Institutionen för Energivetenskaper
MMVA01
Termodynamik med strömningslära
5 hp
Kursinformation
2015
augusti 2015
SYFTE OCH INNEHÅLL
Kursen syftar till att ge baskunskaper i klassisk termodynamik och strömningslära (fluidmekanik) samt viss förståelse av grundläggande termodynamiska processer. Kursen avser också
att ge förståelse och kunskap om förlopp och fenomen som inträffar vid gasers och vätskors
rörelse.
Inom kursavsnittet termodynamik behandlas begreppen temperatur, arbete, värme, energi
och entropi samt termodynamikens huvudsatser (främst första och andra), inklusive tillämpningar. Gasers och vätskors egenskaper liksom övergången mellan dessa båda faser studeras.
Tillståndsstorheter och användandet av tillståndsdiagram innefattas.
Inom kursavsnittet strömningslära introduceras först ett antal grundläggande begrepp och
samband. Därefter genomgås och tillämpas olika metoder för problemlösning, baserade på
differential-, integral- och dimensionsanalys. Bland dessa kan nämnas Bernoullis ekvation,
impulssatsen och Reynolds likformighetslag. Dessutom behandlas omströmmade kroppar och
rörströmning vid inkompressibel strömning.
ORGANISATION
Kursen bedrivs i form av föreläsningar, seminarier (storgruppsövningar), räknestugor och
hemuppgifter. Vid räknestugor sker individuell träning i problemlösning med möjlighet till
assistans av gruppledare. För ytterligare träning och återkoppling erbjuds två frivilliga hemuppgifter. Två hemuppgifter är obligatoriska. Teori inom termodynamik examineras via ett
separat prov (1 tim). Kursen avslutas med en skriftlig tentamen (5 tim).
KURSLITTERATUR OCH KURSHEMSIDA
• Y. A. Çengel, J. M. Cimbala & R. H. Turner, Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences,
4th Edition in SI Units, McGraw-Hill (2012).1
• C. Norberg, Termodynamik – sammanfattningar, tabeller m.m., Institutionen för Energivetenskaper, LTH (2013); finns på KFS AB samt på kursens hemsida (lösen).
• D. Eriksson & C. Norberg, Kompendium i grundläggande strömningslära, Institutionen
för Energivetenskaper, LTH (2015); finns på KFS AB samt på kursens hemsida (lösen).
Övrigt kursmaterial, bl.a. övningsuppgifter i grundläggande strömningslära, repetitionsfrågor,
svarslista till problem (termodynamik) och typiska tentamensproblem, hämtas på kursens
hemsida:
http://www.energy.lth.se/utbildning/kurser/
> MMVA01 Termodynamik med strömningslära
HEMUPPGIFTER, MED BONUS
Hemuppgifter löses individuellt och lämnas till kursansvarig eller gruppledare. Institutionens
personal rättar och godkänner uppgifterna. Felaktiga, ofullständiga eller uppenbart otydliga
lösningar lämnas i retur. Lösningar skall vara väl strukturerade med tydligt angivna approximationer och/eller antaganden. I förekommande fall inkluderas schematiska men tydliga
figurer/skisser. Källor för t.ex. använda samband och ämnesdata skall anges. Lösningar över
flera sidor bör häftas ihop. Undvik fransade bladkanter. Namn och inskrivningsår (ex. Bi-14)
1
Textmässigt kan även upplaga 2 (2nd Edition, 2005) och upplaga 3 (3rd Edition, 2008) användas; stöd
för kapitel- och problemnumrering finns på kursens hemsida.
1
anges tydligt, helst längst upp till höger på första sidan (försättsblad är ej nödvändigt). Två
uppgifter är frivilliga, två är obligatoriska. Om nöjaktiga lösningar inlämnats före respektive
angiven tid (se nedan) utdelas 0.5 bonuspoäng per uppgift. Bonuspoäng (maximalt 2 poäng)
läggs till den summa som senare fås vid tentamen. Bonuspoängen gäller även vid nästföljande
två ordinarie omtentamina.
TEORIPROV
Ett kortare skriftligt teoriprov genomförs under läsvecka 5 och behandlar teori inom avsnittet
termodynamik. Inga hjälpmedel får användas. För godkänt krävs 5 poäng av maximalt 12
poäng. Skrivtiden är 60 minuter.
TENTAMEN OCH SLUTBETYG
En skriftlig tentamen avslutar kursen. Tentamen består av 6 poäng teori (strömningslära) och
32 poäng problem (4 uppgifter, termodynamik och strömningslära), totalt 38 poäng. Inklusive
ev. bonus är den totala poängsumman vid tentamen 40 poäng. För godkänt krävs totalt 18,5
poäng (inkl. bonus). Skrivtiden är 5 timmar. Tentamen är delad, vilket innebär att först
genomförs teoridelen och när denna inlämnats till vakten påbörjas lösandet av problemdelen.
Vid teoridelen får inga hjälpmedel användas. Vid problemdelen får häftet Termodynamik –
sammanfattningar, tabeller, m.m., formelblad i termodynamik, Kompendium i grundläggande
strömningslära, föreläsningsanteckningar (utan lösta exempel), matematiska tabellverk samt
räknedosa användas. Egna lösta exempel får ej förekomma vid tentamen. För godkänd kurs,
slutbetyg 3 (tre), krävs godkända hemuppgifter, godkänt teoriprov samt godkänd tentamen.
Den maximala totala poängsumman av teoriprov och tentamen (inklusive ev. bonus) är 52
poäng. För betyg 4 (fyra) krävs minst 33 poäng, för betyg 5 (fem) krävs minst 44 poäng av
den maximala totala poängsumman.
EXAMINATOR
Kursens examinator är professor Christoffer Norberg.
FÖRELÄSNINGAR, STORGRUPPSÖVNINGAR OCH RÄKNESTUGOR
Christoffer Norberg föreläser kursen. Problemlösning vid seminarier (storgruppsövningar)
genomförs av tekn. lic. Maria Navasa; gruppvisa räknestugor leds av Maria Navasa (grupp
1) och Docent Lei Wang (grupp 2); resurs Erik Johansson.
ADMINISTRATION
Kursen administreras av Institutionen för Energivetenskaper. Kurssekreterare: Elna Andersson (046-2220763, [email protected]), tjänsterum vån. 5, M-huset, norra delen,
rum 5114.
LÄRARE
Christoffer Norberg (046-2228606, [email protected], M-huset, rum 5125)
Maria Navasa (046-2228610, [email protected], M-huset, rum 5118)
Lei Wang (046-2229283, [email protected], M-huset, rum 3334)
Erik Johansson (046-2223907, [email protected], M-huset, rum 5127)
2
KAPITELÖVERSIKT
Termodynamik
Ch.
⇒
1
Introduktion
2
Grundläggande begrepp
3
Energi, energiutbyte, allmän energianalys
4
Egenskaper för rena ämnen
5
Energianalys, slutna system
6
Massutbyte och energianalys, öppna system
7
Andra huvudsatsen
8
Entropi
Strömningslära
Ch.
⇒
1
Introduktion
2
Fluiders statik
3
Viskös strömning
4
Bernoullis ekvation
5
Kontrollvolymsanalys
6
Dimensionsanalys, likformighet
7
Omströmmade kroppar, . . .
8
Rörströmning
Anm.
Çengel, Turner & Cimbala
1-3 och 1-5 kursivt, s. 16–17 utgår
2-7 kursivt, 2-8 och 2.9 utgår
s. 75–77 utgår, 3-7 utgår
4-7 kursivt
6-5 kursivt
8-6, 8-10 och 8-11 kursivt, s. 318–319 utgår
Anm.
Grundläggande strömningslära
2.4, 2.5 kursivt, 2.7 utgår
3.2 kursivt
4.1.2 kursivt
5.1, 5.2, 5.3, 5.6 kursivt
7.2, 7.3, 7.5 kursivt
OBS! Med kursivt avses avsnitt som skall genomläsas för ökad förståelse alt. orientering —
kan ingå vid hemuppgift eller tentamen, ej vid teoriprov.
3
DETALJSCHEMA
Lv. Aktivitet
1 Fö 1
Fö 2
Sem 1
RS 1
RS 1
2 Fö 3
Fö 4
Sem 2
RS 2
RS 2
3 Fö 5
RS 3
Sem 3
RS 3
RS 4
RS 4
4 Fö 6
RS 5
RS 5
RS 6
RS 6
5 Fö 7
Teoriprov
Fö 8
Sem 4
RS 7
RS 7
6 Fö 9
Fö 10
Sem 5
RS 8
RS 8
7 RS 9
RS 9
RS 10
RS 10
9 Tentamen
Innehåll
Ch. 1/2/Kap. 1
Ch. 3/4
Ch. 4
Ch. 4
Ch. 4
Ch. 4/5/6
Ch. 6/7
Ch. 5/6
Ch. 5
Ch. 5
Ch. 7/8
Ch. 6
Ch. 7/8
Ch. 6
Ch. 6/7
Ch. 6/7
Ch. 8/Kap. 1/3
Ch. 8
Ch. 8
Kap. 1/2
Kap. 1/2
Kap. 2/4
Termodynamik
Kap. 4/5/6
Kap. 4/5
Kap. 3/4/5
Kap. 3/4/5
Kap. 6/7
Kap. 8
Kap. 6/7/8
Kap. 5/6
Kap. 5/6
Kap. 7/8
Kap. 7/8
Kap. 8
Kap. 8
Tid
Grupp
mån 31/8, 13–15
alla
ons 2/9, 13–15
alla
tor 3/9, 10–12
alla
tor 3/9, 13–15
1
fre 4/9, 13–15
2
mån 7/9, 13–15
alla
ons 9/9, 13–15
alla
tor 10/9, 10–12
alla
tor 10/9, 13–15
1
fre 11/9, 13–15
2
mån 14/9, 10–12
alla
mån 14/9, 15–17
1
ons 16/9, 8–10
alla
ons 16/9, 13–15
2
tor 17/9, 10–12
1
fre 18/9, 13–15
2
mån 21/9, 13–15
alla
ons 23/9, 10–12
1
tor 24/9, 10–12
2
tor 24/9, 15–17
1
fre 25/9, 13–15
2
mån 28/9, 10–12
alla
tis 29/9, 9:00–10:00
alla
ons 30/9, 8–10
alla
tor 1/10, 10–12
alla
fre 2/10, 10–12
1
fre 2/10, 13–15
2
mån 5/10, 10–12
alla
ons 7/10, 8–10
alla
tor 8/10, 10–12
alla
fre 9/10, 10–12
1
fre 9/10, 13–15
2
mån 12/10, 10–12
1
tis 13/10, 8–10
2
tor 15/10, 10–12
1
fre 16/10, 13–15
2
tis 27/10, 8–13
alla
Sal
Lärare
M:E
CN
MA03
CN
MA03
MN
KC:V Q1
MN
KC:V N1
LW
MA03
CN
MA03
CN
MA03
MN
KC:V Q1
MN
KC:V N1
LW
KC:A
CN
KC:V P2
MN
MA03
MN
KC:V O2
LW
KC:V N1
MN
KC:V N1
LW
MA03
CN
KC:V N1
MN
KC:V N1
LW
KC:V N1
MN
KC:V N1
LW
KC:A
CN
MA08:A-B
CN
MA03
CN
MA03
MN
M:M1
MN
KC:V N1
LW
KC:A
CN
MA03
CN
MA03
MN
M:M1
MN
KC:V N1
LW
KC:V N1
MN
KC:V Q2
LW
KV:V N1
MN
KC:V N1
LW
MA10:I–J
CN
Lv. = Läsvecka; Ch. = Kapitel i Çengel, Turner & Cimbala; Kap. = Kapitel i kompendiet
Fö = Föreläsning; Sem = Seminarium (storgruppsövning); RS = Räknestuga; CN = Christoffer Norberg; MN = Maria Navasa; LW = Lei Wang.
4
DETALJPLAN PROBLEMLÖSNING
Svarslistor samt översättningslistor mellan upplagor finns på kursens hemsida!
• Uppgifter som behandlas på seminarium:
Stgö
1
2
3
4
5
Tid
tor 3/9, 10–12
tor 10/9, 10–12
ons 16/9, 8–10
tor 1/10, 10–12
tor 8/10, 10–12
Sal
MA03
MA03
MA03
MA03
MA03
Kursavsnitt
Termodynamik
Termodynamik
Termodynamik
Strömningslära
Strömningslära
Uppgifter
4-23, 4-39, 4-54, 4-70
5-34, 6-69, 6-102
7-96, 8-33, 8-121, 8-146
4.3, 4.6, 5.4, 5.8
6.3, 7.1, 8.2, 8.6
• Uppgifter rekommenderade att lösa på egen hand
(hemstudier, räknestugor):
Vecka
1
2
3
4
5
6
7
8
RS
1
2
3 och 4
5 och 6
7
8
9 och 10
-
Uppgifter
4-21, 4-26, 4-57, 4-77, 4-81
5-5, 5-42, 5-64, 5-70, 5-74 (variabla cp och cv ), 5-95
6-34, 6-43, 6-56, 6-65; 6-158, 7-97, 7-116
8-65, 8-130, 8-133, 8-173; 1.2, 2.1, 1.4, 1.5, 1.6
3.3, 4.2, 4.4, 4.5, 5.1
5.2, 5.3(b), 5.5, 6.1, 6.2
7.2, 7.3, 7.4, 8.3; 8.4, 8.5, 8.7, 8.8
Gamla tentamensuppgifter
• Hemuppgifter:
Kursavsnitt
Termodynamik
Termodynamik
Termodynamik
Strömninglära
∗
Typ
Uppgift
Frivillig
6-76∗
Obligatorisk 6-103
Frivillig
8-149
Obligatorisk
6.5
Deadline
tor 17/9, kl. 17:00
tor 17/9, kl. 17:00
tor 24/9, kl. 17:00
tor 15/10, kl. 17:00
6-76: Avgaserna behandlas som ren luft, ideal gas med variabla cp och cv (Table A-21)
28 augusti 2015, C. Norberg
5