Tentamen 24 augusti 2011 - Lunds Tekniska Högskola

Lunds Universitet
Lunds Tekniska Högskola, LTH
Institutionen för Energivetenskaper
TENTAMEN I MMVF01 TERMODYNAMIK OCH STRÖMNINGSLÄRA,
onsdag 24 augusti 2011, kl. 8.00–13.00.
Tillåtna hjälpmedel: Häfte med sammanfattningar m.m. (termodynamik); termodynamiska
tabeller; formelblad i termodynamik; TEFYMA; Formelsamling till Young et al.; föreläsningsanteckningar;
kopior av föreläsningsmaterial; räknedosa. Lösta exempel (helt eller
delvis) får ej förekomma vid tentamen.
P1. Betrakta en kretsprocess med luft som arbetsmedium i ett slutet system. Processen
består av följande fyra internt reversibla delprocesser:
• adiabatisk kompression från 100 kPa och 15 ◦ C till 600 ◦ C
• isoterm värmetillförsel av 300 kJ/kg
• adiabatisk expansion till begynnelsetrycket 100 kPa
• isobar värmeavgivning (till begynnelsetillståndet)
Luften (R = 287 Jkg −1 K −1 ) kan betraktas som en ideal gas (varierande c p och c v ).
(a) Illustrera processen schematiskt i ett T-s–diagram
(b) Beräkna trycket efter värmetillförseln
(c) Bestäm processens termiska verkningsgrad, η th
P2. För att vid en omgivningstemperatur av 22 ◦ C hålla ett stort kylrum vid en temperatur
av −15 ◦ C krävs en kyleffekt av 100 kW. För att åstadkomma detta används
en enkel kylmaskin av kompressionstyp arbetande mellan trycknivåerna 120 kPa och
700 kPa (köldmedium: R-134a). Förutom att kompressorn har en adiabatisk (isentropisk)
verkningsgrad av 75% kan kylprocessen antas vara den ideala av ångkompressionstyp
(ideal vapor-compression cycle).
Bestäm
(a) köldmediets massflöde
(b) effekten till kompressorn
(c) kylmaskinens termodynamiska effektivitet, η II
(2p)
(4p)
(4p)
(3p)
(4p)
(3p)
P3 och P4, se baksidan!

P3. I fullskala (prototypskala) har ett luftskepp längden 35 m. Vid flygning i vindstilla 1500
meter över havet i standardatmosfär (U.S) är den tänkta marschfarten 180 km/h.
För ett geometriskt likformigt luftskepp i skala 1:10 (längd 3.5 m) genomförs nu mätningar
i en stor vindtunnel (effekter av vindtunnelns väggar kan försummas). Luftens
statiska tryck i vindtunneln kan varieras, vid konstant temperatur, 25 ◦ C. Den högsta
tillåtna lufthastigheten i vindtunneln är 90 m/s.
Luften i vindtunneln kan betraktas som en ideal gas med R = 287 Jkg −1 K −1 .
(a) Om tunneln nu drivs vid 90 m/s, vilket statiskt tryck krävs då i vindtunneln för
fullständig likformighet med prototypen vid marschförhållanden enligt ovan? (5p)
(b) Om det vid tryck och hastighet i (a) mäts ett strömningsmotstånd av 1.54 kN,
vilken framdrivningseffekt måste då tillföras luften vid prototypförhållanden? (5p)
P4. En tankbil skall fyllas med bensin (ρ = 680 kg/m 3 , µ = 0.398×10 −3 Pas) från en stor
underjordisk cistern. Slangen som används är av gummi (ǫ = 0.025 mm), 20 m lång,
innerdiameter D = 50 mm. Inloppet är svagt avrundat (r/D = 0.050). Slangen är lagd
med två 90 ◦ :s krökar (R/D ≃ 10). Det vertikala avståndet mellan oljenivån i cisternen
och slangutloppet är 6.5 m. Bensinytorna är i kontakt med omgivande luft.
Tankvolymen är 20 m 3 och skall fyllas på 25 minuter. Vilken pumpeffekt krävs vid en
pumpverkningsgrad av 85%?
(10p)
Maximal poäng vid tentamen är 40.
För godkänt krävs minst 19 poäng, inkl. ev. bonus (max. 4 poäng).
22 augusti 2011, Christoffer Norberg