2010-10-19 - Lunds Tekniska Högskola

Lunds universitet
Lunds tekniska högskola, LTH
Institutionen för Energivetenskaper
TENTAMEN I MMVA01 TERMODYNAMIK MED STRÖMNINGSLÄRA,
tisdag 19 oktober 2010, kl. 8.00–12.00.
OBS! Före tentamens början skall hjälpmedlen lämnas på av vakten anvisad
plats. Teoridelen löses först utan hjälpmedel och inlämnas, till vakten,
varefter hjälpmedlen får användas vid lösandet av problemen.
Tillåtna hjälpmedel vid problemen:häftetTermodynamik–sammanfattningar,
tabeller, m.m., formelblad i termodynamik, Kompendium i grundläggande
strömningslära, formelsamlingar; tabellverk; egenhändigt sammansatt formelsamling;
föreläsningsanteckningar; kopior av föreläsningsmaterial; räknedosa.
Lösta exempel (helt eller delvis), utöver de som finns i kurslitteraturen, får
ej förekomma vid tentamen.
TEORIDEL
T1. Definiera eller förklara kortfattat
(a) fluid
(b) stagnationspunkt
(c) motståndskoefficient C D
(0.5p)
(0.5p)
(0.5p)
OBS! Vid definition via matematiskt uttryck skall ingående storheter
klarläggas.
T2. Beskrivhuretts.k.Prandtlrörfungerarsamthärledettuttryckpåströmningshastigheten.
Illustrera.
(2.5p)
T3. Angeimpulsekvationenvidstationärströmninggenomenicke-accelererande
och stel kontrollvolym med flera in- och utlopp. Förutsätt endimensionella
(homogena) förhållanden över tvärsnitt. Ange också ett flödesvillkorsomföljeravmassbalans.Ingåendestorheterskallklarläggas.(2p)
PROBLEMDEL, se nästa sida!

PROBLEMDEL
P1. Luft vid 100 kPa och 300 K komprimeras adiabatiskt och internt reversibelt
i en cylinder med rörlig kolv, från 72 dm 3 till 10 dm 3 . Luftens
ändring i potentiell energi är försumbar.
Luften kan behandlas som en ideal gas (varierande c p och c v ).
Bestäm
(a) temperatur och tryck efter kompressionen
(b) kompressionsarbetet W b,in
Ledning: adiabatisk och internt reversibel process = isentrop process
(5p)
(3p)
P2. Ien kylmaskinmed R-134asomarbetsmediumskeradiabatiskstrypning
från 800 kPa och 30 ◦ C till140 kPa. Arbetsmedietpasserar sedan igenom
förångaren som är i kontakt med ett kylutrymme som håller temperaturen
4.5 ◦ C. Vid utloppet från förångarenär temperaturen−10 ◦ C; trycket
är oförändrat, 140 kPa. Massflödet är 0.048 kg/s. Ändringar i kinetisk
och potentiell energi kan försummas.
Beräkna
(a) förångarens kyleffekt, ˙Q L
(b) den beskrivna processens entropigenerering per tidsenhet
(5p)
(3p)
P3 och P4, se nästa sida!

P3. För en tredimensionelldiamantformadkropp, med karakteristiskdimension229mm,
uppmätsivindtunnelföljandeströmningsmotståndF D vid
olika hastigheter U (torr luft; 25 ◦ C, 101 kPa):
U [m/s] 11.6 14.6 17.1 18.6 25.0 37.5
F D [N] 8.67 13.4 18.2 21.5 38.7 87.0
Bestäm strömningsmotståndet för en dylik kropp, med karakteristisk
dimension 381 mm, som vid samma anströmningsvinkel är utsatt för
vattenströmning vid 10 ◦ C med hastigheten 1.85 m/s. Strömningen är
opåverkad av den fria vattenytan.
(8p)
P4. I ett rör med innerdiametern 300 mm strömmar vatten vid 70 ◦ C. Rörets
ekvivalenta skrovlighet (ytråhet) är ǫ = 0.30 mm. En venturimeter
(inloppsdiameter D = 300 mm, diameter i minsta sektion d = 200 mm)
finns inkopplad i början av en 18.5 m lång horisontell del av röret. Venturimeterns
utströmningskoefficient är 0.98 (c d = 0.98); dess engångsförlustkoefficient
baserad på hastigheten i minsta sektion är 0.12 (K L =
0.12). En U-rörsmanometer med kvicksilver (densitet 13.55 kg/dm 3 ),
ansluten till venturimeterns minsta sektion och inloppssektionen, visar
på en höjddifferens av 14.5 mm (g = 9.82 m/s 2 ).
Bestäm
(a) vattnets massflöde
(4p)
(b) tryckförlusten i den horisontella rördelen, inkl. venturimeter (4p)
Maximal poängsumma är 40, inkl. bonus (max. 2 poäng).
För godkänt krävs 18 poäng.
18 oktober 2010
Christoffer Norberg