A vasagon bekereeze rész a vizsgázó öli ki!................................................... Név (a személyi igazolványban szereplő módon) Kijelenem, hogy a feladaok megoldásai magam készíeem és azokhoz az engedélyeze segédeszközökön kívül más eszköz, vagy más segíségé nem veem igénybe. Aláírás nélkül a dolgoza nem kerül érékelésre! Hallgaói azonosíó:................................................. eljes névaláírás Képzési forma (húzza alá a megfelelő): 2N-00 2N-0E 2NK00 2LK00 Dáum: Tiszel Vizsgázó! MŰSZAKI HŐTAN II. (HŐKÖZLÉS) H2 ÍRÁSBELI VIZSGA Munkaidő: 150 perc A Műszaki Hőan árgy vizsgája alapveően ké írásbeli és szóbeli részből áll. Az írásbeli ovábbi három az alapkérdéseke aralmazó A, az alapveő összefüggéseke számon kérő B és az összee számíási feladaoka aralmazó C részből áll. Az egyes írásbeli vizsgarészek megválaszolásánál az ado helyen felünee úmuaás szerin járjon el! Minden beado lapra írja fel a nevé, hallgaói azonosíójá és a felada beűjelé és számá! Érvényelennek ekinjük azon hallgaók vizsgadolgozaai, amelyekből megállapíhaó az együműködés vagy a nem engedélyeze segédeszközök használaa. A vizsgán csak azok a segédleek használhaók, melyek a megoldáshoz felélenül szükségesek. Erről a felügyelőanárok adnak felvilágosíás. A megoldás aralmazó lapoka helyezze ebbe a feladalapba! A feladalapo ne hajsa össze! A formai köveelmények be nem arása a vizsgadolgoza érvényelenségé vonja maga uán! Az eredményes vizsga szükséges feléele az A és B részre előír minimumköveelmények eljesíése! Eredményes munká kívánunk! ÍRÁSBELI: A BÍRÁLÓ TÖLTI KI! Felada: A (min. 10) B (min. 12) C/1 C/2 C/3 ÖSSZES: Ponszám: Az írásbeli rész eredménye alapján megajánlo érdemjegy (egyen -e a megfelelő -be): elégelen (1) 40 pon ala fel. elégséges (2) 40..50 pon elégséges (2) 50,1..60 pon közepes (3) 60,1..72,5 pon jó (4) 72,6..85 pon A Bíráló dönése: Szóbeli vizsgára uasíom jeles (5) 85 pon fele mivel összponszáma nem éri el az 50 pono, de meghaladja a 40 pono. mivel a C részben nem szerze legalább 25 pono. a anárgyi köveelményrendszer 8.(o) vagy (p) ponja alapján (második i.v., bizosági vizsga). a anárgyi köveelményrendszer 8.(m) ponja alapján egyéb okból. Szóbeli vizsga nem szükséges, kivéve ha az a vizsgázó kéri. Szóbeli vizsga nélkül a megajánlo érdemjegy válik végleges érdemjeggyé. Szóbeli vizsgán a megajánlo érdemjegy korlálan mérékben válozha. A vizsgaérdemjegy: elégelen (1) elégséges (2) közepes (3) jó (4) jeles (5)..
Bíráló Vizsgázaó/Vizsgabizoság agjai A ALAPVETŐ ELMÉLETI KÉRDÉSEK A Az elmélei kérdésekre ado válaszai külön lapokon folyaólagosan dolgozza ki, de a lapoknak csak egyik oldalára írjon (egy lapra öbb kérdésre ado válasz is kerülhe)! Minden lapra írja fel a nevé és a hallgaói azonosíójá! A válaszoka egymásól jól láhaóan (pl. a lap eljes szélességében húzo vonallal) válassza el! Az áekinheelen válaszoka az érékelésnél nem vesszük figyelembe. A fele kérdésekre rövid, ömör válasz adjon. Ha összefüggés vagy képlee közöl, akkor minden, abban szereplő mennyisége nevezzen meg. Ha szükséges, a válaszhoz készísen egyszerű rajzo vagy vázlao. Az érékelés során csak a kérdés megválaszolásához szükséges információ érékeljük, az egyéb helyes, de nem a kérdéshez arozó megállapíásokér nem jár ponszám. Az érékelőáblázaban T a eljes és hibálan, R a részleges, de hibás rész nem aralmazó, míg H a hiányzó, hibás rész is aralmazó vagy alapveően helyelen válasz jeleni. Az eredményes vizsga szükséges feléele, hogy az ebben a részben szerezheő 20 ponból legalább 10 pono elérjen! RÉSZMUNKAIDŐ: 30 PERC Kérdés T R H 1. Írja fel a hősugárzás STEFAN BOLTZMANN-féle alapegyenleé! Nevesíse az egyenleben szereplő mennyiségeke! 2 1 1 2. Definiálja a konak hőellenállás fogalmá! 2 0 0 3. Mikor nevezünk ké hőani (fizikai) jelensége hasonlónak? 2 1 0 4. Mely differenciálegyenleekből álló egyenlerendszer kell ahhoz megoldanunk, hogy az áramló közeg hőmérsékle-eloszlásá leíró függvény megkaphassuk? (Elegendő az egyenleek megnevezése!) 5. Mely hasonlósági számok és egyéb paraméerek függvénye ermészees áramlás eseén a NUSSELT-szám? 2 0 0 2 1 0 6. Röviden ismeresse a filmkondenzáció mechanizmusá! 6 1..5 0 7. Írja fel a másodfajú peremfeléel differenciálegyenleé! Nevesíse az egyenleben szereplő mennyiségeke! Mi fejez ki ez a peremfeléel? 8. Érelmezze a hőcserélő logarimikus hőmérséklekülönbségé! Adja meg kiszámíásának módjá egy eszőleges hőcserélő eseére! Válaszához készísen vázlao! 2 1 1 2 1 0 A hozo ponok beszámíására vonakozó Nyilakozao lásd a mellékel lapon!
B ALAPVETŐ SZÁMÍTÁSI FELADATOK B Az alapveő számíási feladaok megoldásai külön lapokon folyaólagosan dolgozza ki, de a lapoknak csak egyik oldalára írjon (egy lapra öbb felada megoldása is kerülhe)! Minden lapra írja fel a nevé és a hallgaói azonosíójá! A megoldásoka egymásól jól láhaóan (pl. a lap eljes szélességében húzo vonallal) válassza el! Az áekinheelen megoldásoka az érékelésnél nem vesszük figyelembe. A feladaok megoldása során minden eseben ünesse fel a felhasznál összefüggéseke, puszán az eredmények közlése nem elegendő! Egy megoldás akkor ekinünk eljesnek, ha helyes(ek) az alkalmazo összefüggés(ek) és helyes(ek) az eredmény(ek) is. Abban az eseben, ha nem üne fel helyes összefüggés, vagy összefüggés nélkül közöl eredmény (ide érve a helyes eredmény is) az ado feladara 2 pon jár. A áblázaban T a helyes és eljes megoldás, Ö a helyes összefüggés és H az összefüggés hiányá vagy a felír összefüggés hibás volá jeleni. Az eredményes vizsga szükséges feléele, hogy az ebben a részben szerezheő 25 ponból legalább 12 pono elérjen! RÉSZMUNKAIDŐ: 30 PERC Felada T Ö H 1. Egy, a föld felszínén álló, 20 m ámérőjű hengeres arályban 80 C hőmérsékleű folyadéko árolnak. A arályfenék hőellenállása elhanyagolhaó. A folyadék és a arály feneke közöi hőáadási ényező nagyon nagy. A alaj hővezeési ényezője 1 W/(m K). A alaj hőmérséklee éves álagban 12 C. Mekkora a arályból a alajba irányuló hőáram éves álagban? 2. Egy 10 mm ámérőjű és 0,3 m hosszúságú csőben víz áramlik 1 m/s sebességgel. A víz sűrűsége 992 kg/m 3, fajhője 4,18 kj/(kg K). A víz a csőben 28 Cról 31 C hőmérséklere melegszik. A csőfal és a víz közöi közepes hőmérsékle különbség 22 C. Mekkora a cső fala és a víz közi közepes hőáadási ényező? 3. Egy 0,5 m 2 felüleű, 42 C hőmérsékleű fal és a mellee áramló 18 C hőmérsékleű levegő közöi hőáadás α= 20 W/(m 2 K) hőáadási ényező jellemez. A levegő hővezeési ényezője 0,023 W/(m K). Mekkora a fal melle levegő hőmérsékleeloszlásának gradiense? 4. Mekkora a hőáadási ényező és a fűőfelüle hőmérséklee víz nagy érfogaban való forralásakor, ha a nyomás 20 bar, a hőerhelés pedig a kriikus hőerhelés 75%-a? 10 2..8 0
C ÖSSZETETT SZÁMÍTÁSI FELADATOK C A számíási feladaok kidolgozásánál a kövekezőke arsa szem elő: Ügyeljen az áekinheő és világos munkára. Minden felada megoldásá külön, A/4 méreű, fehér színű lapon, kék vagy fekee inával írva készíse el, minden lapra írja fel a nevé és a felada jelé, ovábbá a lapoknak csak az egyik oldalára írjon! Ha egy felada megoldásá újra kezdi/folyaja, az minden eseben egyérelműen jelölje! Ha egy felada megoldásá vagy annak egy részé áhúzza, az mindenképpen érvényelennek ekinjük. Az áekinheelen válaszoka az érékelésnél nem vesszük figyelembe. A eredmények közlésénél ne feledkezzen el a mérékegységek felüneéséről! Nem fogadjuk el a felada megoldásá, ha a leírakból nem derül ki egyérelműen a megoldáshoz vezeő ú, ha a helyes mérékegységek nincsenek felüneve, ill. ha a felada megoldása során súlyos elvi hibá kövee el. Nem jár részpon a mérékegység nélkül felünee számíási eredményekér. C/1. FELADAT [15 PONT] Egy háromréegű sík fal sorrendben 10 mm vasag acél ( acél = 45,4 W/(m K)), ismerelen vasagságú salakgyapo ( salakgyapo = 0,098 W/(m K)) és 2 mm vasag polipropilén ( poilpropilén = 0,12W/(m K)) alapanyagú réegből áll. Haározza meg a salakgyapo réeg vasagságá és felülei hőmérsékleei, ha a fal külső felüleeinek hőmérséklee 150 C illeve 52 C és a falon ájuó hőáramsűrűség 230 W/m 2. Számísa ki a fal egyenérékű hővezeési ényezőjé! C/2. FELADAT [20 PONT] Egy konyhán elősüö mireli hasábburgonyá sünek. A kezdeben 15 C hőmérsékleű burgonyá 140 C hőmérsékleű forró olajban süik. A burgonya és az olaj közi hőáadási ényező 5000 W/(m 2 K). A burgonyáka ekinsük 8 8 mm kereszmeszeű igen hosszú hasáboknak, melyek hővezeési ényezője 0,4 W/(m K), sűrűsége 1100 kg/m 3, fajhője pedig 3600 J/(kg K). Ahhoz, hogy a burgonya élvezheő legyen, legalább 4 percig 130 C hőmérsékleűnek kell lennie mindenü. Milyen hosszan kell a burgonyá süni? C/3. FELADAT [25 PONT] Egy ávfűö épüle hőközponjában lévő víz-víz hőcserélőben, melynek hőeljesíménye 240 kw, a 10 bar nyomású fűőközeg (primer forróvíz) 130 C-ról, 70 C-ra hűl, miközben az 5 bar nyomású fűö közege (szekunder fűési forróvíz) 45 C-ról 85 C-ra melegíi fel. A hőközponhoz egy újabb lakás csalakozaak, emia a szekunder visszaérő hőmérsékle 40 C-ra csökken. A primer belépő hőmérséklee, a primer és szekunder forróvíz ömegáramá, valamin a hőcserélő hőávieli ényezőjé és felüleé ekinse állandónak! Hogyan váloznak a kilépő hőmérsékleek, valamin hogyan válozik a hőcserélő hőeljesíménye és BOŠNJAKOVIĆ-féle haásossága a szekunder forróvíz visszaérő hőmérsékleének csökkenése mia? Rajzolja fel jellegre helyesen, az arányokra ügyelve a hőcserélő hőmérsékle felüle diagramjá mindké esere! Hogyan haározhaó meg, hogy mennyivel kell megnövelni a primer forróvíz ömegáramá, ha a szekunder oldali kilépő hőmérséklee vissza kívánjuk emelni az eredei 85 C-os érékre?
MŰSZAKI HŐTAN II. (HŐKÖZLÉS) ÍRÁSBELI VIZSGA 2003. JÚNIUS 3. JAVÍTÁSI ÉS ÉRTÉKELÉSI UTASÍTÁS A RÉSZ Érékelés a bíráló beláása szerin. B RÉSZ Felada T Ö H 1. A hőellenállás: R = 1/(4 r ) = 0,025 K/W 2 a hőáram: Q = ( T T )/ R = 2720 W. 3 1 2 2. Az áramlásra vonakozó hőmérleg: 2 d π απ d L csőfal-víz = w ρ c víz 3 4 wdρ c víz α= = 4712 W/(m 4L 2 K) 2 csőfal-víz 3. A NUSSELT-egyenle szerin: gradt = α( T T ) ebből 2 α( Tw T ) gradt = = 20869,6 K/m. 3 5. A elíési hőmérsékle a áblázaból: s = 212 C; 2 A kriikus hőerhelés a áblázaból: q kri = 2,4 10 W/m 2 ; 2 w 6 0,176 Hőáadási ényező: α = 2,656 ( 0,75 ) kri 0,7 p q =107621 W/(m 2 K); 3 Ponozás 10 2..8 0 A fal hőmérséklee: α w = s + 2,333 0,587 = 228,7 C. 3 25, 95 p
C/1. FELADAT Az eredő hőellenállás-sűrűség: R = q =0,4455 (m2 K)/W. 3 pon Mivel R δacél δsalakgyapo δ = + + acél salakgyapo poliprop. poliprop., innen δ δ acél poliprop. δ salakgyapo = R salakgyapo =0,0401 m (40,1 mm). 3 pon acél poliprop. A salakgyapo felülei hőmérsékleei: acél-salakgyapo: δacél = q =149,94 C. 3 pon a s 1 acél δsalakgy. salakgyapo-polipropilén: = q =55,83 C 3 pon s p a s salakgy. Az egyenérékű hővezeési ényező: δ acél +δ salakgy. +δpoliprop. e = = 0,1223 W/(m K) 3 pon R C/1. felada mindösszesen: 15 pon C/2. FELADAT A jellemző mére: Hőfokvezeési ényező: A BIOT-szám: X = 0,004 m (4 mm). a = = 0,1010 10 6 m 2 /s. 2 pon ρc αx Bi = =50 Először a burgonya hasáb középvonalának kell elérnie a C = folyani a süés. A dimenziólan középponi hőmérsékle: ϑ C,burg. = C 0 3 pon 130 C-o, majd ovábbi 4 percig kell =0,0645. 3 pon A burgonya hasáb ké, egymás mesző sík lap meszeekén jön lére, így a generáló sík lapok középsíkjának dimenziólan hőmérséklee: ϑ C,sík = ϑ C,burg. =0,254. 4 pon A Bi-szám és ϑ C alapján a FOURIER-szám: 0,64. 3 pon Fo X 2 A felmelegíés időarama: τ = =101,4 s (1,7 min). 3 pon a A eljes süési idő: felmelegíés+hőnarás: 5,7 min. Az elfogadhaó időaram 4,5..6,5 min. 2 pon A felada megoldhaó elsőfajú peremfeléeles problémakén is, mivel a hőáadási ényező éréke igen nagy (az eredmények közel ugyanezek lesznek Fo 0,66). C/2. felada mindösszesen: 20 pon
C/3. FELADAT A primer közeg álagos fajhője: c p = 4220 J/(kg K); 1 pon a szekunder közeg álagos fajhője: c s = 4190 J/(kg K). 1 pon Q A primer közeg hőkapaciásárama: W = = 4000 W/K. 2 pon p p,ki Q A szekunder közeg hőkapaciásárama: W = = 6000 W/K. 2 pon s s,ki s,be A hőcserélő haásossága: Φ = p,ki s,be =0,706. 2 pon Mivel a megválozo szekunder visszaérő hőmérsékle eseében ka, W és W állandó marad, így a haásosság sem válozik, azaz Φ = Φ. 2 pon A primer közeg új kilépő hőmérséklee: p,ki ( s,be ) A megválozo hőeljesímény: = p ( p,ki ) = Φ = 66,4 C. 2 pon Q W = 254,12 kw. 2 pon p s A szekunder közeg új kilépő hőmérséklee: = + Q s,ki s,be W A jellegre helyes ábrák: s =82,4 C. 2 pon 2+2= 4 pon hőmérsékle, C 120 100 80 60 40 20 hőmérsékle, C 120 100 80 60 40 20 felüle felüle A szekunder közeg kilépő hőmérsékleének 85 C-ra örénő visszaállíáshoz szükséges primer közeg ömegáram a kövekező egyenlerendszerből haározhaó meg: ( ) Q = W s s,ki s,be = Q Wp ( p,ki ), ka Wp 1 W p Ws 1 e Φ = = ka Wp 1 Wp W p Ws 1 e W s p,ki s,be A megoldás ierációval leheséges. Mindezekre: 3 pon C/3. felada mindösszesen: 25 pon