A szuperkritikus metán hőtani anomáliáinak vizsgálata. Katona Adrienn Energetikai mérnök BSc hallgató

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A szuperkritikus metán hőtani anomáliáinak vizsgálata. Katona Adrienn Energetikai mérnök BSc hallgató"

Irma Törökné
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 A szuperkritikus metán hőtani anomáliáinak vizsgálata Katona Adrienn Energetikai mérnök BSc hallgató

2 Nyomás [MPa] Normál és szuperkritikus fluid régiók Régió hagyományos határa: ahol a nyomás és hőmérséklet értékek kritikus értékek felett helyezkednek el. 10 Nyomás-hőmérséklet diagram Folyadék Gőz/gáz Hőmérséklet [K] Tehetséges hallgatók az energetikában 2

3 Sűrűség [g/cm^3) Anomáliák 0,400 0,350 A sűrűség változása a hőmérséklet függvényében Inflexiós pontok 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 p=5 p=10 p=15 p=20 0, Hőmérséklet [K] Tehetséges hallgatók az energetikában 3

4 Izobár fajhő [J/molK] Anomáliák A fajhő változása a hőmérséklet függvényében Hőmérséklet [K] p=5 p=10 p=15 Maximumok Tehetséges hallgatók az energetikában 4

5 Sűrűség [mol/l] Szuperkritikus anyagok Az A és B állapotok között alig van különbség, pedig az egyik szub-, a másik szuperkritikus. A B és C állapotok között nagy különbség van, pedig elvileg mind a kettő ugyanúgy szuperkritikus. Kellene egy másik definíció A sűrűség változása 5 MPa nyomáson A B C Hőmérséklet [K] Tehetséges hallgatók az energetikában 5

6 Widom-vonalak meghatározása Egyes mennyiségeknél a maximum, illetve a minimum közvetlen meghatározásával a releváns nyomás tartományban. Más mennyiségeknél az inflexiós pont megkeresése (numerikus deriválás extrémum meghatározása). Ezek a pontok p-t diagramon vonalakat alkotnak. Minden mennyiséghez más vonalak tartoznak Tehetséges hallgatók az energetikában 6

7 Nyomás [MPa] Nyomás [MPa] Widom-vonalak Izobár fajhő p = 9E-05T 3-0,0508T ,282T - 699,25 R² = 0, Izoterm kompresszibilitás p = 1E-05T 3-0,0075T 2 + 1,4958T - 105,14 R² = 0, Hőmérséklet [K] Hőmérséklet [K] Tehetséges hallgatók az energetikában 7

8 Nyomás [MPa] Nyomás [MPa] Widom-vonalak Az egyes anyagi tulajdonságok maximum helyei, illetve inflexiós pontjai széles hőmérséklet tartományon, valamint a kritikus pont közelében Hőmérséklet [K] párolgási görbe sűrűség cv cp hangsebesség Ks Kt Hőmérséklet [K] párolgási görbe sűrűség cv cp hangsebesség Ks Kt Tehetséges hallgatók az energetikában 8

9 Vizsgált problémák Körfolyamatok CNG Tehetséges hallgatók az energetikában 9

10 Körfolyamatok A körfolyamatok elemi lépésekből állnak. Pl.: izobar, izoterm, adiabatikus. Az ilyen lépések közben áthaladhatunk az anomális régión. Meg kell vizsgálni, ennek milyen hatásai vannak; például léphetnek-e fel szabályozási problémák Tehetséges hallgatók az energetikában 10

11 Körfolyamatok Irreverzibilitások elhanyagolása. Izoterm kompresszibilitás vizsgálata: megadja, hogy mennyire összenyomható a közeg. Izobár fajhő vizsgálata: megadja, hogy mennyi hőt kell a rendszerrel közölnünk, vagy onnan elvonnunk, hogy 1 kg anyag 1 K-nel felmelegedjen, vagy lehűljün. Folyamatban van egyes Rankine-ciklusok vizsgálata (izobár és adiabatikus lépések) Tehetséges hallgatók az energetikában 11

12 CNG Compressed natural gas (tárolás szobahőmérsékleten, bar) Nagyon nagy tisztaságú metán Járműiparban jelentős fejlesztések c p és κ t vizsgálata, sűrítés vagy felhasználás közben metsszük-e ezek Widom-vonalát, ha igen, akkor ez okozhat-e problémát Tehetséges hallgatók az energetikában 12

13 Nyomás [MPa] Adiabaták CNG tárolási tartomány párolgási görbe sűrűség cv cp hangsebesség Ks Kt Hőmérséklet [K] Tehetséges hallgatók az energetikában 13

14 Következmények Anomális fajhő-csúcs metszésekor nagy hőmennyiséget kell közölnünk vagy elvonnunk kis hőmérséklet-változáshoz. Ez néha jó (hőtárolás), néha rossz (hőmérséklet-szabályozás). Anomális kompresszibilitás-csúcs metszésekor nyomás-szabályozás nehézkes lesz. Bizonyos hőmérsékleteken és nyomásokon, illetve bizonyos folyamatokban az anomáliák nagyok, ott nagyobb hatásuk van, máshol kisebb, ott elhanyagolhatók Tehetséges hallgatók az energetikában 14

15 Argon izobár fajhő-csúcs EMSF 2016 Imre és mtsai Tehetséges hallgatók az energetikában 15

16 Eredmények Feltérképeztem a metán anomális régióját. Ábrázoltam a p-t grafikonon az anomáliák maximumának helyeit. A vonalakhoz grafikus illesztést is csatoltam. Rámutattam a nagynyomású CNG tárolás és egyes termodinamikai körfolyamatok esetén a Widomrégió fontosságára Tehetséges hallgatók az energetikában 16

17 További lehetőségek Metánon túl az etán, propán és bután anyagok vizsgálata. Metán és bután keverésével izentropikus ORC munkaközeg létrehozása. CNG komprimálása,vagy expanziója során a leghatékonyabb vagy legkevésbé problémás eljárás kidolgozása Tehetséges hallgatók az energetikában 17

18 Köszönöm a figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Munkaközegek. 6. előadás körfolyamatok (Flash, trilateral flash, szerves flash, Otto; zárt Otto, Stirling)

Munkaközegek. 6. előadás körfolyamatok (Flash, trilateral flash, szerves flash, Otto; zárt Otto, Stirling) Munkaközegek 6. előadás körfolyamatok (Flash, trilateral flash, szerves flash, Otto; zárt Otto, Stirling) Előző előadás Rankine szerves Rankine transzkritikus Rankine szuperkritikus Rankine Joule- Brayton