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

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

Hőtan I. főtétele tesztek

Munkaközegek. 4. előadás körfolyamatok (Carnot, Rankine)

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

5. Állapotegyenletek : Az ideális gáz állapotegyenlet és a van der Waals állapotegyenlet

BME Energetika Tanszék

Termodinamika. 1. rész

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 20.

Légköri termodinamika

Munkaközegek. 1. Előadás Fázisok, fázisátmenetek és állapotegyenletek

Feladatlap X. osztály

Munkaközegek. 3. előadás Szuperkritikus és metastabil fluidumok termodinamikája (folytatás); Elemi folyamatok, körfolyamatok (Carnot, Rankine)

1. feladat Alkalmazzuk a mólhő meghatározását egy gázra. Izoterm és adiabatikus átalakulásokra a következőt kapjuk:

Termodinamika. Belső energia

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

7. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

Fizika 1i (keresztfélév) vizsgakérdések kidolgozása

MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI

Az ideális Fermi-gáz termodinamikai mennyiségei

BME Energetika Tanszék

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

Kompresszorok energetikai és üzemviteli kérdései Czékmány György, Optimus Plus Kft.

Digitális tananyag a fizika tanításához

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

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

21. A testek hőtágulása

8. Belső energia, entalpia és entrópia ideális és nem ideális gázoknál

Cseppfolyós halmazállapotú közegek. hőtranszport-jellemzőinek számítása. Gergely Dániel Zoltán

Halmazállapot-változások

Folyamatirányítás. Számítási gyakorlatok. Gyakorlaton megoldandó feladatok. Készítette: Dr. Farkas Tivadar

Munkaközegek. 2. előadás Állapotegyenletek (folytatás), szuperkritikus és metastabil fluidumok termodinamikája

Munka- és energiatermelés. Bányai István

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

Termodinamika (Hőtan)

Gáztörvények tesztek

Gáztörvények tesztek. 2. Azonos fajtájú ideális gáz különböző mennyiségei töltenek ki két hőszigetelt tartályt. Az egyik

(2006. október) Megoldás:

Fázisváltó anyagok az energetikában

Osztályozó vizsga anyagok. Fizika

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Kérdések Fizika112. Mozgás leírása gyorsuló koordinátarendszerben, folyadékok mechanikája, hullámok, termodinamika, elektrosztatika

A CSOPORT SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM SZEGEDI ÉLELMISZERIPARI FŐISKOLAI KAR ÉLELMISZERIPARI MŰVELETEK ÉS KÖRNYEZETTECHNIKA TANSZÉK. Név:..

Előadó: Varga Péter Varga Péter

1. gy. SÓ OLDÁSHŐJÉNEK MEGHATÁROZÁSA. Kalorimetriás mérések

Készítette: Csernóczki Zsuzsa Témavezető: Zsemle Ferenc Konzulensek: Tóth László, Dr. Lenkey László

Műszaki termodinamika (G+E) I. 1. előadás Bemutatkozás, a félév menete, állapotjelzők, gáztörvények, nulladik főtétel

Fluidum-kőzet kölcsönhatás: megváltozik a kőzet és a fluidum összetétele és új egyensúlyi ásványparagenezis jön létre Székyné Fux V k álimetaszo

Maple: Deriváltak és a függvény nevezetes pontjai

K özponti klím atechnikai rendszerek

Az energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből december 8. Hővezetés, hőterjedés sugárzással

Klasszikus zika Termodinamika III.

Termodinamikai bevezető

ALKALMAZOTT MŰSZAKI HŐTAN



TRANSZPORT FOLYAMATOK MODELLEZÉSE

Mivel foglalkozik a hőtan?

Tantárgy kódja Meghirdetés féléve Kreditpont Összóraszám (elm+gyak) Előfeltétel (tantárgyi kód)

Termokémia. Termokémia Dia 1 /55

Ipari gázok a lézertechnikában Halász, Gábor

Gázturbina égő szimulációja CFD segítségével

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

Hütökészülékek. Oktatás - II. rész. BUDAPEST - Attila Kovács. ESSE - Wilhelm Nießen

A hőtan fő törvényei, fő tételei I. főtétel A tárgyak, testek belső energiáját két módon lehet változtatni: Termikus kölcsönhatással (hőátadás, vagy

Lemezeshőcserélő mérés

4. Jellegzetes állapotváltozások; leírásuk: p-v, T-S, H-S diagramokban

Modellezési esettanulmányok. elosztott paraméterű és hibrid példa

Konstrukció és mûködés. Általános mûszaki adatok. Kimenõ mérési adatok. Méretek és súlyok. Teljesítmény. Nyomás veszteség

? Az adszorbens által megkötött mennyiség = x, X: telítettség, töltés, kapacitás. Adszorpció. m kg. A kötőerők

MMK Auditori vizsga felkészítő előadás Hő és Áramlástan 2.

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.


EGYVÁLTOZÓS FÜGGVÉNYEK DERIVÁLÁSÁNAK ALKALMAZÁSAI

FELADATGYŰJTEMÉNY ÉS SEGÉDLET A MŰSZAKI HŐTAN I. (TERMODINAMIKA) C. TÁRGYHOZ

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai

VEGYIPARI ALAPISMERETEK

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

Kiegészítő desztillációs példa. 1. feladatsor. 2. feladatsor

Sók oldáshőjének és jég olvadáshőjének meghatározása anizotermés hővezetéses kaloriméterrel

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

Hőtan főtételei. (vázlat)

Szupravezető alapjelenségek

ALKALMAZOTT MŰSZAKI HŐTAN

Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória

Hőtan 2. feladatok és megoldások

Hulladékhasznosító mű létesítésének vizsgálata a Tiszai Erőmű telephelyén

Gázrészecskék energiája: Minél gyorsabban mozognak a részecskék, annál nagyobb a mozgási energiájuk. A gáz hőmérséklete egyenesen arányos a

Műszaki termodinamika I. 2. előadás 0. főtétel, 1. főtétel, termodinamikai potenciálok, folyamatok

KONSTRUKCIÓ ÉS MÛKÖDÉS

Mérnöki alapok 8. előadás

ÉPÜLETEK KOMFORTJA Hőkomfort 1 Dr. Magyar Zoltán

Átírás:

A szuperkritikus metán hőtani anomáliáinak vizsgálata Katona Adrienn Energetikai mérnök BSc hallgató katona.adrienn@eszk.org

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 8 6 4 2 0 Folyadék Gőz/gáz 80 130 180 230 280 Hőmérséklet [K] 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 2

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 0,000 150 250 350 450 Hőmérséklet [K] 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 3

Izobár fajhő [J/molK] Anomáliák 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 A fajhő változása a hőmérséklet függvényében 150 200 250 300 350 400 450 Hőmérséklet [K] p=5 p=10 p=15 Maximumok 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 4

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. 30 25 20 15 10 5 0 A sűrűség változása 5 MPa nyomáson A B C 0 100 200 300 400 500 Hőmérséklet [K] 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 5

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. 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 6

Nyomás [MPa] Nyomás [MPa] Widom-vonalak 30 25 20 15 10 5 Izobár fajhő p = 9E-05T 3-0,0508T 2 + 10,282T - 699,25 R² = 0,9997 16 14 12 10 8 6 4 2 Izoterm kompresszibilitás p = 1E-05T 3-0,0075T 2 + 1,4958T - 105,14 R² = 0,9999 0 185 205 225 245 265 Hőmérséklet [K] 0 185 205 225 245 265 Hőmérséklet [K] 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 7

Nyomás [MPa] Nyomás [MPa] Widom-vonalak Az egyes anyagi tulajdonságok maximum helyei, illetve inflexiós pontjai széles hőmérséklet tartományon, valamint a kritikus pont közelében. 30 25 20 15 10 5 0 80 280 480 Hőmérséklet [K] párolgási görbe sűrűség cv cp hangsebesség Ks Kt 15 13 11 9 7 5 3 185 205 225 Hőmérséklet [K] párolgási görbe sűrűség cv cp hangsebesség Ks Kt 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 8

Vizsgált problémák Körfolyamatok CNG 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 9

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. 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 10

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). 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 11

CNG Compressed natural gas (tárolás szobahőmérsékleten, 200-250 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 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 12

Nyomás [MPa] Adiabaták 30 25 20 15 10 5 CNG tárolási tartomány párolgási görbe sűrűség cv cp hangsebesség Ks Kt 0 90 190 290 390 490 Hőmérséklet [K] 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 13

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. 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 14

Argon izobár fajhő-csúcs EMSF 2016 Imre és mtsai 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 15

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. 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 16

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. 2017. 05. 04. Tehetséges hallgatók az energetikában 17

Köszönöm a figyelmet!