De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

THERMODYNAMICA Hoofdstuk 5 ing. Patrick Pilat lic. Dirk Willem.

Verwante presentaties


Presentatie over: "THERMODYNAMICA Hoofdstuk 5 ing. Patrick Pilat lic. Dirk Willem."— Transcript van de presentatie:

1 THERMODYNAMICA Hoofdstuk 5 ing. Patrick Pilat lic. Dirk Willem

2 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van massa: gesloten systeem  geen massa transport open systeem  massatransport Stationaire stroming Behoud van massa Voor open stelsels OPEN systeem GESLOTEN systeem ingang i uitgang u (in kg/s)

3 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van massa: gesloten systeem  geen massa transport open systeem  massatransport Stationaire stroming Behoud van massa Voor open stelsels

4 De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Volume materie [massa die door dA passeert in ∆t] = ρ(c ∆t)dA massadebiet door dA : massadebiet door A : (in kg/s) c Δ t A dA

5 De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Volume materie massadebiet door A : = cte ≠ cte c Δ t A dA

6 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van massa Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa gemiddeld

7 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van massa : Volumedebiet: (m³/s)  m = . V [(kg/m³).m³ = kg] = V / v [m³/(m³/kg) = kg] en  m/V = 1/v Verband tussen massadebiet en volumedebiet: (kg/s) Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa gemiddeld

8 De 1 ste hoofdwet Stationaire stroming: als: - m/t = cte - p, v, T, c … in een bepaalde A = cte - overgedragen Q en W per tijdseenheid = cte Voorbeelden: compressoren, turbines, pompen … IN DEZELFDE WERKOMSTANDIGHEDEN Stationaire stroming Voor open stelsels

9 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van massa : Behoud van massa bij stationaire stroming: Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa

10 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van energie (1 ing. + 1 uitg.): Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels OPEN systeem Energie per kg instromend fluïdum Energie per kg uitstromend fluïdum (per s)

11 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van energie (1 ing. + 1 uitg.): Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels OPEN systeem technische arbeid: - arbeid met een as - elektrische arbeid - volumearbeid stromingsarbeid

12 Wet van behoud van energie (1 ing. + 1 uitg.): F De 1 ste hoofdwet Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels p i A i Inlaat i cici p i A i Inlaat i cici F Open systeem

13 Wet van behoud van energie (1 ing. + 1 uitg.): De 1 ste hoofdwet Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels Open systeem Uitlaat u p u A u F cucu Open systeem cucu cucu p u A u F

14 Wet van behoud van energie (1 ing. + 1 uitg.): : De 1 ste hoofdwet Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels Open systeem Uitlaat e p u A u F cucu Open systeem cucu cucu p u A u F

15 Wet van behoud van energie (1 ing. + 1 uitg.): De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels

16 Wet van behoud van energie (1 ing. + 1 uitg.): De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels en h = u + pv

17 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van energie (≠ ing. en ≠ uitg.): Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels tot. energie instromende massa per s tot. energie uitstromende massa per s

18 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van energie (≠ ing. en ≠ uitg.): Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels

19 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van energie (≠ ing. en ≠ uitg.): Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels

20 De 1 ste hoofdwet Wet van behoud van energie (≠ ing. en ≠ uitg.): Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels

21 De 1 ste hoofdwet Energiebalans stat. strom. (1 ing. + 1 uitg.): Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels OPEN systeem

22 De 1 ste hoofdwet Energiebalans stat. strom. (1 ing. + 1 uitg.): Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels OPEN systeem ingang 1 uitgang 2 (per s)

23 De 1 ste hoofdwet Energiebalans stat. strom. (1 ing. + 1 uitg.): Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels OPEN systeem (per s) (per kg) delen door

24 De 1 ste hoofdwet Energiebalans stat. strom. (≠ ing. en ≠ uitg.): Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Voor open stelsels

25 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: - straalpijp en diffuser - Turbines, compressoren, pompen en ventilatoren - Expansieventiel - Mengkamer - Warmtewisselaar Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

26 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: - straalpijp en diffuser q – w t =  e kin +  e pot +  h Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen p 1, c 1 P 2 , c 2  P 2 , c 2  p 1, c 1 diffuser straalpijp

27 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: - straalpijp en diffuser - Turbines, compressoren, pompen en ventilatoren - Expansieventiel - Mengkamer - Warmtewisselaar Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

28 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: - Turbines, compressoren, pompen en ventilatoren turbine  w t > 0 compressor, pomp, ventilator  w t < 0 q – w t =  e kin +  e pot +  h Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

29 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: - Turbines, compressoren, pompen en ventilatoren w t =  h compressor / pomp  gas = samendrukbaar  vloeistof: dV ≈ 0 Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen  h = u 2 – u 1 + (p 2.v 2 – p 1.v 1 ) met T 2 ≈ T 1 : u 2 – u 1 = q - ∫pdv = q = c ∆T ≈ 0   h = v.(p 2 – p 1 )

30 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: - straalpijp en diffuser - Turbines, compressoren, pompen en ventilatoren - Expansieventiel - Mengkamer - Warmtewisselaar Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

31 Stationaire ingenieurssystemen: - Expansieventiel (smoorklep) q – w t =  e kin +  e pot +  h  h 1 = h 2 De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

32 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: - straalpijp en diffuser - Turbines, compressoren, pompen en ventilatoren - Expansieventiel - Mengkamer - Warmtewisselaar Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

33 Stationaire ingenieurssystemen: - Mengkamer De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen sommatie over alle ingangen sommatie over alle uitgangen 1 2 3

34 Stationaire ingenieurssystemen: - Mengkamer De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen 1 2 3

35 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: - straalpijp en diffuser - Turbines, compressoren, pompen en ventilatoren - Expansieventiel - Mengkamer - Warmtewisselaar Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

36 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: - Warmtewisselaar Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

37 Stationaire ingenieurssystemen: - Warmtewisselaar: stelsel = WW De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen sommatie over alle ingangen sommatie over alle uitgangen

38 Stationaire ingenieurssystemen: - Warmtewisselaar: stelsel = WW De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

39 Stationaire ingenieurssystemen: - Warmtewisselaar: stelsel = vloeistof A q – w t =  e kin +  e pot +  h   h = q De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen 1 2

40 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: q – w t = ∆(e kin + e pot + h) turbine: w e = w t  mech (  mech < 1) Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

41 De 1 ste hoofdwet Stationaire ingenieurssystemen: q – w t = ∆(e kin + e pot + h) pomp: w t = w e  mech (  mech < 1) Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen

42 Energieanalyse van een kringproces : kringproces  gesloten systemen 1  2: Q 12 – W 12 = E 2 – E 1 2  3: Q 23 – W 23 = E 3 – E 2 3  4: Q 34 – W 34 = E 4 – E 3 4  1: Q 41 – W 41 = E 1 – E 4 Totaal:  Q –  W = 0 of  Q =  W De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen Energieana- lyse p V

43 Energieanalyse van een kringproces : kringproces  open systemen 1  2: q 12 – w t,12 = h 2 – h 1 2  3: q 23 – w t,23 = h 3 – h 2 3  4: q 34 – w t,34 = h 4 – h 3 4  1: q 41 – w t,41 = h 1 – h 4 Totaal:  q –  w t = 0 of  q =  w t De 1 ste hoofdwet Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen Energieana- lyse ketel turbine W pomp condensor

44 Voorbeeld 1: turbine De hoeveelheid gas die doorheen een gasturbine stroomt bedraagt 17 kg/s. Het geleverde vermogen is kW. De enthalpie van het gas aan de inlaat en respectievelijk aan de uitlaat bedraagt 1200 kJ/kg en 360 kJ/kg. De snelheden aan inlaat en uitlaat zijn respectievelijk 60 m/s en 150 m/s. Bereken de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid aan de omgeving wordt afgegeven. Bereken eveneens de doorsnede van de inlaatpijp als het soortelijk volume daar 0,5 m³/kg bedraagt.

45 Voorbeeld 1: turbine

46

47

48 Voorbeeld 2:Koeling computer De elektronische componenten van een computer worden gekoeld door lucht stromend doorheen een ventilator die zich bevindt aan de luchtinlaat van de kast. Bij stationaire stroming komt lucht binnen met een temperatuur van 20°C en 1 atm. Om lawaaihinder te reduceren, mag de snelheid van de binnenkomende lucht niet groter zijn dan 1,3 m/s. De temperatuur van de lucht aan de uitgang mag niet groter zijn dan 32°C. De elektronische componenten en de ventilator krijgen een elektrisch vermogen van 80 W, respectievelijk 18 W. Bepaal de minimale diameter van de luchtinlaat waarbij de grenzen van luchtsnelheid aan de ingang en de luchttemperatuur aan de uitgang worden bereikt.

49 Geg. : ingang: t 1 = 20°Cp 1 = 1 atm = 1, Pa c 1 ≤ 1,3 m/s uitgang: t 2 ≤ 32°C lucht: c p = 1005 J/kg.K R = 287 J/kg.K Gevr.: D 1 ? (minimaal) Voorbeeld 2:Koeling computer

50 Geg. : ingang: t 1 = 20°Cp 1 = 1 atm = 1, Pa c 1 ≤ 1,3 m/s uitgang: t 2 ≤ 32°C lucht: c p = 1005 J/kg.K R = 287 J/kg.K Gevr.: D 1 ? (minimaal) Oplossing: Voorbeeld 2:Koeling computer

51

52 Voorbeeld 3: Gebruik van stoom voor arbeid Stoom met een druk van 15 bar en een temp. van 320°C is opgesloten in een groot vat. Met het vat is via een klep een turbine verbonden gevolgd door een kleine, initieel luchtledige tank met een volume van 0,60 m³. Wanneer in noodgevallen arbeid nodig is, wordt de klep geopend waarna de tank zich vult met stoom tot de druk 15 bar is. De temperatuur in de tank is dan 400°C. Het vulproces gebeurt adiabatisch (Q=0) en potentiële en kinetische energie-effecten zijn verwaarloosbaar. Bereken de hoeveelheid arbeid geleverd door de turbine in kJ.

53 Voorbeeld 3: Gebruik van stoom voor arbeid Gegeven: Veronderstellingen: - toestand stoom in groot vat is const. - massa stoom in turbine + leidingen is verwaarloosbaar eindtoestand tank: °t 2 = 400°C p 2 = 15 bar massabalans: energiebalans (niet stationaire stroming): grens open systeemklep initeel luchtledige tank stoom bij 15 bar 320°C

54 Voorbeeld 3: Gebruik van stoom voor arbeid grens open systeemklep initeel luchtledige tank stoom bij 15 bar 320°C Na integratie (2: eindtoest. en 1: begintoest.)

55 Voorbeeld 3: Gebruik van stoom voor arbeid grens open systeemklep initeel luchtledige tank stoom bij 15 bar 320°C Na integratie Tabel A-6: stoom 15 bar en 400°C: v 2 = 0,2039 m³/kg en u 2 = 2951,3 kJ/kg Tabel A-6: stoom 15 bar en 320°C: h i = 3081,5 kJ/kg (na dubbele lin. interpol.)

56 De 1 ste hoofdwet Toepassingen : Lucht komt de diffuser van een straalmotor binnen aan 10°C en 80 kPa met een snelheid van 200 m/s. De luchtstroming is stationair. De inlaatdoorsnede van de diffuser bedraagt 0,40 m². De lucht verlaat de diffuser met een snelheid die zeer klein is in vergelijking met de snelheid aan de inlaat. Bepaal: a)het massadebiet van de lucht b)de temperatuur van de lucht aan de uitlaat Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen Energieanalyse

57 De 1 ste hoofdwet Toepassingen : Bereken voor een stoomturbine en een gasturbine de geleverde technische arbeid bij expansie als het volgende gegeven is: - stoomturbine: c 1 = 50 m/s, c 2 = 150 m/s, enthalpiedaling = 1000 kJ/kg - gasturbine: c 1 = 10 m/s, c 2 = 100 m/s, temperatuursdaling = 500 K In beide gevallen ligt de afvoeropening 4m lager dan de toevoeropening. Cp = 1,0 kJ/kg.K (gasturbine) Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen Energieanalyse

58 De 1 ste hoofdwet Toepassingen : Door een lange geïsoleerde leiding met een constante diameter wordt stoom getransporteerd. In een gegeven doorsnede is de druk 12 bar en de temperatuur 350°C (h=3154,6kJ/kg, v=0,2345 m³/kg). In een dwarsdoorsnede verder stroomafwaarts gelegen wordt een druk van 10 bar en een temperatuur van 345°C (h=3147,9kJ/kg, v=0,3700 m³/kg). Bereken de snelheid in de eerstgenoemde doorsnede als de snelheid in tweede doorsnede 10 m/s is. Voor open stelsels Stationaire stroming Behoud van massa Behoud van energie Stationaire ingenieurs- systemen Energieanaly- se


Download ppt "THERMODYNAMICA Hoofdstuk 5 ing. Patrick Pilat lic. Dirk Willem."

Verwante presentaties


Ads door Google