Energietechnik Klausur WS 2007/2008

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Kristina Solberg
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1 Energietechnik Klauur WS 007/008 Prof. Dr. G. Wilhelm Name: Vorname: Matr.-Nr.: Aufgabenteil / 00 Minuten Da Aufgabenblatt mu unterchrieben und zuammen mit den (nummerierten und mit Namen verehenen) Löungblättern abgegeben werden. Nicht nachvollziehbare Löungen werden nicht gewertet. E ind beliebige erönliche Unterlagen erlaubt. Unterchrift: Punkte:. Von einem Gaturbinenherteller werden folgende Angaben zu den Betriebdaten einer neu entwickelten Gaturbinenanlage gemacht: Druckverhältni: / = 0 η ien V = 090 η ien = 086 η m = 09 η gen = 098 η ei = 09 Klemmenleitung: 6 MW Geamtwirkunggrad: η ge = Pkl /( m bhu ) = 08 Abgamaentrom: kg/ Abgatemeratur: 608 C. Die Luft wird mit 00 kpa und C angeaugt. Die Anlage arbeitet mit einer zweitufigen Verbrennung und Entannung d. h. nach der Wärmezufuhr in der erten Brennkammer wird da Ga in der Hochdruck(HD)-urbine entannt; danach wird in der zweiten Brennkammer o viel Wärme zugeführt da die gleiche emeratur wie vor der Hochdruck-urbine erreicht wird. Anchließend wird da Verbrennungga in der Niederdruck(ND)-urbine auf bar 608 C entannt. In der erten Brennkammer werden 6 % der geamten Brenntoffenergie zugeführt der Ret in der zweiten Brennkammer. Vergleichroze it der Joule-Proze. Der Verdichter und die urbinen ollen al adiabat die Wärmezufuhr al iobar angenommen werden. Die dem Arbeittoff zugeführte Wärmeleitung oll gleich der Brenntoffleitung ein. Luft oll näherungweie al ideale Ga angenommen werden. Die emeraturabhängigkeit der ezifichen Wärmekaazität it zu vernachläigen e it mit dem Wert bei 0 C zu rechnen. Maen- und Stoffänderungen und die Änderungen der kinetichen und der otenziellen Energien ollen vernachläigt werden. a) Skizzieren Sie den Prozeverlauf qualitativ in einem -Diagramm. b) Wie groß it die emeratur nach der Verdichtung (Gegeben: t ien = 896 C)? c) Wie groß it die maximale Prozetemeratur (urbineneintritttemeratur)? d) Wie groß it die emeratur nach der HD-urbine? e) Berechnen Sie den thermichen Wirkunggrad de wirklichen Gaturbinenrozee. ( 0 P) ( ). Für einen Dieelmotor der einen elektrichen Generator antreibt oll der Dieel-Proze dieer aber mit adiabater irreveribler Komreion und adiabater irreveribler Exanion gerechnet werden. Der Generator gibt 00 kw elektriche Leitung ab. Der Polytroenexonent der Komreion beträgt der der Exanion. Umgebungzutand (gleich Anaugzutand): 0 C 00 kpa. Höchtdruck im Proze: MPa Höchttemeratur 600 C. η m = 09 η gen = 098 Heizwert de Dieelbrenntoffe: MJ/kg. Die dem Proze zugeführte Wärmeleitung oll gleich der Brenntoffleitung ein. Der Proze oll mit Luft gerechnet Luft oll näherungweie al ideale Ga angenommen werden. Die emeraturabhängigkeit der ezifichen Wärmekaazität it zu vernachläigen e it mit dem Wert bei 0 C zu rechnen. Maen- und Stoffänderungen und die Änderungen der kinetichen und der otenziellen Energien ollen vernachläigt werden. a) Skizzieren Sie da V-Diagramm und da S-Diagramm für den Proze. b) Berechnen Sie den Luftmaentrom und c) den tündlichen Brenntoffverbrauch für den Proze. Zur Prozeverbeung wird eine adiabate reibungbehaftete Abgaturbine nachgechaltet deren Leitung ebenfall dem Generator zugeführt wird. Da Abga de Dieelmotor wird in der urbine auf Umgebungdruck entannt. η ien = 086 η m = 09 η gen = 098. d) ragen Sie die Änderung in den Diagrammen unter a) deutlich markiert ein. e) Wie groß it die nach dem Einbau der urbine vom Generator ingeamt abgegebene Leitung? ( 8 P) ( ) Bitte wenden Note:

2 Energietechnik Klauur WS 007/008 Prof. Dr. G. Wilhelm Aufgabenteil / Seite. In einer Paierfabrik werden zur Zylinderbeheizung der Paiermachinen und für die Raumheizung kg/h überhitzter Frichdamf bei bar und 0 C (Zutand ) in einem erdgabefeuerten Großwaerraumkeel (η r = ) erzeugt. Aufgrund der langen Damfleitung zwichen dem Damfkeel und der Paiermachine bzw. der Wärmeübergabetation für die Raumheizung nimmt der Druck de Damfe um bar und die emeratur de Damfe um 0 C ab. Erdga 9 6w Raumheizung Damfleitung 8 Paiermachine 7 Am Ende der Damfleitung wird ein eil de Damftrome ( 600 kg/h) für die Raumheizung abgezweigt und vor Eintritt in die Wärmeübergangtation auf einen Druck von bar adiabat gedroelt. In den Zylindern der Paiermachine und in der Wärmeübergabetation für die Raumheizung wird der Damf jeweil iobar volltändig kondeniert. Au innerbetrieblichen Gründen wird da Kondenat vor der Rückführung zum Keel auf einen Druck von bar adiabat gedroelt und oweit gekühlt da der bei der Droelung enttehende Damf wieder volltändig kondeniert wird. Gegeben: Keelwirkunggrad: 9 % Heizwert de Erdgae: H un = MJ/m Die Änderungen der kinetichen und der otenziellen Energien und die Leitung der Seiewaerume ind zu vernachläigen. a) Skizzieren Sie die Zutandänderungen de Waer/Waerdamfe in einem h-diagramm. b) Welcher Erga-Normvolumentrom wird im Damfkeel benötigt? c) Welche Heizleitung wird in den Zylindern der Paiermachine vom Damf abgegeben (Gegeben: h = 88 kj/kg)? d) Wie groß it die beim ranort de Damfe zwichen Keel und den Beheizungeinrichtungen auftretende Wärmeabfuhr an die Umgebung? ( P) ( ) Σ ( 0 P) ( )

3 Energietechnik Klauur WS 007/008 Prof. Dr. G. Wilhelm Fragenteil / 0 Minuten Name: Vorname: Matr.-Nr.: E ind keine Unterlagen erlaubt. Rechner ind zugelaen. Unterchrift: Punkte: Note:. Einem Gaturbinenroze wird die Brenntoffleitung Q b zugeführt. Die techniche Leitung de Verdichter it W tv die der urbine W t. Folgende Wirkunggrade ind bekannt: η ien V η ien η η gen η ei. Geben Sie eine Gleichung zur Berechnung de Geamtwirkunggrade an. m ( P) ( ). Skizzieren Sie einen Stirling-Proze im V- und im S-Diagramm. Nennen Sie zwei Vorteile de Stirling-Prozee gegenüber dem Otto-Proze. v ( P) ( ). Skizzieren Sie einen Otto-Proze im V- und im S-Diagramm. Kennzeichnen Sie in beiden Diagrammen die Arbeit de Kreirozee.. Geben Sie für da Verhältni Wek / Q zu mithilfe von Wirkunggrade an. v ( P) ( ) ( P) ( ) Bitte wenden

4 Energietechnik Klauur WS 007/008 Prof. Dr. G. Wilhelm Fragenteil / Seite. Stellen Sie für den dargetellten Seiewaervorwärmer eine Gleichung zur Betimmung der Enthalie h 6 auf. Die Pumenarbeit oll vernachläigt werden. o u 6 αh w ( - α) h w ( P) ( ) 6. Für da dargetellte Indutriekraftwerk (iehe Schaltbild) it der Vergleichkreiroze (Clauiu- Rankine-Proze) in einem -Diagramm zu kizzieren. Die Abtände der Iobaren im Flüigkeitgebiet ollen übertrieben groß gezeichnet werden. G α β In den Punkten 7 u. 9 liegt iedende Flüigkeit vor. 6 ( 6 P) ( ) Σ ( P) ( )

5 Energietechnik Klauur WS 007/008 Prof. Dr. G. Wilhelm Löungergebnie. a) 0 bar 6 6 bar C t( C) /K /MPa t( C) /K /MPa 8 8 b) t = 8 C c) t = 078 C d) t = C e) η th = 7 %. a) d) 0 bar bar 0 C n = n = V 600 C 0 C 0 bar V bar b) m = 07 kg/ c) m b = 009 kg/ f) P gen ge = 876 kw. a) h bar 0 C 0 C bar bar bar w b) V b n = 096 m / c) Q 7 = kw d) Q = 79 kw

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