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

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1 NAME, Vorname Matr.-Nr. Studiengang ÈÖÓ º Öº¹ÁÒ º º Ë Ñ ØÞ Prüfung am im Fac Termodynamik II Fragenteil one Hilfsmittel erreicbare Punktzal: 20 Dauer: 1 Minuten Regeln Nur eine eindeutige Markierung wird bewertet, z. B.: Für eine Korrektur kann die zweite Spalte mögl. Korrektur genutzt werden. In diesem Fall werden die zugeörigen Lösungen in der ersten Spalte nict bewertet. Bei Multiple-Coice Fragen ist die Rictigkeit jeder der dargestellten Aussagen zu bewerten. Für Multiple-Coice Fragen gilt: Jede rictige Antwort zält mit+1 Punkt, jede falsce mit 1 Punkt. Keine Markierung oder Markierung bei keine Antwort (k. A.) zält mit±0 Punkten. Ist die Summe der erreicten Punkte bei einer Frage < 0, wird sie mit 0 Punkten gewertet. Bei Single-Coice Fragen ist nur die rictige Antwort zu markieren. Fragen mit nur einer rictigen Antwort sind eindeutig als solce gekennzeicnet. Für Single-Coice Fragen gilt: Die Markierung der rictigen Antwort wird mit Punkten bewertet. Keine Markierung, Markierung der falscen Antwort oder Markierung mererer Antworten wird mit Null Punkten gewertet. Bei Fragen one Ankreuzmöglickeit ist die Antwort auf dem Aufgabenblatt in dem frei gelassenenen Raum direkt unter der Frage einzutragen.

2 / Klausur Termodynamik II WS 1/1 Fragenteil Fragen 1. Auf wieviel C kann eine 30 C warme Bierflasce an der Außenluft bei leictem Wind abgekült werden, wenn um die Bierflasce ein mit Wasser getränkter Lappen gewickelt ist und sicergestellt wird, dass der Lappen immer ausreicend feuct bleibt. Die Außenluft ist 3 C warm und at eine relative Luftfeuctigkeit von 30%. Nur eine Antwort ist rictig. Lösung mögl. Korrektur - 29 C - 2 C - 21 C - 17 C ,x Diagramm bei einem Gesamtdruck von 1 bar t= C 0 t=0 C 3 30 t=3 C t=30 C =10% =20% =30% =0% =0% =60% =70% =80% =90% 3. spez. Entalpie [ kj / kg tr.l ] t=2 C t=20 C t=1 C t=10 C t= C 1+x =0kJ/kg tr.l 1+x =60kJ/kg tr.l 1+x =70kJ/kg tr.l 1+x =80kJ/kg tr.l 3 x [MJ/kg H2O ] Pol 0 t=0 C 1+x =30kJ/kg tr.l 1+x =0kJ/kg tr.l 2. t= C 1+x =20kJ/kg tr.l 10 t= 10 C 1+x =0kJ/kg tr.l 1+x =10kJ/kg tr.l 1+x =10kJ/kg tr.l Wasserbeladung X [ g H2 O / kg tr.l ] Welce Größen müssen bei einer Feuerung gemessen werden, um den Abgasverlust zu bestimmen? Merere Antworten könnten rictig sein. Lösung mögl. Korrektur ja nein ja nein k. A. - Abgastemperatur - O 2 -Anteil - Wandtemperaturen - Umgebungstemperatur 2

3 Klausur Termodynamik II WS 1/1 Fragenteil 3. Welce Änderungen von Zustandsänderungen sind bei einer isentropen Düsenströmung gleiczeitig termodynamisc möglic? Merere Antworten können rictig sein. - Gescwindigkeitszuname, Druckzuname, Dictezuname, Querscnittsabname - Gescwindigkeitszuname, Druckabname, Dicteabname, Querscnittszuname - Gescwindigkeitsabname, Druckzuname, Dictezuname, Querscnittsabname - Gescwindigkeitsabname, Druckabname, Dictezuname, Querscnittszuname Lösung mögl. Korrektur ja nein ja nein k. A.. Welce Leistungsziffern einer Wärmepumpe sind termodynamisc möglic? Merere Antworten könnten rictig sein. Lösung mögl. Korrektur ja nein ja nein k. A. - T unten : 3 C, T oben : 27 C, ε : 3,7 - T unten : 12 C, T oben : 18 C, ε : 10 - T unten : 27 C, T oben : 127 C, ε : - T unten : 27 C, T oben : 77 C, ε :. Skizzieren Sie das Prinzip eines Straltriebwerkes und zeicnen Sie die entsprecenden Zustandsänderungen in ein, s-diagramm. Kennzeicnen Sie die Nutzenergie bei einem Straltriebwerk. 3

4 ÈÖÓ º Öº¹ÁÒ º º Ë Ñ ØÞ Prüfung am im Fac Termodynamik II Aufgabenteil mit Hilfsmitteln erreicbare Punktzal: 70 Dauer: 7 Minuten Aufgabe 1 (3 Punkte) Friscluft 2 3 Verdampfer D 0,7 ṁ trl,1 Wasserabsceider ṁ w,ϑ Kondensator A B C Fortluft 0,2 ṁ trl,1 1 Abluft ṁ trl,1 Halle Zuluft Eine Halle soll mit einer Klimaanlage konditioniert werden. Hierbei wird der Halle kontinuierlic feucte Luft entzogen (x 1 = 13g/kg, 1 = 8,38kJ/kg). Dabei werden 7% der feucten Luft rezirkuliert und 2% der feucten Abluft mit Friscluft (x 2 = g/kg, 2 = 16kJ/kg) ersetzt (bezogen auf den Massenstrom der trockenen Luft ṁ trl,1 ). Nac der adiabaten Vermiscung von Zuluft und rezirkulierter Luft (Zustand 3) wird die feucte Luft im Verdampfer auf ϑ = C,ϕ = 1 abgekült. Das auskondensierende Wasser ṁ w (ϑ w = ϑ ) wird ierbei im Wasserabsceider abgescieden. Danac wird die gesättigte feucte Luft im Kondensator auf die Temperatur ϑ erwärmt. Durc Verdunstung und Wärmeverluste in der Halle ergibt sic wieder der Zustand 1. Der gesamte Prozess verläuft isobar bei p=1bar. Verdampfer und Kondensator können als nac außen in adiabat betractet werden. In der Wärmepumpe durcläuft das Arbeitsmittel 1,1-Difluoretan (R12a) die folgenden Zustandsänderungen: A-B Verdictung von trocken gesättigtem Dampf bei p A = 3,178bar auf p B = 11,77bar und ϑ B = 60 C wobei der Verdicter einen Wärmestrom von Q AB = 1,2kW an die Umgebung abgibt. B-C Isobare Wärmeabfur(Nutzwärmestrom) Q BC = kw, bis das Arbeitsmittel gerade vollständig kondensiert ist. C-D Adiabate Drosselung auf den Verdampferdruck p D D-A Isobare Verdampfung des Arbeitsmittels bis zum Zustand A

5 Klausur Termodynamik II WS 1/1 Aufgabe 1 a. Skizzieren Sie den Wärmepumpen-Kreisprozess in einem T-s-Diagramm und zeicnen Sie die Zustandsänderungen der feucten Luft qualitativ rictig in dem gegeben x+1,x-diagramm ein! b. Wie groß ist der Massenstrom des Arbeitsmittels ṁ R12a? c. Berecnen Sie die Verdicterleistung P AB und den vom Verdampfer aufgenommenen Wärmestrom Q DA! d. Bestimmen Sie den Massenstrom der trockenen Luft ṁ trl,1 der Abluft über eine Bilanz des Verdampfers! Beacten Sie dazu das beigefügte x+1,x-diagramm. e. Wie groß ist die Temperatur der Zuluft ϑ? Stoffdaten von 1,1-Difluoretan (R12a): zweipasiger Zustand R12a: T [K] p[bar] [kj/kg] [kj/kg] s [kj/(kgk)] s [kj/(kgk)] 273,1 2, ,00 07,11 1,0000 2, ,1 3, , 10,9 1,0308 2, ,1 3, ,19 13,78 1,061 2, ,1,389 22,93 16,99 1,0917 2, ,1 9, ,3 31,28 1,211 2, ,1 10, ,8 33,70 1,2707 2,06 323,1 11,77 290,0 3,93 1,3003 2, ,1 13, ,3 37,9 1,3299 2,00 Überitzter Zustand R12a: p=11,77bar: T [K] [kj/kg] s[kj/(kgk)] 323,1 3,93 2, ,1 3,28 2, ,1 0,8 2, ,1 7,6 2,122 33,1 6, 2,17 2

6 Klausur Termodynamik II WS 1/1 Aufgabe 1 t= C t=0 C t=3 C / x [MJ/kg H2O ] Pol ,x Diagramm bei einem Gesamtdruck von 1 bar ϕ=90% ϕ=80% ϕ=70% ϕ=60% ϕ=0% ϕ=0% ϕ=30% ϕ=20% ϕ=10% t=30 C t=2 C t=20 C t=1 C t=10 C t= C t=0 C t= C t= 10 C = 10kJ/kg tr.l =0kJ/kg tr.l =10kJ/kg tr.l =20kJ/kg tr.l =30kJ/kg tr.l =0kJ/kg tr.l =0kJ/kg tr.l =60kJ/kg tr.l =70kJ/kg tr.l =80kJ/kg tr.l Wasserbeladung X [ g H2 O / kg tr.l ] spez. Entalpie [ kj / kg tr.l ] 3

7 Klausur Termodynamik II WS 1/1 Aufgabe 2 Aufgabe 2 (3 Punkte) Ein Dampfkraftwerk mit Zwiscenüberitzung arbeitet nac einem überkritiscen Clausius-Rankine Prozess mit dem Arbeitsmittel Wasser. Der Prozess ist scematisc mit den Betriebsdaten in der folgenden Abbildung dargestellt: Dampferzeuger ϑ = C ϑ = 600 C p = 300 bar 2 Pumpe A Hocdruckturbine Niederdruckturbine p 1= 30 bar gerade siedende Flüssigkeit = 20 kg/s m ges m Anz ϑ = 300 C Zustand 8 Pumpe B p 7 = 0,03 bar gerade siedende Flüssigkeit Kondensator Zwiscenüberitzer x = 6 0,9 Hinweise: Die beiden Turbinen können als adiabat, die beiden Pumpen als adiabat reversibel betractet werden. Die Pumpen werden von den Turbinen verlustfrei angetrieben. Druckverluste in den Wärmeübertragern und den Rorleitungen sowie bei der Miscung und Verteilung können vernaclässigt werden. Die Dicte des flüssigen Wassers kann zu ρ W = 1000 kg/m 3 gesetzt werden. Die Umgebungstemperatur betrage ϑ U = 10 C. a. Skizzieren Sie den Prozess im T,s-Diagramm für Wasser. b. Bestimmen Sie die spezifiscen Entalpien 1 bis 8. Verwenden Sie dazu ggf. das beigefügte,s-diagramm. c. Welce Bilanz / welce Bilanzen muss / müssen aufgestellt werden, um den Anzapfmassenstrom ṁ Anz zu ermitteln? Wie groß ist der Anzapfmassenstrom? d. Wie groß sind die isentropen Wirkungsgrade für beide Turbinen? e. Definieren Sie (für das System Arbeitsmittel ) den termiscen Wirkungsgrad und den exergetiscen Wirkungsgrad dieses Prozesses und berecnen Sie die Zalenwerte. f. Berecnen Sie den gesamten Exergieverluststrom des Arbeitsmittels und erläutern Sie, an welcen Stellen die Exergieverlustströme auftreten.

8 Klausur Termodynamik II WS 1/1 Aufgabe 2 Zu Aufgabe 2: Ausscnitt eines,s-diagramms für Wasserdampf