Transcript P - AAU Moodle

5th Semester Project Proposal
Hybrid Heat Pump for Waste Heat Recovery
The hybrid combines the traditional compression and the
absorption type heat pumps.
Absorber
• Operating fluids: Water and ammonia
• Utilises
waste heat and deliver at
high temperature 110 C and 25 bar
• Gliding temperatures during the
Pressure
reducing
device
Compressor
absorption and desorption processes
– high COP: 4 - 5
Project Proposal:
• Feasibility of the hybrid heat pump in selected applications:
District heating
Proces industry
Geothermal
• Benchmarking against other heat recovery systems
Desorber
Separator
Liquid pump
• Potential cooperation with:
Proposed by: Carsten Bojesen
1
Industri – Montage Vest A/S
30.08.2012
Modul 2
14. Maj 2012
•
•
•
•
•
•
•
Faseskift
Gasser og væsker
Fasediagrammer
Fugtig luft
Pause
Termodynamikkens 1. hovedsætning
Masse- og Energibalancer
Termodynamik og energibalance
Faseskift for vand
Tilstand 1
Ved 1 atm og 20oC eksisterer vand som væske
(”compressed liquid”)
p=1atm
T=20oC
Tilstand 2
p=1atm
T=100oC
3
Ved 1 atm og 100oC eksisterer vand som væske, der er
klar til at fordampe (”saturated liquid” / mættet
væske)
Termodynamik og energibalance
Faseskift for vand
Tilstand 3
p=1atm
T=100oC
Efterhånden som der tilføres mere varme (energi),
fordamper noget af væsken (”saturated liquid/vapour
mixture” / mættet væske-damp blanding)
Tilstand 5
p=1atm
T=300oC
Tilstand 4
p=1atm
T=100oC
4
Temperaturen forbliver
på 100oC indtil al
væsken er fordampet
(”saturated vapour” /
mættet damp)
Termodynamik og energibalance
Faseskift for vand
Kogepunktstemperaturen er
trykafhængig
- Højere tryk  højere
kogepunktstemperatur

5
Termodynamik og energibalance
1

Faseskift
•
Væske-damp mætningskurve
•
psat
Energi skal til- eller fraføres ved et
faseskift
– ”Latent heat” / fordampningsvarme /
frysevarme
Tsat
6
Termodynamik og energibalance
Fasediagrammer
• Mest normale diagrammer er
– T-v diagram (Temperatur vs specifikt volumen)
– P-v diagram (tryk vs specifikt volumen)
– P-T diagram (tryk vs temperatur)
• Senere en gruppe diagrammer, der har entropi
(s) som abscisse
7
Termodynamik og energibalance
Faseskift – T-v diagram
Kritisk punkt: det punkt, hvor
mættet væske og mættet damp er
den samme tilstand
v [m3 / kg ]
8
Termodynamik og energibalance
Faseskift – T-v diagram
v
Superkritisk proces – ingen
distinkte faseskift
9
Termodynamik og energibalance
Faseskift – p-v diagram
10
Termodynamik og energibalance
Væske damp blandinger
Quality (kvaliteten) x: masseandelen af damp i forhold til den totale masse.
x er mellem 0 (ren mættet væske) og 1 (ren mættet damp).
11
Termodynamik og energibalance
Væske damp blandinger
12
Termodynamik og energibalance
Væske damp blandinger
Eksempel: 4-4 side 131
En tank indeholder 10 kg vand ved 90. 8 kg er på væskeform
og 2 kg på dampform. Bestem:
a) Trykket i tanken
b) Tankens volume
13
Termodynamik og energibalance
Væske damp blandinger
Procent fej , [|vtable - videal|/vtable] 100
ved at antage damp som en idealgas og
området hvor damp kan behandles som
en idealgas med mindre end 1 % fejl
14
Termodynamik og energibalance
Fugtig luft
Temperatur
Celcius
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
vanddamp
gram pr. m3
17,3
18,4
19,4
20,6
21,8
23,1
24,4
25,8
27,2
28,8
30,4
32,1
33,8
35,6
37,6
15
Den maksimale mængde vanddamp svarer til 100% luftfugtighed.
100% luftfugtighed ved 28 grader er altså 27,2 gram vanddamp i hver 1
m3 luft.
Når luftfugtigheden er på 100% svarer det faktisk til regnvejr – eller
noget, der ligner regnvejr.
Indendørs har man en lavere luftfugtighed, som kan være f.eks. 60%.
Procenttallet kaldes den relative luftfugtighed og forkortes til RF.
En RF på 55% ved 22 grader celsius betyder altså, at der er 55% af 19,4
gram vand pr. m3 = 0,55 x 19,4 = 10,67 gram vanddamp pr. m3.
relativ fugtighed 
massen af vanddamp i luften
100%
massen af vanddamp der højest kan være i luften
Termodynamik og energibalance
Udvidet fasediagram – fast fase
Triple punkt
For vand:
Ttp = 0.01°C
Ptp = 0.6117 kPa
16
Termodynamik og energibalance
Pause
17
Termodynamik og energibalance
Termodynamikkens 1. Hovedsætning:
”Energi kan ikke opstå eller forsvinde under en proces.
Energien kan kun ændre form”
18
Termodynamik og energibalance
Massebevarelse:
Masse kan ikke opstå eller forsvinde
Gælder også en kemisk proces:
19
Termodynamik og energibalance
Energibalancer
20
Termodynamik og energibalance
Luft kompressor:
21
Termodynamik og energibalance
Eksempel: 6-6 side 218, Luftkompressor
Opgave: Bestem akseleffekten
22
Termodynamik og energibalance
Dyse og diffusor
23
Termodynamik og energibalance
Eksempel: 6-5 side 217: Acceleration af damp i dyse
Damp har ved indløb af dysen tryk på 1,8 MPa og en
temperatur på 400 C.
Ved udløb er trykket 1,4 MPa og hastigheden 275 m/s.
Varmetabet er 2,8 kJ/kg
Bestem:
a) Hastigheden ved indløb
b) Temperaturen ved udløb
Antagelser: Steady flow, intet arbejde og ingen
ændring i potentiel energi.
24
Termodynamik og energibalance
Drøvleventil:
25
Termodynamik og energibalance
Eksempel 6-12, side 230: ikke-stationær flow
En tank med fuld vakuum er forbundet med en rørledning med en ventil. I
rørledningen strømmer vanddamp ved 1 MPa og 300 C.
Ventilen åbnes og vanddamp strømmer langsomt ind i tanken indtil trykket i
tanken er 1 MPa. Herefter lukkes ventilen igen.
Bestem slut temperaturen i tanken
Antagelser: Ingen ændringer i kinetisk (langsomt strømmende) og potentiel
energi. Ingen ændringer i dampens stofværdier under påfyldningen.
26
Termodynamik og energibalance
Blanding af fluider: Eksempel 6-9, side 223
60C
140 kPa
10C
27
Termodynamik og energibalance
43C
Polytropiske processer - f.eks. kompression
og ekspansion af gasser
28
Termodynamik og energibalance
Polytropiske processer - kompression og ekspansion af gasser
Isentropisk (ingen køling) m=k
Polytropisk (nogen køling) 1 < m < k
Wb = R*T*ln(P2/P1)
29
Isoterm proces (Maksimal køling) m = 1
Termodynamik og energibalance
Opgaver – Modul 2
4-37 Tabelopslag A-6 interpolation
4-42 Vands fordampningsvarme hfg=2256.5 kJ/kg
4-75 Antag at luften er en idealgas, konstant volumen i dækket,
Hint: p1*V/T1 = P2*V/T2, husk at bruge absolut temperatur!
5-74 Varmekapacitet for helium ved konstant volumen er 3,1156 kJ/kgK
Helium er en idealgas. Ingen ændring i kinetisk og potentiel energi.
6-47 Idealgas, steady flow, ændring i kinetisk og potentiel energi er negligibel
6-50 W=m*cp*(T2-T1) , ændring i kinetisk og potentiel energi er negligibel
Termodynamik og energibalance
Energitekniske Grundfag301