1. Klausur in "Technischer Thermodynamik I
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UNIVERSITÄT STUTTGART INSTITUT FÜR THERMODYNAMIK UND WÄRMETECHNIK Apl. Professor Dr.-Ing. K. Spindler 1. Klausur in "Technischer Thermodynamik I" (WiSe2014/15, 11.12.2014) - VERSION 1 Name:______________________ Fachr.:_____________ Matr.-Nr.:________________ Es sind keine Hilfsmittel zugelassen. Zutreffende Aussagen sind anzukreuzen. Mehrere Antworten sind möglich. Falsche Antworten innerhalb einer Aufgabe führen zu Punktabzug. ------------------------------------------ KURZFRAGEN (11 Punkte) -------------------------------------------Aufgabe 1 Welche der folgenden Größen sind thermische Zustandsgrößen? a) Druck b) Volumen c) Enthalpie d) Entropie e) innere Energie Aufgabe 2 Der 1. HS eines thermodynamischen Systems lautet dh = vdp. Charakterisieren Sie das System bzw. die Zustandsänderung, wenn depot = dekin = 0 ist. a) Das System ist offen. b) Das System ist abgeschlossen. c) Das System ist bewegt. d) Die Zustandsänderung ist reversibel. e) Die Zustandsänderung ist adiabat. Aufgabe 3 Welche der folgenden Aussagen sind richtig? a) Die energetische Bewertung eines Wärme-/Kraftprozesses erfolgt mit dem thermischen Wirkungsgrad b) Die Leistungszahl eines Kältemaschinenprozesses entspricht der Leistungszahl eines Wärmepumpenprozesses. c) Wärmezufuhr erhöht die Entropie. d) Das Kreisintegral ∮ du ist für einen linksgängigen Kreisprozess größer Null. e) Ein Wärmepumpenprozess ist ein rechtsgängiger Kreisprozess. Aufgabe 4 Welche der folgenden Aussagen gelten bei einer reversiblen isothermen Druckabsenkung eines idealen Gases? a) Das Volumen nimmt ab. b) Die Entropie bleibt konstant. c) Die Entropie nimmt zu. d) Das Volumen nimmt zu. e) Die Enthalpie bleibt konstant. Aufgabe 5 Enthalpiezunahme ohne Temperaturzunahme tritt auf a) beim Phasenwechsel fest nach flüssig (Schmelzen). b) beim Phasenwechsel flüssig nach gasförmig (Verdampfen). c) bei der Wärmezufuhr im einphasigen dampfförmigen Zustand. d) bei der Wärmezufuhr im einphasigen festen Zustand. e) bei der Wärmezufuhr im einphasigen flüssigen Zustand. Aufgabe 6 Welche der folgenden Prozessgrößen können am geschlossenen System auftreten? a) Druckänderungsarbeit b) innere Energie c) Dissipationsarbeit d) Wärme e) Volumenarbeit Aufgabe 7 Die thermische Zustandsgleichung idealer Gase lautet: a) p·V = m·Ri ·T b) p·V = M·Rm ·T c) du = cp ·dT d) p·Vm = Rm ·T e) p·v = n·Ri ·T Aufgabe 8 Für eine reversible Zustandsänderung von 1 nach 2 ergibt sich folgende Formulierung des 1. HS: Q̇ 12 = ṁ (h2 - h1 ). Kennzeichnen Sie die zutreffenden Antworten: a) Die Zustandsänderung ist isotherm. b) Die Zustandsänderung ist isenthalp. c) Die Zustandsänderung ist isobar. d) Die Zustandsänderung ist isentrop. e) Die Zustandsänderung ist isochor. Aufgabe 9 Welche Aussagen treffen für Prozessabläufe im geschlossenen System zu? a) Zustandsänderungen werden mit konstantem Massenstrom durchgeführt. b) Zustandsänderungen werden mit konstanter Masse durchgeführt. c) Zur Darstellung genügt eine Skizze. d) Zur Darstellung werden drei Skizzen verwendet. e) Der Anfangszustand ist immer identisch mit dem Endzustand. Aufgabe 10 Für das T,s-Diagramm eines idealen Gases gilt: a) Isobaren verlaufen steiler als Isochoren. b) Isochoren verlaufen steiler als Isobaren. c) Wärme lässt sich als Strecke einzeichnen. d) Wärme lässt sich als Fläche einzeichnen. e) Wärme lässt sich nicht darstellen. ------------------------------------------ RECHENTEIL (10 Punkte) ---------------------------------------------Aufgabenstellung zu den Aufgaben 11, 12 und 13 In einem ruhenden starren Behälter mit dem Volumen V1 = 1 l befindet sich Stickstoff unter dem Druck p1 = 4 bar und der Temperatur ϑ1 = 12 °C. Es findet eine reversible Erwärmung um 10 K statt. Stickstoff kann als ideales Gas betrachtet werden (cv = 1040 J/(kg K); MN2 = 14 g/mol). Aufgabe 11 Wie groß ist das spezifische Volumen im Zustand 1? Berechnung: a) 0,423 m³/kg b) 4,23·10-4 m³/kg d) 5,93·10-3 m³/kg e) 2,88·10-4 m³/kg c) 0,288 m³/kg Aufgabe 12 Wie groß ist der Enddruck nach der Erwärmung? Berechnung: a) 6,21 bar d) 0,32 bar b) 3,86 bar e) 4,14 bar c) 2,18 bar Aufgabe 13 Welche Wärmemenge wird dem Behälter zugeführt? Berechnung: a) 24,586 J d) 36,111 kJ b) 36,111 J e) 29,289 J c) 24,586 kJ Aufgabenstellung zu den Aufgaben 14 und 15 Ein Massenstrom von 100 kg pro Stunde eines idealen Gases (Ri = 250 J/ (kg K)) wird in einem reversibel isotherm arbeitenden Verdichter vom Druck p1 = 200 kPa auf den Druck p2 = 10 bar verdichtet. Das ideale Gas hat eine Temperatur von 30 °C. Änderungen von kinetischer und potentieller Energie sind zu vernachlässigen. Aufgabe 14 Welche Leistung P12 = ṁ ·wt,12 muss dem Verdichter zugeführt werden? Berechnung: a) 3,39 kW d) 3393 kW b) 6,55 kW e) 12197 kW c) 23590 kW Aufgabe 15 Welcher Wärmestrom wird am Verdichter übertragen? Berechnung: a) -6,55 kW d) -12,2 MW b) -3,39 kW e) -23590 kW c) 3,39 kW Formelzusammenstellung - 1. Hauptsatz: geschlossenes System dU + dEkin + dEpot = dQ + dW mit dW = -pdV + dWdiss + dWmech offenes System dh + dekin + depot = dq + dwt mit dwt = vdp + dwdiss + dwmech potentielle Energie epot = g·z, kinetische Energie ekin = c² 2 du = cv·dT, - ideale Gase: ds = cv · ( dh = cp ·dT dT dv dT dp ) + Ri · ( ) = cp · ( ) - Ri · ( ) T v T p p·V = m·Ri ·T, p·V = n·Rm ·T = cp/cv; cp = cv + Ri ; cV,m = cV·M cp,m = cp·M reversibel adiabate Zustandsänderung: p·v = const., T·v-1 = const., -1 T/ [p ] = const. - Umrechnung: 1 bar = 105 Pa = 105 N/m2= 105 J/m3 - Schwerebeschleunigung: g = 9,81 m/s2 - Universelle (molare) Gaskonstante: Rm = 8,314 J/(mol K), Rm = M·Ri, M = - Mathematische Zusammenhänge: du ln(u) u - Bezeichnung von Vielfachen und Teilen der Einheit Zeichen Vorsatz Potenz Zeichen Vorsatz Potenz T Tera 1012 c Zenti 10-2 G Giga 109 m Milli 10-3 M Mega 106 Mikro 10-5 k Kilo 103 n Nano 10-9 h Hekto 102 p Piko 10-12 da Deka 101 f Femto 10-15 d Dezi 10-1 a Atto 10-18 m n
