.01.11 Pensum i faget er Institutt for Energi og Prosessteknikk TEP 4115/4120 - Termodynamikk 1 MJMoran M. J. Moran and H. N. Shapiro: Fundamentals of Engineering Thermodynamics", 6 th ed. (SI-Units), John Wiley & Sons, 2010 Kap. 1 - Introduksjon, Konsepter & Definisjoner (ikke 1.4.2) Kap. 2 - Energi og Termodynamikkens 1. lov (ikke 2.2.4, 2.2.5) Kap. 3 - Termodynamiske Egenskaper Kap. 4 - Kontrollvolum for Strømmende Systemer Kap. 5 - Termodynamikkens 2. lov Kap. 6 - Introduksjon og Bruk av Entropikonseptet Kap. 7 - Flyttet til Termo-2, Eksergi Light (Notat på Hjemmeside) Kap. 8 - Kraftsystemer basert på Damp Kap. 9 - Forbrenningsmotorer og Kraftsystemer basert på Gass (ikke 9.9, 9.11-9.14) Kap.10 - Kjølekretser og Varmepumper (ikke 10.5) Truls Gundersen 03.01.11
Institutt for Energi og Prosessteknikk Forelesninger (4F/uke Toveiskommunikasjon!?) Faglærer foreleser Kap. 1 6 (basis) og Kap. 8 (anvendt) Faglærer foreleser også Eksergi Light (6F) Topp Gjesteforelesere dekker Kap. 9 og 10 (anvendt) Øvinger (4Ø/uke minimum 8 av 12 må godkjennes) Vit.ass: Faglærer (Øving) og Stip. Henrik Holmberg (Lab) 6 Stud.ass er (flere med god erfaring!!) Faglærer vil forsøke å være tilstede... Semesteroppgave (obligatorisk) Labsjef Morten Grønli organiserer gjennomføringen Kjøres i ukene xx & yy, innlevering av rapport innen zz.zz Basert på relativt nye Demo-anlegg i EPT s Lab. Referansegruppe 2 fra PuP, 2 fra Ind.Øk. og 1 fra Ing.vit.skap og IKT Frivillige er velkomne, svært lite arbeid, 2 korte møter Hjemmeside: http://www.ivt.ntnu.no/ept/fag/tep4115/ Truls Gundersen 03.01.11 Link til Hjemmesiden
Assignment Number 4 Engng. Thermodynamics 1 Assignment Number 11 Engng. Thermodynamics 1 Hint: Use compressibility (Z), pseudoreduced spesific volum (v R ) and Figure A-1 in M&S. Institutt for Energi og Prosessteknikk Termodynamikken er et viktig basisfag Fagenes naturlige Hierarki Fenomener: Varme/Masse-Transport Reaksjon, Strømning, etc. Naturlover: Fysikk, Mekanikk, Termodynamikk, etc. System-Fag Prosesser, Fabrikksteder, Samfunn Komponent-Fag Varmevekslere, kompressorer, turbiner, destillasjonstårn, etc. Fundamentale Fag Fenomener og Naturlover Truls Gundersen 15.08.06
Institutt for Energi og Prosessteknikk Termodynamikkens anvendelser er uendelige Vår fokus på Sykliske Prosesser Truls Gundersen 09.01.08 Termodynamikkens Las Vegas C.P. Snow formulerte termodynamikkens lover på en måte som gjør at de fleste kan huske dem: 1. You cannot win (that is, you cannot get something for nothing, because matter and energy are conserved). 2. You cannot break even (you cannot return to the same energy state, because there is always an increase in disorder; entropy always increases). 3. You cannot get out of the game (because absolute zero (Kelvin) is unattainable). Introduksjon og Motivasjon T. Gundersen Intro 1
Termodynamikk - En farlig Teori? Conservative Christians protest the second law of thermodynamics on the steps of the Kansas Capitol Ralph Reed holds a textbook he claims is being used to teach physics in schools. Q: Hvis det er avvik mellom kartet og terrenget - Ville du endre kartet eller terrenget?? Introduksjon og Motivasjon T. Gundersen Intro 2 Eks.: Stasjonært vs. Likevekt?? Rørsatsvarmeveksler (Shell & Tube) Introduksjon og Motivasjon T. Gundersen Intro 3
Reversibel vs. Irreversibel Læreboka: Piston-Cylinder Assembly Gass 1 W mn g h mtotal g h n n W 0 Gass men... >0 Varmereservoar Varmereservoar Irreversibel T. Gundersen Introduksjon og Motivasjon Intro 4 Typisk Flytskjema Olje/Gass-Separasjon Videre Tørking og Kompresjon Innledende Konsepter og Definisjoner T. Gundersen 1-1
Vannets Trippelpunkt (0.01 C, 0.006 atm) Trykk = Kraft dividert på Flate Systemet søker fasen med størst tetthet (vann) Innledende Konsepter og Definisjoner T. Gundersen 1-2 Konstant Volum Gasstermometer Innledende Konsepter og Definisjoner T. Gundersen 1-3
Temperaturskalaer Innledende Konsepter og Definisjoner T. Gundersen 1-4 Fahrenheitskalaen På Fahrenheitskalaen er frysepunktet for vann 32 F (grader Fahrenheit), og kokepunktet for vann er 212 F. Det verserer ulike teorier om hvordan Fahrenheit valgte skalaens fikspunkter, og en av dem er at nullpunktet 0 F ( 17,8 C) er det kaldeste man kan få ved å blande riktige mengder salt og knust is, mens 100 F (37,8 C) er like over gjennomsnittlig kroppstemperatur hos mennesker (37 C) og kan ha vært Fahrenheits egen kroppstemperatur under intense arbeidsdager... (ref.: Wikipedia) Innledende Konsepter og Definisjoner T. Gundersen 1-5
Legeme påvirket av en Kraft Arbeid og Kinetisk Energi T. Gundersen 2-1 Legeme påvirket av Krefter Kinetisk og Potensiell Energi T. Gundersen 2-2
Ulike former for Arbeid (2.2.4 og 2.2.5 er ikke Pensum, men...) W = p dv Kompresjon av gass W = d(a x) Forlengelse av stolpe W = da Strekking av overflatefilm o.s.v. for elektrisk arbeid, magnetisk arbeid, etc. W = x dy Generalisert arbeid Arbeid = Intensiv differensialet av Ekstensiv Variabel T. Gundersen 2-3 Effekt - Tidsaspektet av Arbeid W F ds W F V dt dt 2 W F V (0.5 c A V ) V d d V = 25 km/h c d =09 0.9 A = 0.4 m 2 = 1.2 kg/m 3 Effekten: W 72.3 J/s 0.07 kw T. Gundersen 2-4
Arbeid ved Ekspansjon / Kompresjon T. Gundersen 2-5 Varmeledning - Konduksjon Antagelser: 1. Stasjonære forhold 2. Konstant Varmeledningsevne (konduktivitet) - Varmeoverføring: Q dt A dx T. Gundersen 2-6
Shell & Tube Varmeveksler Arbeidshesten i Prosessindustrien T. Gundersen 2-7 Varmeoverføring - Oppsummering Konduksjon (Varmeledning) Stråling dt Q A dx Q A T b 4 Fourier s lov Stefan Boltzmann s lov Konveksjon Q h A ( T T ) b f Newton s Kjølelov T. Gundersen 2-8
Effekt av Systemgrensevalg p atm = 1 bar m piston = 45 kg A piston = 0.09 m 2 g = 9.81 m/s 2 m air = 0.27 kg V 2 V 1 = 0.045 m 3 u air = 42 kj/kg T. Gundersen 2-9 Sykliske Prosesser T. Gundersen 2-10