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. Varmeledning og termiske netværk

3 Formål Tilegne terminologien for fagområdet Opstile en model for energi-system/maskine Simple beregninger Programmeringsteknik

4 Blooms taksonomi Energitekniske grundfag

5 Motivation Fordi kursusholder siger det er vigtig! Fordi i helt sikkert vil få brug for noget af det senere i studiet Fordi i skal bestå kurset for at graduerer 80% deltagelse (11/13 lektioner) Godkendt individuel opgave

6 Hvad er ECTS? European Credit Transfer System 1 ECTS = 28 timers arbejde (3,5 dage á 8 timer) 11 lektioner a 4 timer 2,0 ects 2 workshops a 8 timer 0,5 ects Individuel opgave 1,5 ects Selvstændig læsning 1 ects (2 timer per lektion)

7 Litteratur Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences by Cengel and Turner Dækker det termiske område på 1-3 sem.

8 Tilegnelse af viden 1. Læs teksten i bogen 2. Hør på forelæsningen 3. Løs opgaver Anvend i projekt

9 Dagens lektion Design-processen Termodynamiske grundbegreber og koncepter

10 Engineering design Processen der omhandler udformningen af et system, komponent eller proces der imødekommer kravspecifikationen Design af køleribbe til CPU Design af kølesystem til CPU Design af PC

11 klassificering af design Modificering af eksisterende design Udvælgelse af eksisterende komponenter til nyt system Udvikling af helt nyt apparat

12 Grundlag for ændringer Reducering af produktionsomkostninger Forbedre performance, kvalitet Reducer vægt, volume, støj, energiforbrug.. Imødekom miljøkrav

13 Design-grundlaget

14 Problem identifikation Identificer grundlæggende virkemåde for et system/komponent Identificer krav til produktet

15 Design processen Eksempel: Elektrisk varmeovn

16 0. behov Et rum skal have en behaglig temperatur

17 1. Specifikationer og krav Varmeovnen skal bruges til at opvarme et gennemsnitlig rum Den skal være transportable (let, kompakt, holdbar) Købsprisen skal være sådan at folk har råd til den Den skal være supplement til centralvarme Den skal bruge 220 V Den skal overholde miljøkrav, sikkerhedskrav

18 2a. Detaljerede specifikationer og krav Definer et gennemsnitligt rum Konsulter et antal husplaner, udarbejd gennemsnit: (6x6x2.5m) Den er et supplement til centralvarme Centralvarme vil opretholde en temperatur i rummet på minimum 10 C Den skal hæve temperaturen i rummet fra 10 til 20 C Den skal have en termostat eller 2-3 effektniveauer (high, medium, low) Lyd.., Sikkerhed, vægt, dimensioner, pris

19 2b. Konceptdesign og evaluering Nye features Styrker/svagheder Æstetik

20 2c. markedsundersøgelse Er der behov for en varmeovn? Hvor mange kan der sælges?

21 3a. Detaljeret design Installeret effekt Materialevalg Sikkerhedsforanstaltninger Produktions hensyn Standarder og lovkrav Genanvendelighed

22 3.b dimensionering Estimer nødvendig varmeoverførsel til rummet Varmeafgivelse fra rummet til omgivelserne Antallet af personer i rummet Estimer overflade arealet på varmeaggregatet Maksimum temperatur på varmeaggregat Estimer varmeovergangskoefficienten (convective heat transfer coefficient) Evaluer mulige layout Qconv = ha Ts T ( ) [ W]

23 Punkt Overbevis bossen! 5. Produktionsmodning 6. Produktionsanlæg 7. PR.

24 Projektarbejde AAU Initierende problem Problemanalyse Problemformulering Problemløsning Punkt 0. Punkt Punkt 3.a Punkt 3.b

25 Del 2: Grundbegreber Tryk Hvad er tryk? Hvad er opdrift? Hvordan måler vi tryk? Simple beregninger

26 Tryk Barometer Højtryk/Lavtryk Nedtrykt!

27 Barometeret og Pascal Baros tyngde metron måling Puy de dome bjerget Blaise Pascal & co

28 Atmosfærisk tryk Atmosfærisk Tryk

29 Tryk Definitioner 1 N 2 [ ] [ ] 1 Pa =1 N 1 m 1 m Bar =10 Pa 6 1 MPa =10 Pa 1 atm = Pa 1 Bar

30 egenskaber Tryk har ingen retning Tryk virker vinkelret på en overflade

31 Densitet/massefylde 3 massefylde [kg/m ]=masse / rumfang Ved stuetemperatur Luft 1,23 kg/m 3 Vand 1000 kg/m 3 Vand

32 Hydrostatisk Tryk z p 1 g ρg p 2 Fz = maz = 0 p2 x y p1 x y ρg x z y = 0 p= p p = ρg z 2 1 W

33 Gauge Tryk p = ρgh + p atm vapor P, = 0,16Pa vapor kviksølv patm ρgh

34 Gauge Tryk

35 eksempel Trykket på bunden af en sø Søen er 10m dyb og har en temperatur på 10 C p = ρgh + p abs atm kg/m 9,8m/s 10m 10 Pa = + =198000Pa 2atm

36 Tryk fordelinger Pa = Pb = Pc = Pd PA = PB = PC PD

37 Stempler Pascal s princip p F F F A = p = = A A F A

38 Tryk målinger pa = ρ1gh1 pa = ρ2gh2 ρ1gh1 p ρ gh for ρ ρ A

39 eksempel En lukket tank indeholde komprimeret luft og olie (ρ=900kg/m 3 ). Et U-rør manometer indeholdende kviksølv (ρ=13600kg/m 3 ) er forbundet til tanken. For h 1 =0,9m, h 2 =15cm og h 3 =23cm bestem trykvisningen på pressure gauge. Trykket ved punkt 1: p = p + ρ g h + h Trykket ved punkt 2: p p ( ) 1 air oile 1 2 = ρ = p 2 1 ( ) g h 2 Hg 3 eller ( ) ρ ( ) p + ρ g h + h = g h air oile 1 2 Hg 3 pair = ρhg g ( h3) ρoileg ( h1+ h2) = 0.21bar

40 Resulterende kraft

41 Lift og Drag

42 Archimedes princip F = ρ gv B medium body F = ρ gv g body body F ( ρ ρ ) = gv R body medium body

43 Stabilitet

44 Opgaver Væk sidemanden, det er tid til opgaveregning! 2-25c, 2-37, 2-41, 2-43, 2-67, 2-70