ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 7 /

Samankaltaiset tiedostot
ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 8 /

P = kv. (a) Kaasun lämpötila saadaan ideaalikaasun tilanyhtälön avulla, PV = nrt

Ideaalikaasulaki. Ideaalikaasulaki on esimerkki tilanyhtälöstä, systeemi on nyt tietty määrä (kuvitteellista) kaasua

Termodynamiikka. Fysiikka III Ilkka Tittonen & Jukka Tulkki

Luku 4 SULJETTUJEN SYSTEEMIEN ENERGIA- ANALYYSI

T H V 2. Kuva 1: Stirling kiertoprosessi. Ideaalisen Stirlingin koneen sykli koostuu neljästä osaprosessista (kts. kuva 1):

Termodynamiikka. Termodynamiikka on outo teoria. Siihen kuuluvat keskeisinä: Systeemit Tilanmuuttujat Tilanyhtälöt. ...jotka ovat kaikki abstraktioita

VIII KIERTOPROSESSIT JA TERMODYNAAMISET KONEET 196

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

ln2, missä ν = 1mol. ja lopuksi kaasun saama lämpömäärä I pääsäännön perusteella.

Molaariset ominaislämpökapasiteetit

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 3 / Kommentti kotilaskuun 2 Termodynamiikan 1. pääsääntö 9/26/2016

Thermodynamics: An Engineering Approach, 7 th Edition Yunus A. Cengel, Michael A. Boles McGraw-Hill, Luku 7 ENTROPIA

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 7 /

Lämpöopin pääsäännöt

2 Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö (First Law of Thermodynamics)

TERMODYNAMIIKAN KURSSIN FYS 2 KURS- SIKOKEEN RATKAISUT

Luku 8 EXERGIA: TYÖPOTENTIAALIN MITTA

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

Kryogeniikan termodynamiikkaa DEE Kryogeniikka Risto Mikkonen 1

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 9 /

1. Yksiulotteisen harmonisen oskillaattorin energiatilat saadaan lausekkeesta

Käytetään lopuksi ideaalikaasun tilanyhtälöä muutoksille 1-2 ja 3-1. Muutos 1-2 on isokorinen, joten tilanyhtälöstä saadaan ( p2 / p1) = ( T2 / T1)

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 3 / TERVETULOA! Termodynamiikan 1. pääsääntö 9/25/2017

- Termodynamiikka kuvaa energian siirtoa ( dynamiikkaa ) systeemin sisällä tai systeemien kesken (vrt. klassinen dynamiikka: kappaleiden liike)

Ohjeellinen pituus: 2 3 sivua. Vastaa joko tehtävään 2 tai 3

Integroimalla ja käyttämällä lopuksi tilanyhtälöä saadaan T ( ) ( ) H 5,0 10 J + 2,0 10 0,50 1,0 10 0,80 Pa m 70 kj

Ch 19-1&2 Lämpö ja sisäenergia

Clausiuksen epäyhtälö

Kon HYDRAULIIKKA JA PNEUMATIIKKA

Oletetaan kaasu ideaalikaasuksi ja sovelletaan Daltonin lakia. Kumpikin seoksen kaasu toteuttaa erikseen ideaalikaasun tilanyhtälön:

Lämmityksen lämpökerroin: Jäähdytin ja lämmitin ovat itse asiassa sama laite, mutta niiden hyötytuote on eri, jäähdytyksessä QL ja lämmityksessä QH

energian), systeemi on eristetty (engl. isolated). Tällöin sekä systeemiin siirtynyt

Oikeat vastaukset: Tehtävän tarkkuus on kolme numeroa. Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Keskiviikko klo Termodynamiikan käsitteitä

Hydrostaattinen tehonsiirto. Toimivat syrjäytysperiaatteella, eli energia muunnetaan syrjäytyselimien staattisten voimavaikutusten avulla.

1. Laske ideaalikaasun tilavuuden lämpötilakerroin (1/V)(dV/dT) p ja isoterminen kokoonpuristuvuus (1/V)(dV/dp) T.

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

Tässä luvussa keskitytään faasimuutosten termodynaamiseen kuvaukseen

1 Clausiuksen epäyhtälö

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

6-1 Hyötysuhde ja tehokerroin

6. Yhteenvetoa kurssista

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Luku6 Tilanyhtälö. Ideaalikaasun N V. Yleinen aineen. paine vakio. tilavuus vakio

. Veden entropiamuutos lasketaan isobaariselle prosessille yhtälöstä

dl = F k dl. dw = F dl = F cos. Kun voima vaikuttaa kaarevalla polulla P 1 P 2, polku voidaan jakaa infinitesimaalisen pieniin siirtymiin dl

Muita lämpökoneita. matalammasta lämpötilasta korkeampaan. Jäähdytyksen tehokerroin: Lämmityksen lämpökerroin:

Mikrotila Makrotila Statistinen paino Ω(n) 3 Ω(3) = 4 2 Ω(2) = 6 4 Ω(4) = 1

Tekijä: Markku Savolainen. STIRLING-moottori

IX TOINEN PÄÄSÄÄNTÖ JA ENTROPIA...208

Konventionaalisessa lämpövoimaprosessissa muunnetaan polttoaineeseen sitoutunut kemiallinen energia lämpö/sähköenergiaksi höyryprosessin avulla

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

NESTEIDEN ja ja KAASUJEN MEKANIIKKA

KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

Termodynaamiset syklit Todelliset tehosyklit

DEE Sähkötekniikan perusteet

PULLEAT VAAHTOKARKIT

η = = = 1, S , Fysiikka III (Sf) 2. välikoe

Luku 20. Kertausta: Termodynamiikan 2. pääsääntö Lämpövoimakoneen hyötysuhde

Kaasu 2-atominen. Rotaatio ja translaatiovapausasteet virittyneet (f=5) c. 5 Ideaalikaasun tilanyhtälöstä saadaan kaasun moolimäärä: 3

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Palautus yhtenä tiedostona PDF-muodossa viimeistään torstaina

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

Spontaanissa prosessissa Energian jakautuminen eri vapausasteiden kesken lisääntyy Energia ja materia tulevat epäjärjestyneemmäksi

Ideaalikaasut. 1. Miksi normaalitila (NTP) on tärkeä puhuttaessa kaasujen tilavuuksista?

Ekvipartitioperiaatteen mukaisesti jokaiseen efektiiviseen vapausasteeseen liittyy (1 / 2)kT energiaa molekyyliä kohden.

PHYS-A0120 Termodynamiikka. Emppu Salonen

Luento 4. Termodynamiikka Termodynaamiset prosessit ja 1. pääsääntö Entropia ja 2. pääsääntö Termodynaamiset potentiaalit

= 1 kg J kg 1 1 kg 8, J mol 1 K 1 373,15 K kg mol 1 1 kg Pa

V T p pv T pv T. V p V p p V p p. V p p V p

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

S , Fysiikka III (S) I välikoe Malliratkaisut

RATKAISUT: 12. Lämpöenergia ja lämpöopin pääsäännöt

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

FY9 Fysiikan kokonaiskuva

PULLEAT JA VALTAVAT VAAHTOKARKIT

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

Entalpia - kuvaa aineen lämpösisältöä - tarvitaan lämpötasetarkasteluissa (usein tärkeämpi kuin sisäenergia)

Paineventtiilit. No 4. FLUID Finland (Visidon arkisto 1986) Pilottipaine. Kuristus, jonka kautta paine tasaantuu

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Termodynamiikan toinen pääsääntö (Second Law of Thermodynamics)

kertausta Boltzmannin jakauma infoa Ideaalikaasu kertausta Maxwellin ja Boltzmannin vauhtijakauma

Termodynamiikan mukaan ideaalikaasujen molaaristen lämpökapasiteettien erotus on yleinen kaasuvakio R

Transkriptio:

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto Luento 7 / 31.10.2016 TERVETULOA! v. 02 / T. Paloposki Tämän päivän ohjelma: Virtaussysteemin energiataseen soveltamisesta Kompressorin energiantarve, tekninen työ 1

Virtaussysteemin energiatase Virtaussysteemin energiatase voidaan esittää muodossa h h = in out + L,in L,out Systeemiin tuotu nettolämpö Systeemiin laitteilla tuotu nettotyö kun oletetaan liike-energian muutokset ja potentiaalienergian muutokset merkityksettömiksi, ts. ja. (Lampinen yhtälö (154) s. 55) Etenemistapa 1: Jos in out 0(adiabaattinen prosessi), saadaan: h h = L,in L,out eli laitteiston tehontarve L,in tai laitteistosta saatava teho L,out voidaan laskea tarkastelemalla entalpianmuutoksia Esim. 14 (s. 61 62) / Puhallin Esim. 15 (s. 62 63) / Kompressori Esim. 16 (s. 64 65) / Pumppu Esim. 35 (s. 118 119) 2

Etenemistapa 2: Jos L,in L,out 0(ei laitetyötä), saadaan: h h = in out eli lämpötehot in ja out voidaan laskea tarkastelemalla entalpianmuutoksia Esim. 17 (s. 65 66) / Lämpöpatteri Esim. 18 (s. 66 67) / Palamisilman esilämmitin Etenemistapa 3: Jos L,in L,out 0 ja in out 0, laitteiston tehontarve L,in ja/tai laitteistosta saatava teho L,out pitää laskea käyttämällä työn määritelmää = joka usein yksinkertaistuu muotoon = 3

Esimerkki: kompressori Tutkitaan kompressorin tehontarvetta etenemistavalla 3. Oletetaan: 1. työaineena on ideaalikaasu 2. puristusprosessi on a) isoterminen (T = vakio => pv = vakio) b) polytrooppinen (pv k = vakio) (katso myös Lampinen kohta 1.11 s. 19 21) Prosessikaavio taseraja Huom.: tässä ei ole tarpeellista täsmentää, mitä ja ovat suhteessa ilmakehän paineeseen. 4

Prosessin analyysi Oletetaan, että tarkasteltavana on mäntäkompressori. Tämä oletus tehdään sen takia, että mäntäkompressori on eri kompressorityypeistä kaikkein havainnollisin. Tehty olettamus ei rajoita nyt esitettävän analyysin yleisyyttä millään tavalla. Työ mäntäkompressorin sylinterissä = = = 5

Prosessin vaiheet 1 Alkutilanne (piste 0): - Mäntä on alakuolokohdassa. - Sylinteri on täynnä kaasua. - Kaasun paine sylinterissä on imupuolen paine. - Sekä imu- että paineventtiili ovat kiinni., T 0 Prosessin vaiheet 2 Kaasun puristus (vaihe 0 1): - Mäntä lähtee liikkeelle kohti yläkuolokohtaa. - Kaasun tilavuus pienenee ja paine kasvaa. - Sekä imu- että paineventtiili ovat edelleen molemmat kiinni. p, T 6

Prosessin vaiheet 3 Paineennousun päätepiste (piste 1): - Männän liikkuessa edelleen kaasun paine saavuttaa jossain vaiheessa painepuolen arvon. - Tällöin paineventtiili avautuu. - Tästä eteenpäin paine pysyy arvossa., T 1 Prosessin vaiheet 4 Kaasun siirto sylinteristä painepuolelle (vaihe 1 2): - Paineventtiili on auki. - Mäntä liikkuu edelleen kohti yläkuolokohtaa ja työntää samalla kaasua sylinteristä painepuolelle. - Paine sylinterissä pysyy arvossa., T 1 7

Prosessin vaiheet 5 Mäntä on saavuttanut yläkuolokohdan (piste 2): - Paine sylinterissä on edelleen. - Kaikki kaasu on nyt työnnetty sylinteristä painepuolelle., T 1 Prosessin vaiheet 6 Mäntä on edelleen yläkuolokohdassa (vaihe 2 3): - Paineventtiili sulkeutuu. - Imuventtiili avautuu. - Tässä vaiheessa paine sylinterissä asettuu imupuolen paineen arvoon., T 0 8

Prosessin vaiheet 7 Kaasun siirto imupuolelta sylinteriin (vaihe 3 0): - Paineventtiili on kiinni ja imuventtiili auki. - Mäntä liikkuu kohti alakuolokohtaa ja imee samalla kaasua imupuolelta sylinteriin. - Paine sylinterissä on., T 0 Prosessin vaiheet 8 Imuvaiheen päätös (piste 0): - Mäntä on saapunut alakuolokohtaan. - Sylinteri on täynnä kaasua, jonka paine on. - Imuventtiili voi nyt sulkeutua, minkä jälkeen on saavuttu takaisin lähtöpisteeseen., T 0 9

Tehontarve ideaalikaasun puristukselle kun prosessi on isoterminen Kokonaistyö edellä esitetylle prosessille: = ln = ln Kompressorin tehontarve: = = ln Tehontarve ideaalikaasun puristukselle kun prosessi on polytrooppinen Kokonaistyö edellä esitetylle prosessille: = 1 1 = 1 1 10

Tehontarve ideaalikaasun puristukselle kun prosessi on polytrooppinen Kompressorin tehontarve: = = Vrt. Lampinen s. 19 21: 1 1 kaavat (45), (47) ja (49) / isoterminen puristus kaavat (46), (48) ja (50) / polytrooppinen puristus Tässäpä kaikki tällä kertaa 11