LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Lørdag 5. desember 2009 Tid: kl. 09:00-13:00

Like dokumenter
Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

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

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Tirsdag 9. desember 2008 Tid: kl. 09:00-13:00

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 17. desember 2012 Tid: kl. 09:00-13:00

Spørretime TEP Høsten Spørretime TEP Høsten 2009

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 6. desember 2010 Tid: kl. 09:00-13:00

Spesial-Oppsummering Høsten 2009 basert på Innspill fra Studenter

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

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Side 1 av 10 NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET (NTNU) - TRONDHEIM INSTITUTT FOR ENERGI OG PROSESSTEKNIKK

SIO 1027 Termodynamikk I Noen formler og uttrykk som er viktige, samt noen stikkord fra de forskjellige kapitler,, Versjon 25/

Spørretime TEP Høsten 2012

Spørretime TEP Våren Spørretime TEP Våren 2011

Verdens Elektrisitetsproduksjon

Retningen til Spontane Prosesser. Prosessers Retning

Oppsummering av TEP 4120

MAS117 Termodynamikk. Vanndamp som arbeidsfluid. Kapittel 10 Dampkraftsykluser del

Retningen til Spontane Prosesser

Oppsummering av første del av kapitlet

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

Fuktig luft. Faseovergang under trippelpunktet < > 1/71

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4115 TERMODYNAMIKK 1 Lørdag 21. mai 2011 Tid: kl. 09:00-13:00

TKP4100 Strømning og transportprosesser og TMT 4206 Strømning og varmeoverføring

LØSNINGSFORSLAG. EKSAMEN I SIO 4060 PROSESSINTEGRASJON Lørdag 10. mai 2003 Q H 190 C 180 C R C 170 C 900 kw R C 140 C 100 C 90 C

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

EKSAMEN I FAG TEP 4140 STRØMNINGSLÆRE 2

Fysikk for ingeniører. 4. Arbeid og energi. Løsninger på blandede oppgaver. Side 4-1

HØGSKOLEN I STAVANGER

Oppsummering av TEP 4115

T L) = H λ A T H., λ = varmeledningsevnen og A er stavens tverrsnitt-areal. eks. λ Al = 205 W/m K

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4115/4120 TERMODYNAMIKK 1 (KONT) Fredag 19. august 2005 Tid: kl. 09:00-13:00

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

A 252 kg B 287 kg C 322 kg D 357 kg E 392 kg. Velg ett alternativ

Løsningsforslag eksamen TFY desember 2010.

a) Stempelet står i en posisjon som gjør at V 1 = m 3. Finn det totale spesikte volumet v 1 til inneholdet i tanken. Hva er temperaturen T 1?

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 måndag 16. august 2010 Tid:

Kulde- og varmepumpetekniske prosesser Mandag 5. november 2012

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

Typisk T-v Diagram. Fasediagrammer & Projeksjoner. p-v p-t T-v. TEP 4120 Termodynamikk 1. Beregning av Egenskaper. Beregning av Egenskaper

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 4. juni 2011 Tid:

Oppsummering - Kap. 5 Termodynamikkens 2. Lov

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

- Kinetisk og potensiell energi Kinetisk energi: Bevegelses energi. Kinetiske energi er avhengig av masse og fart. E kin = ½ mv 2

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 8. august 2009 Tid:

DAMPTURBINER. - Introduksjon -

TEMA: Destillasjon. Løsningsforslag: Komponentbalanse (molar basis) for acetaldehyd: F X F = B X B + D Y D

FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG Tema for forelesningen var studiet av noen viktige reversible prosesser som involverer ideelle gasser.

EKSAMEN I EMNE TFY4125 FYSIKK

NTNU Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet. SIO 7050 Varmepumpende prosesser og systemer = 200 [kw] ved t R1 = 0 [ºC] t omg = 14 [ºC]

Typisk T-v Diagram. Fasediagrammer & Projeksjoner. p-v p-t T-v. TEP 4120 Termodynamikk 1. Beregning av Egenskaper. TEP 4120 Termodynamikk 1

Når programmet har nok opplysninger beregner det alle resterende data. Programmet tegner atumatisk opp T-s og P-v diagram for syklusen.

Damp-prosessen / Rankine Cycle. Allerede de gamle Grekere...

Termodynamikk ΔU = Q - W. 1. Hovedsetning = Energibevarelse: (endring indre energi) = (varme inn) (arbeid utført)

TFY4106 Fysikk Eksamen 17. august V=V = 3 r=r ) V = 3V r=r ' 0:15 cm 3. = m=v 5 = 7:86 g=cm 3

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave 1 V 1 V 4 V 2 V 3

Kap Termisk fysikk (varmelære, termodynamikk)

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Onsdag 22. mai 2013 Tid:

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

Utvidet Oppsummering - Kap. 7

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Anne Borg Tlf BOKMÅL. EKSAMEN I EMNE TFY4115 Fysikk Elektronikk og Teknisk kybernetikk

Side 1 av 2/nyn. MIDTSEMESTEREKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Fredag 20. februar 2013 Tid:

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 17. august 2013 Tid:

FY6019 Moderne fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 4. 2 h

Lørdag 20. mai C 180 C C 130 C C 60 C kw 50 C 30 C C 20 C

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

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 måndag 15. august 2011 Tid:

TEMA: Konseptuelt Flytskjema for Benzen-produksjon fra Toluen. Løsningsforslag:

Flervalgsoppgave. Kollisjoner. Kap. 6. Arbeid og energi. Energibevaring. Konstant-akselerasjonslikninger REP

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK mai 2015 Tid:

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i:kje-1005 Termodynamikk og kinetikk Dato: Torsdag 05. juni 2014 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 2

Oppsummering av TEP 4120

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

Løsningsforslag til øving 10

TEP Termodynamikk 1

Kurs TEP4195 TURBOMASKINER

dp ρ L D dp ρ v V Både? og v endres nedover et rør, men produktet er konstant. (Husk? = 1/V). Innsatt og med deling på V 2 gir dette:

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

Oppgave 1 Slug / boblestrøm

Løsningsforslag Øving 8

Varmepumpe. Innledning. Teori. Tobias Grøsfjeld Espen Auseth Nilsen Peter Kristoersen. 1. desember Generell teori

Løysingsframlegg kontinuasjonseksamen TFY 4104 Fysikk august 2011

NTNU Institutt for Termisk Energi og Vannkraft

Side 3 av 3/nyn. Bruk van der Waals likning p = Vedlegg: 1: Opplysningar 2: Mollier h-x-diagram for fuktig luft

Løsningsforslag til EKSAMEN

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Kontinuasjonseksamen august 2010

Løsningsforslag til øving 6

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

Figur 1: Isoterm ekspansjon. For en gitt temperatur T endrer trykket seg langs den viste kurven.

Eksergi, Eksergianalyse (kap.7)

Norsk Fysikklærerforening Norsk Fysisk Selskaps faggruppe for undervisning

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-2001

gass Side 1 av 5 NORGES TEKNISK NATUR- VITENSKAPELIGE UNIVERSITETET INSTITUTT FOR KJEMISK PROSESSTEKNOLOGI

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET FAKULTET FOR MASKINTEKNIKK EKSAMEN I EMNE SIO 7030 ENERGI OG PROSESSTEKNIKK

LØYSINGSFORSLAG, eksamen 20. mai 2015 i fag TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 v. Ivar S. Ertesvåg, mai 2015/sist revidert 9.juni 2015.

Transkript:

Side av NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET (NTNU) - TRONDHEIM INSTITUTT FOR ENERGI OG PROSESSTEKNIKK LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 0 TERMODYNAMIKK Lørda. desember 009 Tid: kl. 09:00 - :00 OPPGAVE (%) a) Selv om oppaveteksten sier eksplisitt at orklariner ikke skal være med på dette spørsmålet ir vi en kort berunnelse her i løsninsorslaet: (i) (ii) Ikke korrekt, ettersom Isentropisk krever Reversibel o Adiabatisk (o altså ikke Isoterm). Korrekt, det er eksperimentelt vist at indre eneri ikke avhener av spesiikt volum når temperaturen er konstant. Dessuten sier ideell ass modell at indre eneri kun avhener av temperatur (o inen andre tilstandsvariable) o at indre eneri deror er konstant når temperaturen er konstant. (iii) Ikke korrekt, det er eil i nevneren, da det korrekte uttrykket er: Q ds T int. rev. (iv) Ikke korrekt, i motsetnin til indre eneri o entalpi (som kun er temperaturunksjoner) så avhener entropi oså av trykket selv or ideell ass. Dette ramår.eks. av. TdS liknin løst med hensyn på entropiendrin or ideell ass: ( ) dt dp ds cp T R T p (v) Korrekt, dette er en vanli antakelse or ventiler. Man kan arumentere med at det skjer en hastihetsendrin (o dermed endrin i kinetisk eneri) i ventilen, men dersom ikke diameter i transportledninen (røret) endres o man observerer strømninen i en viss avstand ra selve ventilen vil hastihetsendrinen være nelisjerbar. b) Fiuren nedenor støtter opp under uttrykkene or virkninsrader som det spørres etter på denne deloppaven. Le merke til at vi runder av ved overan ra rader Celsius til rader Kelvin (altså at vi benytter 7 i stedet or 7.). Le oså merke til at alle varmemendene som lyter i systemet har temperatur over reeransetemperaturen or ekseri ( T0 C 98 K). Dette har betydnin or hvordan ekserien til en varmemende blir berenet. W. (i) Enerivirkninsrad: E 0..0% Q 0 H Eksamen i emne TEP 0 Termodynamikk

Side av (ii) Termodynamisk virkninsrad: W W / Q./0 0. reell E H TD Wideell E,max T 0/7 0.9 C T H 0.9 9.% (iii) Ekserivirkninsrad: Nyttbar Ekseri ut W. Ex 0.7 7.% Total Ekseri inn T 98 0 Q 0.0 H T 7 H T H Q H Q C W Q H =0 MW W =. MW T 0 = C T C OPPGAVE (0%) Hensiktsmessie systemrenser or denne oppaven er å la alle elementene innå i et elles system i stedet or å betrakte hver komponent ( tanker o turbin) som ene systemer. Den store ordelen er at man dermed har et lukket system i orhold til termodynamikkens. o. lov. Det kan oså være ristende å tro at oppaven må løses ved en transient betraktnin, men dette vil komplisere unødi, o som det vil bli vist nedenor kan oppaven løses ved kun å betrakte ølende tilstander: () Før det åpnes or massestrøm jennom turbinen, da den store tanken er evakuert. () Etter at likevekt inntreer o massestrømmen jennom turbinen har stanset. For å løse oppaven må dessuten ølende antakelser jøres: (a) Massen til dampen i turbin o rørledniner mellom tanker o turbin nelisjeres (b) Endrin i kinetisk o potensiell eneri er nelisjerbar (c) Allerede oppitt i oppavetekst: Nelisjerer varmeutvekslin med omivelsene Benytter indeks (A) or tanken til venstre o (B) or tanken til høyre, mens indeks () benyttes or start-tilstand o indeks () or slutt-tilstand (totalsystemet). Termodynamikkens. lov (Eneribalanse) o. lov (Entropibalanse) or lukket system er som øler: U mu m( u u ) QW Q S T b Likninene kan orenkles ved at det ikke er varmeutvekslin mellom system o omivelser: Eksamen i emne TEP 0 Termodynamikk

W m( u u ) m( u u ) Side av S m( s s ) Tilstand () samt den totale massen av dampen kan innes ra oppitte størrelser i oppaveteksten. Ved 0 bar er metninstemperaturen (i øle Tabell A-).9C, altså er dampen ved 80C overhetet. Benytter deror Tabell A- or å inne ølende verdier: u 709.9 kj/k o v 0.077 m /k Massen av dampen innes nå ved: V A 00 m m 97.0 k v 0.077 m /k Oppaven kan nå løses ved å arumentere på måter (bee betraktes som ullode orklariner): i) Teoretisk maksimalt arbeid skjer når irreversibilitetene er lik null ( 0 ). ii) Likninen over viser at arbeidet øker med minkende u. Samtidi kan det oså arumenteres at indre eneri (u ) o entropi ( s ) endrer se i samme retnin når volumet er konstant. Dette ramår av. TdS liknin når altså volumet er konstant: Tds du pdv du Laveste verdi av u er deror koblet til laveste verdi av s. Dette betyr at maksimalt arbeid inntreer når s s (ir 0). Det er svært krevende (nærmest umuli uten sotware) å inne den termodynamiske tilstanden ved hjelp av damptabeller når spesiikt volum o entropi er de kjente eenskapene: s s v. kj/kk o 00 m /97.0 k 0.88 m /k Situasjonen orenkles betydeli ved at oppaveteksten anir temperaturen i slutt-tilstanden til å være T 7 C, samt at det er to-ase. Tabell A- kan nå benyttes til å inne dampraksjonen (eller damp-kvaliteten) ved dobbel interpolasjon. Først anis likninene som benyttes: s s x o u ( x) u xu s s Tallverdiene blir nå som øler: x..8..7 0.88 o x 0.8780 7.87.8 7.9.7 0 0 (70) 7 x7 x0 x0 x0 0.88 (0.87800.88) 0.877 (00) 0 Indre eneri i slutt-tilstanden innes nå ved nok en dobbel interpolasjon: Eksamen i emne TEP 0 Termodynamikk

0 0 0 0 0 0 Side av u ( x ) u x u 0..0.888.8.0 kj/k u ( x ) u x u 0.990.00.87809.8. kj/k 7 7 u u7 u0 u0 u08.0 (8.8.0) 8.9 kj/k 0 0 Som en kontroll kunne man berenet dampraksjon x ved hjelp av spesiikt volum i stedet or entropi. Dette ir betydeli andre verdier or x ved h.h.v. 0C o 0C, men svært tilsvarende verdi or indre eneri ( u 7.8 kj/k). Det teoretisk maksimale arbeidet innes nå som: W m( u u ) 97.0 (709.98.9) 7,977 kj 7.0 MJ max,min OPPGAVE (%) p p p reheat a) I berepet ideell Rankine syklus lier ølende antakelser: Arbeidsmediet strømmer uten irreversibiliteter jennom anleets komponenter o transportledniner (rør). Dette innebærer at vi ikke har riksjonstrykkall o dermed konstant trykk i dampkjel, jenoppvarmer ( reheater ) o kondenser. Varmetap til omivelsene nelisjeres (altså adiabatisk oppørsel), o dette sammen med antakelsen om reversibel oppørsel jør at pumpe o turbin har isentropisk oppørsel. b) Flytskjema o Ts diaram or denne dampkratprosessen er vist ovenor. c) Problemstillinen her er at vi kjenner tilstand () inn på høytrykksdelen av turbinen o tilstand () ut av lavtrykksdelen av turbinen dersom vi leer oss opp til rensen or akseptabel uktihet i dampen på 0.%. Tilstand () kan dermed innes når vi antar isentropisk drit av turbinen (ideell Rankine syklus). Deretter kan tilstand () innes Eksamen i emne TEP 0 Termodynamikk

Side av ettersom trykket er det samme som i tilstand (), samt at entropien er den samme som i tilstand (). Videre bereniner (vist nedenor) identiiserer tilstandene () o (). Tilstand : p 0. bar o x 0.89. Dette ir (Tabell A-) or entalpi o entropi: h ( x) h xh 0.09.80.898.7.8 kj/k s ( x) s xs 0.00.90.898.0 7.70 kj/kk Tilstand : T 00C o s s 7.70 kj/k K. Dette ir (etter interpolasjon i Tabell A-) or entalpi o trykk: (7.087.70) h 8. (7.8.) 7. kj/k (7.087.88) p (7.087.70) 0 (00) 9.9 bar (7.087.88) Tilstand : p 0 bar o T 00 C. Dette ir (etter interpolasjon i Tabell A-) or entalpi o entropi: (00) h 9. (7.9.) 8. kj/k (00) (00) s.77 (.99.77).78 kj/kk (00) Tilstand : p 9.9 bar o s s.78 kj/k K. Dette krever eentli dobbel interpolasjon i Tabell A- (ved 0 bar er i øle Tabell A- s.070 s, altså overhetet damp). I dette tilellet kan man imidlertid orenkle med svært od nøyaktihet ved å lese av verdier ved 0 bar i stedet or 9.9 bar. Dette ir ølende verdier or entalpi o temperatur (den siste er unødvendi): (.78.) h 7. (.7.). kj/k (.790.) (.78.) T 0 (000) 7.C (.790.) Tilstand : p 0. bar o mettet væske. Dette ir ved direkte avlesin i Tabell A- ølende verdier or entalpi o entropi: h h 9.8 kj/k o s s 0.9 kj/k K Tilstand : p 0 bar o s s 0.9 kj/k K. I dette tilellet er det måter å inne entalpien i tilstanden på. Den ene metoden er å interpolere i Tabell A-, mens den andre metoden er å berene det isentropiske pumpearbeidet mellom tilstand () o (). Ettersom Tabell A- har data or 0 bar holder det med enkel (slipper dobbel) interpolasjon, slik at bee metoder vises nedenor. Eksamen i emne TEP 0 Termodynamikk

Side av Berener ørst entalpien ved å benytte pumpeberenin: W p h h h vdph v( p p) m Spesiikt volum leses direkte ra Tabell A-: Entalpien blir dermed: v v.00 0 m /k m N/m kj h 9.8.000 (0.00.) (bar) 0 0 k bar Nm h 9.8. 0.97 kj/k Mer korrekt verdi ås ved interpolasjon i Tabell A- ved å benytte oppitt trykk (0 bar) o avlest (tilstand ) entropi (0.9 kj/kk): (0.90.) h 80.78 (.880.78) 08.0 kj/k (.00.) d) Den termiske virkninsraden or kratproduserende prosesser deineres som: Produsert Arbeid Benyttet Varme W Q net in Anvendt på det aktuelle dampkratanleet kan virkninsraden uttrykkes: W W W h h h h h h Q Q h h h h t,hp t,lp p boiler reheat e) Innsatt or entalpiverdiene unnet under punkt (c) ir dette: (8..) (7..8) (08.09.8) (8.08.) (7..) 7.88.7.7 70.0 0.9.9% 7.00.0 89.0 Trondheim,..009 Truls Gundersen (s) Eksamen i emne TEP 0 Termodynamikk