Energiteknik för maskiningenjörer 7,5 högskolepoäng
Transcription
Energiteknik för maskiningenjörer 7,5 högskolepoäng
Energiteknik för maskiningenjörer Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: 7,5 högskolepoäng Tentamen 41P08M Pu3 Namn: ------------------------------------------------------------------------------------------------------Personnummer: ------------------------------------------------------------------------------------------Tentamensdatum: Tid: Måndag 1 juni 2015 9.00–13.00 Hjälpmedel: Valfri miniräknare Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller(S O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur). Valfri Formelsamling i matte och fysik Totalt antal poäng på tentamen: 50p 43 betyg 5, 34 betyg 4, 25 betyg 3 Allmänna anvisningar: I frågorna (1-7) där det står ”endast svar” rättas bara svaret och beräkningarna behöver inte redovisas. För frågorna 8-10 var noga med att redovisa arbetsgången vid beräkningar och problem samt motivera eventuella antaganden/tabellvärden. Om du använder diagrammet för att hitta värde, måste du visa alla punkter och linjer i diagrammet och bifoga det till tentamen. Rättningstiden är i normalfall tre veckor. Viktigt! Glöm inte att skriva namn på alla blad du lämnar in. Lycka till! OBS! Hela tentamens dokument ska lämnas in. Ansvarig lärare: Telefonnummer: Kamran Rousta 033-4354644, 0732300861 1- Beräkna totala värme tillförs till 25 kg vatten vid 10 bar och 100 ˚C för att blir ånga med temperaturen 250 ˚C i ett oförändrat tryck process. ”endast svar” (2p) 2- En fläkt förbrukar 6 kW för att transportera 14400 m3/h med en totaltrycksökning av 900Pa. Beräkna fläktens totala verkningsgrad. ”endast svar” (2p) 3- Bestäm minimum trycket vid pumpens sugsida när pumpar vatten med temperaturen 80˚C för att undvika kavitation? ”endast svar” (1p) 4- I en centrifugalpump, varvtalet fördubblas. Hur många gånger ökar pumpens effekt om verkningsgraden är konstant? ”endast svar” (1p) 5- Beräkna maximum geodetisk sughöjd for en kondensatpump som har NPSH-värdet 3 mvp vid aktuellt volymflöde och sugförlusten 4 mvp. ”endast svar” (2p) 6- 8 m3 luft av 50 ˚C och atmosfärstryck skall transporteras. Trycket vid fläktens inlopp är 2500 Pa undertryck och temperturen är 30 ˚C. Anta atmosfärstryck som 1 bar. ”endast svar” (2p) 7- Beräkna summan av motståndskoefficienter i ett rörledning med diameter 800 mm och total längden 100 meter och rörfriktionskoefficient som 0,085. Volymflödet i röret är 3600 m3/h och totala tryck förlust i rörledningen är 226 kPa. Anta densitet 1000kg/m3. ”endast svar” (3p) 8- Värmeöverföring (10p) En varmvattenledning av stål som har väggtjockleken 5 mm och innerdiametern 160 mm ska isoleras. Varmvattens temperatur är 80 ˚C och temperaturen för omgivningen är 20˚C. Det finns två alternativer från två ingenjörer för isoleringen för att minska värmeförlusten per meter rör längd: a) Utan isolering b) Att använda 20 mm isolerings material som har värmekonduktivitet 0,80 W/(m.K). Vilket alternativ väljer du? Motivera svaret med beräkningar. Försumma strålning och anta värmekonduktivitet för stål 80W/(m.K), värmeövergångstal för vatten 800 W/(m2.K) och värmeövergångstal för omgivningen 8 W/(m2.K). 9- Värmeväxlare (12p) En värmeväxlare används för att kondensera ånga med specifik ånghalt 0,85 vid trycket 0,08 bar. Kylmediet är 57 kg/s vatten (värmekapacitet är 4,18 kJ/(kg.K)) med inloppstemperatur 20 oC. Värmeöverförande ytan för värmeväxlare är 300 m2 och det har värmegenomgångskoefficient, k=1980 W/(m2.K). a) Beräkna överförda värmeflödet (värmeeffekten av värmeväxlaren, P). (5p) b) Beräkna utloppstemperaturen för kylvatten och rita temperatur-längd diagram för den kondensorn och visa alla temperaturerer. (2+1p) c) Hur många ton ånga kondenseras per timme? (2p) d) Om man använder en ”shell-and-tube” värmeväxlare med effektivt länd 3,8 m, hur många ”tube” (rör) med diameter 50 mm behövs? (2p) 10- Pump (15p) En centrifugalpump har diagram (1) och arbetar med 800 r/min. Det ska kopplas till ett rörsystem för att pumpa vatten från reservoar A till B. Rörsystemet har följande information: Statisk uppfordringshöjd 4 m, total rörlängd 100 m, rördiameter 500 mm, total motstånkoefficienten 5 och rörfriktionskoefficenten 0,050. a) Rita systemkarakteristika kurva i diagram (1) och bestäm volymflöde och uppfordringshöjden vid driftpunkten samt pumpens effekt. (6+2p) b) Vad blir pumpens effekt om varvtalet ändras till 600 r/min? (3p) c) En likadan pump (både har varvtalet 800 r/min) skall parallellkopplas till samma rörledning. Bestäm volymflöde och uppfordringshöjden vid driftpunkten i detta fall. (4p) Anta densitet av vatten 1000 kg/ m3. Formelblad VVX: NTU = kA kA = c p ) min C min (m Pmax = Cmin ⋅ (tv1 − tk1 ) ε= P Pmax P, Värmeeffekt av värmeväxlare vid temperatur ökning eller minskning i medium • Pk = mk ⋅ ck ⋅ (tk 2 − tk1 ) • Pv = mv ⋅ cv ⋅ (tv1 − tv 2 ) • P = Pk = Pv = Q P, Värmeeffekt av värmeväxlare vid kondensation eller förångning av medium • P = m⋅ ∆i Bernoullis ekvation: c12 c22 P1 + ρgh1 + ρ + ∆Ppump = P2 + ρgh2 + ρ + ∆Pf 12 2 2 NPSH : hs max . = ∆p fs Pa På − − NPSH erf − ρg ρg ρg Värmeöverföring: Värme resistens för strålning: Cs=5,67. 10-8 [W/(m2K4) ] Rstrål . = α strål . = ε res ⋅ C s ⋅ (T1 + T2 )(T1 + T2 ) 2 2 Värme resistens av cylindriska skikt: Rled .skikt = Värme resistens av cylindriska: Rled .cyl . 1 Aα strål . δ A⋅λ r ln( 2 ) r1 = 2π ⋅ L ⋅ λ Värme resistens för konvektion: Rkonv = 1 Aα konv. Värme resistens nätverk: Parallell: Serie: 1 1 1 = + Rtot R1 R2 Rtot = R1 + R2 Värmeflöde: P= ∆T Rtot Fläktar: • • V = V1⋅ T pa1 ⋅ T1 pa ρ = ρ0 ⋅ T0 pa ⋅ T pa0