MMVF01 Termodynamik och strömningslära Repetitionsfr˚agor ...

10.3 Diskutera följande åtgärders fördelar och ev. nackdelar för en given ideal ångkraftscykel
(eng. Ideal Rankine cycle):
(a) sänkning av kondensortrycket
Sänkning av kondensortrycket ger lägre kondenseringstemperatur d.v.s. lägre (medel-)temperatur vid processens
värmeavgivning. Detta ökar den termiska verkningsgraden eftersom η th,rev ≈ 1 − T L,avg /T H,avg .
För lågt tryck kan ge inläckage av luft. En sänkning av detta tryck innebär också att kondensorns storlek
ökar om kyleffekten skall bevaras vid samma massflöde (skillnaden mellan kondenseringstemperaturen
och kylvattnets temperatur minskar vilket kräver större värmeöverförande yta). Nettoeffekten ut ökar (vid
bibehållet massflöde). (s. 574/5, Fig. 10-6)
(b) ökning av ångtemperaturen vid turbinens inlopp
En ökad överhettning ökar medeltemperaturen vid processens värmetillförsel. Detta ökar den termiska
verkningsgraden eftersom η th,rev ≈ 1 − T L,avg /T H,avg . Denna åtgärd ökar dessutom ångkvalitén vid turbinens
utlopp, vilket är positivt (mindre risk för slitage och korrosion). En ökad överhettning kan dock leda
till materialproblem, den metallurgiska gränsen ligger vid ca. 650 ◦ C. Nettoeffekten ut ökar (vid bibehållet
massflöde). (s. 575, Fig. 10-7)
(c) ökning av trycket i pannan (bibehållen överhettning).
Genom att öka trycket i pannan ökar medeltemperaturen vid processens värmetillförsel vilket ökar den
termiska verkningsgraden eftersom η th,rev ≈ 1 − T L,avg /T H,avg . Vid bibehållen inloppstemperatur till turbinen
minskar ångkvalitén i turbinens utlopp. Om specifika ångmängden vid utloppet blir alltför låg uppstår
slitage och korrosion i turbinen. Ökat tryck i pannan kräver kraftigare inneslutning; ökade kostnader. Den
praktiska övre gränsen ligger idag vid ca. 30 MPa. (s. 575/6, Fig. 10-8)
10.4 Beskriv en ideal ångkraftscykel med mellanöverhettning i ett steg (eng. Ideal reheat Rankine
cycle). Förutsätt lika inloppstemperatur för de bägge turbinerna. Markera värme- och arbetsutbyten.
Hur ändras processens termiska verkningsgrad med antalet överhettningssteg?
Motivera. Illustrera med T -s–diagram.
Med fler turbinsteg med mellanöverhettning mellan dessa kan verkningsgraden ökas med bibehållen högsta
överhettningstemperatur och ökat tryck i pannan utan att det sker slitage och korrosionsproblem med vätskeutfällning
i den avslutande turbinen. Diagram för ideal process med en mellanöverhettning visas i Fig.
10-11. Den termiska verkningsgraden ökar med antalet steg eftersom medeltemperaturen vid värmetillförseln
ökar, se Fig. 10-12. (s. 578/9)
CH. 11 — KYLPROCESSER
11.1 Beskriv den ideala enkla kylmaskinprocessen av ångkompressionstyp m.h.a. T -s–diagram eller
P -h–diagram. Markera värme- och arbetsutbyten samt ange ett uttryck på processens
köldfaktor (alt. värmefaktor).
Se Fig. 11-3 (T -s) alt. Fig. 11.5 (P -h); köldfaktor, COP R = Q L /W in = Q L /(Q H − Q L ); värmefaktor,
COP HP = Q H /W in = Q H /(Q H − Q L ) = COP R + 1. (s. 626–628)
11.2 Förklara varför köldmediet i en kylmaskin oftast är (a) underkylt vid utloppet från kondensorn
resp. (b) överhettat vid inloppet till kompressorn.
Det är svårt att pricka mättnadslinjerna perfekt (a, b). En ökad underkylning i utloppet från kondensorn
ökar kyleffekten vid givet massflöde (a). En viss överhettning sker normalt efter förångaren p.g.a. det oftast
stora avståndet mellan denna och kompressorn (b). Tillståndet vid inloppet till kompressorn bör vara
(något) överhettat för att undvika korrosionsproblem och minska slitaget (b). (s. 630/1)
11.3 Ange minst två önskvärda tekniska egenskaper för ett köldmedium. Förklara varför de angivna
egenskaperna är önskvärda.
(1) Låg mättnadstemperatur omkring P = 1 atm (förångningstrycket är oftast strax över 1 atm; ju lägre
temperatur ju högre kyleffekt vid given förångarstorlek).
(2) Mättnadstrycket runt 30 ◦ C (normal temperatur vid kondensorns utlopp) bör ej vara för högt (materialproblem,
tätning).
(3) Ångbildningsentalpin omkring P = 1 atm så hög som möjligt (lågt massflöde vid given kyleffekt).
(4) Volymiteten för mättad ånga omkring 1 atm så låg som möjligt (minskad kompressoreffekt vid givet
massflöde). (s. 633/4)
CH. 12 — TERMODYNAMISKA SAMBAND
12.1 Definiera
(a) Helmholtz funktion a
a = u − T s, där u är inre energi och s entropi, bägge per massenhet. (s. 675)
12