Thermodynamik Übungen 4: 2. Hauptsatz, Wärme-Kraft

Thermodynamik Übungen 4: 2. Hauptsatz, Wärme‐Kraft‐Prozesse 1.
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Dampf bei 10 MPa, 800°C tritt in die erste Stufe einer Turbine ein. Der Druck am Ausgang beträgt 800 kPa. Angenommen, die Stufe arbeitet reversibel und adiabat, finden Sie die Temperatur am Ausgang sowie die spezifische Arbeit. (Änderung in der kinetischen Energie können vernachlässigt werden). Dampf tritt in eine Turbine bei 3 MPa, 450°C ein, expandiert in einem adiabaten, reversiblen Prozess und tritt bei 10 kPa wieder aus. Änderungen in der kinetischen Energie sind vernachlässigbar. Die Leistung der Turbine ist 800 kW. Was ist der Massenfluss an Dampf durch die Turbine? Für die einfache, in der Abbildung gezeigte Dampfkraftanlage, soll zusätzlich angenommen werden, dass Turbine und Pumpe adiabat und reversibel arbeiten. Außerdem sind kinetische und potenzielle Energien zu vernachlässigen. Bestimmen Sie a) die spezifische, von der Turbine abgegebene Arbeit, b) die spezifische, von der Pumpe aufgenommene Arbeit und die Enthalpie h4 sowie c) den thermischen Wirkungsgrad der gesamten Anlage. (Ergebnis: ‐1569kJ/kg; 20,1kJ/kg; 187,6kJ/kg; 0,428) Eine Wärmepumpe benutzt R‐134a als Arbeitsmedium. 0,1 kg/s R‐134a werden im Kompressor von 140 kPa, ‐10°C auf 1 MPa verdichtet. Wieviel Arbeit benötigt der Kompressor, wenn er reversibel (und adiabat) arbeitet? Wiederholen Sie Aufgabe 3. mit der Annahme, dass die isentropen Wirkungsgrade von Turbine und Kompressor jeweils 0,85 betragen. a. Wie ändert sich der Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerks? b. Berechnen Sie die spezifische Entropieproduktion im Dampfkessel, der adiabaten Turbine und im Kondensator. Die Wärmequelle für den Dampfkessel sind die heißen Verbrennungsabgase bei 1000°C. Der Kondensator benutzt als Senke einen Fluß von 15°C. 1 6.
Die in der Abbildung gezeigte Anlage dient zur Meerwasserentsalzung. Unter der Annahme, dass die Eigenschaften des Salzwassers mit denen reinen Wassers angenähert werden können, sollen bestimmt werden: 1) der der Massenfluss des Wassers, der entsalzt wird ( m& 7 ), wenn m& 1 = 10kg / s , 2) die spezifischen Größen wP und qH sowie 3) die Entropiebilanz des gezeigten Systems (Bestimmung von Sgen). Die Pumpe sei reversibel und adiabat. 7. In einem kleinen Kraft‐Wärme‐Kopplung‐Aggregat wird (im Dampferzeuger) Dampf von 3 MPa und 600 °C erzeugt und mit 25 kg/s an die Turbine abgegeben. Die Konden‐
satortemperatur sei am Ausgang 45 °C und bei 500 kPa wird von der Turbine Dampf angezapft und zu einem Teil in einen offenen regenerativen Speisewasservorwärmer gegeben (Mischkammer). Ein weiterer Teil, nämlich 5 kg/s, werden als Prozessdampf abgeführt. Die fehlenden 5 kg/s Wasser werden als Flüssigkeit von 20 °C und mit 500 kPa in die Mischkammer gegeben. Im Zustand 3 am Austritt der isobaren Mischkammer (Speisewasservor‐
wärmer) handelt es sich um gerade siedende Flüssigkeit. a. Um welchen Massefluss muss die Turbine angezapft werden? b. Wie hoch ist die insgesamt von der Turbine abgegebene Leistung? 2