Gerçek ve ideal çevrimler, Carnot çevrimi, hava standardı kabulleri

Gerçek ve ideal çevrimler, Carnot çevrimi, hava standardı kabulleri, pistonlu motolar
9-16. Kapalı bir sistemde gerçekleşen ideal hava çevirimi aşağıda belirtilen dört hal
değişiminden oluşmaktadır. Oda sıcaklığındaki özgül ısıları sabit kabul ederek;
1-2 100 kPa basınç 27 C sıcaklıktan, 1 MPa basınca izantropik sıkıştırma
2-3 Sabit basınçta (P=sbt) 2800 kJ/kg ısı girişi.
3-4 100 kPa basınca kadar sabit hacimde (=sbt) ısı çıkışı.
4-1 İlk hale gelinceye kadar sabit basınçta (P=sbt) ısı çıkışı.
(a) Çevrimdeki P-v ve T-s diyagramlarını gösteriniz
(b) Çevrimin en yüksek sıcaklığını hesaplayınız.
(c) Çevrimin ısıl verimini belirleyiniz.
9-17. Kapalı bir sistemde 0.004 kg havayla gerçekleşen ideal hava çevirimi aşağıda belirtilen
üç hal değişiminden oluşmaktadır. Oda sıcaklığındaki özgül ısıları sabit kabul ederek;
1-2 100 kPa basınç 27 C sıcaklıktan, 1 MPa basınca izantropik sıkıştırma
2-3 Sisteme sabit basınçta (P=sbt) 2.76 kJ/kg ısı girişi.
3-1 P=c1+c2 olmak üzere, ısı çıkışıyla ilk hale dönüş (c1 ve c2 sabitlerdir)
(a) Çevrimdeki P-v ve T-s diyagramlarını gösteriniz
(b) Sistemden çıkan ısıyı hesaplayınız.
(c) Isıl verimi belirleyiniz.
9-18. Kapalı bir sistemde 0.003 kg havayla gerçekleşen ideal hava çevirimi aşağıda belirtilen
üç hal değişiminden oluşmaktadır.
1-2 95 kPa basınç 17 C sıcaklıktan, 380 kPa basınca kadar sisteme sbt hacımde (=sbt) ısı
girişi
2-3 95 kPa basınca kadar izantropik genleşme.
3-1 Sabit basınçta (P=sbt) ısı çıkışıyla sistemin ilk hale dönerek çevrimin tamamlanması
(a) Çevrimdeki P-v ve T-s diyagramlarını gösteriniz
(b) Çevrimin net işini kJ cinsinden hesaplayınız.
(c) Isıl verimi belirleyiniz.
9-19. Oda sıcaklığındaki özgül ısıların sabit olduğunu varsayımıyla Problem 9-18 i tekrar çöz.
9-21. Bir Carnot hava çevirimi kapalı bir sistemde 350 K ve 1200 K sıcaklıkları arasında
çalışmaktadır. İzotermal ısı çıkışı öncesi ve sonrasında basınçlar sırasıyla 150 kPa ile 300
kPa’dır. Çevrimin net işi 0.5 kJ olduğuna göre (a) çevrimin en yüksek basıncını (b)
çevrimdeki havaya aktarılan ısıyı ve (c) sistemdeki havanın kütlesini hesaplayınız. Özgül
ısıların sıcaklıkla değişimini dikkate alınız.
Otto Çevrimi
9-32. İdeal bir Otto çevriminin sıkıştırma oranı 8’dir. Sıkıştırma işleminin başlangıcında
havanın basıncı 95 kPa, sıcaklığı 27 C olup, sabit hacimde çevrime ısı girişi 750 kJ/kg’dır.
Özgül ısıların sıcaklıkla değişimini dikkate alarak (a) Çevrime ısı girişi sonunda sıcaklık ve
basıncı (b) çevrimin net işini (c) ısıl verimi ve (d) Ortalama efektif basıncı hesaplayınız
9-35. İdeal bir Otto çevriminin sıkıştırma oranı 9.5’tir. İzantropik sıkıştırma işleminin
başlangıcında havanın basıncı 100 kPa, sıcaklığı 35C ve hacmi 600 cm3’tür. İzantropik
genleşme işleminin sonunda havanın sıcaklığı 800 K’dir. Oda sıcaklığındaki özgül ısı
değerlerini kullanarak (a) çevrimin en yüksek sıcaklık ve basıncını (b) çevrime giren ısıyı (c)
çevrimin ısıl verimini ve (d) Ortalama efektif basıncı hesaplayınız
Diesel Çevrimi
9-32. Havayla çalışan ideal bir Diesel çevriminin sıkıştırma oranı 16, ön genleşme oranı 2’dir.
Sıkıştırma işleminin başlangıcında havanın basıncı 95 kPa, sıcaklığı 27C’dir. Özgül ısıların
sıcaklıkla değişimini dikkate alarak (a) ısı giriş işlemi sonundaki sıcaklığı (b) ısıl verimi ve (c)
ortalama efektif basıncı belirleyiniz.
9-49. İdeal bir Diesel çevriminin sıkıştırma oranı 20 olup iş akışkanı havadır. Sıkıştırma
işleminin başlangıcında havanın basıncı 95 kPa sıcaklığı 20C’dir. Çevrimin en yüksek
sıcaklığı 2200 K’i geçmediğine göre (a) ısıl verimi (b) ortalama efektif basıncı belirleyiniz.
Hava için oda sıcaklığındaki özgül ısıları sabit kabul ediniz.
9.57. Sıkıştırma oranı 17 olan dört stroklu, altı silindirli, 4.5 L’lik bir diesel motoru, ideal
Diesel çevrimine göre çalışmaktadır. Sıkıştırma strokunun başlangıcında havanın basıncı ve
sıcaklığı 95 kPa ve 55 C, motor hızı 2000 dev/dk’dır. Motor ısıl değeri 42500 kJ/kg olan
hafif diesel yakıtı kullanılmaktadır. Motorun hava/yakıt oranı 24, yanma verimi %98’dir. 850
K sıcaklığında sbt özgül ısılar kabulüyle (a) çevrimin en yüksek sıcaklığı ve ön genleşme
oranını (b) çevrimin net işini ve ısıl verimini (c) ortalama efektif basıncını (d) net gücü ve (e)
birim güç başına birim zamanda tüketilen yakıt kütlesi olarak tanımlanan özgül yakıt
tüketimini, g/kWh cinsinden hesaplayınız.
Stirling ve Ericsson Çevrimleri
9-63. İş akışkanı olarak havayı kullanan ve sürekli akışlı bir sistemde gerçekleşen ideal bir
Ericsson Çevriminde, izotermal sıkıştırma başlangıcında 27 C, basıncı 120 kPa’dır.
Sıkıştırma işlemi sırasında çevrimden 150 kJ/kg ısı çıkışı olmakta, çevrime ısı girişi ise 1200
K sıcaklıkta gerçekleşmekte olduğuna göre (a) çevrimin en yüksek basıncını, (b) iş
akışkanının birim kütlesi başına çevrimin net işini ve (c) çevrimin verimini hesaplayınız.
9-64. İş akışkanı olarak helyum kullanan ideal bir Stirling motoru 300K ve 2000K sıcaklıkları
sınırları ile 150 kPa ve 3 MPa basınç sınırları arasında çalışmaktadır. Çevrimde kullanılan
helyumun kütlesi 0.12 kg olduğuna göre (a) çevrimin ısıl verimini (b) rejeneratörde olan ısı
geçişini ve (c) çevrimin net işini hesaplayınız.
İdeal ve Gerçek Gaz Türbini (Brayton) Çevrimleri
9.71. İş akışkanı hava olan basit bir Brayton çevriminin basınç oranı 8’dir. Çevrimin en düşük
ve en yüksek sıcaklıkları 310 K ve 1160 K’dir. Kompresörün izantropik verimini %75 ve
türbinin izantropik verimini %82 olduğunu varsayarsak (a) türbin çıkışında havanın
sıcaklığını (b) çevrimin net işini ve (c) ısıl verimini hesaplayınız.
9.73. Oda sıcaklığında özgül ısıların sabit olduğunu varsayarak Problem 9.71’i tekrar
çözünüz.
9-74. İş akışkanı hava olan basit bir Brayton çevriminin basınç oranı 12’dur. Hava
kompresöre 300 K ve türbine 1000 K sıcaklıklarda girmektedir. Türbin ve kompresörün
izantropik verimlerinin (a) %100 olması durumunda (b) %85 olması durumunda, net gücün 70
MW olması için havanın sahip olması gereken kütlesel debiyi hesaplayınız. Oda
sıcaklığındaki özgül ısıların sabit olduğunu kabul ediniz.
9-78. İş akışkanı olarak hava kullanan bir gaz türbinli güç santrali basit ideal Brayton
çevrimine göre çalışmakta ve 32 MW güç üretmektedir. Çevrimin en düşük ve en yüksek
sıcaklıkları sırasıyla 310 K ve 900 K olup, kompresör çıkışındaki basınç değeri kompresör
girişindeki basınç değerinin 8 katıdır. Kompresörün ve türbinin izantropik verimleri sırasıyla
%80 ve 86 olduğuna göre, çevrimde dolaşan havanın debisini hesaplayınız. Özgül ısıların
sıcaklıkla değişimini dikkate alınız.
9.79. Oda sıcaklığında özgül ısıların sabit olduğunu varsayarak Problem 9.78’i tekrar
çözünüz.
9.16
9.17
9.18
9.19
9.21
9.32
9.35
9.45
9.49
9.57
9.63
9.64
9.71
9.73
9.74
9.78
9.79