Soojustehnika eksam (0)

Soojustehnika eksam



KORDAMISÜSIMUSED EKSAMIKS Soojustehnika MSJ0001 1. Nimetada termodünaamika kaks põhiprintsiipi/seadust. 1)Termodünaamika esimene seadus - Termodünaamilisse süsteemi sisestatud soojushulk kulub siseenergia muutmiseks ja tööks 2) Termodünaamika teine seadus - * (igal süsteemil on kaod) Ei ole võimalik teostada protsessi, kus kogu süsteemile antud soojus muutub jäägitult tööks. *(külmemalt soojemale ei saa soojus liikuda) Energia ei saa soojuse kujul iseenesest üle minna külmemalt kehalt kuumemale * Isoleeritud termodünaamilises süsteemis toimuvate tagastamatute protsesside korral süsteemi entroopia(Süsteemitu oleku mõõt) kasvab 2. Mida uurib statistiline , klassikaline ja tehniline termodünaamika? 1) Statistiline termodünaamika - tegeleb aine omaduste uurimisega üksikosakeste tasemel ja nende tulemuste laiendamistega suurtesse süsteemidesse. 2) Klassikaline termodünaamika - Uurib termodünaamilist makrosüsteemi. Uurib nähtusi, mis toimuvad teatud termodünaamilises süteemis. Termodünaamiline süsteem sisaldab suurt arvu molekulaarsestruktuuriga osakesi, mille ehitus ja käitumine muudavad termodünaamilise süsteemi energiat. 3) Tehniline termodünaamika - käsitleb ainult mehaanilise töö ja soojuse vastastikuseid seoseid.


3. Mida mõistame termodünaamilise süsteemi all, homogeene, heterogeenne ja isoleeritud süsteem? 1) Homogeene süsteem: süsteemi kõikides punktides ja osades on aine füüsikalised ja keemilised omadused samasugused. 2) Heterogeene süsteem: võib esineda eralduspindu ja erinevates osades on aine füüsikalised ja keemilised omadused erinevad. 3) Isoleeritud süsteem - ei toimu Termodünaamilise keha ja väliskeskkonna vahel ei soojuslikku ega mehaanilist vastastikmõju 4. Termodünaamilise keha mõiste Termodünaamiline keha: keha mille abil või vahendamisel toimub soojuse muundamine mehaaniliseks tööks.(gaas/aurud). 5. Soojusjõuseadme mõiste Soojusjõuseade - muundab soojust kasulikuks tööks 6. Millist kahte “keha” on vaja, et muundada soojust tööks Soojuse tööks muundamiseks on vaja vähemalt kahte erineva temperatuuriga keha. NT: Sellises süsteemis olevat kõrgema temperatuuriga keha (T1) nim. Soojendiks ehk soojusallikaks ja madalama temperatuuriga keha (T2) jahuteguriks


7. Mida mõistetakse termodünaamiliste parameetrite all, intensiivsed parameetrid, ekstensiivsed parameetrid? Termodünaamilised olekuparameetrid on füüsikalised makrosuurused, mis iseloomustavad termodünaamilise keha olekut. (Kui muutub, mingi olekuparameeter muutuvad ka ülejäänud olekuparameetrid) 1) Intensiivsed parameetrid (nt rõhk, temperatuur)- Ei sõltu massist või osakeste arvust 2) Ekstensiivsed parameetrid (nt mass, maht)- sõltuvad massist või osakeste arvust 8. Nimetage termilised olekuparameetrid, mida nendega iseloomustatakse 1) Erimaht/Tihedus - Keha ühikmassi maht λ = V/M (m3/Kg), kus V-keha maht (m3) ja M - keha mass (kg). Tihedus on pöördväärtus ρ =M/V 2) Rõhk - pinnaühikule normaali suunas mõjuv jõud: p = F/A (N/m2), kus F - jõud (N) ja A - pindala (m2) 3) Temperatuur (nt celsius, kelvin) - iseloomustab keha kuumenemise astet mingi teise keha suhtes ja määrab nendevahelise soojusvoo suuna. Temperatuur näitab keha molekulide liikumise energiat. 9. Mida iseloomustavad soojuslikud parameetrid. Näited soojuslikest parameetritest. Temperatuur - iseloomustab keha kuumenemise astet mingi teise keha suhtes ja määrab nendevahelise soojusvoo suuna. Sisuliselt väljendab temperatuur keha molekulide liikumise energiat. (Nt: soojuslikud parameetrid on temperatuur (Celsius, Fahrenheit)) 0


10. Millal on termodünaamiline süsteem termodünaamilises tasakaalus Kui süsteemile ei mõju välisjõude, siis on süsteem tasakaalus - (kui kõik parameetrid on ühtlased kogu süsteemi piires) Termodünaamika süsteem on tasakaalus, kui süsteemi mistahes punkti oleku parameetrid ei muutu ajas. Rõhuühtlus määrab mehhaanilise tasakaalu. Termperatuuriühtlus, aga termilise 11. Ideaalse gaasi mõiste Ideaal gaas - gaasimolekulide vahel puuduvad vastastikused jõud ning molekulide maht võrreldes gaasi enese mahuga on tühiselt väike 12. Ideaalse gaasi termilise oleku võrrand 1 kg kohta (Clapeyroni võrrand) Clapeyroni võrrand pv = RT R- universaalse gaasikonstant 8319 J/ (mol*K) T- temperatuur p- rõhk v- ruumala 13. Daltoni seadus. Gaasisegude suhtelise osamahu, osamassi ja osa ehk partsiaalrõhu mõiste. Daltoni seadus ideaalsete gaaside segunemise kohta. (Summa) P*i= p1 + p2 + p3 = p


Gaaside segus on igal gaasil osaline rõhk. Partsiaalrõhk (osarõhk)- hüpoteetiline rõhk, mida avaldaks gaasi või auru segu komponent, juhul kui ta hõivaks samal temperatuuril ja rõhul algsegu kogusega. Ideaalse gaasisegu kogurõhk on segu gaaside osalise rõhu summa 14. Nimetage termodünaamilisi põhiprotsesse. 1) Isohoorne (V = const., dV = 0; v = const., dv= 0) 2) Isobaarne ( p = const, dp = 0) 3) Isotermne (T = const., dT = 0) 4) Adiabaatne (Q = 0, dQ = 0, q = 0, dq = 0) 5) Polütroopne (c = const.) 15. Ringprotsessi mõiste, ringprotsessi teostamise eesmärk. Ringprotsess on protsess, kus soojusjõuseade muundab soojust kasulikuks tööks. Ringprotsess on vajalik, sest soojusjõuseadet on vaja jahutada, muidu kuumeneks üle *päripidine ringprotsess (soojusseadmed) Soojendada tubasid, ehk antud hetkel on ringprotsess majasse tulev kuum vesi radiaatoritesse ning soojendab tubasid/ruume. *pöördringprotsess (külmutusseadme) Hoida, mingisugune keha(seest) madalama temperatuuriga, kui on seda välistemperatuur Nt. külmkapp 16. Avaldada entroopia muutuse kaudu termodünaamilise keha ringprotsessist osavõtt ja kujutada seda T-S diagrammil. 17. Millal me loeme termodünaamilisi protsesse tagastatavateks.


Termodünaamilisi protsesse loeme tagastatavateks, kui süsteem saab pöörprotsessiga sama teekonda mööda tagas algolekusse tuua ilma ümbruskeskkonda sekkumiseta. 18. Termodünaamilise protsesside tagastamatuse olemus. Tüüpiline põhjus, miks protsessid on tagastamtud on hõõrdumisnähtused süsteemis. Kõik reaalsed protsessid on tagastamatud(muidu oleks igiliikur võimalik). Kuna ükski produkt (Nt: vesi) ei läbi mingisugust vahemaad nii, et ta tuleks tagasi algolekus. Näide: Nt. kuum vesi liigub mööda toru, mingisuguse kõrge temperatuuriga ning selle tee käigus toimub ikkagi soojuse eraldumise protsess. Tagastamatut protsessi ei ole võimalik algolekusse tagasi viia ilma väliskeskkonna abita. 19. Mida tehakse termodünaamilise kehaga soojusjõumasina katkematu töö tagamiseks. Soojusjõuseadme katkematu töö eeldab, et termodünaamiline keha sooritab jõuseadmes paisumistöööd, millest osa tuleb loovutada komprimeerimistööks (jahutamiseks), taastamaks keha algoleku. 20. Millal saadakse soojusjõumasinas kasulikku tööd Kasulikku tööd väljastab soojusjõuseade ainult siis, kui paisumistöö (Ip) ületab komprimeerimistöö (Ik). 21. Kasuliku töö kujutamine T-s ja p-v diagrammil. 22. Ringprotsessi termiline kasutegur. Ringprotsessi termiline kasutegur tagastavast ringprotsessist saadava töö ja ringprotsessi suunatud soojushulga suhe Valem: nt = l/q1 = 1 - q2 / q1


23. Carnot ringprotsess ja selle kujutamine T-s ja p-v diagrammil (põhiprotsesside äramärkimisega) 24. Carnot ringprotsessi termiline kasutegur Carnot' ringprotsessil on kõrgeim termiline kasutegur etteantud temperatuurivahemikus. Valem: nC = 1 - q2/q1 = 1 - T2 / T1 Kus: T2 > 0 ja nC < 1 25. Aurujõuseadme põhimõtteline skeem koos seletusega. 26. Aurujõuseadme (Rankine’i) tagastatav ringprotsess ülekuumendatud auruga Ts diagrammil koos seletusega. Termilise kasuteguri avaldis. 27. Auru algparameetrite mõju Rankine’i ringprotsessi kasutegurile. 28. Elektri ja soojuse koostootmine. Põhimõtteline skeem koos seletusega. 29. Külmutusseadme ringprotsess Ts diagrammil koos seletusega. Efektiivsuse näitaja avaldis. 30. Bensiini mootori töö põhimõte. Otto ringprotsess. Bensiinimootor ehk ottomootor on väntmehhanismi ja sädesüütega sisepõlemismootor, mille kütuseks on bensiin (või sarnaste omadustega lenduv kütus, näiteks bioetanool). Tavaliselt segatakse bensiinimootorites kütus ja õhk enne nende kokkusurumist silindris, osades uuema põlvkonna mootorites kasutatakse otsesissepritset.


Bensiini mootori küte segatakse ennem sissepritset õhuga ning plahvatus toimub süüteküünlast tekitatud sädeme tõttu 31. Diisli mootori tööpõhimõte. Dieseli ringprotsess. 1. Sisselasketakt (0–180° väntvõlli pööret). Takti alguses avaneb sisselaskeklapp. Väljalaskeklapp on suletud. Kolb liigub silindris alla, tekitades hõrenduse. Sellega imetakse silindrisse sisselaskeklapi kaudu värske õhk. Takt lõpeb, kui kolb on jõudnud alumisse surnud seisu (180°). 2. Survetakt (180–360° väntvõlli pööret). Sisselaskeklapp sulgub. Kolb hakkab liikuma üles, surudes silindris õhku kokku (16–25 korda). 3. Töötakt (360–540° väntvõlli pööret). Kütus pihustatakse silindrisse, kus see kuumas õhus osaliselt aurustub. Kütus süttib ning põlemise käigus tekivad kuumad gaasid suruvad kolvi alla. Põlemine toimub täpselt nii kaua, kui silindrisse pihustatakse kütust. Sellest järeldub, et töötsükkel toimub pideva gaasi surve all, mis tingib diiselmootori väntvõlli suure väändemomendi. Põlemiskambris (silindris) peab olema alati piisavalt hapnikku, et mootor ei hakkaks tahmama, kütuse põlemine peab olema täielik. 4. Väljalasketakt (540–720° väntvõlli pööret). Kolb liigub üles ning surub põlemisjäägid silindrist välja. Neli takti sissepritse takt, survetakt, töötakt ja väljalasketakt. Töötakti ajal pihustatakse küte silindrisse, kuumas silindris küte aurustub ning plahvatab ja surub silindri alla. Kõik toimub suure surve all . 32. Liigõhuteguri mõiste. -koldesse antava tegeliku õhukoguse ja teoreetiliselt vajaliku õhukoguse suhe.


33. Soojuse transformatsiooniprotsessi üldine iseloomustus? Külmutusprotsessid? Soojuspumpprotsessid? Soojuse transformatsioon- soojuse ülekandmine madalama temperatuuriga kehalt kõrgema temperatuuriga kehale. Külmutusprotsessid - alumine soojusallika temperatuur on madalam väliskeskkonna temperatuurist, ning ülemise keha temperatuur võrdub väliskeskkonna temperatuuriga ( eesmärk- eemaldada soojust) Soojuspumpprotsessid- alumine soojusallika temperatuur on kas võrdne või suurem väliskeskkonna temperatuurist ning ülemise allika temperatuur ületab väliskeskkonna temperatuuri (eesmärk- anda soojust) 34. Teoreetilise jahutusteguri mõiste? Ideaalse (tagastamatu) külmutusseadme ringprotsessi efektiivsust hindab teoreetiline jahutustegur. Jahutustegur iseloomustab külmatootmise efektiivsust. 35. Kuidas liigitatakse soojuspumpasid? • õhk-õhk soojuspumbad • õhk-vesi soojuspumbad • vesi-vesi soojuspumbad • maasoojuspumbad • ventilatsioonpumbad


• aurukompressorsoojuspumbad • absorbtsioonsoojuspumbad • üheastmelised soojuspumbad • mitmeastmelised soojuspumbad 36. Ideaalse soojuspumba teoreetiline soojusetegur? Ideaalse soojuspumba efektiivsuse iseloomustamiseks kasutatakse teroeetilist soojustegurit, mille all mõistetakse ülemiste soojushulkade üleantud soojushulga suhet ringprotsessis tarbitava tööga. 37. Voolamise režiimid. Reynoldsi arv. 38. Pidevuse võrrand. 39. Bernoulli võrrand. ℎ  =   𝑃 𝑝𝑔 + 𝑣 2 2𝑔 h - geodeetiline kõrgus, mis iseloomustab vaadeldavas voolu ristlõikes oleva vedeliku potentsiaalset energiat, mis vedelikul on vabalt valitud horisontaaltasandi suhtes


40. Rõhu kaod vedeliku voolamisel. 41. Kiirgussoojuslevi. Mustsusaste. Stefani-Boltzmani seadus. 42. Soojusvahetite põhitüübid. Soojusvahetite arvutus. 43. Soojusjuhtivus- Fourier' seadus? Soojusjuhtivustegur mõiste? Fourier' seaduse kohaselt on pinnaelementi dF ja D(tau) jooksul läbiv soojushulk võrdeline temperatuurigradiendiga. Soojusjuhtivustegur- aine füüsikaline omadus, mis iseloomustab keha soojusläbilaskvust. Madala soojusjuhtivusteguriga aine on halb soojusjuht ja hea soojusisoleermaterjal 44. Soojusülekanne konvektsioonil, põhimõisted (konvektiivülekande liigid), üldistatud arvutusvalem ehk Newton jahtumisseadust? 1 ) Sundkonvektsioon - põhjustab vedelikule mõjuv välisjõud (pump, ventilaator) 2) Vabakonvektsioon - Tekitab vedelikus ilmnev Archimedese jõu (temperatuurivälja ebaühtlus) Valem: q = alfa(t3 - tv) ehk Q = alfa(t3 - tv)*F alfa - konvektsiooni soojusülekandetegur [W/(m2*K)]


45. Milliseid aineid loetakse kütuseks ning millised põhikriteeriumid peavad olema täidetud? Kütusteks loetakse aineid, mis täidavad järgmisi põhilisi tingimusi: • Küllaldane varu või taastuvus looduses • Hea kättesaadavus ja suhteliselt lihtne tootmine • reageerimiskiirus oksüdeerijaga toimub kiiresti ja suure kasuteguriga • põlemissaadused ei saasta ohtlikult keskkonda 46. Milline on maailma energiatarbimine täna ja milliseks kujuneb ta tulevikus? Praegu tuleb suurem osa maailma energiast fossiilkütustest: naftast, maagaasist, kivisöest. Ja siia siis mingit oma arvamust :) 47. Kütuse liigid, kütuse koostis 1. Tahkedkütused 2. Vedelkütused 3. Gaaskütused Kütuse koostis: Kütuse elementkoostise peamised komponendid on süsiniku, vesiniku, hapniku, lämmastiku ja väävli suure molekulaarmassiga keerukad ühendid


48. Kütuse tarbimisaine, kuivaine, orgaaniline aine 1. Tarbimisaine - ehk tarbimiskütus, kütuse selline kuju, kuidas teda kasutatakse 2. Kuivaine - niiskusvaba kütus 3. Orgaaniline aine - aine, mille osade ühinemisel hapnikuga keemiliste reaktsioonide tagajärjel, tekib põlemisgaas. 49. Kütuse kütteväärtus, alumine ja ülemine kütteväärtus Kütuse kütteväärtus on soojushulk, mis eraldub 1kg tahke- ja vedelkütuse või normaalkuupmeetri gaaskütuse täielikult põlemisel. Ülemine kütteväärtus(QÜ [MJ/kg] või [MJ/m3]) on soojushulk, mis eraldub vabastatud kondenseerumissoojusest, mis tekib põlemisel veeauru kondenseerumisest Kui põlemisel tekkiv veeaur ei kondenseeru, siis eralduv soojushulk on väikesem ja seda nimetatakse alumiseks kütteväärtuseks (Qa [MJ/kg] või [MJ/m3]) Valem: Qa = Qü - r * MH2O 50. Tingkütus, söe ja õli ekvivalendid Tingkütus- Kütus mille kütteväärtus on 29,31 MJ/kg. Kütuse tegeliku kulu ümberarvutamiseks tingkütuse kuluks kasutatakse valemit põlemisel: Bting = B * Qat / 29,31


"Rahvusvahelise kütuseturgudel on kasutusel mõisted söe ja õli ekvivalent, mis tuuakse tonni söe või kütteõli kohta" Söeekvivalent(ce) 1 tce = 7 Gcal = 29,31 GJ = 8,15 MWh Õliekvivalent (oe) 1 toe = 10 Gcal = 41,968 GJ = 11,63 MWh 51. Põletusseadmete tööd iseloomustavatest näitajad 1. Kolde soojuskoormus (soojusvõimsus)- kütuse põlemisel ajaühikus eralduv soojushulk [kW] 2. Katla kasutegur otsese bilanss - ajaühikus kasulikult kasutatava soojushulga ja kütusega koldesse antud soojushulga suhe 3. Katla kasutegur (bruutokasutegur) - Kaudse bilansi kaudu 52. Põletusseadmete (katelde) liigitus 1. Kiht- ehk restkolleteks ja kamberkolleteks. Kamberkoldes toimub põlemine kolde mahus - kolderest ja kütusekiht puuduvad. Kamberkolletes saab põletada nii gaasilisi, vedelaid kui ka peenestatud tahkeid kütuseid. Kamberkolletega on tihedalt seotud põletid. Rest/lihtkollete tähtsaimaks elemendiks on kolderest, millele toetub kütusekiht, ja läbi selle antakse kütuselekihile põlemi etsõhku. 2. Kõrge- ja madaltemperatuuseks 3. Aurukatelde liigitus (Vabaringlus, sundringulus, otsevool)


4. Tsirkuleeriv keevkiht ja tolmpõletustehnoloogia. 53. Tüüpilised SO2 ja CO2 heitmed Looduslik gaas 56 ja 0 Puit 105 ja 25 Tükkturvas 105 ja 200 Kerge kütteõli 74 ja 85 Raske kütteõli 78 ja 460 Kivisüsi 95 ja 700 54. Millises suurusjärgus on katelde kasutegurid? Kas need sõltuvad ka kütuse kütteväärtusest? 70-95%, sõltub küll. Gaasi ja vedekütte katlad on efektiivsemad. 55. Katla soojuskaod, nende kirjeldus, arvutamine/määramine? Soojuskaod katla perioodilisel töötamisel tekkivad kaod, mis üldjuhul on põhjustatud: • soojuskaost katla välisjahtumisel; • soojuskadudest sisemise jahtumise tõttu, mis on tingitud ebatihedatest siibritest; • soojuskaost katla sissekütmisel, kuna sissekütmine toimub kolde normaalsetest töö- tingimustest soojustehniliselt märksa halvemates tingimustes;


• soojuskaost katla seiskamisel, mis on seotud tule summutamisega koldes. Selliste kadude arvutamine on praktiliselt õimatu. Seisakukadusid saab määrata perioodiliselt töötavatel kateldel ainult katseliselt. 56. Tahkekütuse põletamise tehnoloogiad, kuidas neid võib klassifitseerida, anda iga tehnoloogiale lühiülevaade? Tahkete kütuste põletustehnoloogiad võib jagada nelja rühma: Kihtpõletus (restkolded) - Tahkekütuste restil põletustehnoloogia (kihtpõletus) on laiaulatuslikult kasutusel väikesevõimsuselistes tööstusküttekatlamajades, kuid harvem elektri genereerimisel. Piiravaks teguriks on suurte võimsuste saavutamiseks vajalik resti pindala. Kütustena kasutatakse põhiliselt hakkpuitu, puidutöötlemisjäätmed, sorteeritud munitsipaal-jäätmeid, tükkturvast. Tolmpõletus (tolmküttekolded) - *tänapäeval enamjaolt tahketel kütustel töötavates elektrijaamades *kütuse peab jahvatama enne põletamist koldekambris *võimsus piiratud koldemahuga *nõuab kõrget põlemistemperatuuri (teeb seadme konstruktsiooni keeruliseks) *tekib rohkem lämmastikuoksiide (sest temp on kõrge) *kasutegur võib langeda 40%-ni kui auru ülekuumeneb mitu korda *Piiravateks teguriteks on peamiselt auru temperatuuri ja kütuse põlemisgaasi koostisega määratud auruülekuumendi materjali korrosioonikindlus.


Keevkihtpõletus (keevkihtkolded) - *kasutatakse pidevalt *saab põletada madala kvaliteediga kütuseid edukalt *kergemini lahendatavad keskkonnaprobleemid, vajamata kalleid väävlipuhastusseadmeid *tolmpõletusseadmetest vähemtundlikumad kütuse kvaliteedi kõikumiste suhtes Keevkiht on hõljuvatest tahketest osakestest ja seda läbiva gaasivooluse aerodünaamiline süsteem. Tekib sisemist liikumist omav keha, mida tuntakse keevkihina. Kuumutades osakestest moodustuva keevkihi vähemalt süttimistemperatuurini ning suunates sinna kütuse voo, toimub pidev põlemine vajamata selleks kõrget temperatuuri. Temperatuur on keevkihis vahemikus 800-9000C. Klassikalise keevkihi iseärasuseks on kihti paigutatud soojusvahetuspind, milles ülekantava soojuse kaudu hoitaks temperatuur koldes vajalikul tasemel. Süsihappegaasi emissioon atmosfäärirõhul keevkihis põletustehnoloogia puhul, nagu tolmpõletuse korralgi, on määratud süsiniku hulgaga kütuses, kuid sellele lisandub karbonaatsete sorbentide kasutamisel ka nende lagunemisel eralduv CO2. Tsirkuleeriva keevkihi korral suurema pindkiiruse tõttu koldes rebitakse osakesed keevkihist lahti ning suunatakse separaatorisse. Viimases eraldunud jämedamad osakesed lähevad tagasi koldesse, peenemad aga väljuvad separaatorist ning läbivad koos põlemisgaasiga katla konvektiiv küttepinnad. Tsirkuleeriva keevkihiga ülekriitiliste parameetritega otsevoolukatelde kasutusele võtt võimaldab lähima 8-12 aasta jooksul viia energiaploki kasuteguri 43-45% tasemele.


Keeris- ja tsüklonpõletus (keeris- ja tsüklonkolded) - Üheks tahkekütuste kasutamise efektiivsuse suurendamise võimaluseks on kütuse gaasistamisega integreeritud kombineeritud tsükli kasutamine. Sellise kombineeritud seadme iseärasuseks on tahkekütuse gaasistamine ning gaasi põletamisel saadava põlemisgaasi kõrge temperatuur gaasiturbiini sisenemisel. Tahkekütuse otsesel põletamisel on põlemisgaasi temperatuur piiratud tuhaosakeste paakumise ja sulamistemperatuuridega. Kütuse gaasistamisega integreeritud kombineeritud tsükli rakendumisel on võimalik energiamuunduse kasuteguri tõus väärtuseni 48-50%. Tahkekütuste tsüklon- ja keerispõletus oma kõrge maksumuse tõttu laiaulatuslikku rakendust leidnud ei ole.+