Energitekniske grundfag 5 ECTS

Transkript

1 Energitekniske grundfag 5 ECTS

2 Kursusplan 1. Jeg har valgt energistudiet. Hvad er det for noget? 2. Elektro-magnetiske grundbegreber 3. Introduktion, grundbegreber og the Engineering Practice 4. Elektro-magnetiske grundbegreber 5. Energi-transport og -analyse 6. Termodynamiske egenskaber 7. Workshop Hvad er et energisystem for noget? 8. Energi-analyse af lukkede systemer 9. Workshop Hvordan virker energimaskiner? 10. Elektriske kredsløb, magnetisme, elektromekanik 11. Masse- og energi-analyse af kontrol volumer 12. Elektriske kredsløb, magnetisme, elektromekanik 13. Termodynamikkens 2 lov 14. Bernoulli-ligningen og dens anvendelse 15. Grundlæggende varmeledning

3 Primær læsning: Chapter 7 Dagens litteratur

4 Dagens lektion Introduktion til Termodynamikkens 2 lov

5 Termodynamikkens 2. hovedsætning Ved enhver proces vil universets samlede entropi vokse 1 lov: energien er altid bevaret 2 lov: energien vil altid løbe den ene vej I virkelige processer strømmer varmen fra det varme reservoir til det kolde og aldrig omvendt!

6 Termodynamikkens 2. HS. Termodynamikkens 1. HS. tillader at processen kan vendes energien er jo stadigvæk bevaret! 2. HS. siger at processen kun kan gå i én retning, så situationen på højre side vil være umulig!

7 Nogle intuitive spørgsmål... I følge 2. HS er der forskel på energikvalitet. Hvad er mest værd varme eller arbejde? Energi i form af varme har meget varierende kvalitet. Hvad ville være gode mål for varmeenergikvaliteten? (Sisyfos)

8 kvalitet vs kvantitet

9 kvalitet vs kvantitet

10 Varmekraft maskiner Dampkraftværket er det perfekte eksempel på en varmekraftmaskine (VKM). En almindelig bilmotor er ikke en VKM, men principperne kan også anvendes på Otto- og Dieselprocesserne (benzin- og dieselmotorer)

11 Effectivitet En varmekraftmaskine kan ikke køre rund I en cyklus uden afgivelse af varme!

12 Effektivitetsdefinitioner analyse af en VKM: 1. HS giver : W NET + QH + QL = 0 Vi vil have et mål for anlæggets effektivitet (termisk virkningsgrad): Virkningsgrad =η = Hvad vi gerne vilopnå Prisen for at opnå ovenstående I langt de fleste tilfælde ønsker vi at få VKM en til at producere arbejde og varmemængden tilført ved det høje temperaturniveau er prisen. Lavtemperatur-varmeafgivelsen er som regel gratis : W Q η = = 1 Q Q NET L = H H W HV NET Brændslets brændværdi i tilfælde af forbrænding husk forskel på LHV og HHV!!

13 Brændværdier (LHV vs. HHV) HHV (Higher Heating Value ~ Øvre brændværdi): Bliver brugt når alt vandet der bliver dannet ved en forbrændingsproces er på væskeform (dette er en fysik korrekt reference baseret på dannelses-entalpier). LHV (Lower Heating Value ~ Nedre brændværdi): Bliver brugt når alt vandet der bliver dannet ved forbrænding er på dampform (denne konvention blev udviklet fordi dampen normalt ikke bidrager til varmeproduktionen i en kedel eller VKM). 1. HS er altså ikke opfyldt (!).

14 Totalvirkningsgrad inkluderer alle parasitiske tab: For et dampkraftværk gælder typisk: η = η η η η η total, th forbrænding termisk generator transmissionsnet etc... 14

15 Kølemaskiner og varmepumper

16 Kølemaskiner og varmepumper

17 Kølemaskiner og varmepumper (DK) VARMEDRÆN (Det der skal opvarmes!) Drøvleventil/ kapilarrør Kompressor VARMEKILDE (Det der skal køles!) 17

18 Coefficient Of Performance (COP) COP Køl Q = W L NET, in = QL Q Q H L COP VP Q = W H NET, in = QH Q Q H L COP VP = COPKøl +1 (Coefficient Of Performance > 1 for VP)

19 Evighedsmaskiner En perpetuum mobile af første art er en maskine som ikke opfylder 1. HS. En perpetuum mobile af anden art er en maskine som ikke opfylder 2. HS. 19

20 Eksempel (dampkraftværk): Beregn turbinearbejdet og den termiske virkningsgrad: 65MW VARMEKILDE Kedel (Damp) Turbine Det antages at varmetab fra arbejdsmediet i rør er minimale og at pumpearbejdet er meget lille. (Vand) W NET = Q H Q L = 65 MW 40MW = 25MW Pumpe (Vand) (Damp) Kondensator 40MW VARMEDRÆN W ηth = Q NET H = 25MW 65MW 38% 20

21 7-21, 7-28, 7-44, 7-50, 7-56 Opgaver