UNIVERSITÄT STUTTGART INSTITUT FÜR THERMODYNAMIK UND WÄRMETECHNIK Apl. Professor Dr.-Ing. K. Spindler
1. Klausur in "Technischer Thermodynamik II" (SoSe2014, 03.06.2014) - VERSION 1 Name:______________________ Fachr.:_____________ Matr.-Nr.:________________ Es sind keine Hilfsmittel zugelassen. Zutreffende Aussagen sind anzukreuzen. Mehrere Antworten sind möglich. Falsche Antworten innerhalb einer Aufgabe führen zu Punktabzug.
------------------------------------------ KURZFRAGEN (8,5 Punkte) -------------------------------------------Aufgabe 1 Eine Zustandsänderung von reinem Wasser im Nassdampfgebiet verläuft isotherm, Anfangsund Endpunkt liegen im Nassdampfgebiet. Welche der folgenden Aussagen ist richtig? Die Zustandsänderung ist auch a) isochor. b) isenthalp. c) isentrop. d) isobar. e) nichts von alledem. Aufgabe 2 Unter Vernachlässigung von potentiellen und kinetischen Energieänderungen gilt bei einer adiabaten Drosselung: a) Zustandsänderung ist isochor b) Zustandsänderung ist isobar c) Zustandsänderung ist reibungsfrei d) Zustandsänderung ist isenthalp e) Zustandsänderung ist isentrop Aufgabe 3 Die Verdampfungsenthalpie hV eines reinen Stoffes a) wird bei der isentropen Entspannung im Zweiphasengebiet freigesetzt. b) wird bei der isothermen vollständigen Kondensation freigesetzt. c) wird bei der isobaren vollständigen Kondensation freigesetzt. d) geht im kritischen Punkt gegen Null. e) geht im kritischen Punkt gegen unendlich.
Aufgabe 4 Kennzeichnen Sie, um welche Vergleichsprozesse es sich nacheinander handelt: p=const
.
p0=const.
a) Otto-Prozess, Joule-Prozess, Diesel-Prozess, Clausius-Rankine-Prozess b) Joule-Prozess, Diesel-Prozess, Otto-Prozess, Clausius-Rankine-Prozess c) Joule-Prozess, Otto-Prozess, Diesel-Prozess, Clausius-Rankine-Prozess d) Diesel-Prozess, Joule-Prozess, Otto-Prozess, Clausius-Rankine-Prozess e) Otto-Prozess, Clausius-Rankine-Prozess, Diesel-Prozess, Joule-Prozess Aufgabe 5 Welche Aussagen über die Punkte 1 bis 5 im skizzierten p,T-Diagramm für Wasser treffen zu?
a) 1: kritischer Punkt 4: Dampfdruckkurve
2: Tripelpunkt 5: Schmelzdruckkurve
3: Sublimationsdruckkurve
b) 1: Tripelpunkt 4: Dampfdruckkurve
2: kritischer Punkt 5: Sublimationsdruckkurve
3: Schmelzdruckkurve
c) 1: kritischer Punkt 4: Schmelzdruckkurve
2: Tripelpunkt 5: Sublimationsdruckkurve
3: Dampfdruckkurve
d) 1: Tripelpunkt 2: kritischer Punkt 4: Sublimationsdruckkurve 5: Dampfdruckkurve
3: Schmelzdruckkurve
e) 1: Tripelpunkt 4: Schmelzdruckkurve
3: Dampfdruckkurve
2: kritischer Punkt 5: Sublimationsdruckkurve
Aufgabe 6 Bei der adiabaten Drosselung von gerade siedendem Wasser stellt man fest: a) die Temperatur bleibt gleich. b) der Druck nimmt ab. c) die Entropie bleibt gleich. d) die Temperatur nimmt ab. e) die Entropie nimmt zu.
Aufgabe 7 Welche der nachfolgenden Kreisprozesse werden ausschließlich als Wärme-/Kraft-Prozesse betrieben? a) Diesel-Prozess b) Otto-Prozess c) Joule-Prozess d) Stirling-Prozess e) Clausius-Rankine-Prozess Aufgabe 8 Wie heißt der Vergleichsprozess für ein ideales Gas, der sich in einem T,v-Diagramm wie folgt darstellen lässt: a) Diesel-Prozess b) Otto-Prozess c) Joule-Prozess d) Stirling-Prozess e) Clausius-Rankine-Prozess Aufgabe 9 Bei der isobaren Wärmezufuhr von 1 (Lage im Nassdampfgebiet) nach 2 (Lage im Nassdampfgebiet) gilt für Wasserdampf: a) v1 < v2 b) v1 = v2 c) v1 > v2 d) s1 < s2 e) s1 > s2 Aufgabe 10 In welchem Diagramm lässt sich die Verdampfungsenthalpie hV als Fläche darstellen? a) p,v-Diagramm b) T,s-Diagramm c) log(p),h-Diagramm d) h,T-Diagramm e) h,s-Diagramm
------------------------------------------ RECHENTEIL (7,5 Punkte) ---------------------------------------------Aufgabenstellung zu den Aufgaben 11 und 12 Ein Modell-Stirling-Motor wird mit 0,03455 g Luft betrieben und kann mittels des idealen Vergleichsprozesses beschrieben werden. Es ist gegeben: - Arbeitsmittel Luft (ideales Gas): RL = 287,1 J/(kgK); κ = 1,4 - Maximal-/Minimalwerte: ϑmax = 251,14 °C; ϑmin = 47,38 °C Vmax = 44,13 cm³; VHub = 11,24 cm³ Aufgabe 11 Wie groß ist der Betrag der gewonnenen Kreisprozess-Arbeit ∑W des Stirling-Prozesses? Berechnung:
a) |∑W| = 0,594 J d) |∑W| = 2,462 J
b) |∑W| = 6,179 J e) |∑W| = 0,314 J
c) |∑W| = 3,184 J
Aufgabe 12 Bestimmen Sie den Wirkungsgrad des Stirling-Prozesses. Berechnung:
a) η = 0,587 d) η = 0,792
b) η = 0,183 e) η = 0,469
c) η = 0,388
Aufgabenstellung zu den Aufgaben 13 und 14 Mit einer adiabaten Speisewasserpumpe wird gerade siedendes Wasser bei p = 0,4 bar auf einen Druck von 50 bar gebracht. Die Pumpe wird stationär von Wasser durchströmt. Aufgabe 13 Wie groß ist die erforderliche Antriebsarbeit wt,12 der Pumpe je kg Wasser, wenn diese reversibel betrieben wird? Berechnung:
a) wt,12 = 6,81 kJ/kg d) wt,12 = 5,09 kJ/kg
b) wt,12 = 13,11 kJ/kg e) wt,12 = 2,23 kJ/kg
c) wt,12 = 9,21 kJ/kg
Aufgabe 14 Welcher Arbeitsmittelmassenstrom ṁ kann mit der Pumpe gefördert werden, wenn die Antriebsleistung PPumpe,irrev = 105 kW beträgt und einen Gütegrad von ηG,Pumpe = 0,8 hat? Berechnung:
a) ṁ = 42,2 kg/s
b) ṁ = 16,5 kg/s
d) ṁ = 5,5 kg/s
e) ṁ = 88,2 kg/s
c) ṁ = 104,2 kg/s
Formelzusammenstellung 2
- 1. Hauptsatz: geschlossenes System
U 2 U1 Q12 Wdiss,12 pdV 1
2
offenes System
h 2 h 1 q 12 w diss,12 v dp 1
dh = du + d(p·v) - 2. Hauptsatz:
ds ds a ds i
mit ds a dq / T , ds i dw diss / T
- ideale Gase:
p V n Rm T,
n m/ M,
dh c p dT ,
ds c p
cp / cv ,
R i cp cv ,
du c V dT ,
dp dT Ri T p
R i R m /M p1 v 2 p2 v1
- Isotherme Zustandsänderung:
v2 p T Ri ln 2 v1 p1
−𝑤12 = q12 T Ri ln
v p p1 v1ln 2 p2 v 2 ln 2 v1 p1
- Reversible adiabate Zustandsänderung:
- Nassdampf: - Umrechnung:
v v´ x (v"v´) , u u´ x (u"u´) 1 bar = 105 Pa = 105 N/m2= 105 J/m3
p 2 T2 1 p 2 v1 , p1 T1 p1 v 2
s s´ x (s"s´) , h h´ x (h"h´)
