Vakcode: wb4200/5
Vaknaam: Thermische machines

Het betreft een College
TUD studiepunten: 2
ECTS studiepunten: 3
Faculteit der Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek
Docent(en): Verkooijen, prof.dr.ir. A.H.M., Infante Ferreira, dr. ir. C. A. (coördinator) Buijtenen, prof. ir. J. P. van

Tel.: 015-2784894

Trefwoorden:
Thermische machines. Processen. Nulde, eerste en tweede hoofdwet van de thermodynamica. Soorten energie en energiesystemen. Rendementen. Arbeid. Warmtepomp. Carnot-proces/werkelijke kringproces van warmtepomp. De zuigercompressor. Entropieproduktie in componenten en invloed op warmtefaktor. Energieomzetting in roterende stromingsmachines. De axiale turbine. De axiale compressor. Radiale machines. Dimensionering van roterende stromingsmachines.

Cursusjaar: 3
Dimester: 0/4/0/0
Coll.uren p/w: 4
Andere uren:
Toetsvorm: schriftelijk
Tentamenperiode: 2, 3
(zie jaarindeling)
Voorkennis: wb1120, wb1221
Wordt vervolgd door: wb4301A, wb4407, wb4410A e.a.
Uitgebreide beschrijving van het onderwerp:
  • Indeling van en processen in thermische machines.
  • Processen in thermische machines. Nulde en eerste hoofdwet van de thermodynamica. Systeemgrens. Soorten energiesystemen. Energiesoorten. Energiebalans open systeem met stationaire doorstroming. Kringprocessen. Beoordelingsfactoren en rendementen. Tweede hoofdwet van de thermodynamica. Arbeid bij omkeerbaar adiabatische processen. Arbeid bij niet adiabatische wrijvingsloze processen. Arbeid bij adiabatische expansie processen met wrijving bij thermische machines met stationaire doorstroming. Arbeid bij compressie processen. Diverse oorzaken van niet adiabatische procesvoortgang.
  • Warmtepomp als voorbeeld van thermische machines. Koelmachine versus warmtepomp. Carnot-proces als vergelijkingsproces voor een koelmachine of een warmtepomp. Glijdende bron- en put-temperatuur. Thermodynamisch gemiddelde bron- en put-temperatuur. Kringproces werkelijke koelmachine of warmtepomp. De zuigercompressor als voorbeeld van niet-ideale compressor. Entropieproduktie in de componenten van het kringproces en invloed daarvan op de warmte- (of koude)faktor. Toepassingsvoorbeeld: een uitgevoerde warmtepomp.
  • Roterende stromingsmachines. Energieomzetting in roterende stromingsmachines. De axiale turbine: principe van werking; berekening van een turbinetrap; reaktiegraad, gelijkdruk- en overdrukturbine. De axiale compressor: principe van werking; berekening van een compressortrap. Radiale machines: pompen en compressoren. Prestaties en prestatieweergave van stromingsmachines. Dimensieloze kentallen voor stromingsmachines werkend met incompressibele en compressibele media. Prestatiekarakteristieken. Toepassing van voorrotatie. Cavitatieverschijnselen bij pompen. Dimensionering van roterende stromingsmachines.
College materiaal:
  • Van Paassen, C.A.A., "Processen in thermische machines", collegedictaat, Faculteit WbMT, TUD, 1994.
  • Touber, S., "Thermische machines -een compressie warmtepomp", collegedictaat, Faculteit WbMT, TUD, 1996.
  • Van Buijtenen, J.P., "Thermische machines -roterende stromingsmachines", collegedictaat, Faculteit WbMT, TUD, 1994.
Referenties vanuit de literatuur:
  • Baehr, H. D., "Thermodynamik", 5e ed., Springer-Verlag, Berlin, 1984.
  • Brodowicz, K. en T. Dyakowski, "Heat pumps", Butterworth-Heinemann Ltd, Oxford, 1993.
  • Dixon, S.L., "Fluid mechanics of turbomachinery", Pergamon Press, Oxford, 1978.
  • Moran, M.J. en H.N. Shapiro, "Fundamentals of Engineering Thermodynamics", Wiley, Chichester, 1992.
  • Traupel, W., "Thermische Turbomaschinen", Springer Verlag, Berlin, 1988.
Opmerkingen (Specifieke informatie over tentaminering, toelatingseisen, etc.):
Doel:
Doelstelling van dit college is een deel van de theorie uit de colleges elementaire warmte- en stromingsleer (wb1120) en thermodynamica (wb1221) voor werkelijk uitgevoerde machines (zoals een turbine of een warmtepomp) in de praktijk te brengen. Daarnaast wordt o.a. geillustreerd hoe men het begrip entropieproduktie in de componenten van een warmtepomp kringproces kan gebruiken om de bijdrage van elk der componenten tot de irreversibiliteit van het gehele systeem te kwantificeren.
Computer gebruik:
Practicum:
Ontwerp component:
De methodiek om de componenten die een grote bijdrage leveren aan de totale irreversibiliteit van dergelijke systemen te identificeren vergroot het inzicht in de consequenties van ontwerpkeuzes.
Percentage ontwerponderwijs: 30%.