KÉPZÉS: 2N-00 2N-0E 2NK00 2LK00

Átírás

1 ENERGEIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK ANSZÉK A vastagon bekeretezett részt vizsgázó tölti ki!... név (a személyi igazolványban szerelő módon) HELYSZÁM: Hallgatói azonosító (NEPUN): KÉPZÉS: N-00 N-0E NK00 LK00 MŰSZAKI HŐAN I. (ERMODINAMIKA) ÍRÁSBELI IZSGA Munkaidő: 50 erc H isztelt izsgázó! A Műszaki Hőtan tárgy vizsgája alavetően két írásbeli és szóbeli részből áll. Az írásbeli további három az alakérdéseket tartalmazó A, az alavető összefüggéseket számon kérő B és az összetett számítási feladatokat tartalmazó C részből áll. Az egyes írásbeli vizsgarészek megválaszolásánál az adott helyen feltüntetett útmutatás szerint járjon el! Minden beadott lara írja fel a nevét, hallgatói azonosítóját és a feladat betűjelét és számát! Érvénytelennek tekintjük azon hallgatók vizsgadolgozatait, amelyekből megállaítható az együttműködés vagy a nem engedélyezett segédeszközök használata. A vizsgán csak azok a segédletek használhatók, melyek a megoldáshoz feltétlenül szükségesek. Erről a felügyelőtanárok adnak felvilágosítást. A megoldást tartalmazó laokat helyezze ebbe a feladatlaba, és ne hajtsa össze! A formai követelmények be nem tartása a vizsgadolgozat érvénytelenségét vonja maga után! Az eredményes vizsga szükséges feltétele az A és B részre előírt minimumkövetelmények teljesítése! Eredményes munkát kívánunk! ÍRÁSBELI: A BÍRÁLÓ ÖLI KI! Feladat: A B C/ C/ C/3 ÖSSZES: Pontszám: Az írásbeli rész eredménye alaján megajánlott érdemjegy (tegyen -et a megfelelő -be): elégtelen () 40 ont alatt felt. elégséges () 40,..50 ont A Bíráló(k) megállaítása szerint: A vizsga eredménytelen, a vizsgaérdemjegy elégtelen(), mivel össz-ontszáma nem éri el a 40 ontot vagy nem teljesítette az A és B részre vonatkozó minimumkövetelményeket. elégséges () 50,..60 ont Szóbeli vizsgán módosíthatja a megajánlott érdemjegyet. Ha ontszáma 50-nél kevesebb volt, legfeljebb közees(3) érdemjegyet szerezhet. Szóbeli nélkül az érdemjegy elégtelen(). közees (3) 60,..7,5 ont jó (4) 7,6..85 ont Kiegészítő szóbeli vizsga javasolt, ahol az írásbeli alaján megajánlott érdemjegy korlátlan mértékben javítható (rontható is). Szóbeli nélkül a megajánlott érdemjegy válik véglegessé. jeles (5) 85 ont felett Az írásbeli eredménye alaján megajánlott érdemjegy, ha azt a vizsgázó elfogadja, véglegesnek tekinthető. A vizsgaérdemjegy: elégtelen () elégséges () közees (3) jó (4) jeles (5). izsgáztató

2 A ALAPEŐ ELMÉLEI KÉRDÉSEK A Döntse el, hogy az alábbi állítások közül mely igaz és mely hamis. álasztásait a mellékelt laon jelölje. A választ megjelölni a választíus előtt található körben, kék vagy fekete színnel író tollal (tintával) tett két egymást metsző vonallal lehet. Például: vagy. Minden ettől eltérő módú jelölés érvénytelen. Javítási lehetőség nincs. (Kérjen ótlaot a készlet erejéig!) Minden érvényes jelölésű helyes válasz ont, minden helytelen válasz vagy érvénytelen jelölés 0 ont. Az eredményes vizsga szükséges feltétele, hogy az ebben a részben szerezhető 0 ontból legalább 0 ontot elérjen! Állítás egyen ide -et, ha Ön e rész alól felmentett: RÉSZMUNKAIDŐ: 30 PERC. Ha egy fizikai mennyiség állaothatározó, akkor annak minden függvénye is az.. Egyensúlyi rendszerben a fajlagos extenzív állaothatározók nem szükségkéen homogén eloszlásúak. 3. Az adiabatikus rendszer egyben adiatermikus rendszer. 4. Egy termodinamikai rendszer egyértelműen megadható extenzív állaothatározókkal. 5. A hő (hőmennyiség) nem állaotjelző. 6. Az adiabatikus állaotváltozás munkája meghatározható a rendszer folyamat előtti és utáni állaotának ismeretében. 7. Az entróia a termikus kölcsönhatáshoz tartozó extenzív mennyiség. 8. Az állandósult (stacionárius) nyitott rendszer tömegtartó (állandó tömegű) rendszer. 9. Ha az izobár állaotváltozás technikai munkája zérus, akkor a fizikai munkája is az. 0. A beléési és a kiléési munka különbsége az állaotváltozás technikai munkáját adja eredményül.. Ha az állandó fajhőjű ideális gáz belső energiája és entaliája nem változott, akkor a közeg állaotában sem következett be változás, mivel a belső energia és az entalia is állaotjelző.. Ha egy állaotváltozás során a rendszer és környezete együttes entróiája nem változott, akkor az állaotváltozás irreverzibilis volt. 3. Az azonos belső hatásfokú fokozatokból álló többfokozatú turbina eredő hatásfoka kisebb, mint egy fokozat belső hatásfoka és megegyezik a fokozati hatásfokok szorzatával. 4. A metastabil állaot a valóságban nem létezik. 5. A tiszta anyagok ún. hármasontja egyensúlyi állaot. 6. A többkomonensű többfázisú rendszer addig nem lehet egyensúlyban, amíg a rendszeren belüli kölcsönhatások eredményekéen a fázisok száma a szabadsági fokok és a komonensek számának különbségével azonos nem lesz. 7. A fojtás munkavégzés nélküli nyomáscsökkenéssel járó olyan adiabatikus folyamat, melynek során a közeg entaliája és belső energiája nem változik, entróiája növekszik. 8. Adiabatikus folyamat estén a rendszer entróiája nem növekedhet. 9. A harmatonti hőmérséklet a nedves levegő azon hőmérséklete, melyre azt lehűtve, a hűtőfelületen a levegő nedvességtartalma kicsaódik. 0. Az ideális gázelegy alkotóinak entróiáját összegezve a gázelegy entróiáját kajuk eredményül.

3 B ALAPEŐ SZÁMÍÁSI FELADAOK B Az alavető számítási feladatok megoldásait külön laokon folytatólagosan dolgozza ki, de a laoknak csak egyik oldalára írjon (egy lara több feladat megoldása is kerülhet)! Minden lara írja fel a nevét és a hallgatói azonosítóját! A megoldásokat egymástól jól láthatóan (l. a la teljes szélességében húzott vonallal) válassza el! Az áttekinthetetlen megoldásokat az értékelésnél nem vesszük figyelembe. A feladatok megoldása során minden esetben tüntesse fel a felhasznált összefüggéseket, usztán az eredmények közlése nem elegendő! Egy megoldást akkor tekintünk teljesnek, ha helyes(ek) az alkalmazott összefüggés(ek) és helyes(ek) az eredmény(ek) is. Abban az esetben, ha helyes nélkül közöl eredményt (ide értve a helyes eredményt is) az adott feladatra jár. A táblázatban a helyes és teljes megoldást, Ö a helyes összefüggést és H az összefüggés hiányát vagy a felírt összefüggés hibás voltát jelenti. Az eredményes vizsga szükséges feltétele, hogy az ebben a részben szerezhető 5 ontból legalább ot elérjen! egyen ide -et, ha Ön e rész alól felmentett: RÉSZMUNKAIDŐ: 30 PERC Feladat Ö H. A gázturbinában, melynek belső hatásfoka 9%, állandó fajhőjű ideális gáz exandál 00 C hőmérsékletű és 4 bar nyomású kiinduló állaotból,05 bar nyomásra. A gáz secifikus gázállandója 87 J/(kg K), adiabatikus kitevője,4. Mennyivel változik az exanzió során a gáz fajlagos belső energiája, entaliája és entróiája?. Mennyi a C hőmérsékletű, bar nyomású és 80% relatív nedvességtartalmú nedves levegő abszolút nedvességtartalma, ha a vízgőz telítési nyomása C hőmérsékleten 0,064 bar? 3. 0,5 kg tömegű és 00 C hőmérsékletű telített víz teljes mennyiségének elgőzölögtetéséhez 8,475 kj hőmennyiségre volt szükség. Az elgőzölögtetést 350 kw teljesítményű eszközzel hajtottuk végre. Mennyivel változott a közeg fajlagos entróiája és fajlagos szabad entaliája, valamint mennyi ideig tartott a teljes mennyiség elgőzölögtetése? 4. Egy 36% termikus hatásfokú vízgőz körfolyamatban a hőelvonás 3 C állandó hőmérsékleten történik. Mekkora a hőközlés termodinamikai átlaghőmérséklete és a körfolyamat hasznos teljesítménye, ha az elvont hőteljesítmény 500 MW?

4 C ÖSSZEE SZÁMÍÁSI FELADAOK C A számítási feladatok kidolgozásánál a következőket tartsa szem előtt: Ügyeljen az áttekinthető és világos munkára. Minden feladat megoldását külön, A/4 méretű, fehér színű laon, kék vagy fekete tintával írva készítse el, minden lara írja fel a nevét és a feladat jelét, továbbá a laoknak csak az egyik oldalára írjon! Ha egy feladat megoldását újra kezdi/folytatja, azt minden esetben egyértelműen jelölje! Ha egy feladat megoldását vagy annak egy részét áthúzza, azt mindenkéen érvénytelennek tekintjük. Az áttekinthetetlen válaszokat az értékelésnél nem vesszük figyelembe. A eredmények közlésénél ne feledkezzen el a mértékegységek feltüntetéséről! Nem fogadjuk el a feladat megoldását, ha a leírtakból nem derül ki egyértelműen a megoldáshoz vezető út, ha a helyes mértékegységek nincsenek feltüntetve, ill. ha a feladat megoldása során súlyos elvi hibát követett el. Nem jár részont a mértékegység nélkül feltüntetett számítási eredményekért. C/. FELADA [0 PON] Egy az, ábra szerinti kialakítású hengerben kezdetben 00 kpa nyomású 5 dm 3 térfogatú és 0 C hőmérsékletű állandó fajhőjű ideális gáz van, melyre κ,4. A súrlódásmentesen mozgó dugattyú szabad úthosszát a rögzítőgyűrű határolja. Mennyi hőt kell közölni a gázzal, ha annak nyomását 30 kpa-ra kívánjuk növelni! Ábrázolja a folyamatot ideális gáz v és s diagramjában! Számítsa ki a közeg belső energiájának, entaliájának és entróiájának a megváltozását! C/. FELADA [0 PON] rögzítőgyűrű Igazolja, hogy a belsőégésű szikragyújtású motor (OO-motor) helyettesítő körfolyamatának (adiabatikus komresszió, izochor hőközlés, adiabatikus exanzió, izochor hőelvonás) termikus hatásfoka a komresszióviszony max r és a munkaközeg adiabatikus kitevőjének (κ ) függvénye! A min munkaközeg állandó fajhőjű ideális gáz. Ábrázolja a helyettesítő körfolyamatot ideális gáz v és s diagramjában! Adja meg a termikus hatásfok η f ( r κ) függvényét! C/3. FELADA [0 PON], R Ismert egy közeg köbös hőtágulási együtthatójának β és izotermikus komresszibilitási té- v a nyezőjének χ + függvénye, ahol a anyagjellemző állandó. v Adja meg a közeg állaotegyenletét! h v Segítségül: v ( ) és c ( ) és áll. áll. ( ) áll. u u ( ) cv és ( ) ( ) és v v ( ) β v v v és v χ áll. v s Q s v. áll. áll áll. L/5 L

5 A RÉSZ: MŰSZAKI HŐAN I. (ERMODINAMIKA) ÍRÁSBELI IZSGA 003. JANUÁR 7-8. JAÍÁSI ÉS ÉRÉKELÉSI UASÍÁS AZ ÁLLÍÁSOK SORRENDJÉBEN: HIIII IIIHH HHHHI HHHII B RÉSZ: Megoldás. κ κ κ 556, K κ * η * η( ) 6,5 K R u c ( * ) ( * ) 539,3 kj/kg κ κr h c ( * ) ( * ) κ u 755 kj/kg κ κ R s c ln ln *,6 J/(kg K) κ. A relatív nedvességtartalom alaján a vízgőz arciális nyomása: ϕ 0,03 bar.,5 ont gőz gőz,s Az abszolút nedvességtartalom: x 0,6 gőz össz. 0,0337 kg/kg.,5 ont 3. q Q s 6,0485 kj/(kg K) m g ( h s) ( h s ) ( h s ) ( h h ) ( s s ) 0 kj/kg Q τ 3, s P 4. el el η be 476,8 K be η Q η el Q Qbe Qbe η Qel W Qbe Qel Qel Qel η η 8,5 MW 4 ont

6 C/. FELADA [MEGOLDÁS] A folyamatok v és s diagramban: 3 3 v A gáz tömege: R m ; a fajhők: c és c κ c. R κ s Az izobár állaotváltozásra: és az ábra alaján,. ont Az izochor állaotváltozásra: 3 és a feltétel alaján,3. ont A szükséges hőmennyiség: Q m c( ) + c ( 3 ) κ Behelyettesítve: 3 Q + κ κ 400 J. 3 ont A végzett munka: W ( ) (, ) 0, 300 J. A belső energia megváltozása: U Q+ W 00 J. A belső energia változása más módon is kiszámítható: U cm( 3 ) ( κ,56 ) 00 J. Az entalia megváltozása: H c m( ) κ U 940 J. 3 Adatok az entróiaváltozás számításához: 35,78 K; 457,3 K. Az entróia megváltozása: S m cln c ln κ ln + ln 6,63 J/K. 3 ont ( κ ) C/. feladat mindösszesen: 0 ont

7 C/. FELADA [MEGOLDÁS] A körfolyamat kée v és s diagramban: 3+36 ont 3 3 v min áll. áll. q be q be v max áll. w áll. 4 4 q el q el min max s Mivel mind a komresszió, mind az exanzió adiabatikus és ugyanazon komresszióviszony mellett megy végbe, így felírható, hogy 3 κ r 4 ebből az egyenletből: 3 4 κ r A bevezetett fajlagos hőmennyiség: q c ( ) be 3 Az elvezetett fajlagos hőmennyiség: q c ( be 4 ) A termikus hatásfok függvénye: q η 6 ont q r 4 el 4 κ be 3 3 C/. feladat mindösszesen: 0 ont

8 C/3. FELADA [MEGOLDÁS] v R β, v v A köbös hőtágulási együttható: ( ) áll. az izotermikus komresszibilitási tényező: dv Az izobár egyenlete: d R, ill. rendezve v a χ + v v.. áll Rd dv 4 ont integrálva ahol R v + C ( ), 4 ont C ( ) dv a +, vd v egy -től függő állandó. Az izoterma egyenlete: az egyenlet mindkét oldalát vd -vel megszorozva, rendezve és integrálva 4 ont C ( ) v a. 4 ont A két egyenlet összevetéséből az állaotegyenlet: a R v +. 4 ont C/3. feladat mindösszesen: 0 ont