NAME, Vorname Matr.-Nr. Studiengang. Prüfung am im Fach Thermodynamik II

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1 NAME, Vornae Matr.-Nr. Studiengang Prof. Dr.-Ing. G. Schitz Prüfung a i Fach Therodynaik II Fragenteil ohne Hilfsittel erreichbare Punktzahl: 20 Dauer: 20 Minuten 1. ( Punkte) Skizzieren Sie in eine h,s-diagra für ein ideales Gas it c p = konst. die Zustandsänderung vo Anfangsdruckp 1 zu Enddruckp 2 einer reibungsfreien, adiabaten Düsenströung einer isenthalpen Drosselung einer reibungsbehafteten, adiabaten Düsenströung Bei welcher Zustandsänderung bleibt die Teperatur konstant? 2. ( Punkte) Mit Hilfe eines Spiegels kann Theralöl solar auf 327 C erwärt werden. Mit welchen beiden realisierbaren Prozessen könnte dieses Öl theoretisch a effizientesten zur Stroerzeugung genutzt werden? Welche Wirkungsgrade wären bei den vorgeschlagenen Prozessen axial öglich (ϑ u = 27 C)? 3. ( Punkte) 1 kg siedendes Wasser wird bei Ugebungsdruck (1 bar) und ca. 100 C vollständig verdapft. Die spezifische Enthalpiezunahe beträgt unter diesen Bedingungen abgerundet etwa2300 kj/kg. Die Dichte von Wasserdapf beträgt unter diesen Bedingungen etwa0,5 kg/ 3. Wie groß ist ungefähr die Zunahe der spezifischen inneren Energie?. ( Punkte) Skizzieren Sie qualitativ in eine h 1+x,x-Diagra die isenthalpe Trocknung (1 2) von ungesättigter, feuchter Ugebungsluft (35 C,0 % rel. Feuchte) und die anschließende Abkühlung (2 3) der Luft it Hilfe von Brunnenwasser auf die Zuluftteperatur von ca. 19 C. 5. ( Punkte) Das Überwachungssyste einer Feuerung zeigt einen auf das trockene Abgas bezogenen CO 2 -Gehalt von10 Vol. % an. Wie kann daraus näherungsweise (l in ν tr.,in ) die Luftzahl bei der Verbrennung erittelt werden, wenn der bei de Brennstoff axial ögliche auf das trockene Abgas bezogene CO 2 -Gehalt 12 Vol. % beträgt?

2 Prof. Dr.-Ing. G. Schitz Prüfung a i Fach Therodynaik II Aufgabenteil it Hilfsitteln erreichbare Punktzahl: 70 Dauer: 70 Minuten Aufgabe 1 (35 Punkte) In eine Kühlhaus soll eine Teperatur von ϑ 0 = 10 C konstant gehalten werden. Dazu wird de Kühlhaus it Hilfe einer Kopressions-Kälteaschine ein Wärestro von Q 56 = 2000 W entzogen. Zu diese Zweck durchläuft in der Kälteaschine das Kälteittel R13a den i folgenden Schea dargestellten Kreisprozess. Die Ugebungsteperatur beträgtϑ U = 22 C Verdapfer Drossel Kondensator Verdichter 6 Zustandsänderungen: interner Wäreübertrager 1 1-2: Verdichtung des Kälteittels vo Zustand 1 (überhitzter Dapf,p 1 = 1,3 bar, s 1 = 1,8305 kj/ kg K) aufp 2 = 9 bar undϑ 2 = 80 C. 2-3: isobare Wäreabfuhr i Kondensator bis zur Siedelinie. 3 - : isobare Unterkühlung der Flüssigkeit auf die spezifische Enthalpieh = 226,1 kj/kg durch Wäreabgabe an den Stoffstro 6-1 in eine nach außen adiabaten Wäreübertrager. - 5: adiabate Drosselung auf den Druck p 5 = p 1 = 1,3 bar bis ins Nassdapfgebiet. 5-6: isobare Verdapfung des Kälteittels bis zur Taulinie. 6-1: isobare Überhitzung des Stoffstros bis zu Zustand 1. Stoffwerte von R13a: Sättigungszustand: ϑ[ C] p[bar] h [kj/kg] h [kj/kg] -20,8 1,30 173,01 386,26 35,53 9,00 29,78 17,3 Überhitzter Dapf bei p = 9 bar: ϑ[ C] h[kj/kg] s[kj/(kgk)] 70 53,5 1, ,78 1,8530

3 Klausur Therodynaik II Winterseester 2012/2013 Aufgabe 1 a. Skizzieren Sie den Prozess qualitativ in eine T -s-diagra. b. Bestien Sie die fehlenden Enthalpien von h 1 bish 6. c. Wie groß ist der ulaufende Massenstroṁdes Kälteittels? d. Bestien Sie die benötigte VerdichterleistungP 12. e. Eritteln Sie den isentropen Verdichterwirkungsgrad η SV. Interpolieren Sie die Stoffdaten linear, falls notwendig. f. Bestien Sie die Leistungszahl ǫ der Kälteaschine und den exergetischen Wirkungsgrad η e des Kühlprozesses zwischen Kühlhaus und Ugebung. Der interne Wäreübertrager entfällt nun. Die Betriebsdrücke bleiben gleich. Das Kälteittel wird weiterhin i Kondensator bis zur Siedelinie kondensiert bzw. i Verdapfer bis zur Taulinie verdapft. g. Ergänzen Sie ihr T -s-diagra aus a) u den veränderten Prozess. Benutzen Sie, wenn öglich, hierfür eine andere Farbe. 2

4 Klausur Therodynaik II Winterseester 2012/2013 Aufgabe 2 Aufgabe 2 (35 Punkte) In de dargestellten Teil einer Anlage wird ein (feuchter) Luft-Massenstro ṁ 0 = 1,5 kg/s it ϑ 0 = 20 C und ϕ 0 = 100 % in einer adiabaten Mischkaer it eine (feuchten) Uluft- Massenstroṁ 5 geischt und auf den Zustand 1 gebracht. Die Mischung soll so eingestellt werden, dass i Zustand 1 gerade kein Nebel enthalten ist. Nach einer Erwärung auf den Zustand 2 und einer Befeuchtung it flüssige Wasser der Teperatur ϑ W,zu = 20 C auf den Zustand 3 gelangt die aufbereitete Luft in die Versuchskaer. Über die Wände der Versuchskaer wird ein Wärestro von Q VK = 27 kw abgegeben. Ein Teil der Abluft, Zustand itϑ = 22 C undϕ = 70 %, dient als Uluft it de Zustand 5, der andere Teil verlässt das Syste it de Zustand 6. In der gesaten Anlage herrscht ein Druck vonp = 1 bar = const. Die Sättigungspartialdrücke betragenp s ( 20 C) = 1,25 bar,p s (22 C) = 26,2 bar. Mischkaer Erwärer Befeuchtungseinrichtung Zustand 0 Zustand 1 Zustand 2 Zustand 3 W,zu 0 Zustand 6 5 Zustand 5 Zustand Versuchskaer 6 Q VK a. Eritteln Sie zunächst grafisch unter Zuhilfenahe des beigefügten h 1+x,x Diagraes die Wasserbeladung i Zustand 1? b. Bestien Sie in allen Zuständen die trockenen Luft-Massenströeṁ L,i. c. Berechnen Sie in den Zuständen 1, 2 und 3 die spezifischen Enthalpien und die Teperaturen. d. Wie groß ist die i Erwärer übertragene therische Leistung Q 12? e. Welcher Wasser-Massenstroṁ W,zu uss der Befeuchtungseinrichtung zugeführt werden? f. Stellen Sie alle Zustände i beigefügten h 1+x,x Diagra dar. 3

5 1+x Klausur Therodynaik II Winterseester 2012/2013 Aufgabe 2 Nae: Matr.Nr: Studiengang: h, x-diagra bei eine Gesatdruck von 1 bar ϕ=50% ϕ=60% t=30 C ϕ=70% ϕ=80% t=25 C ϕ=90% ϕ=100% t=20 C t=15 C =50kJ/kg tr.l t= 5 C t= 10 C t= 15 C Wassergehalt x [ g H2 O / kg tr.l ] t=10 C t=5 C =0kJ/kg tr.l t=0 C =30kJ/kg tr.l =20kJ/kg tr.l =10kJ/kg tr.l =0kJ/kg tr.l = 10kJ/kg tr.l 25 spez. Enthalpie h 1+x [ kj / kg tr.l ]