Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 22.11.2007

Fisica Tecnica VO e Fisica Tecnica II NO AA 2005-06 e seguenti – Esercizi 1 e 2

NO AA 2004-05 e precedenti: Fisica Tecnica I – solo Esercizio 1;   Fisica Tecnica II – solo Esercizio 2

 (Ing. Meccanica, Navale, Elettrica, dei Materiali)

 

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NOME e COGNOME                                   CORSO di LAUREA                                                   Voto/i

 

Esercizio 1

In un ciclo Rankine a risurriscaldamento di vapore, realizzato con l’impianto schematizzato in figura, il vapor d’acqua entra nella sezione ad alta pressione della turbina nelle condizioni di pressione e temperatura p3 = 16 MPa e t3 = 580 °C, e si espande fino alla pressione intermedia p4 = 1.8 MPa. Il vapore viene quindi inviato nuovamente alla caldaia dove si surriscalda, a pressione costante, fino alla temperatura t5 = 580 °C. Esso viene quindi rinviato in turbina e fatto espandere, nello stadio a bassa pressione, fino alla pressione di condensazione p6 = p1 = 0.005 MPa, a cui corrisponde la temperatura di saturazione t6 = t1 = 32.9 °C. La pompa aspira il liquido saturo all’uscita dal condensatore e lo comprime, isoentropicamente, fino alla pressione del generatore.

Servendosi dell’allegato diagramma (h, s) del vapore, e nelle ipotesi di poter trascurare le perdite di carico nel generatore e nel condensatore e le variazioni di energia cinetica e potenziale in tutte le trasformazioni, tracciare il ciclo sul piano (T, s) e calcolare:

1)     Il rendimento ηi del ciclo (ideale) nel caso di espansioni isoentropiche;

2)     Il rendimento η del ciclo nell’ipotesi che il rendimento isoentropico di espansione, per ambedue gli stadi, sia pari a ηie = 0.9.

Nota:

Si assuma per l’acqua, in fase liquida, cl = 4.187 kJ/(kg K) e v = 1×10-3 m3/kg.

 

 

Esercizio 2

In una particolare applicazione che riguarda il flusso d’aria su una superficie riscaldata, la distribuzione della temperatura dell’aria in direzione normale alla superficie, per un’assegnata distanza dal bordo d’ingresso, è approssimata dalla seguente espressione:

 

dove y è la distanza in direzione normale alla superficie, u è la velocità indisturbata dell’aria e Pr è il numero di Prandtl.

 Se t = 120 °C, ts = 20 °C e u = 0.1 m/s, determinare:

  1. Il flusso termico specifico alla parete [W/m2];
  2. Lo spessore δt [m] dello strato limite termico.

 

 

Nota:

Per le proprietà termodinamiche dell’aria si faccia uso della tabella allegata.


Prova scritta di Fisica Tecnica, Fisica Tecnica I e Fisica Tecnica II – 22.11.2007

 

Soluzioni

Esercizio 1

 

1)     ηi = 0.463

2)     η = 0.423

 

Esercizio 2

 

  1.  = -12.03´103 W/m2
  2. δt = 9.87´10-4 m = 0.987 mm ≈ 1mm