MMVF01 Termodynamik och strömningslära Repetitionsfr˚agor ...

8.2 Definiera alt. förklara vad som menas med användbart arbete (eng. useful work). Hur skiljer
sig det verkliga arbetet från det användbara arbetet? Nämn ett fall där dessa är lika.
Det användbara arbetet för en process är det verkliga arbetet minus det arbete som inte kan nyttiggöras.
Det arbete som inte kan nyttiggöras är det volymändringsarbete som åtgår för att trycka undan omgivande
luft, W surr = P 0 (V 2 − V 1 ), där P 0 är omgivningens tryck. För alla isokora processer är W surr = 0 d.v.s.
W u = W , liksom för alla kretsprocesser. (s. 438)
8.3 (a) Definiera alt. förklara vad som menas med reversibelt arbete. Hur skiljer sig det reversibla
arbetet från det användbara arbetet?
Reversibelt arbete = maximalt användbart arbete för en process med givet begynnelse- och sluttillstånd.
Skillnaden mellan det reversibla arbetet och det användbara arbetet är den tappade arbetsförmågan, processens
irreversibilitet. (s. 438)
(b) När är det reversibla arbetet lika med exergin?
Det reversibla arbetet är lika med exergin då sluttillståndet är det döda tillståndet, d.v.s. då systemet är i
jämvikt med omgivningen. (s. 434, 438)
8.4 Definiera termodynamisk effektivitet η II (“verkningsgrad enligt andra huvudsatsen”) för en
(a) värmemotor
= kvot mellan faktisk termisk verkningsgrad och d:o för en motsvarande reversibel process, η II = η th /η th,rev .
(s. 442)
(b) arbetsgivande process
= kvot mellan processens användbara arbete och motsvarande reversibla arbete, η II = W u /W rev .
(s. 443)
(c) arbetskrävande process
= kvot mellan processens reversibla arbete och motsvarande användbara arbete, η II = W rev /W u .
(s. 443)
(d) kylmaskin eller värmepump
= kvot mellan faktisk köldfaktor/värmefaktor och d:o för en motsvarande reversibel process,
η II = COP/COP rev . (s. 443)
8.5 Det användbara arbetet för en process med ett enkelt kompressibelt system i en viss omgivning
med tryck P 0 och temperatur T 0 kan skrivas:
W u = (U 1 − U 2 ) + P 0 (V 1 − V 2 ) − T 0 (S 1 − S 2 ) − T 0 S gen
Definiera exergin för systemet i utgångstillståndet, X 1 = mφ 1 .
För att få exergin skall sluttillståndet vara det döda tillståndet (tillstånd 2 i jämvikt med omgivningen, index
noll) och processen vara reversibel (S gen = 0), d.v.s. X 1 = mφ 1 = (U 1 − U 0 ) + P 0 (V 1 − V 0 ) − T 0 (S 1 − S 0 ).
(s. 446)
CH. 9 — GASCYKLER
9.1 En arbetsgivande (cyklisk) kretsprocess med en perfekt gas består av följande delprocesser:
1 → 2 isobar värmeavgivning,
2 → 3 adiabatisk tryckhöjning i kompressor,
3 → 4 isokor tryckhöjning,
4 → 5 isobar värmetillförsel,
5 → 1 isoterm expansion.
Alla delprocesser utom (2 → 3) kan betraktas som internt reversibla.
(a) Rita upp processen i P -v– och T -s–diagram.
(b) Markera värmeutbyten samt ange med hjälp av dessa ett uttryck på processens termiska
verkningsgrad.
Arbetsgivande process d.v.s. medurs rotation i både P -v– och T -s–diagram.
P -v–diagram:
1 → 2 P 2 = P 1 , v minskar, bortfört värme qout;
12
2 → 3 P ökar, v minskar, streckad linje ty icke-kvasistatisk;
3 → 4 P ökar, v 4 = v 3 , tillfört värme qin 34;
4 → 5 P 5 = P 4 , v ökar; tillfört värme qin 45;
5 → 1 P minskar, v ökar, tillfört värme qin 51.
T -s–diagram:
1 → 2 T minskar, s minskar, bortfört värme qout;
12
2 → 3 T ökar, s ökar, streckad linje ty icke-kvasistatisk;
9