MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI. Termodinamika. Név: Azonosító: Helyszám: Munkaidő: 80 perc I. 50 II. 50 ÖSSZ.: 100. Javította: Képzési kódja:

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI. Termodinamika. Név: Azonosító: Helyszám: Munkaidő: 80 perc I. 50 II. 50 ÖSSZ.: 100. Javította: Képzési kódja:"

Margit Mészáros
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Képzési kódja: MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI N- Név: Azonosító: Helyszám: Jelölje meg aláhúzással vagy keretezéssel a Gyakorlatvezetőjét! Dobai Attila Györke Gábor Péter Norbert Vass Bálint Termodinamika Munkaidő: 80 perc Pintácsi Dániel A dolgozat megírásához szöveges adat tárolására nem alkalmas számológépen, a Segédleten, valamint rajz- és íróeszközön kívül más segédeszköz nem használható. Csak az az információ kerül értékelésre, amit kék vagy fekete színnel író tollal ír/rajzol! Ha leírt/rajzolt válaszát utólag módosítja, áthúzza vagy kijavítja, azt mindenképpen érvénytelennek tekintjük. Szükség esetén készítsen piszkozatot. A megoldásait tartalmazó lapot hajtsa A/5 méretűre és helyezze e feladatlapba! A dolgozat két részből áll. Az I. részben (egyszerű feladatok) 4 feladat közül 3 szabadon választott feladat kerül értékelésre. A II. részben (összetett feladatok) 2 feladat közül 1 szabadon választott helyes és hibátlan megoldásával is elérhető a maximális pontszám, mindkettő megoldásával többletpontot szerezhet. Értékelés: Feladat elérhető elért I. 50 II. 50 ÖSSZ.: 100 Javította:

2 A számítási feladatok megoldásait (végeredményeit) a mellékelt táblázatok megfelelő rovataiba írja! Pontszám csak akkor adható, ha a helyes számeredményt (5%-os hibahatár mellett)a megfelelő előjellel, a hozzá tartozó helyes mértékegységgel együtt tünteti fel e táblázatokban, abban az esetben is, ha a piszkozati (részletszámítási) lapokon egyébként megtalálható a helyes eredmény. Nem jár pontszám a részletszámítások nélkül közölt eredményekért. I. EGYSZERŰ FELADATOK A négy feladatból csak a három legjobb eredményűt vesszük figyelembe! Három hibátlan megoldás esetén plusz 5 pont szerezhető. A. Zárt rendszerben, izobár hűtés során az állandó fajhőjű ideális gázként kezelt közeg fajlagos entalpiája 235 kj/kg értékkel csökkent. A közeg tömege 4,815 kg, adiabatikus kitevője 1,33. Mennyi munkát kellett a komprimálásra fordítani? fizikai munka 0 15 B. A rendelkezésre álló 7 bar nyomású ideális gáz 3 bar-os nyomásra expandál. Számítsa ki az állapotváltozást kísérő technikai munkát, ha a gáz térfogata kezdetben 0,12 m 3. A politropikus kitevő értéke 1. Ábrázolja az állapotváltozást T-s diagramon! technikai munka 0 10 T T-s diagram 0 5 A feladatok a következő oldalon folytatódnak. s

3 C. Egy hengerben, kezdetben 220 kpa nyomású, 46 C hőmérsékletű és 0,609 m 3 térfogatú N 2 gáz van (28 kg/kmol). A hengerben a nyomás a gáz politropikus kompresszióját követően 550 kpa-ra, hőmérséklete pedig 151 C-ra változik. Határozza meg a folyamat során végbement hőcsere nagyságát. Az állandó térfogaton vett fajhőt tekintse hőmérséklettől függetlennek, értékét vegye 899,69 J/(kg K)-nek. politropikus kitevő 0 5 politróp fajhő 0 4 közölt hő 0 6 D. 10 bar nyomású ideális gáz expandál adiabatikusan 1,5 bar nyomásig egy turbinában. A gáz állandó nyomáson vet fajhője 1200 J/(kg K), az izochor fajhő pedig 730 J/(kg K). A belépő hőmérséklet 410 C, a kilépő hőmérséklet 81 C. Számítsa ki a turbina belső hatásfokát! Ábrázolja a folyamatot és az állapotváltozás során fellépő fajlagos entrópiaváltozást T-s diagramon! reverzibilis kilépési hőmérséklet 0 5 turbina belső hatásfoka 0 5 T T-s diagram 0 5 A feladatok a következő oldalon folytatódnak. s

4 II. ÖSSZETETT FELADATOK Az A és B feladatok között szabadon választhat, mindkét feladat megoldásával többletpontot szerezhet. A. Egy folyamatos működtetésű, 84% belső hatásfokú légkompresszor óránként 115 m 3 levegőt komprimál a belépő 12 C hőmérsékletről és 1,01 bar nyomásról 12,5 bar nyomásra. A kompresszorból kilépő levegőt állandó nyomáson végzett hőközlés mellett 110 C hőmérsékletre hűtik. A kompresszor belépő keresztmetszete 81 cm 2, a kilépő keresztmetszet 56 cm 2. A kilépő keresztmetszet 0,75 m-rel van feljebb, mint a belépő. A levegőt tekintse ideális gáznak, specifikus gázállandó 287 J/(kg K), az adiabatikus kitevő 1,37. Számítsa ki a válaszlapon található értékeket, a feladat kidolgozásánál vegye figyelembe a helyzeti- és mozgási energia megváltozását is! A kompressziót tekintse adiabatikusnak! elért: (max. 50) kompresszorból kilépő közeg hőmérséklete 0 6 fajlagos kinetikus energia megváltozása 0 5 fajlagos potenciális energia megváltozása 0 5 kompresszor hajtásához szükséges teljesítmény 0 8 kompresszor után elvont hőteljesítmény 0 8 fajlagos entrópia teljes megváltozása a folyamat alatt 0 10 p p-v diagram 0 8 V A feladatok a következő oldalon folytatódnak.

5 B. Egy, a mellékelt ábra szerinti kialakítású hőszigetelt hengerben rugó ellenében elhanyagolható tömegű, hőszigetelő dugattyú mozoghat súrlódásmentesen. Kezdetben a hengerben 98 kpa nyomású, 25 C hőmérsékletű, 23 g tömegű levegő van, ami ideális gáznak tekintendő ( = 1,4 és R = 287 J/(kg K)). A gáztérben lévő elhanyagolható tömegű, 150 W teljesítményű fűtőszálat addig működtetjük, míg az 13 cm 2 felületű dugattyú 170 mm-t emelkedik. A rugó a következő összefüggéssel megadható karakterisztikával rendelkezik: F[N] = 473 x 1,68, ahol az x (összenyomás) értéket méterben kell behelyettesíteni. A rugó kezdetben terheletlen állapotban van. A környezet nyomása 98 kpa, a folyamat során állandó. Ábrázolja a folyamatot ideális gáz p V diagramjában! Mennyi munkát végez a gáz? Mennyi ideig kell működtetni a fűtőszálat? fűtőszál L=170 mm elért: (max. 50) nyomás az állapotváltozás végén 0 10 munka 0 15 fűtőszál működési ideje 0 12 p p-v diagram 0 13 V

6 T, hőmérséklet JAVÍTÓKULCS H1 1.NZH A. fizikai munka 280,75 kj B. technikai munka J T-s diagram T-s diagram s, fajlagos entrópia C. politropikus kitevő 1,45 1 politróp fajhő 239,94 kj/(kg K) közölt hő J D. reverzibilis kilépési hőmérséklet 51,8 325 C K turbina belső hatásfoka 91,85 %

7 T-s diagram II/A. kompresszor utáni hőmérséklet 342,2 615,4 C K fajlagos kinetikus energia megváltozása -7,28 J/kg fajlagos potenciális energia megváltozása 7,36 J/kg kompresszor hajtásához szükséges teljesítmény W kompresszor után elvont hőteljesítmény W fajlagos entrópia teljes megváltozása a folyamat alatt -408,1 J/(kg K) p-v diagram II/B. nyomás az állapotváltozás végén 116,54 kpa munka -23,19 J fűtőszál működési ideje 6,79 s p-v diagram

8 I./A Adatok: MEGOLDÁSOK H1 1.NZH Megoldás: Az entalpia megváltozása [kj]: Izobár állapotváltozásra a technikai munka zérus, tehát a közölt, hő megegyezik az entalpia megváltozásával [kj]: A belső energia megváltozása [kj]: Zárt rendszer munkája (fizikai munka) az I. főtel alapján számítható [kj]: Megadott adatokkal közvetlenül: I./B Adatok: Megoldás: Az állapotváltozás izotermikus (n=1). A technikai munka számítása definíció szerint: Izotermikus állapotváltozásra A alapján adható meg. áll.

9 I./C Adatok: Megoldás: Politropikus állapotváltozás esetén a közölt hő a következő összefüggéssel számítható: A politropikus kitevő a következő összefüggésből határozható meg: -re megoldva: A N 2 gáz specifikus gázállandója [J/kg/K]: Az adiabatikus kitevő κ számítása: A politropikus fajhő számítása [kj/kg/k]: A politropikus állapotváltozás során közölt hő [J]: I./D Adatok:

10 Megoldás: κ számítása: A reverzibilis kilépési hőmérséklet [K]: A turbina belső hatásfoka [%]: II./A Adatok: Megoldás: A reverzibilis kompresszió kilépési hőmérséklete [K]: A valós (irreverzibilis) kilépési hőmérséklet [K]:

11 Kilépésnél a fajtérfogat [m3/kg]: Belépésnél a fajtérfogat: [m3/kg]: A kompresszor által szállított tömegáram [kg/s]: Kilépési térfogatáram [m3/s]: A levegő belépési sebessége a kompresszorba [m/s]: A levegő kilépési sebessége a kompresszorból [m/s]: A potenciális energia fajlagos megváltozása [J/kg]: A kinetikus (mozgási) energia fajlagos megváltozása [J/kg]: A fajlagos entalpia megváltozás [J/kg]: A kompresszor hajtásához szükséges teljesítmény [W]: A kompresszió után közölt hőteljesítmény [W]: A fajlagos entrópia megváltozása a folyamat alatt [J/kg/K]:

12 II./B Adatok: Megoldás: A nyomás az állapotváltozás végén: Térfogat a kezdeti- és végállapotban [m3]: A hőmérséklet az állapotváltozás végén [K]: p - V függvény: A második egyenletből kifejezzük x-et és az első egyenletbe írva kapjuk a p - V függvényt: A gáz expanziója során végzett munka [J]: A belső energia megváltozása [J]:

13 Az állapotváltozás során közölt hő [J]: A fűtőszál működtetési ideje [s]:

Hasonló dokumentumok

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS MŰSZAKI TERMODINAMIKA. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS 207/8/2 MT0A Munkaidő: 90 perc NÉV:... NEPTUN KÓD: TEREM HELYSZÁM:... DÁTUM:... KÉPZÉS Energetikai mérnök BSc Gépészmérnök BSc JELÖLJE MEG