Παραδοχή: ο αέρας είναι τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝ ΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΑΟΝΙΚΗΣ Α Εξεταστική Περίοδος - 4 Μαΐου 2007 ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ - ΙΑΡΚΕΙΑ : 1 ώρα 40' ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ 1. Αφού συµβουλευτείτε τα αποτελέσµατα σχετικών επιλυµένων ασκήσεων, να παρασταθεί ποιοτικά σε διάγραµµα θερµοκρασίας-χρόνου η χρονική µεταβολή της θερµοκρασίας των παρακάτω σηµείων 4-χ βενζινοκινητήρα κατά τη διάρκεια τυπικής σταθερής λειτουργίας: α) ενός σηµείου εντός του θαλάµου καύσης (που καταλαµβάνεται από το εργαζόµενο αέριο), β) ενός σηµείου στο εσωτερικό του εµβόλου σε βάθος 10 mm από την άνω επιφάνεια του. [2.0] Υπόδειξη: βλ. συνηµµένο διάγραµµα 2. α) Ξεκινώντας από το αρχικό σηµείο 1 µε θερµοκρασία θ1 και πίεση pmin να σχεδιαστούν σε κοινό διάγραµµα p-v και T-s ένας θερµικός κύκλος Otto και ένας Joule που να µην υπερβαίνουν σε κανένα σηµείο τους τη µέγιστη πίεση pmax [1.5] β) Με αναφορά σε σχετικά κριτήρια σχεδίασης, αποφανθείτε αιτιολογηµένα για το ποιος από τους παραπάνω δύο κύκλους θα παρουσιάζει το µεγαλύτερο βαθµό απόδοσης [2.5] ΑΣΚΗΣΗ Στο θάλαµο καύσης µονοκύλινδρης παλινδροµικής µηχανής µε λόγο συµπίεσης 10,5 περιέχονται 400 cm3 αέρα πίεσης 1bar και θερµοκρασίας 30 C, στη θέση του εµβόλου Κάτω Νεκρό Σηµείο (ΚΝΣ). Στη συνέχεια το αέριο υφίσταται: α) αδιαβατική ιδανική συµπίεση, µε κίνηση του εµβόλου µέχρι το Ανω Νεκρό Σηµείο (ΑΝΣ), και β) ισόχωρη θέρµανση, µε πρόσληψη θερµότητας 500 J. Ζητούνται: α) οι θερµοκρασίες και οι πιέσεις του αερίου στην ενδιάµεση και στην τελική κατάσταση [3.0 β) τα έργα ογκοµεταβολής που συναλλάσσονται µεταξύ εµβόλου και εργαζόµενου αερίου [1.5] Παραδοχή: ο αέρας είναι τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4 Η ΕΠΙΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΝΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΕΤΑΙ ΜΕ ΕΠΑΡΚΗ ΛΕΚΤΙΚΗ ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ!

2 ΑΛΕΞΑΝΛΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Β' Εξεταστική Περίοδος - 28 Σεπτεµβρίου 2006 ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ - ΛΙΑΡΚΕΙΑ : 1 ώρα 40' ΕΡΩΤΗΣΗ Για την πλήρωση του αεροθαλάµου των τροχών ενός οχήµατος χρησιµοποιούνται οι παρακάτω διατάξεις; ηλεκτροκινητήρας εναλλασσόµενου ρεύµατος, µετάδοσης της κίνησης µε ιµάντα σε εµβολοφόρο συµπιεστή, αποθήκευση συµπιεσµένου αέρα στο αεροφυλάκιο, αποµάστευση συµπιεσµένου αέρα µε εύκαµπτο αεραγωγό για την πλήρωση του αεροθαλάµου. Να αναφερθούν, να κατηγοριοποιηθούν και να σχολιαστούν ικανοποιητικά οι διάφοροι διαδοχικοί µηχανισµοί γένεσης εντροπίας στην συνολική εγκατάσταση, δηλ. από το πρώτο έως το τελευταίο στάδιο. [2.5] ΑΣΚΗΣΗ 1 Θεωρητικός κύκλος Όττο λειτουργεί µε τα ακόλουθα δεδοµένα: Σηµείο 1: ελάχιστη πίεση p1=1 bar, ελάχιστη θερµοκρασία θ1=15 C, µέγιστη πίεση 110 bar, µέγιστη θερµοκρασία 4250 C. α) να υπολογισθεί ο βαθµός απόδοσης του κύκλου βάσει της σχετικής εξίσωσης του λόγου συµπίεσης [2.5] β) να σχεδιαστεί σε κοινό διάγραµµα µαζί µε τον αρχικό κύκλο ο νέος κύκλος Όττο που προκύπτει µε τα ίδια στοιχεία για το σηµείο 1, τον ίδιο λόγο συµπίεσης αλλά για πρόσδοση θερµότητας ίση µε το µισό του αρχικού κύκλου [1.5] γ) να υπολογισθεί ο βαθµός απόδοσης του νέου κύκλου [1.0] Παραδογή: τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4 ΑΣΚΗΣΗ 2 Ξεκινώντας από το αρχικό σηµείο 1 µε θερµοκρασία θ1 και πίεση p1, να σχεδιαστεί σε διάγραµµα p-v θερµικός κύκλος µε τις παρακάτω ιδανικές µεταβολές ενός αερίου: 1-2: αδιαβατική συµπίεση σε πίεση p2, 2-3: ισοβαρής ψύξη αφαιρώντας θερµότητα Q1, 3-4: ισοβαρής θέρµανση προσδίδοντας θερµότητα Q2>Q1, 4-1: ισόχωρη ψύξη µέχρι το αρχικό σηµείο 1. Με αναφορά στη µορφή του διαγράµµατος και στα διαγραφόµενα εµβαδά, να σχολιαστούν ποιοτικά τα χαρακτηριστικά του παραπάνω κύκλου, ο βαθµός απόδοσης και η σκοπιµότητα υλοποίησης [2.5] Η ΕΠΙΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΝΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΕΤΑΙ ΜΕ ΕΠΑΡΚΗ ΛΕΚΤΙΚΗ ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ! ΑΛΕΞΑΝ ΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

3 Α Εξεταστική Περίοδος - 14 Σεπτεµβρίου 2006 ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ - ΙΑΡΚΕΙΑ : 1 ώρα 40' ΕΡΩΤΗΣΗ Υποθέτοντας σταθερή ατµοσφαιρική πίεση και κάνοντας ρεαλιστικές υποθέσεις, υπάρχει περίπτωση η πυκνότητα του αέρα σε ένα µέρος του πλανήτη να είναι διπλάσια από ότι σε ένα άλλο µέρος; [2.0] ΑΣΚΗΣΗ 1 Θεωρητικός κύκλος Όττο λειτουργεί µε τα ακόλουθα δεδοµένα: Ελάχιστη πίεση 1 bar, µέγιστη πίεση 100 bar, πίεση στο τέλος της αδιαβατικής συµπίεσης 28 bar, ελάχιστη θερµοκρασία 25 C. Να υπολογισθούν: α) ο βαθµός απόδοσης του κύκλου, βάσει της σχετικής εξίσωσης του λόγου συµπίεσης [1.5] β) ο βαθµός απόδοσης του κύκλου, βάσει των εναλλασσόµενων ποσών θερµότητας [3.5] Παραδοχη: τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4 Προσοχή, να υπολογιστούν µόνο τα απαιτούµενα ενδιάµεσα µεγέθη! ΑΣΚΗΣΗ 2 Ξεκινώντας από το αρχικό σηµείο 1 µε θερµοκρασία θ1 και πίεση p1, να σχεδιαστεί σε διάγραµµα p-v θερµικός κύκλος µε τις παρακάτω ιδανικές µεταβολές ενός αερίου: 1-2: αδιαβατική συµπίεση σε πίεση p2, 2-3: ισοβαρής θέρµανση προσδίδοντας θερµότητα Q1, 3-4: ισόχωρη ψύξη µέχρι την αρχική πίεση pι, 4-1: ισοβαρής θέρµανση µέχρι το αρχικό σηµείο 1. α) Με αναφορά στη µορφή του διαγράµµατος και στα διαγραφόµενα εµβαδά, να σχολιαστούν ποιοτικά τα χαρακτηριστικά του παραπάνω κύκλου, ο βαθµός απόδοσης και η σκοπιµότητα υλοποίησης [2.5] β) Στο ίδιο διάγραµµα να παρασταθεί µε διακοµένη γραµµή και σχεδιαστική ακρίβεια ο κύκλος που προκύπτει προσδίδοντας διπλάσια θερµότητα, δηλ. για Q'1=2Q1 [1.0] Η ΕΠΙΑΥΣΗ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΝΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΕΤΑΙ ΜΕ ΕΠΑΡΚΗ ΛΕΚΤΙΚΗ ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ!

4 ΛΛΕΞΑΝΛΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Β' Εξεταστική Περίοδος - 13 Φεβρουαρίου 2006 ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ - ΙΑΡΚΕΙΑ : 1 ώρα 40' ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ 1.Υποθέτοντας σταθερή ατµοσφαιρική πίεση, υπάρχει περίπτωση η πυκνότητα του αέρα σε ένα µέρος του πλανήτη να είναι διπλάσια από ότι σε ένα άλλο µέρος; [1.5] 2.Σύστηµα θέρµανσης (θεωρείται «µαύρο κουτί») παρέχει 15 kw θερµότητας σε θερµαινόµενο χώρο, αναλώνοντας 10 kw ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο ηλεκτροδότησης. Να σχολιαστεί αναλυτικά από θερµοδυναµική σκοπιά η δυνατότητα υλοποίησης ενός τέτοιου συστήµατος [2.0]. ΑΣΚΗΣΗ1 Θεωρητικός κύκλος Όττο λειτουργεί µε τα ακόλουθα δεδοµένα: Ελάχιστη πίεση 1 bar, ελάχιστη θερµοκρασία 20 C, πίεση στο τέλος της αδιαβατικής συµπίεσης 23.2 bar, µέγιστη θερµοκρασία 3850 C. Να υπολογισθούν: - ο βαθµός απόδοσης του κύκλου (βάσει του λόγου συµπίεσης) [2.0] - ο βαθµός απόδοσης του κύκλου (βάσει των εναλλασσόµενων ποσών θερµότητας) [2.0] Παραδοχή: τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4 ΑΣΚΗΣΗ2 Ξεκινώντας από το αρχικό σηµείο 1 µε θερµοκρασία θ1=20 Ο και πίεση p1=1 bar, να σχεδιαστεί σε διάγραµµα p-v κύκλος µε τις παρακάτω µεταβολές ενός αερίου: 1-2: αδιαβατική συµπίεση σε p2=16 bar, 2-3: ισόχωρη ψύξη µέχρι την αρχική θερµοκρασία, 3-4: ισοβαρής θέρµανση (όσο χρειάζεται), 4-1: ισόχωρη ψύξη (µέχρι το αρχικό σηµείο 1). Με αναφορά στη µορφή του διαγράµµατος και στα διαγραφόµενα εµβαδά, να σχολιαστούν ποιοτικό τα χαρακτηριστικά του παραπάνω κύκλου, ο βαθµός απόδοσης και η σκοπιµότητα υλοποίησης [2.5] Η ΕΠΊΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΝΑ ΥΠΟΣΤΗΡΊΖΕΤΑΙ ΜΕ ΕΠΑΡΚΗ ΛΕΚΤΙΚΗ ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ Α Εξεταστική Περίοδος - 25 Ιανουαρίου 2006 ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ - ΙΑΡΚΕΙΑ: 1 ώρα 40'

5 1.Σκεφθείτε και περιγράψτε µια απλή µέθοδο για τη µέτρηση της ειδικής θερµότητας υπό σταθερό όγκο του ατµοσφαιρικού αέρα. [1.0] 2.Σχολιάστε το αληθές ή µη των παρακάτω προτάσεων: [1.5] Α) η εντροπία του σύµπαντος παραµένει σταθερή σε οποιαδήποτε θερµοδυναµική µεταβολή Β) χωρίς αύξηση της εντροπίας του σύµπαντος δεν µπορεί να επιτευχθεί πέδηση ενός οχήµατος µε χρήση του γνώριµου συστήµατος πέδησης των οχηµάτων δρόµου. Γ) σε µια πραγµατική µεταβολή η εντροπία ενός συστήµατος πάντα µειώνεται. ΑΣΚΗΣΗ1 Να σχεδιαστεί σε διάγραµµα p-v κύκλος µε τις παρακάτω µεταβολές ενός αερίου: 1-2: αδιαβατική συµπίεση από p1=1 bar σε p2=16 bar, 2-3: ισόχωρη ψύξη µέχρι πίεση p3=6 bar, 3-4: ισοβαρής θέρµανση (όσο χρειάζεται), 4-1: ισόχωρη ψύξη (µέχρι το αρχικό σηµείο 1). Να σχολιαστούν ποιοτικά τα χαρακτηριστικά του παραπάνω κύκλου, ο βαθµός απόδοσης και η σκοπιµότητα υλοποίησης του [1.5] ΑΣΚΗΣΗ2 Αρχικός θεωρητικός κύκλος Όττο λειτουργεί µε λόγο συµπίεσης 11.2, ελάχιστη θερµοκρασία 25 C και ελάχιστη πίεση 1 bar. Η άνοδος της θερµοκρασίας µε την πρόσδοση θερµότητας είναι 2800 Κ. Να εξεταστεί η ακόλουθη µετατροπή του παραπάνω κύκλου: κατά το χρόνο της συµπίεσης και στο µέσο της διαδροµής του εµβόλου παρέχεται ισόχωρα το µισό ποσό θερµότητας και στη συνέχεια η συµπίεση ολοκληρώνεται µέχρι το άνω νεκρό σηµείο, όπου παρέχεται ισόχωρα το υπόλοιπο µισό ποσό θερµότητας. Ζητούνται: - να σχεδιαστούν ο αρχικός και ο τελικός κύκλος σε κοινό διάγραµµα p-v και Τ-s [1.5] - µόνο για το νέο κύκλο, να υπολογισθούν οι θερµοκρασίες και οι πιέσεις όλων των σηµείων του [2.0] - να υπολογισθούν οι βαθµοί απόδοσης αµφότερων των κύκλων [1.5] - να σχολιασθούν τα αποτελέσµατα και τελικά η σκοπιµότητα της µετατροπής [1.5] Παραδοχη: τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4 Η ΕΠΙΛΎΣΗ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΝΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΕΤΑ1ΜΕ ΕΠΑΡΚΗ ΛΕΚΤΙΚΗ ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ

6 ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΠΚΟΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Β' Εξεταστική Περίοδος - 12 Σεπτεµβρίου 2005 ΜΕΡΟΣ 2ο ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ ΙΑΡΚΕΙΑ: 1 ώρα και 15' ΑΣΚΗΣΗ 1 Σε κύκλο Joule έχω: θεωρητικό τεχνικό έργο στροβίλου 400 kj, θεωρητικό τεχνικό έργο συµπιεστή 200 kj και προσδιδόµενη θερµότητα 500 kj. Ζητούνται α)ο θεωρητικός βαθµός απόδοσης [0.5] β)υποθέτοντας ότι ο ισεντροπικός βαθµός του στροβίλου και του συµπιεστή στον πραγµατικό κύκλο είναι ίδιος, για ποια τιµή του µηδενίζεται ο βαθµός απόδοσης του κύκλου; [1.0] ΑΣΚΗΣΗ 2 Στο θάλαµο καύσης µονοκύλινδρης παλινδροµικής µηχανής µε λόγο συµπίεσης 11.2 και κυβισµό 250 cm3 περιέχεται αέρας πίεσης 1 bar και θερµοκρασίας 27 C, στη θέση του εµβόλου Κάτω Νεκρό Σηµείο (ΚΝΣ). Στη συνέχεια το αέριο υφίσταται: α) πολυτροπική ιδανική συµπίεση της µορφής pv^1.36=σταθερό, µε κίνηση του εµβόλου µέχρι το Άνω Νεκρό Σηµείο (ΑΝΣ), και β) ισοβαρή θέρµανση, µε πρόσληψη θερµότητας 500 J. Ζητούνται: Α) οι θερµοκρασίες και οι πιέσεις του αερίου στην ενδιάµεση και στην τελική θέση [2.0] Β) το έργο, η θερµότητα και η µεταβολή της εντροπίας για αµφότερες τις παραπάνω µεταβολές [2.5] Παραδοχή για αµφότερες τις ασκήσεις: ο αέρας είναι τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4 Η ΕΠΙΛΥΣΗ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΠΕΡΙΕΧΕΙ ΕΠΑΡΚΕΙΣ ΛΕΚΤΙΚΕΣ ΕΞΗΓΗΣΕΙΣ!! Καλή επιτυχία +-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+- =+-=+-=+-= ΜΕΡΟΣ 2ο (ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ) ΙΑΡΚΕΙΑ: 1 ώρα και 15' ΑΣΚΗΣΗ Στο θάλαµο καύσης µονοκύλινδρης παλινδροµικής µηχανής µε λόγο συµπίεσης 10 και κυβισµό 400 cm3 περιέχεται αέρας πίεσης 1 bar και θερµοκρασίας 30 C, στη θέση του εµβόλου Κάτω Νεκρό Σηµείο (ΚΝΣ). Στη συνέχεια το αέριο υφίσταται: α) αδιαβατιkή ιδανική συµπίεση, µε κίνηση του εµβόλου µέχρι το Ανω Νεκρό Σηµείο (ΑΝΣ), και β) ισόχωρη θέρµανση, µε πρόσληψη θερµότητας 500 J. Ζητούνται: Α) οι θερµοκρασίες και οι πιέσεις του αερίου στην ενδιάµεση και στην τελική θέση [2.0] Β) το έργο, η θερµότητα και η µεταβολή της εντροπίας για αµφότερες ης παραπάνω µεταβολές [3.0] Παραδοxή: ο αέρας είναι τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής =+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-=+-

7 =+-=+-=+-= ΜΕΡΟΣ 2ο (ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ) ΙΑΡΚΕΙΑ: 1 ώρα και15' ΑΣΚΗΣΗ 1 Κατασκευαστής ισχυρίζεται ότι κατασκεύασε ψυκτική εγκατάσταση που µε θερµοκρασία περιβάλλοντος 30 C επιτυγχάνει θερµοκρασία ψυκτικού θαλάµου -40 C, παρουσιάζοντας κατά την πραγµατική λειτουργία συντελεστή επίδοσης 3.5. Να ελεγχθεί το αληθές του ισχυρισµού του. [1.5] ΑΣΚΗΣΗ2 2 kg αέρα θερµοκρασίας 750 C και πίεσης 10 bar εκτονώνονται σε στρόβιλο µέχρι πίεση 2 bar. Να υπολογισθεί το τεχνικό έργο και η θερµοκρασία στο πέρας της εκτόνωσης για τις ακόλουθες δύο περιπτώσεις εκτόνωσης: α) ιδανική αδιαβατική [1.5] β) αδιαβατική µε βαθµό ισεντροπικής εκτόνωσης 0.88 [3.0] Παραδοχή: ο αέρας είναι τέλειο αέριο µε ειδική θερµότητα υπό σταθερή πίεση 1005 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4 Καλή επιτυχία Καθηγητής:. Πράπας Α' Εξεταστική Περίοδος - 24 Ιουνίου 2005 ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ - ΙΑΡΚΕΙΑ: 1 ώρα και 50' ΕΡΩΤΗΣΗ: Σχολιάστε τη δυνατότητα λειτουργίας ενός πετρελαιοκινητήρα µε ψεκασµό καυσίµου όχι πετρελαίου αλλά: α) βενζίνης, β) αλκοόλης, και γ) φυσικού αερίου (υπόδειξη: θερµοκρασία αυτανάφλεξης καυσίµου). [2.5] ΑΣΚΗΣΗ 1: Αέρας αρχικής θερµοκρασίας (περιβάλλοντος) 20 C και αρχικής πίεσης 1 bar θα συµπιεστεί πολυτροπικά στα 9 bar σύµφωνα µε την εξίσωση pv^1.35=σταθερό, εναλλακτικά: α) σε µονοβάθµιο συµπιεστή, β) σε διβάθµιο συµπιεστή µε ενδιάµεση ψύξη, θεωρώντας ότι η πτώση θερµοκρασίας στον ενδιάµεσο ψύκτη είναι 50% της ιδανικής. Για λόγο επιζήµιου όγκου 0.07 σε αµφότερες τις περιπτώσεις να υπολογισθούν: - η τελική θερµοκρασία του αέρα [2.5] - ο βαθµός πλήρωσης [1.5] Να σχολιασθούν συγκριτικά τα αποτελέσµατα. ΑΣΚΗΣΗ 2: Θεωρητικός κύκλος Όττο λειτουργεί µε τα ακόλουθα δεδοµένα: ελάχιστη πίεση 1 bar, ελάχιστη θερµοκρασία 20 C, µέγιστη θερµοκρασία 3730 C, πίεση στο τέλος της αδιαβατικής συµπίεσης 26 bar. Να υπολογισθούν: α) ο βαθµός απόδοσης του κύκλου (βάσει της σχετικής εξίσωσης) [2.0] β) η µέγιστη πίεση [2.0] Παραδοχή για όλες τις ασκήσεις: τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4

8 ΥΠΕΝΘΥΜΙΣΗ: Η απουσία επαρκών λεκτικών επεξηγήσεων µεταξύ των διάφορων υπολογιστικών πράξεων µπορεί να σας στερήσει µονάδες! ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ ΙΑΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΤΚ11Σ Α' Εξεταστική Περίοδος - 3 Φεβρουαρίου 2005 ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ - ΙΑΡΚΕΙΑ: 1 ώρα και 50' ΕΡΩΤΉΣΗ: Με αναφορά στους θερµοδυναµικούς νόµους, σχολιάστε κατά πόσο είναι δυνατόν ένα όχηµα να κινείται µε «καύσιµο» αποκλειστικά νερό [2.5] ΑΣΚΗΣΗ1 100 cm3 αέρα αρχικής θερµοκρασίας 20 C και αρχικής πίεσης 1 bar θα συµπιεστούν σε 8 bar, εναλλακτικά: α) µε πολυτροπική συµπίεση µε συντελεστή κ=1.33 και βαθµό πλήρωσης συµπιεστή 0.85, β) µε ισόχωρη θέρµανση. Για αµφότερες τις περιπτώσεις να υπολογισθεί: - η τελική θερµοκρασία του αέρα [2.0] - η απαιτούµενη, ενέργεια [1.5] ΑΣΚΗΣΗ2 Θεωρητικός κύκλος Όττο λειτουργεί µε τα ακόλουθα δεδοµένα: Ελάχιστη πίεση 1 bar, ελάχιστη θερµοκρασία 20 C, µέγιστη θερµοκρασία 3730 C, πίεση στο τέλος της αδιαβατικής συµπίεσης 26 bar. Να υπολογισθούν: - ο βαθµός απόδοσης του κύκλου (βάσει της σχετικής εξίσωσης) [2.0] - οι θερµοκρασίες και οι πιέσεις όλων των σηµείων του κύκλου [2.0] Παραδοχή για όλες τις ασκήσεις: τέλειο αέριο µε ειδική σταθερα 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4 ΥΠΕΝΘΥΜΙΣΗ: Η απουσία επαρκών λεκτικών επεξηγήσεων µεταξύ των διάφορων υπολογιστικών πράξεων µπορεί να σας στερήσει µονάδες!! Β' Εξεταστική Περίοδος - 19 Φεβρουαρίου 2004 ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ - ΙΑΡΚΕΙΑ: 1 ώρα και 50' ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ 1. ώστε δύο παραδείγµατα πραγµατικών θερµοδυναµικών µεταβολών όπου η εντροπία του συστήµατος µειώνεται. [1.5] 2.Σε τυπικό θεωρητικό κύκλο Ντήζελ να εξεταστεί η ακόλουθη µετατροπή: κατά το χρόνο της συµπίεσης και στο µέσο της συνολικής διαδροµής του εµβόλου παρέχεται ισοβαρώς το µισό ποσό θερµότητας και στη συνέχεια η συµπίεση ολοκληρώνεται µέχρι το άνω νεκρό σηµείο, όπου παρέχεται ισοβαρώς το υπόλοιπο µισό ποσό

9 θερµότητας. Ζητούται: - να σχεδιαστούν ο αρχικός και ο τελικός κύκλος σε κοινό διάγραµµα p-v και Τ-s [1.5] - να σχολιασθεί η σκοπιµότητα της εξεταζόµενης µετατροπής, εφαρµόζοντας ποιοτικά κριτήρια για τη θερµοδυναµική απόδοση του νέου κύκλου [2.0] ΑΣΚΗΣΗ 10 kg τέλειου αερίου συµπιέζονται από αρχική κατάσταση 1, µε απόλυτη πίεση 1 bar και θερµοκρασία 30 C, σε τελική κατάσταση 2 µε απόλυτη πίεση 10 bar, µε τους ακόλουθους δύο εναλλακτικούς τρόπους: α)ισόθερµη συµπίεση, β)αδιαβατική συµπίεση ακολουθούµενη από ισοβαρή ψύξη Ζητούνται: - να απεικονισθούν γραφικά οι δύο τρόποι σε κοινό διάγραµµα p-v [1.0] - να υπολογισθούν τα έργα και τα ποσά θερµότητας που συναλλάσσονται για αµφότερους τους τρόπους [3.0] - να προταθούν, λεκτικά και γραφικά, άλλοι δύο εναλλακτικοί τρόποι µε τη βοήθεια των οποίων µπορεί να επιτευχθεί επίσης η παραπάνω µεταβολή της κατάστασης του αερίου, ήτοι από την αρχική 1 στην τελική 2. [1.0] Παραδοχή: τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4 ΥΠΕΝΘΥΜΙΣΗ: Η απουσία επαρκών λεκτικών επεξηγήσεων µεταξύ των διαφόρων υπολογιστικών πράξεων µπορεί να σας στερήσει µονάδες!! Β' Εξεταστική Περίοδος - 6 Σεµπτεµβρίου 2004 ΜΕ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ - ΙΑΡΚΕΙΑ: 1 ώρα και 50' ΕΡΩΤΉΣΗ: Με αναφορά στους γενικούς θερµοδυναµικούς νόµους, σχολιάστε κατά πόσο είναι δυνατόν ένα όχηµα να κινείται χρησιµοποιώντας ως «καύσιµο» αποκλειστικά νερό [2.5] ΑΣΚΗΣΗ 1 Αερόστατο τύπου ανοικτού µπαλονιού µε θερµά καυσαέρια στο εσωτερικό του -βλ. συνηµµένο σχήµα- θα σχεδιαστεί για την ανύψωση συνολικού βάρους 3.5 kg (ίδιο βάρος ξεφούσκωτου αεροστάτου συν ωφέλιµο φορτίο). Θεωρώντας ως µέση θερµοκρασία των καυσαερίων 160 C να υπολογισθεί ο απαιτούµενος ελάχιστος όγκος µπαλονιού για την ανύψωση του αεροστάτου. εδοµένα: Βαροµετρική πίεση mbar, θερµοκρασία περιβάλλοντος 20 C Παραδοχή: να υποτεθούν ίδιες ιδιότητες τέλειου αερίου στο εσωτερικό και στο εξωτερικό του µπαλονιού [3.5] Υπόδειξη: Σύµψωνα µε την αρχή της άνωσης, σώµα περιβαλλόµενο από ρευστό

10 υφίσταται ανωστική δύναµη ίση µε το βάρος του εκτοπιζόµενου ρευστού ΑΣΚΗΣΗ 2 Θεωρητικός κύκλος Όττο λειτουργεί µε τα ακόλουθα δεδοµένα: Ελάχιστη πίεση 1 bar, ελάχιστη θερµοκρασία 25 C, µέγιστη θερµοκρασία 3930 C, πίεση στο τέλος της αδιαβατικής συµπίεσης 24 bar Να υπολογισθούν: - ο βαθµός απόδοσης του κύκλου (βάσει της σχετικής εξίσωσης) [1.5] - οι θερµοκρασίες και οι πιέσεις όλων των σηµείων του κύκλου [1.5] - ο βαθµός απόδοσης του κύκλου (βάσει των εναλλασσόµενων ποσών θερµότητας) [1.5] Παραδοχή για όλες τις ασκήσεις: τέλειο αέριο µε ειδική σταθερά 287 J/kgK και συντελεστή αδιαβατικής µεταβολής 1.4 ΥΠΕΝΘΥΜΙΣΗ:Η απουσία επαρκών λεκτικών επεξηγήσεων µεταξύ των διάφορων υπολογιστικών πράξεων µπορεί να σας στερήσει µονάδες!! ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΏΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Καθ.. Πράπας Β' Εξεταστική Περίοδος- 14 Σεπτεµβρίου 2001 ΜΕΡΟΣ 1ο (ΧΩΡΙΣ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ) ΙΑΡΚΕΙΑ: 45' 1. ιατυπώστε µαθηµατικά και σχηµατικά το 2 θερµοδυναµικό νόµο. ώστε στη συνέχεια µια απλοποιηµένη ερµηνεία του. [1.5] 2.Γιατί ο δηµοφιλής στη θεωρία κύκλος Καρνώ δεν βρήκε εφαρµογή στην πράξη; [1.0] 3.Να σχεδιαστούν σε κοινό διάγραµµα p-v οι αντίστοιχοι κύκλοι Diesel για λειτουργία σε φορτίο: α) πλήρες, και β) µερικό. Ποια περίπτωση εµφανίζει το µεγαλύτερο βαθµό απόδοσης; [1.0] 4.Σκεφθείτε και περιγράψτε µια απλή µέθοδο για τη µέτρηση της ειδικής θερµότητας του ατµοσφαιρικού αέρα υπό σταθερό όγκο. [1.0] 5. Με αναφορά σε σχετικό διάγραµµα p-v, εξηγείστε τι είναι ο επιζήµιος όγκος ενός παλινδροµικού συµπιεστή. [1.0] Καλή επιτυχία ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΏΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Καθ.:. Πράπσς Β' Εξεταστική Περίοδος - 9 Φεβρουαρίου 2000 ΜΕΡΟΣ Ιο (ΧΩΡΙΣ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ) ΙΑΡΚΕΙΑ: 40' 1.Πώς ορίζεται το έργο ογκοµεταβολής και πώς το τεχνικό έργο; Να δοθεί η µαθηµατική έκφραση και η γραφική απεικόνιση σε διάγραµµα [1.5]

11 2.Τι κοινά χαρακτηριστικά έχουν οι κύκλοι: Καρνώ, Όττο και Τζάουλ; Από τι εξαρτάται ο θεωρητικός βαθµός απόδοσης των; Να γίνει γραφική παράσταση των κύκλων σε κοινό διάγραµµα p-v. [1.0] 3.Σε δωµάτιο µε αδιάθερµα τοιχώµατα λειτουργεί συνεχώς οικιακό ψυγείο µε την πόρτα ανοικτή. Με αναφορά στο µοντέλο λειτουργίας των ψυκτικών µηχανών, εξηγείστε πώς επηρεάζεται η θερµοκρασία του χώρου [1.5] 4.Ποια είναι τα διακριτά χαρακτηριστικά των θερµικών µηχανών ασυνεχούς ροής; (αναφερθείτε γενικά στη λειτουργία, στην κατασκευή κλπ) [1.0] Καλή επιτυχία ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΏΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Β' Εξεταστική Περίοδος - 12 Σεπτεµβρίου 2005 ΜΕΡΟΣ 1ο (ΧΩΡΙΣ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ) ΙΑΡΚΕΙΑ : 30' 1.Σε δωµάτιο µε αδιάθερµα τοιχώµατα λειτουργεί συνεχώς οικιακό ψυγείο µε την πόρτα ανοικτή. Με αναφορά στο µοντέλο λειτουργίας των ψυκτικών µηχανών, εξηγείστε πώς επηρεάζεται η θερµοκρασία του χώρου [1.5] 2. Να σχεδιαστεί σε κοινό διάγραµµα p-v ο κύκλος Diesel κατά τη λειτουργία του σε φορτίο: α) πλήρες, και β) µερικό. Ποια περίπτωση εµφανίζει το µεγαλύτερο βαθµό απόδοσης; [1.5] 3. Να παρασταθούν ποιοτικά και να σχολιασθούν οι µεταβολές της θερµοκρασίας των παρακάτω σηµείων σε 4-χ βενζινοκινητήρα κατά τη διάρκεια τυπικής σταθερής λειτουργίας: [1.5] α) ενός σηµείου του θαλάµου καύσης που καταλαµβάνεται από το αέριο, β) ενός σηµείου του εµβόλου σε βάθος 10 mm από την άνω επιφάνεια του. Καλή επιτυχία