Thermodynamik/Wärmetechnik

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1 Studiengang Wirtchaftingenieurween Fach Therodynaik/Wäretechnik Art der Leitung Prüfungleitung Klauur-Knz. WI-TWT-P Datu Bezüglich der Anfertigung Ihrer Arbeit ind folgende Hinweie verbindlich: Bei nuerich zu löenden Aufgaben it außer der Löung tet der Löungweg anzugeben, au de eindeutig hervorzugehen hat, wie die Löung zutande gekoen it. Zur Prüfung ind bi auf Schreib- und Zeichenutenilien auchließlich die nachtehend genannten Hilfittel zugelaen. Werden andere al die hier angegebenen Hilfittel verwendet oder Täuchungveruche fetgetellt, gilt die Prüfung al nicht betanden und wird it der Note 5 bewertet. Hilfittel : Bearbeitungzeit: 90 Minuten HFH-Tachenrechner Anzahl Aufgaben: Studienbriefe Höchtpunktzahl: Forelalung Bewertungchea: Punktzahl Note von bi einchl ,0 ehr gut 90 94,5 1, ehr gut 85 89,5 1,7 gut 80 84,5,0 gut 75 79,5, gut 70 74,5,7 befriedigend 65 69,5,0 befriedigend 60 64,5, befriedigend 55 59,5,7 aureichend 50 54,5 4,0 aureichend 0 49,5 5,0 nicht aureichend Viel Erfolg! Prüfungleitung 04/HS, Therodynaik/Wäretechnik, Wirtchaftingenieurween WI-TWT-P

2 Prüfungleitung 04/HS, Therodynaik/Wäretechnik HFH Haburger Fern-Hochchule Aufgabe 1 Zutandgleichungen 5 Punkte In einer Stahlflache it eine Voluen von V 75 l, augelegt für einen axialen Innendruck von p 100 bar, befinden ich bei Rauteperatur (T 1 0 C) 4,5 kg eine Sticktoff/Sauertoff- Geiche. Betrachten Sie da Geich al ideale Ga it einer pezifichen Gakontante von R 77,15 J/(kg K). Berechnen Sie für da Geich: a) die ittlere Molae M b) die Subtanzenge n c) den Druck p 1 bei Rauteperatur d) da Molvoluen ν unter den aktuellen Zutandbedingungen e) die Teperatur T, bei der die Flache zu eine Sicherheitriiko wird, d.h. bei der der Grenzdruck von 100 bar erreicht wird. Aufgabe Wäreübertragung 16 Punkte In einer 40 breiten und 8 hohen leeren Lagerhalle it Flachdach it über die geate Breite und Höhe eine Trennwand au Aluiniu eingezogen. Durch einen Brand in der linken Hallenhälfte teigt die Teperatur dieer Trennwand chnell auf 50 C. Berechnen Sie unter dieen Bedingungen den durch die Strahlung verurachten Wäretro Q & von der Trennwand zur gegenüberliegenden, gleich großen Außenwand au Ziegeltein in der rechten Hallenhälfte, die dadurch auf 0 C erwärt wird. Die für die Berechnung benötigten weiteren Kennwerte entnehen Sie de Studienbrief,Tab WI-TWT-P

3 Prüfungleitung 04/HS, Therodynaik/Wäretechnik HFH Haburger Fern-Hochchule Aufgabe Ströunglehre 1 Punkte Die freiwillige Feuerwehr verucht, den Brand von Aufgabe zu löchen. Dazu werden 15 kg Waer pro Sekunde von eine Löchteich über eine 5 lange waagerechte Rohrleitung (gebrauchter Stahl, ittlere Verkrutung, Durcheer 150 ) und einen anchließenden 50 langen Schlauch (neuer Guichlauch, Durcheer 50 ) auf da Feuer gepritzt. Leitungübergänge und Einbauten bleiben außer Betracht. Folgende Daten ind bekannt: -6 kineatiche Vikoität de Waer: ν 1, / Dichte de Waer: ρ 1,00 10 kg/ Weitere für die Berechnung benötigte Daten entnehen Sie Tab..1 und Abb..9 in Studienbrief 4 a) Berechnen Sie zunächt die Ströunggechwindigkeit c i Rohr und darau den Druckverlut, der i Rohr infolge der inneren Rauhigkeit entteht. 18 Pkte b) Berechnen Sie auf gleiche Weie wie unter a) den Druckverlut i Schlauch 10 Pkte c) Vergleichen Sie die Ergebnie von a) und b) und treffen Sie eine Auage darüber, welche praktiche Auwirkung der Einatz von Rohrleitung und Schlauchleitung auf die erforderliche Leitung der Pupe hat. Pkte Aufgabe 4 1. Hauptatz und Kreiprozee 8 Punkte Ein Behälter it bewegliche Kolben enthält Luft al ideale Ga. Bekannte Daten: p 1 5,0 bar, V 1 0,50, T 1 5 C, R 87,1 J/(kg K), κ 1,4 Da Ga wird vo Zutand 1 augehend folgenden Prozeen unterzogen: 1 : chnelle (adiabatich reverible) Entpannung auf da doppelte Voluen V. : langae (iochore) Erwärung auf die Ugebungteperatur T T 1. 4: langae (iothere) Kopreion auf da Augangvoluen V 4 V 1. a) Berechnen Sie für alle vier Zutände die jeweiligen therodynaichen Größen p, V und T b) Skizzieren Sie die Zutände und die Zutandänderungen in eine p,v- und eine T,S-Diagra 0 Pkte 8 Pkte WI-TWT-P

4 Korrekturrichtlinie zur Prüfungleitung Therodynaik/Wäretechnik a Wirtchaftingenieurween WI-TWT-P Für die Bewertung und Abgabe der Prüfungleitung ind folgende Hinweie verbindlich: Die Vergabe der Punkte nehen Sie bitte o vor, wie in der Korrekturrichtlinie augewieen. Eine uariche Angabe von Punkten für Aufgaben, die in der Korrekturrichtlinie detailliert bewertet worden ind, it nicht getattet. Nur dann, wenn die Punkte für eine Aufgabe nicht differenziert vorgegeben ind, it ihre Aufchlüelung auf die einzelnen Löungchritte Ihnen überlaen. Stoßen Sie bei Ihrer Korrektur auf einen anderen al den in der Korrekturrichtlinie angegebenen, aber ebenfall richtigen Löungweg, dann nehen Sie bitte die Verteilung der Punkte inngeäß zur Korrekturrichtlinie vor. Rechenfehler ollten grundätzlich nur zur Abwertung de betreffenden Teilchritte führen. Wurde it eine falchen Zwichenergebni richtig weitergerechnet, o erteilen Sie die hierfür vorgeehenen Punkte ohne weiteren Abzug. Ihre Korrekturhinweie und Punktbewertung nehen Sie bitte in einer zweifelfrei lebaren Schrift vor. Die von Ihnen vergebenen Punkte und die ich darau geäß de nachtehenden Notenchea ergebende Bewertung tragen Sie bitte in den Klauur-Mantelbogen owie in da Forular Klauurergebni (Ergebnilite) ein. Geäß der Diploprüfungordnung it Ihrer Bewertung folgende Bewertungchea zugrunde zu legen: Punktzahl Note von bi einchl ,0 ehr gut 90 94,5 1, ehr gut 85 89,5 1,7 gut 80 84,5,0 gut 75 79,5, gut 70 74,5,7 befriedigend 65 69,5,0 befriedigend 60 64,5, befriedigend 55 59,5,7 aureichend 50 54,5 4,0 aureichend 0 49,5 5,0 nicht aureichend Die korrigierten Arbeiten reichen Sie bitte päteten bi zu 05. Januar 005 in Ihre Studienzentru ein. Die u perönlich oder per Einchreiben erfolgen. Der angegebene Terin it unbedingt einzuhalten. Sollte ich au vorher nicht abehbaren Gründen eine Terinüberchreitung abzeichnen, o bitten wir Sie, die unverzüglich Ihre Studienzentrenleiter anzuzeigen. WI-TWT-P

5 Korrekturrichtlinie, Prüfungleitung 04/HS, Therodynaik/Wäretechnik HFH Haburger Fern-Hochchule Löung 1 vgl. SB 1; Kap. 1 und 5 Punkte a) Mittlere Molae it R 0 814,51 J / (kol K) ergibt ich it Gl. (.5): J 814,51 R0 kol K kg M 0,00 R J kol 77,15 kg K b) Subtanzenge Geäß Gl. (1.) folgt: 4,5 kg n M kg 0,00 kol 0,150 kol c) Druck p 1 Über da ideale Gageetz (Gl. (.4)) ergibt ich: J 4,5 kg 77,15 9 K R T kg K p V ,87 10 N 48,7 bar d) Molvoluen Da Molvoluen it da aktuelle Voluen bezogen auf die Subtanzenge: V v 0,500 n 0,150 kol kol e) Teperatur T Geucht it die Teperatur T, bei der der Grenzdruck p 100 bar erreicht wird (bei V V 1 ). Mit de idealen Gageetz (Gl. (.4)) folgt: p1 V1 T1 p V T p T T1 9 K p1 100 bar 48,7 bar 601,4 K 8,4 C WI-TWT-P

6 Korrekturrichtlinie, Prüfungleitung 04/HS, Therodynaik/Wäretechnik HFH Haburger Fern-Hochchule Löung vgl. SB ; Kap Punkte Die Flächen von Trenn- und Außenwand ind gleich groß. Darau folgt für die Wäreautauchkontante C 1 geäß SB, S. 18: σ C ε1 ε Ableen von σ 5,67 W / ( K 4 ) owie ε 1 0,09 und ε 0,947 au Tab. 1.6 Pkte 4 Pkte Dait ergibt ich: 5,67 W C K 0,09 0,947 W 0,065 4 K 4 Pkte Q & ergibt ich au Gl. 1.18b it A b h [( 6,) (,0) ] K 100,4 kw 4 4 T1 T W Q & C1 A 0, K 4 Pkte Löung vgl. SB 4 Kap. 1 und 1 Punkte a) Druckverlut i Rohr Zunächt wird ittel der Kontinuitätgleichung (Gl. (.1)) und der Dichtedefinition owie der Flächenforel die Gechwindigkeit berechnet: c V& A A d π 0, ρ & & c V V& ρ A cr kg 15 0,849 kg 1, ,01766 Für den Druckverlut wird die Reynoldzahl benötigt (Gl. (1.)): Re c d ν 0,849 0,15 6 1, , 7 10 (18 Pkte) Pkte Pkte Pkte WI-TWT-P

7 Korrekturrichtlinie, Prüfungleitung 04/HS, Therodynaik/Wäretechnik HFH Haburger Fern-Hochchule Ableen der Wandrauhigkeit au Tab..1 K 1,5 Mit der Wandrauhigkeit k 1,5 folgt au Diagra.9 die Rohrreibungzahl λ: d k λ 150 1,5 0, Der geuchte Druckverlut ergibt ich it Gl. (.14): kg 0,08 5 1, ,849 λ l ρ c N p VR,8 10 d 0,15 0,0bar Pkte Pkte 4 Pkte b) Analoge Berechnung de Druckverlute i Schlauch (10 Pkte) Ableen von k 0,0016 au Tab..1 Berechnen von d π A 0, kg 15 c S 7,64 kg 1, , ,64 0,05 5 Re, , Ableen der Wandrauhigkeit au Tab..1 k 0,0016 Mit der Wandrauhigkeit k 0,0016 folgt au Diagra.9 die Rohrreibungzahl λ: pvs d k λ 50 0,0016 0, kg 0, , ,64 0,05 5 N 4, ,1 bar Pkte e Pkte c) Vergleich der Ergebnie Der Vergleich zeigt, da der Druckverlut i Rohr vernachläigbar klein it, während i Schlauch ein Druckverlut entteht, der von einer praktich bedeutaen Größe it. Der Einatz der Schlauchleitung führt zu einer Erhöhung der erforderlichen Pupenleitung und dait zu erhöhte Energieverbrauch. ( Pkte) Pkte WI-TWT-P

8 Korrekturrichtlinie, Prüfungleitung 04/HS, Therodynaik/Wäretechnik HFH Haburger Fern-Hochchule Löung 4 vgl. SB 1, Kap. und 4, SB, Kap. 4 8 Punkte a) Berechnung der therodynaichen Größen (0 Pkte) 1: p 1 5,0 bar, V 1 0,50, T 1 5 C 98 K : Berechnung für adiabatich reverible Änderung geäß Tab. 4.1 it V 1 : T κ 1 1,4 1 V1 0,5 T1 98 K 5,8 K 47, C V 1 κ 1,4 V1 0,5 p p1 5 bar V 1 1,895 bar : iochore Änderung it ideale Gageetz (Gl. (.4)) it V V 1,0 und T T 1 98 K 5 C: p T p T p T p T 98 K 1,895 bar 5,8 K,50 bar 4: iothere Änderung ebenfall it ideale Gageetz (Gl. (.4)) it V 4 V 1 0,50 und T 4 T 98 K 5 C: V 1 p4 V4 p V p4 p,50 bar V 4 0,5 an erkennt: Zutand 4 Zutand 1. b) Diagrae 5,0 bar ( 8 Pkte ) 8 Pkte WI-TWT-P