Vakcode: wb4100

Vaknaam: Thermodynamica 1

Zie ook BLACKBOARD

Het betreft een college

ECTS studiepunten: 3

Faculteit der Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek

Docent(en): Infante Ferreira, dr.ir. C.A , Westerweel, prof.dr.ir. J. 

Tel.:  015-27 84894

Trefwoorden:

Thermodynamische systemen.

Arbeid, kinetische energie en potentiële energie.

Thermodynamische eigenschappen.

Massa- en energiebehoud voor een controle volume.

Ideaal gas model. Warmteoverdracht processen

Tweede wet van Thermodynamica.

Arbeidsleverende kringprocessen.

Cursusjaar:

BSc 1e jaar

Semester:

2A

Coll.uren p/w:

4

Andere uren:

Toetsvorm:

schriftelijk

Tentamenperiode:

2A, 2B

(zie jaarindeling)

Voorkennis:

Natuurkunde VWO

Wordt vervolgd door:

wb1224, wb4304

Uitgebreide beschrijving van het onderwerp:

Thermodynamische systemen. Eigenschappen, toestand, proces en evenwicht. Eenheden voor massa, lengte, tijd en kracht. Specifieke volume en druk. Temperatuur. Systematiek voor de oplossing van thermodynamische problemen.

Arbeid, kinetische energie en potentiële energie. Energie overdracht door arbeid.

Energie van een systeem. Energiebehoud van gesloten systemen. Energie analyse van kringprocessen.

Eigenschappen van zuivere compressibele stoffen in evenwicht. Toestand van een stof. Druk – specifiek volume – temperatuur relatie. Thermodynamische eigenschappen. Druk – specifiek volume – temperatuur relatie voor gassen.

Ideaal gas model. Massabehoud voor een controle volume. Energiebehoud voor een controle volume.

Analyse van controle volumes in stationaire toestand. Energievergelijking voor open systemen: turbine, smoren, warmtewisselaar.

Energie overdracht door warmte. Warmteoverdracht processen. Vormen van warmteoverdracht. Gecombineerde warmteoverdracht. Warmtegeleiding. Kritische isolatie dikte.

De tweede wet van Thermodynamica. Inleiding. Clausius en Kelvin-Plank formuleringen. Irreversibele en reversibele processen. Tweede wet formulering voor kringprocessen.

Rendement van reversibele arbeidsleverende kringprocessen, koude kringprocessen en warmtepompen. Carnot kringproces. Ongelijkheid van Clausius. Definitie van entropie verandering. Isentropische processen met ideaal gassen.

Arbeidsleverende kringprocessen. Papin, Stirling, Carnot, Ericsson, Joule-Brayton, Otto kringprocessen.

Ottomotor. Standaard diesel proces. Joule-Brayton proces.

Regeneratieve gasturbines. Regeneratieve gasturbines met naverwarmer en interkoeler. Gasturbines voor vliegtuig voortstuwing. Ericsson kringlopen

Invloed drukverhouding op vermogen. Motor van Maserati met turbocharger en interkoeler.

College materiaal:

·          Moran, M.J. and H.N. Shapiro “Fundamentals of Engineering  Thermodynamics”, SI-Version. 3^rd Ed., 1998. Wiley and Sons, Inc., New York. ISBN 0-471-97960-0 (dit boek wordt ook gebruikt bij Thermodynamica 2, tweedejaars project Energie en Thermodynamica 3).

• Mills, A.F., "Basic heat and mass transfer", 2^nd Ed., 1999. Prentice-Hall. ISBN 0-13-096247-3. (dit boek wordt ook gebruikt bij Stromingsleer 1)

Referenties vanuit de literatuur:

Opmerkingen (specifieke informatie over tentaminering, toelatingseisen, etc.):

Het tentamen bestaat uit 13 meerkeuze vraagstukken (theorie en eenvoudige vraagstukken) en 2 open vragen (1 uit colleges 1 t/m 7, 1 uit colleges 8 t/m 14).

Leerdoelen:

De student kan:

1. Een analyse maken van thermodynamische systemen op basis van de controle volume methode en van behoud van massa en energie; kringprocessen optimaliseren op basis van de tweede wet van de Thermodynamica

2. De verschillende verschijningsvormen van energie (inwendige, warmte, arbeid, elektrische, potentiële, kinetische energie) beschrijven

3. Druk – specifiek volume – temperatuur relatie van zuivere stoffen beschrijven

4. De controle volume methode toepassen, voor wat betreft massabalans en de eerste hoofdwet 

5. Rendement, arbeid en opgenomen en afgestane warmte bij (kring)processen berekenen

6. Een analyse maken van thermodynamische processen met fase overgang (verdamping en condensatie)

7. Processen en kring-processen evt. met fase-overgangen weergeven in p-T, p-v en T-v diagrammen

8. Druk, temperatuur, en/of (specifiek) volume berekenen voor gegeven condities met behulp van het ideale gasmodel

9. De verschillende vormen van energie overdracht door warmte benoemen en globaal kwantificeren. (geleiding, straling en convectie)

10. De Clausius en Kelvin-Plank formuleringen van de tweede wet van de Thermodynamica beschrijven

11. Isentropische processen met ideaal gassen (met constante c_p en c_v en voor c_p en c_v als functie van temperatuur) berekenen

12. Een analyse maken van de deelprocessen van arbeidsleverende (verbrandingsmotor / turbine) kringprocessen en juiste aannamen doen voor (deel)proces benadering: isochoor, isobaar, adiabatisch, isotherm, polytroop, reversibel

13. Getabelleerde thermodynamische grootheden hanteren om (systeem)berekeningen uit te voeren

Computer gebruik:

Bij de voorgeschreven boeken is software voor demonstraties en oefeningen.

Practicum:

Ontwerp component:

Thermodynamica wordt, in combinatie met stromingsleer en warmte- en stofoverdracht, ingezet om bijvoorbeeld automotoren, turbines, compressoren, pompen, elektriciteit opwekkinginstallaties, cryogenische-, koel- en klimaat-installaties en duurzame energieconversie installaties te analyseren en ontwerpen.

Percentage ontwerponderwijs:  0 %