laatst gewijzigd 08/12/2005

Vakcode: wb1224  

Vaknaam: Thermodynamica 2

ZIE OOK BLACKBOARD

ECTS studiepunten: 3

Faculteit der  Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek

Docent(en): Woudstra, ir. N.

Tel.:  015-27 82178

Trefwoorden:

tweede hoofdwet van de thermodynamica, entropie, exergie, exergie rendementen, stoomturbine kringproces, thermodynamische vergelijkingen, toestandsgrootheden, vrije energie (Helmholtz), vrije enthalpie (Gibbs)

Cursusjaar:

BSc 2e jaar

Semester:

1B

Coll.uren p/w:

4

Andere uren:

-

Toetsvorm:

schriftelijk

Tentamenperiode:

2, 3

(zie jaarindeling)

 

Voorkennis: wb1126wb

Wordt vervolgd door: wb4304, wb4302

Uitgebreide beschrijving van het onderwerp:

De tweede hoofdwet van de thermodynamica wordt geïntroduceerd tezamen met een beschouwing van enkele afleidingen. Vervolgens wordt de toestandsgrootheid entropie geïntroduceerd en worden mogelijkheden getoond om deze grootheid te gebruiker voor thermodynamische analyses.

Ook wordt de grootheid exergie gepresenteerd, een grootheid die eveneens gebaseerd is op de tweede hoofdwet van de thermodynamica, tezamen met enkele nuttige grootheden en hulpmiddelen voor het uitvoeren van exergie analyses (exergie verlies, exergie rendementen, waardediagram). In dit college wordt de definitie van exergie beperkt tot de thermo-mechanische exergie. Aanvullend worden enkele voorbeelden behandeld een analyse van eenvoudige installaties en componenten.

Het principe van het stoomturbine kringproces wordt getoond en mogelijkheden voor de optimalisatie van dit kringproces worden besproken, zoals de keuze van stoomdruk en –temperatuur en de toepassing van stoomoververhitting en -herverhitting.

Tot slot worden de thermodynamische relaties voor enkelvoudige compressibele stoffen behandeld. Enkele voorbeelden van toestandsvergelijkingen worden behandeld (de viriaal vergelijking, vergelijkingen met twee constanten en vergelijkingen met meerdere constanten) en de vrije energie en enthalpie worden geïntroduceerd. Uitgaande van de differentiaalvergelijkingen worden uitdrukkingen afgeleid voor )s, )u en )h in het eenfase gebied en wordt getoond hoe deze uitdrukkingen kunnen worden gebruikt voor de constructie van toestandsdiagrammen. Verder worden algemene diagrammen beschreven waarmee een schatting kan worden gemaakt van de verschillen in waarde voor de toestandsgrootheden van het werkelijke gas ten opzichte van de ideale gas toestand.

College materiaal:

Fundamentals of Engineering Thermodynamics, SI-version (3rd edition, 1998), M.J. Moran, H.N. Shapiro, John Wiley & Sons, ISBN 0 471 97960 0

Referenties vanuit de literatuur:

·         Thermodynamica voor energiesystemen. J.J.C. van Lier, N. Woudstra. (Delft University Press, ISBN 90-407-2037-1)

·         Thermodynamik. Eine Einführung in die Grundlagen und ihre technische Anwendungen. Baehr, H.D.. ISBN 3-540-08963-2

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

Het tentamen bestaat voor circa de helft uit open vraagstukken en voor de rest uit meerkeuzevragen

Doel:

De student kan:

  1. De tweede hoofdwet toepassen (met name de thermodynamische temperatuur) voor de evaluatie van systemen voor de productie van arbeid en koude

  2. Entropiebalansen opstellen en toepassen

  3. Praktische systeemgrenzen kiezen voor de thermodynamische evaluatie van apparaten (o.a. ketel, turbine, compressor, warmtewisselaar)  en eenvoudige installaties

  4. Energiebalansen opstellen en toepassen voor de evaluatie van apparaten en eenvoudige installaties

  5. Exergiewaarden berekenen (alleen thermo-mechanische exergie) van hoeveelheden energie en stof

  6. De verschillen tussen exergie en "availability" beschrijven

  7. Exergiebalansen opstellen en toepassen voor de evaluatie van apparaten en eenvoudige installaties

  8. Energie- en exergierendementen van apparaten en eenvoudige installaties definiëren en toepassen

  9. Processen in een eenvoudige centrale beschrijven en weergeven in toestandsdiagrammen

  10. De keuze van procesparameters en het effect van oververhitting en heroververhitting van stoom in een eenvoudige centrale beredeneren

  11. Enkele vergelijkingen (van de Waals, Redlich-Kwong, Beattie-Bridgeman, Benedict-Webb-Rubin) voor de beschrijving van het niet-ideaal gedrag van gassen beschrijven en toepassen (p, V, T waarden)

  12. Methoden beschrijven voor het bepalen van enthalpie en entropiewaarden van een stof uitgaande van p,V,T-vergelijkingen en gegevens over de soortelijke warmte

  13. Algemene thermodynamische vergelijkingen vereenvoudigen tot praktisch bruikbare vergelijkingen

  14. De methode van de overeenkomstige toestanden (corresponding states) verklaren en toepassen voor de bepaling van de werkelijke toestand (p, V, T waarden) van gassen

  15. De afwijking van enthalpie en entropie waarden ten opzichte van de waarde voor een ideaal gas bepalen met behulp van gegeneraliseerde diagrammen

 

Computer gebruik:

Practicum:

Ontwerp component:

Er is geen expliciete ontwerpcomponent. Wel wordt duidelijk gemaakt aan welke criteria goed ontworpen thermische machines moeten voldoen.

Percentage ontwerponderwijs:  25 %