Energitekniske grundfag 5 ECTS
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
Formål Tilegne terminologien for fagområdet Opstile en model for energi-system/maskine Simple beregninger Programmeringsteknik
Blooms taksonomi Energitekniske grundfag
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
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)
Litteratur Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences by Cengel and Turner Dækker det termiske område på 1-3 sem.
Tilegnelse af viden 1. Læs teksten i bogen 2. Hør på forelæsningen 3. Løs opgaver 4. 5. Anvend i projekt
Dagens lektion Design-processen Termodynamiske grundbegreber og koncepter
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
klassificering af design Modificering af eksisterende design Udvælgelse af eksisterende komponenter til nyt system Udvikling af helt nyt apparat
Grundlag for ændringer Reducering af produktionsomkostninger Forbedre performance, kvalitet Reducer vægt, volume, støj, energiforbrug.. Imødekom miljøkrav
Design-grundlaget
Problem identifikation Identificer grundlæggende virkemåde for et system/komponent Identificer krav til produktet
Design processen Eksempel: Elektrisk varmeovn
0. behov Et rum skal have en behaglig temperatur
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
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
2b. Konceptdesign og evaluering Nye features Styrker/svagheder Æstetik
2c. markedsundersøgelse Er der behov for en varmeovn? Hvor mange kan der sælges?
3a. Detaljeret design Installeret effekt Materialevalg Sikkerhedsforanstaltninger Produktions hensyn Standarder og lovkrav Genanvendelighed
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]
Punkt 4.-7. 4. Overbevis bossen! 5. Produktionsmodning 6. Produktionsanlæg 7. PR.
Projektarbejde AAU Initierende problem Problemanalyse Problemformulering Problemløsning Punkt 0. Punkt 1.-2. Punkt 3.a Punkt 3.b
Del 2: Grundbegreber Tryk Hvad er tryk? Hvad er opdrift? Hvordan måler vi tryk? Simple beregninger
Tryk Barometer Højtryk/Lavtryk Nedtrykt!
Barometeret og Pascal Baros tyngde metron måling Puy de dome bjerget Blaise Pascal & co
Atmosfærisk tryk Atmosfærisk Tryk
Tryk Definitioner 1 N 2 [ ] [ ] 1 Pa =1 N 1 m 1 m 2 5 1 Bar =10 Pa 6 1 MPa =10 Pa 1 atm =101325 Pa 1 Bar
egenskaber Tryk har ingen retning Tryk virker vinkelret på en overflade
Densitet/massefylde 3 massefylde [kg/m ]=masse / rumfang Ved stuetemperatur Luft 1,23 kg/m 3 Vand 1000 kg/m 3 Vand
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
Gauge Tryk p = ρgh + p atm vapor P, = 0,16Pa vapor kviksølv patm ρgh
Gauge Tryk
eksempel Trykket på bunden af en sø Søen er 10m dyb og har en temperatur på 10 C p = ρgh + p abs atm 3 2 5 1000kg/m 9,8m/s 10m 10 Pa = + =198000Pa 2atm
Tryk fordelinger Pa = Pb = Pc = Pd PA = PB = PC PD
Stempler Pascal s princip p F F F A = p = = A A F A 1 2 1 2 2 2 1 2 1 1
Tryk målinger pa = ρ1gh1 pa = ρ2gh2 ρ1gh1 p ρ gh for ρ ρ A 2 2 1 2
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
Resulterende kraft
Lift og Drag
Archimedes princip F = ρ gv B medium body F = ρ gv g body body F ( ρ ρ ) = gv R body medium body
Stabilitet
Opgaver Væk sidemanden, det er tid til opgaveregning! 2-25c, 2-37, 2-41, 2-43, 2-67, 2-70