CEVAP: Ara bö lg e Başlangıçta toplam hacim. V = = 5.084m. V = 6.025m V m kg = = = P = 200kPa

Transkript

1 Bir piston silindir düzeneğinde başlangıçta, 00 ka basınçta doyuş sıı-buhar karışıı 5 kg su bulunaktadır Suyun kg lık bölüü sıı fazında, geri kalanı ise buhar fazındadır Bu durudayken piston durdurucular üzerindedir Daha sonra suya ısı geçişi olakta, basınç yükselekte e 00 ka olduğunda piston hareket eteye başlaaktadır Isı geçişi topla haci 6,05 oluncaya kadar dea etektedir Buna göre; a) İlk e son haldeki sıcaklıkları, b) iston yukarı doğru hareket eteye başladığı andaki sıı fazındaki suyun kütlesini c) Hal değişii sırasında yapılan işi bulunuz CEA: 00ka T T C d Ara bö lg e Başlangıçta topla haci + s f b g ka 05 kg 05 kg T 56 C 0 b) - hal değişii sabit hacide; kg 5 00ka doyuş buharın özgül haci; g kg g olduğundan taaı kızgın buhar 0kg s c) İş - hal değişii boyunca yapılır W d ( ) 00( ) 88kj -0 0 C de doyuş buhar olarak bulunan soğutucu akışkan- nin, bir kopresör yardııyla 07 Ma basınca kadar sıkıştırılası istenektedir Soğutucu akışkanın debisi kg/s dir a) Kopresörün adyabatik e çıkış sıcaklığının 80 0 C olası duruunda, kopresör için gerekli gücü bulunuz b) Aynı kopresörde soğuta yapılası duruunda, soğutucu akışkandan 5 kj/kg ısı çekilekte bunun sonucunda çıkış sıcaklığı 70 0 C olaktadır Bu duruda, kopresör için gerekli gücü bulunuz c) a e b de elde edilen sonuçları göz önüne alarak, kopresörde yapılan soğutanın ühendislik açısından öneini açıklayınız CEA: a)

2 T 0 0 C Doyuş buhar h 7874kj/ kg T 0 80 C 07Ma h 67kj/ kg ( ) Q W h + ke + pe ke pe 0, Q 0 W ( ) W 6896kW 07Ma T 70 C h 9kj/kg 0 b) ( ) Q W h + ke + pe ke pe 0, 5 W (9 7874) W 664kW c) Soğuta yapılası duruunda harcanan iş daha az olaktadır Mühendislik açısından iş harcayan düzeneklerde işin aza iniua indirilesi istenir Buharlı bir ısıta sisteinde kullanılan radyatörün haci 0 lt dir Radyatör 05 Ma basınçta doyuş buharla dolduğu zaan buhar giriş e çıkış anaları kapatılaktadır Basınç 50 ka düşene kadar ısıtıcıdan odaya geçen ısı iktarını bulunuz CEA: 05Ma Doyuş buhar 59 / kg u 597 kj kg 0075 kg 59 kg f fg ka + x x ( ) x 057 u (44) u 056kj / kg Q W U (u u ) Q 0075( ) Q 49kJ 4 Aşağıdaki ifadeleri açıklayınız a) Terodinaiğin birinci yasası, b) Kritik nokta c) Kuruluk derecesi, d) Özgül ısı, e) Sürekli akış,

3 Aşağıda özellikleri erilen addeler için bilineyen özellikleri doldurunuz Madde (ka) T( 0 C) ( /kg) x Faz Duruu R H O H O 5 04 R-4a 60 0,60 H O 70 Doyuş buhar Madde (ka) T( 0 C) ( /kg) x Faz Duruu R Doyuş sıı-buhar H O Sıkıştrılış sıı H O Doyuş sıı buhar R-4a ,60 - Kızgın buhar H O Doyuş buhar Bir piston silindir düzeneğinde 06 Ma e 40 0 C de bulunan 0 kg soğutucu akışkan-, 0 0 C sıcaklığa kadar sabit basınçta soğutulaktadır a) Hal değişiini T- diyagraında, doyuş sıı buhar eğrilerini de göstererek çiziniz b) Hacideki değişeyi bulunuz c) Topla entalpi değişiini entalpinin tanıını kullanarak bulunuz d) Topla entalpi değişiini tablo kullanarak bulunuz a) T Ma b) 06 Ma e T 40 0 C Kızgın buhar 0097 /kg h 09kj/kg u 90kj/kg 06 Ma e T 0 0 C 0 h h f@0 C 5487kj/kg 0 Sıkıştırılış sıı f@0 C /kg 0 u u f@0 C 5444kj/kg ( - ) -0 0kg( ) /kg c) H[(u + )-(u + )] H0kg[( * )-(90+600*0097)]kj/kg H-544kj/kg

4 d) H(h -h ) H0kg( )kj/kg H-5444kj/kg Bir piston silindir düzeneği iki durdurucu arasında sürtünesiz olarak hareket etektedir iston alt durdurucu üzerinde iken haci 400L, üst durdurucuya ulaştığında ise 600L dir Silindir başlangıçta 00ka e %0 kuruluk derecesinde su içerektedir Siste, su doyuş buhar oluncaya kadar ısıtılaktadır istonu yukarı hareket ettirek için 00 ka basınca ihtiyaç olduğuna göre; a) Son duruda silindirdeki basıncı b) Yapılan işi c) Isı transferi iktarını bulunuz a) Başlangıçta piston alt durdurucu üzerinde; 00ka e X0 f +x fg *( ) 096 /kg / 04/ /kg - Hal değişii (00ka oluncaya dek sabit hacide) 00ka e 096/kg f < < g olduğundan ara bölgede - Hal değişii (00ka sabit basınçta genişlee) 00kaÜst durdurucuya değdiği anda özgül haci; ü 06/78 ü 0509/kg 00 ka da doyuş buharın özgül haci d /kg ü < d olduğundan piston üst durdurucaya değdiği anda doyuş sıı buhar karışıı ü 0509/kg -4 Hal değişii ( Doyuş buhar oluncaya dek sabit hacide) /kg İnterpolasyon sonucu 4 69ka? b)yapılan iş sınır işi (-) Ws( - ) 78*00*( )5997kJ c) Q-W U+ KE+ E Kinetik e potansiyel enerji değişii sıfırdır Q(u 4 -u )+W u kj/kg (İnterpolasyon) u uf+xu fg 85kj/kg Q78( )+5997 Q080kj

5 4 4 Buharlı bir ısıta sisteinde haa, içinden su buharı akan boruları üzerinden geçirilerek ısıtılaktadır Her iki akış da süreklidir Su buharı ısı değiştiricisine 00 ka e 00 0 C sıcaklıkta, dakikada 8 kg debiyle girekte, 80 ka basınç e 00 0 C sıcaklıkta çıkaktadır Haa 00Ka basınç e 5 0 C sıcaklıkta girekte, 47 0 C sıcaklıkta çıkaktadır Haanın girişteki hacisel debisini hesaplayın Haa Buhar 4 Kütlenin korunuu; haa 4 buhar, Enerjinin korunuu; ( Q 0 e W 0 ) Kinetik e potansiyel enerji değişii ihal,, Q W,,, haa haa haa ( h h h p e h h h ), buhar buhar h h, 4 C ( T T ) Haa ideal gaz, 4, i ( h buhar h ) C p 005kj / kgc,,, h + h h h 4 00 ka T 00 0 C h 8705 kj/kg 4 80 ka T C h kj/kg

6 , ( ) haa 8 887kg / dk 478kg / s 005(47 5) RT 087 * / kg 00 Hacisel debi478* /s

7 ) Aşağıda erilen addeler için tablodaki boşlukları doldurunuz Madde (ka) T( 0 C) ( /kg) x Hal a) H O 98, Islak Buhar b) H O Kızgın buhar c) R Sıkıştırılış sıı d) Haa İdeal Gaz e) R-4a Islak buhar ) Sürtünesiz bir piston silindir düzeneğinde, başlangıçta 500ka e 00 0 C sıcaklıkta 8kg kızgın su buharı bulunaktadır Daha sonra silindir içindeki buhar, sabit basınçta kütlesinin 4 te ü yoğuşana kadar soğutuluyor a) Hal değişiini T- diyagraında gösteriniz b) Buhar üzerinde yapılan işi, c) Çereye olan ısı geçişini bulunuz T 500ka 0 00 C 056 kg kj h 064, kg f fg 500ka x 05 + x ( ) kg a) Yapılan iş; w d ( ) W ( ) ( ) W 74kJ b) Isı transferi; h h + x (h ) f fg h (085) h 675kJ Q W U Q H Q (h h ) Q 8( ) Q 5748kJ Soğutucu akışkan sürekli akışlı bir yoğuşturucuda çereye ısı ererek yoğuşaktadır Soğutucu akışkanın giriş şartları; u98,kj/kg, h7,5kj/kg, 0,06 /kg çıkış şartları ise; u60,5kj/kg, h6,kj/kg, 0,0008 /kg dır Soğutucu akışkanın debisi 0kg/saat olduğuna göre;

8 a Biri zaanda yoğuşturucudan çereye iletilen ısı iktarını, b Giriş e çıkıştaki akış işlerini, c Giriş e çıkış basınçlarını bulunuz a) Isı iktarı; Q W H W 0 Q H Q (h h ) Q 0(6 75) 6kj/ saat 0868kW b) Akış işi; h u () kJ / kg () kJ / saat 007kW () kJ / kg () kJ / saat 0008kW c) Giriş e çıkış basınçları; 9kj/kg ka 07kj/kg ka 4) Küresel bir balon, %0 kuruluk derecesinde kg R- içerektedir Daha sonra balon ısıtılakta e içindeki basınç 400ka olaktadır Bu hal değişii sırasında balon içindeki basıncın balon çapı ile doğru orantılı, balon hacinin ise balon çapının küpü ile doğru orantılı olduğu bilinektedir Son duruda haci 0,0744 olduğuna göre; a) Yapılan işi, b) Isı transferi iktarını bulunuz x 0 T 0 0 C R 086ka + x ( ) f fg 0078 kg ka kg f x 0858 fg a) Yapılan iş;

9 W αd d e αd αd e Dα α SABİT C SABİT C C ( ) ( ) W C d C C (( ) ( ) W 44kJ 4 b) Isı transferi iktarı; u ( ) 76 kg kj Q W U Q (u u ) + W + u (769 45) 558 kg kj Q (558 76) + 44 Q 744kJ

10 Cuhuriyet Üniersitesi Makina Mühendisliği Bölüü Terodinaik I Final Sına Soruları Öğrencinin, 5 7 Adı 4 6 Nuarası TOLAM -Bir çaydanlık suyun a) bir ocağın üzerinde, b) içine elektrikli ısıtıcı konarak ısıtıldığını düşünün Suyu ısıtak için hangi yol daha erilidir? Açıklayın (5 puan) (b) etodu daha erilidir Çünkü suyun içinde bulunan ısıtıcı eleandan çereye olan ısıl kayıplar diğerine göre daha azdır Aaç daha az elektrik enerjisi girdisiyle ısıtayı sağlaak olduğundan ikinci yöntein daha erili olduğu aşikardır -Bir elektrikli ocakta su ısıtıldığını düşünün Bu işle esnasında enerjinin hangi biçilerde bulunduğunu e hangi enerji dönüşüleri olduğunu belirtin (5 puan) Enerjinin foru elektrik enerjisi e duyulur iç enerjidir Elektrik enerjisi suya olan ısı transferi neticesinde duyulur iç enerjiye dönüşektedir -Aşağıda belirtilen işlelerden hangisi daha fazla enerji gerektirir a) At basınçta kg doyuş sıı halinde suyu tüüyle buharlaştırak, b) 8 At basınçta kg doyuş sıı halinde suyu tüüyle buharlaştırak (5 puan) Yüksek basınç, daha az buharlaşa enerjisi gerektirdiğinden, At basınçta kg doyuş sııyı buharlaştırak daha fazla enerji gerektirir 4- Yüksek bir binanın tepesinden atılan bir kutu gazoz düşünün Aşağı düşerken gazozun sıcaklığı potansiyel enerjideki azalaadan dolayı artar ı? (5 puan) Hayır çünkü kutunun potansiyel enerjisi düşe esnasında iç enerjiye değil, kinetik enerjiye dönüşür 5-) Aşağıda özellikleri belirtilen addeler için bilineyen özellikleri doldurunuz (5 puan) Madde (ka) T ( 0 C) ( /kg) x Faz duruu R Kızgın Buhar H O Islak Buhar H O Sıkıştırılış sıı NH Kızgın Buhar R-4a Islak Buhar 6- Bir piston silindir düzeneğinde 00 o C sıcaklık e Ma basınçta 08 kg su buharı bulunaktadır Siste su buharı kütlesinin yarısı yoğuşana kadar soğutulaktadır a) Hal değişiini T- diyagraında gösterin b) Son haldeki sıcaklığı bulun c) Hacideki değişii hesaplayın (5 puan) a) (75 puan) b) Son haldeki sıcaklık Ma da doya sıcaklığıdır T799 o C (75 puan)

11 Cuhuriyet Üniersitesi Makina Mühendisliği Bölüü Terodinaik I Final Sına Soruları Öğrencinin, 5 7 Adı 4 6 Nuarası TOLAM c) o Ma e T 00 C ' de 0579 / kg Ma e x 05 ' de + x f / kg ( ) Hacideki değişi ( ) 08( ) 08 fg (0 puan) 7-0 haci olan sabit hacili bir kapta 800 ka basınçta, doyuş sıı buhar karışıı soğutucu akışkan- bulunaktadır Başlangıçta hacin %40 ı sıı, geri kalanı ise buhar fazındadır Daha sonra kabın altında bulunan usluk açılarak bir iktar sıı boşaltılaktadır Bu sırada soğutucu akışkana ısı geçişi olakta e kap içindeki basınç sabit kalaktadır Kap içindeki sıı bitip anadan buhar geleye başladığı anda usluk kapatılaktadır Bu işle esnasındaki topla ısı geçişini hesaplayınız (0 puan) 800 ka, 04 f tank f g 0x04 0x06 f + g kg U u u + u 57x x8 90 kj f g f f g g ka e doyuş buhar için kg 800 g,800ka 0088 / kg 0088 u u g,800ka e e f,800ka 8 kj / kg 800 ka e doyuş buhar için h h 670 kj / kg Kütlenin korunuu prensibinden; ( ) kg i e c e e e i i+ ( ) c e e+ u Q W h h u u Q h u Q 4944x x8 90 Q 44kJ

12 Cuhuriyet Üniersitesi Makine Mühendisliği Bölüü Terodinaik I - Final Sınaı Soruları Çözüleri ) Aşağıda özellikleri belirtilen addeler için bilineyen özellikleri doldurunuz Madde (ka) T ( 0 C) ( /kg) h (kj/kg) x Faz duruu H O H O H O Fr Fr- 0 Doyuş buhar -) haci olan Şekil A daki bir oksijen tankına bağlanan bir basınç göstergesinde 500 ka değeri okunaktadır Tank içindeki sıcaklık 4 o C e atosfer basıncı 97 ka olduğuna göre, tanktaki oksijen kütlesini hesaplayınız -) Şekil B deki yalıtılış bir piston silindir düzeneğinde başlangıçta 400 ka basınç e 5 oc sıcaklıkta 00 L haa bulunaktadır Daha sonra basınç sabit kalırken, silindir içindeki bir fanla haa üzerinde 5 kj iş yapılaktadır Haanın son haldeki sıcaklığını haa tablosunu (A-7) kullanarak hesaplayın Fanda depolanan enerjiyi ihal edin 4-) Dikey bir piston-silindir düzeneğinde (Şekil C) başlangıçta 50 oc sıcaklıkta 0 su buharı bulunaktadır Sürtünesiz pistonun kütlesi, silindir içindeki basıncın 00 ka olasını sağlayacak büyüklüktedir Daha sonra silindire bağlı olan ana açılarak bir iktar buharın dışarı çıkası sağlanaktadır Bu işle sırasında ısı geçişi olakta e silindir içindeki buharın sıcaklığı sabit kalaktadır Son haldeki haci 0 olduğuna göre, (a) dışarı akan buharın kütlesini, (b) ısı geçişini hesaplayın Şekil A Şekil B Şekil C UANLANDIRMA: S:0 S:0 S:0 4S: 0

13 Cuhuriyet Üniersitesi Makine Mühendisliği Bölüü Terodinaik I - Final Sınaı Soruları Çözüleri ) Madde (ka) T ( 0 C) ( /kg) h (kj/kg) x Faz duruu H O Islak buhar H O Doyuş sıı H O Kızgın buhar Fr Sıkıştırılış sıı Fr Doyuş buhar -) g + at ka / RT ( 597 * ) / ( 0598 * 97 ) 9 kg -) / RT ( 400 * 0 ) / ( 087 * 98 ) 0468 kg T 98 h 988 kj / kg ( Tablo A-7 ) Q W pw W b U + KE + E Q KE E 0 & U + W b H W pw ( h h ) ( 5) 0468 ( h 987 ) h 0 kj / kg h 0 kj / kg T 99 K ( Tablo A-7 ) 4-) e 00 ka T e T T 50 o C } / ν 0 / kg h e 9676 kj / kg ν ν / kg u u 787 kj / kg / ν 0 / kg e kg Q W e h e i h i + ( u u ) KH i h i 0 ; U + W H ; h i h h h ; e Q ( e + ) h 0

14 Her biri 00 L hacine sahip A e B tankları şekil de gösterildiği gibi bir ana yardııyla birbirine bağlanıştır Başlangıçta A tankında 4 0 C de, hacice %0 sıı, %90 buhar olak üzere soğutucu akışkan bulunur iken B tankı taaen boştur Daha sonra ana açılarak doyuş buharın A tankından B tankına akışı, B tankının basıncı A tankındaki basınca ulaşıncaya kadar sağlanaktadır Bu noktada ana tekrar kapatılaktadır Hal değişiinin yaaş gerçekleşesi nedeniyle sıcaklık hal değişii boyunca 4 0 C olarak kalaktadır A tankındaki kuruluk derecesindeki değişii bulunuz x x A A A B A A A A X 6,9 + 6,5,8kg 6,5,8,8 7,5 5,55kg + 0, 5,55 f s B g + x 0,6 f g g 0, 0, 0,9 0, + 0, ,0759 0,98 0, 0,0759 0,0078 fg 7,5kg 0,0078 0, x 0,6 0,98 0,065 A (0,0759 0, ) Şekil deki sürtünesiz e sızdıraz pistonlu silindir içinde ilk halde 00 ka basınç e 00 0 C sıcaklıkta kg kızgın su buharı ardır Sisteden yaaş yaaş ısı çekilerek piston durduruculara geldiği anda sıcaklık 00 0 C olaktadır Son halde basınç 00 ka oluncaya kadar ısı çekileye dea edilektedir a) Bütün hal değişiini - e T- diyagralarında gösteriniz b) iston durduruculara geldiği andaki topla haci bulunuz c) Son haldeki kuruluk derecesini hesaplayınız a) b) 00ka T 00 0 C, 6 kg T 00ka 00 0 C, 080 kg

15 ,080, 606 c) 00ka,080 f g 0,0004,6940 x 0,68 f + x fg,080 0, x(,6940 0,0004) Buharlı bir ısıta tesisatında kullanılan radyatörün haci 0 lt dir Radyatör 50 ka basınçta e doyuş buharla dolduğu zaan giriş e çıkış anaları kapatılaktadır Basınç 50 ka a düşünceye kadar ısıtıcıdan odaya geçen ısı iktarını bulunuz 50ka,59 0,0 /kg 0, 075kg,59 Doyuş buhar u 59,7kj/kg 50ka f 0,0000 /kg e g,40 /kg,59 /kg f,59 0,0000 x 0, 58,40 0,0000 fg u u f +xu fg 40,44+0,58(4,4)07,7kj/kg Q W U Q ( u u) 0,075(07,7 59,7) 4,5kj Q ODA 4,5kj 4 Aynı sıcaklık sınırları arasında çalışan e Carnot çeriinden daha yüksek erie sahip, a) gerçek b) tersinir bir ısı akinesi çerii tasarlanabilir i? Açıklayın a) Hayır Carnot ilkelerine göre aynı sıcaklık sınırları arasında çalışan gerçek çerilerin erileri Carnot çerii eriinden daha küçüktür b) Hayır Carnot ilkelerine göre aynı sıcaklık sınırları arasında çalışan tersinir çeriin erii Carnot eriine eşittir, büyük olaaz 5 Bir piston silindir düzeneğindeki hal değişii sırasında yapılan en çok işin, neden hal değişiinin sanki-dengeli olası duruunda gerçekleşeceğini açıklayınız Gerçek hal değişilerinde piston yüzeyine yakın bölgelerdeki basınç sanki dengeli hal değişiine göre daha küçüktür Bu nedenle sınır işi sanki dengeli hal değişiinde daha fazladır

16 6 Kapalı bir sistede gerçekleşen bir çeri için, net iş utlaka sıfır ıdır? Ne tür sisteler için bu duru geçerlidir Hayır Adyabatik sisteler için net iş sıfır olur 7 Sürekli akışlı bir haa kopresörü düşünün Kopresör giriş e çıkışındaki hacisel debileri karşılaştırın Kopresör girişindeki hacisel debi daha büyüktür Çünkü çıkışta özgül haci azalaktadır 8 ka kj olduğunu gösteriniz kn kn kj Sürekli akışlı açık bir sistede akışkan 4kg/s debi ile akaktadır Akışkan sistee 600kN/ basınç, 0 /s hız, 00kJ/kg iç enerji e 0,4 /kg özgül hacine sahip olarak girip, 50 kn/ basınç, 45 /s hız, 650 kj/kg iç enerji e,5 /kg özgül hacine sahip olarak çıkaktadır Akışkanın sisteden geçişi sırasında sisteden çereye olan ısı geçişi 40 kj/kg olduğuna göre ; otansiyel enerji değişilerini ihal ederek yapılan gücü bulunuz Gücün siste tarafından ı yoksa siste üzerinde i yapıldığını ifade ediniz q w H + ke + pe q w ( u + ) ( u + ) w ( ) ( ) w kj kg ozitif olduğundan siste tarafından yapılaktadır W kW

17 Aşağıda özellikleri erilen addeler için bilineyen özellikleri doldurunuz Madde (ka) T( 0 C) ( /kg) x Faz Duruu H O Kızgın buhar H O Doyuş sıı-buhar R-4a Sıkıştırılış sıı R Kızgın buhar R- 567,9 0 0,0078 Doyuş buhar Rijit bir tank iki eşit parça halindedir Başlangıçta tankın bir tarafında 5 kg su, 00 ka e 5 0 C dedir Diğer taraf ise boştur Aradaki cidar kaldırıldığında su tankın bütün hacine genişleektedir Tankın sıcaklığı 5 0 C lik başlangıç sıcaklığına erişinceye kadar ısı transferi olaktadır a) Tankın hacini b) Son basıncını c) Bu esnadaki ısı transferini hesaplayarak - diyagraında gösteriniz a) 000 kg b) ka / kg c) Q W U + KE + E Q ( u u x u f 0488 u ) fg f kj kg u (049) u 049kj / kg Q 5 ( ) 05kj 5

18 4 Bir piston silindir düzeneği başlangıçta 0 hacinde olup, 04 Ma basınçta 05 kg buhar içerektedir Daha sonra sistee sabit basınçta sıcaklık 00 0 C oluncaya kadar ısı erilektedir Hal değişii için ısı geçişini e işi bulunuz 0 0 kg 05 f x 04 fg h (8) 546kj h 0668kj kg Q Wdiger H Q ( h h ) Q 05( ) 7705kj kg

19 Cuhuriyet Üniersitesi Makine Mühendisliği Bölüü Terodinaik I Final Sına soruları Öğrencinin, 4 Adı Soyadı Nuarası TOLAM - Aşağıdaki tabloyu doldurunuz Madde (Ma) T( 0 C) ( /kg) x Faz duruu Su 0, 00 Su 0,5 70 SA- 0,6 0,0 Haa 0,4 SA-4a 0,6 6 - Kapalı bir kapta bulunan 0,5 kg doyuş su buharı, 50 0 C ye kadar soğutularak, kuruluk derecesi %0 olan ıslak buhar elde ediliyor Buna göre; a- Hal değişiinin T- diyagraını çiziniz b- Buharın ilk sıcaklığı e basıncını bulunuz c- Hal değişii sırasındaki ısı geçişini bulunuz - Bir terik santraldeki buhar türbininin gücü 60 MW dır Su buharı türbine Ma basınç C sıcaklık e 50 /s hızla girekte, 0 ka basınç, 0,9 kuruluk derecesinde e 00 /s hızla türbini terk etektedir Türbini adyabatik kabul ederek; a- Buharın kütlesel debisini, b- Türbin çıkış kesit alanının, giriş kesit alanına oranını (A /A ) bulunuz 4- Bir piston silindir düzeneği içinde 00 ka basınç 7 0 C sıcaklıkta 0, kg haa bulunaktadır İlk olarak sabit basınçta ısı erilerek, haci ilk hacin iki katına getiriliyor Daha sonra sabit sıcaklıkta haa 00 ka basınca kadar genişletiliyor Buna göre; a- Tü olayı - diyagraında gösteriniz b- Her bir hal değişiindeki iş e ısı geçişlerini bulunuz Doç Dr Ali INARBAŞI Başarılar Ta sonuçlar dikkate alınacaktır Sorular eşit ağırlıklıdır Sına süresi 90 dakikadır

20 Cuhuriyet Üniersitesi Makine Mühendisliği Bölüü Terodinaik I Final Sına soruları Öğrencinin, 4 Adı Soyadı Nuarası TOLAM CEALAR - Aşagıdaki tabloyu doldurunuz Madde (Ma) T( 0 C) ( /kg) x Faz duruu Su 0, 00 0,76 - Kızgın Buhar Su 0,5 70 0,97 - Kızgın Buhar SA- 0,6 0,0 0,67 Islak Buhar Haa 0, 0,4 - İdeal Gaz SA-4a 0,6 6 0, Sıkıştırılış sıı - Kapalı bir kapta bulunan 0,5kg doyuş su buharı, 50 0 C ye kadar soğutularak, kuruluk derecesi %0 olan ıslak buhar elde ediliyor Buna göre; a- Hal değişiinin T- diyagraını çiziniz b- Buharın ilk sıcaklığı e basıncını bulunuz c- Hal değişii sırasındaki ısı geçişini bulunuz a- b- f + xfg 0, ,(,0 0,000),4068 / kg u u + xu 09, + 0,(4,) 656,6 kj / kg f fg, 4068 / kg İnterpolasyonileT 89,5 C 0 Doyuş buhar 68,9ka c- h 49,89 kj/ kg Q ( u u ) 0,5(656,6 49,89) 98,87kJ

21 Cuhuriyet Üniersitesi Makine Mühendisliği Bölüü Terodinaik I Final Sına soruları Öğrencinin, 4 Adı Soyadı Nuarası TOLAM - Bir terik santraldeki buhar türbininin gücü 60MW dır Su buharı türbine Ma basınç C sıcaklık e 50/s hızla girekte, 0ka basınç, 0,9 kuruluk derecesinde e 00/s hızla türbini terk etektedir Türbini adyabatik kabul ederek; a- Buharın kütlesel debisini, b) Türbin çıkış kesit alanının, giriş kesit alanına oranını (A /A ) bulunuz a- Ma h 0,9 kj/ kg T 400 C 0, 0996 / kg 0 0ka h h + xh 9,8+ 0,9(9,8) 45,5 kj / kg f 0,9 f fg 0, 000 0,9(4, 67 0, 000), 0 / W ( h h+ ) (45,5 0, ) 69, kg / s 000 fg x + h + kg b- Giriş kesit alanı; A 50A 69, A 0,7 0,0996 Çıkış kesit alanı; A 00A 69, A 4,56, 0 A 4,56 A 0,7, Bir piston silindir düzeneği içinde 00ka basınç 7 0 C sıcaklıkta 0,kg haa bulunaktadır İlk olarak sabit basınçta ısı erilerek, haci ilk hacin iki katına getiriliyor Daha sonra sabit sıcaklıkta haa 00ka basınca kadar genişletiliyor Buna göre; a- Tü olayı - diyagraında gösteriniz b- Her bir hal değişiindeki iş e ısı geçişlerini bulunuz a- 00

22 Cuhuriyet Üniersitesi Makine Mühendisliği Bölüü Terodinaik I Final Sına soruları Öğrencinin, 4 Adı Soyadı Nuarası TOLAM b- Sabit basınçta hal değişii - RT 0, 0, , , 0574 W ( ) 00(0, , 087) 8, 6kJ s IYASA Q W U Q U + W H S Q ( h h) T T 00K h 00,9 kj/ kg T 600K T T 600K h 607, 0 kj/ kg Q ( h h) 0,(607, 0 00,9) 0, 68kJ S c- Sabit sıcaklıkta genişlee - RT C C C C d Ws d d C C ln ln 000, ,7 0,7 Ws 000, 0574 ln 8,895kJ 0, 0574 Q W ( u u ) 0 S Q 8,95kJ

23 TERMODİNAMİK SORULARI Aşağıda özellikleri erilen addeler için tabloyu doldurunuz Madde (ka) T ( 0 C) ( /kg) x Faz açıklaası Su 60,5 R R-4a Su 00 0,5 Su 6, 40 Madde (ka) T ( 0 C) ( /kg) x Faz açıklaası Su 9,94 60,5 0,4 Doyuş sıı buhar R ,79 - Kızgın buhar R-4a , Sıkıştırılış sıı Su ,5 - Kızgın buhar Su 6, 40 Belirleneez Belirleneez Ara bölgede herhangi birnokta Bir piston silindir düzeneğinde başlangıçta 00 ka basınçta 0,5 doyuş su buharı bulunaktadır Bu durudayken piston iki durdurucu üzerinde bulunaktadır istonu kaldırak için 00 ka basınca gerek ardır Daha sonra buhara olan ısı geçişi sonunda haci iki katına çıkaktadır Hal değişii için; a) - diyagraını çiziniz b) Son durudaki sıcaklığı c) Yapılan işi d) Topla ıs geçişini hesaplayınız Su ÇÖZÜM 00 00

24 b) 00ka 0,8857 / kg Doyuş buhar u 59,5 kj / kg Kütle : 0,5 0,8857 0,5645,775 / kg 0,5645kg Son duruda haciiki katına çıkıyor 00 int 878,9 0 ka erpolasyon T C,775 / kg int erpolasyon u 8,8 kj / kg c) W d ( ) 00( 0,5) 50kJ s d) Topla ısı geçişi; Q W U s Q ( u u ) + W s Q 0,5645(8,8 59,5) kJ Sıcaklığı 7 0 C, basıncı 00 ka olan 0, ideal gaz, yalıtılış kapalı bir kap içerisinde sıcaklığı 50 0 C olana kadar ekanik bir karıştırıcı ile karıştırılıyor ( C 0,66 kj/kgk, C p 0,9 kj/kgk, R0,6 kj/kgk, R u 8,4 kj/kolk) a)yapılan işi bulunuz b) Son durudaki basıncı bulunuz c) Gazın cinsini belirleyiniz ÇÖZÜM; a) RT 000, 0,600 0,84kg Wk U Wk C( T T) W 0,840,66 5,8kJ W 5,8kJ k k

25 b) RT 0, 0,840, 6 07,5ka c) R u R M 8,4 0, 6 M,97 kg / kol M Gazın cinsi oksijen (O ) dir 4 Radyal akışlı bir kopresöre 00 ka e 80 K duruunda giren 0,0 kg/s haa, 600 ka basınca sıkıştırılaktadır Hal değişii süresince 6 kj/kg ısı kaybı olaktadır Kopresörü çalıştırak için gerekli güç,7 kw olduğuna göre, kinetik e potansiyel enerji değişilerini ihal ederek son durudaki sıcaklığı bulunuz ÇÖZÜM; T 80K Tablo A 7 h 80, kj / kg Q W ( h h) 60,0 (,7) 0,0( h 80,) h 400,7 kj / kg Tablo A 7 T 400K 5 Belirli bir haldeki ükeel gaz, erilen bir son hale, bir sabit basınçta diğeri sabit sıcaklıkta olak üzere iki farklı hal değişii ile genişleektedir Yapılan iş hangisinde daha büyüktür Neden? Sabit sıcaklıkta genişlee sırasında basınç azalacaktır - diyagraının altında kalan alan Sabit iştir Alanlar karşılaştırıldığına sabit basınçta olası duruundaki alan daha büyüktür Sabit T

26 6 Mükeel bir gaz bir piston silindir düzeneğinde adyabatik olarak e sabit sıcaklıkta sıkıştırılabilir i? ÇÖZÜM; Q W U C ( T T) Q 0, T T W 0 Sıkıştırak için iş harcanalı, dolayısıyla bu duruda sıkıştırılaaz 7 Bir ucit 400 K sıcaklıktaki bir kaynaktan 800 kj ısı alan, 50 kj net iş yapan, 00 K sıcaklıktaki bir kaynağa ısı eren bir ısı akinesi yaptığını saunaktadır Yapış olabilir i? η η η ucit carnot ucit ÇÖZÜM; Wnet 50 0,5 %, 5 QH 800 TL 00 0,5 %5 TH 400 > η olaaz carnot Dolayısıyla böyle bir ısı akinası yapış olaaz 8 Yükseklik () Atosfer basıncı (ka) 0 0, , , ,05 Rakıı 85 olan Siasta üstü açık bir çaydanlıktaki bir su kaç 0 C de kaynar? ÇÖZÜM; İnterpolasyonla Sias ta ki atosfer basıncı at 86,68 ka İnterpolasyon bu basınca denk gelen doya sıcaklığı T95,44 0 C

27 Cuhuriyet Üniersitesi Makina Mühendisliği Bölüü Terodinaik I ize Sına Soruları Öğrencinin, 5 7 Adı 4 6 Nuarası TOLAM -Doyuş sıı ile sıkıştırılış sıı, e doyuş buhar ile kızgın buhar arasındaki fark nelerdir, açıklayınız (5 puan) Bir sıı kütlesinin buhar haline geçebileceği liit değeridir Aksi takdirde sıı sıkıştırılış olarak kabul edilir Doyuş buhar ile kızgın buhar arasındaki fark ise, doyuş buhar içerisinde sıı partikülleri içereyen akışkan olup, herhangi bir sıcaklık artıında sıkıştırılış buhar yani kızgın buhar haline dönüşebileceği liit nokta olarak tanılanır -Doyuş sıı buhar karışıı bölgesinde sıcaklık e basınç neden birbirine bağlı özelliklerdir (5 puan) Sıcaklık e Basınç dan biri değişedikçe değerler değişez, çünkü iki değer birbirine bağlı paraetrelerdir -Bir oda fişe takılı bir ütü tarafından ısıtılaktadır İçinde ütünün de bulunduğu oda siste olarak ele alınırsa, burada iş i ısı geçişii söz konusudur (5 puan) Ütünün çalışası elektrik işi neticesinde olacağından, siste sınırları çeresinde elekton alışerişinden dolayı iş alışerişi gerçekleşir 4-Ilık bir odayı ele alın Dışardan soğuk haa sızası sonucunda oda sıcaklığı biraz düşecektir Bu süre içinde dışarıya haa sızası olaaktadır Süre sonunda odanın enerjisi artış ıdır yoksa azalış ıdır açıklayın (5 puan) Artar, çünkü soğuk haada enerji içerecektir Yani, odanın topla enerjisi artacaktır 5-) Aşağıda özellikleri belirtilen addeler için bilineyen özellikleri doldurunuz (5 puan) Madde (ka) T ( 0 C) ( /kg) Faz duruu H O Kızgın buhar H O Sıkıştırılış sıı CO Kızgın buhar Haa Kızgın buhar NH Kızgın buhar hacinde kapalı bir kap, 60 kn/ basınçta kuru doyuş buhar içerektedir Kap basıncı 00 kn/ ye düşünceye kadar soğutulaktadır a) Kaptaki buhar kütlesini b) Buharın son kuruluk derecesini c) Soğuta işlei esnasında transfer olunan ısıyı bulunuz (5 puan) a) 60 kn/ de g 050 /kg 08 Kaptaki buhar kütlesi ise; b 569kg (75 puan) 05

28 Cuhuriyet Üniersitesi Makina Mühendisliği Bölüü Terodinaik I ize Sına Soruları Öğrencinin, 5 7 Adı 4 6 Nuarası TOLAM b) 00 kn/ de g 0885 /kg Haci sabit olduğundan; soğuta işleinden önceki özgül hacisoğuta sonrası özgül haci c) I Yasa gereği; 05 x 0576 (75 puan) 0885 Q u+ W sabit haci işlei sebebiyle W0, dolayısıyla; Q u u h 79 (60x050) 549 kj / kg h hf + xhfg (0576x06) 778 kj / kg u h 778 (00x050) 6708 kj / kg Özgül iç enerji değişii ise; u u u kj / kg Transfer edilenısıise; Q u x kj 569 ( 8785) 784 (0 puan) 7-Bir gaz 4 MN/ basınç e 60 o C sıcaklıkta adyabatik olarak 00 kn/ basınca sıkıştırılıyor Gaz daha sonra sabit hacide sıcaklık 60 o C^ye gelinceye kadar ısıtılıyor e bu noktada basıncın 0 kn/ olduğu tesbit ediliyor Son olarak da izoteral olarak başlangıç basıncı olan 4 MN/ olana kadar tekrar sıkıştırılarak çeri taalanıyor Kütlesi 0 kg olan bu gazın hal değişi grafiğini - diyagraında göstererek; (gaz için C p 005 kj/kg K) (0 puan) a) Adyabatik üs olan k yı, b) Adyabatik sıkıştıra esnasındaki iç enerji değişiini bulunuz

29 Cuhuriyet Üniersitesi Makina Mühendisliği Bölüü Terodinaik I ize Sına Soruları Öğrencinin, 5 7 Adı 4 6 Nuarası TOLAM a) İzoteral işle için; (5 puan) k k k Adyabatik işle için; e böylece 400 k 66 buradan k 46 bulunur (7,5 puan) 00 Cp Cp 005 b) k buradan C 0705 kj / kg K C k 46 sabit hacide hal değişiinden; 00, T T (60 + 7) 6 K, T T x6 877 K (75 puan) T T 0 Adyabatik hal değişii esnasında iç enerji değişii; U U C ( T T) 0x0705(877 6) 5599kJ (0 puan)

30 Aşağıda özellikleri erilen addeler için bilineyen özellikleri doldurunuz Madde (ka) T( 0 C) ( /kg) x Faz Duruu H O H O R-4a 60-8 R R- 0 Sürekli akışlı açık bir sistede akışkan 4kg/s debi ile akaktadır Akışkan sistee 600kN/ basınç, 0 /s hız, 00kJ/kg iç enerji e 0,4 /kg özgül hacine sahip olarak girip, 50 kn/ basınç, 45 /s hız, 650 kj/kg iç enerji e,5 /kg özgül hacine sahip olarak çıkaktadır Akışkanın sisteden geçişi sırasında sisteden çereye olan ısı geçişi 40 kj/kg olduğuna göre ; otansiyel enerji değişilerini ihal ederek yapılan gücü bulunuz Gücün siste tarafından ı yoksa siste üzerinde i yapıldığını ifade ediniz Rijit bir tank hacsal olarak iki eşit parça halindedir Başlangıçta tankın bir tarafında 5 kg su, 00 ka e 5 0 C dedir Diğer taraf ise boştur Aradaki cidar kaldırıldığında su tankın bütün hacine genişleektedir Tankın sıcaklığı 5 0 C lik başlangıç sıcaklığına erişinceye kadar ısı transferi olaktadır a) Tankın hacini b) Son basıncını c) Bu esnadaki ısı transferini hesaplayarak - diyagraında gösteriniz 4 Bir piston silindir düzeneği başlangıçta 0 hacinde olup, 04 Ma basınçta 05 kg buhar içerektedir Daha sonra sistee sabit basınçta sıcaklık 00 0 C oluncaya kadar ısı erilektedir Hal değişii için ısı geşişini e işi bulunuz

31 Aşağıda özellikleri erilen addeler için bilineyen özellikleri doldurunuz Madde (ka) T( 0 C) ( /kg) x Faz Duruu H O Kızgın buhar H O Doyuş sıı-buhar R-4a Sıkıştırılış sıı R Kızgın buhar R- 567,9 0 0,0078 Doyuş buhar - Sürekli akışlı açık bir sistede akışkan 4kg/s debi ile akaktadır Akışkan sistee 600kN/ basınç, 0 /s hız, 00kJ/kg iç enerji e 0,4 /kg özgül hacine sahip olarak girip, 50 kn/ basınç, 45 /s hız, 650 kj/kg iç enerji e,5 /kg özgül hacine sahip olarak çıkaktadır Akışkanın sisteden geçişi sırasında sisteden çereye olan ısı geçişi 40 kj/kg olduğuna göre ; otansiyel enerji değişilerini ihal ederek yapılan gücü bulunuz Gücün siste tarafından ı yoksa siste üzerinde i yapıldığını ifade ediniz q w H + ke + pe q w ( u + ) ( u + ) w ( ) ( ) w kj kg ozitif olduğundan siste tarafından yapılaktadır W kW Rijit bir tank hacisel olarak iki eşit parça halindedir Başlangıçta tankın bir tarafında 5 kg su, 00 ka e 5 0 C dedir Diğer taraf ise boştur Aradaki cidar kaldırıldığında su tankın bütün hacine genişleektedir Tankın sıcaklığı 5 0 C lik başlangıç sıcaklığına erişinceye kadar ısı transferi olaktadır a) Tankın hacini b) Son basıncını c) Bu esnadaki ısı transferini hesaplayarak - diyagraında gösteriniz a) b) 000 kg ka / kg