Was sind Radikale bezogen auf einen Verbrennungsprozess? Welche Rolle haben sie im Ablauf der Verbrennung?
Radikale sind Moleküle oder Atomgruppen, die mindestens ein ungepaartes Elektron aufweisen. Sie sind hochreaktive Spezies, da sie bestrebt sind, ihre Elektronenpaarung zu vervollständigen, indem sie Elektronen von anderen Molekülen "entleihen". Im Kontext von Verbrennungsprozessen können vor allem hydroxyl-Radikale (•OH) und Sauerstoffradikale (•O) von Bedeutung sein.
Was ist die Zündtemperatur und warum ist sie bei Holz niedriger als bei Methan?
Die Zündtemperatur ist die minimale Temperatur, bei der eine Substanz in Gegenwart eines Zündquells (wie einer Flamme, Funken oder einer heißen Oberfläche) zu brennen beginnt. Es ist der kritische Punkt, an dem die Selbstentzündung der Substanz stattfindet. Die Zündtemperatur hängt von den spezifischen Eigenschaften des Brennstoffs ab.
Warum ist die Zündtemperatur bei Holz niedriger als bei Methan? Das liegt an den unterschiedlichen chemischen Eigenschaften und Strukturen der beiden Materialien. Holz besteht aus komplexen organischen Verbindungen, während Methan ein einfaches Kohlenwasserstoffmolekül ist. Diese Unterschiede beeinflussen die Selbstentzündungstemperatur.
Was wird unter einem Flammpunkt verstanden? Diskutiere, ob er bei Kerzenwachs unter oder über Raumtemperatur liegen muss?
Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur einer Flüssigkeit, bei der sich unter bestimmten genormten Bedingungen aus der Flüssigkeit Dämpfe in solcher Menge entwickeln, dass sie fähig sind, ein entflammbares Dampf/Luft-Gemisch zu bilden
Es ist wichtig, dass der Flammpunkt von Kerzenwachs oberhalb der Raumtemperatur liegt. So kommt es nicht dazu, dass ohne eine hohe Temperatur der Kerzenflamme ein Verbrennen des Wachses bzw. der entstandenen Gase stattfindet.
Ich habe mal gehört, dass die Explosionsgefahr eines Raumes, der Erdgas enthält, dadurch reduziert werden kann, dass noch mehr Erdgas eingeblasen wird – diskutieren Sie diese Aussage.
Methan bildet explosive Gemische in einem Volumenanteil zwischen 4,4% und 16,5% in der Luft. Sollte also der Volumenanteil die 16,5 % überschreiten, so bildet das Gasgemisch kein explosionsfähiges Gemisch ab.
Was gibt die Methanzahl eines Brennstoffs an? Wann und warum ist sie für den Einsatz in Ottomotoren wichtig?
Die Methanzahl, auch als Oktanzahl oder Klopffestigkeit bezeichnet, gibt an, wie widerstandsfähig ein Kraftstoff gegen Klopfen oder Detonation in Ottomotoren ist. Sie ist ein Maß für die Zündqualität eines Kraftstoffs. In Bezug auf Ottomotoren wird oft der Begriff "Oktanzahl" verwendet.
Kraftstoffe mit höheren Oktanzahlen neigen weniger dazu zu klopfen. Eine höhere Oktanzahl ermöglicht es, den Zündzeitpunkt weiter zu fortgeschrittenen Positionen zu verlagern, was zu einer besseren Ausnutzung des Arbeitshubs und einer effizienteren Verbrennung führen kann.
Niedrige Oktanzahlen können zu Klopfen führen, was wiederum zu Motorschäden führen kann. Ein zu früher Zündzeitpunkt und Klopfen können zu erhöhtem Druck und höheren Temperaturen im Zylinder führen, was Kolben, Ventile und andere Motorkomponenten schädigen kann.
Welchen Einfluss hat eine zu niedrige Zündwilligkeit des Brennstoffs auf den Betrieb eines Dieselmotors?
Die Zündwilligkeit eines Brennstoffs im Kontext eines Dieselmotors bezieht sich auf die Fähigkeit des Kraftstoffs, sich spontan und effizient selbst zu entzünden, wenn er mit heißer komprimierter Luft im Zylinder in Kontakt kommt. Dieser Selbstzündungsprozess ist charakteristisch für Dieselmotoren und unterscheidet sie von Ottomotoren, bei denen die Zündung durch eine Zündkerze erfolgt.
Ein Kraftstoff mit niedriger Zündwilligkeit hat eine längere Verzögerungszeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, und dem Zeitpunkt der spontanen Zündung. Dies kann zu einer unzureichenden Nutzung des Arbeitshubs führen und die Effizienz des Motors beeinträchtigen.
Ein höherer Cetanzahlwert zeigt eine bessere Zündwilligkeit des Kraftstoffs an und ermöglicht einen effizienten und zuverlässigen Betrieb des Dieselmotors.
Warum verursacht ein gasförmiger Brennstoff mit dem doppelten Heizwert nicht zwangsläufig die doppelte Brennerleistung eines gasbetriebenen Küchenherds?
Der Heizwert eines Brennstoffs gibt die Menge an Energie an, die bei der vollständigen Verbrennung einer bestimmten Menge des Brennstoffs freigesetzt wird. Der Heizwert wird oft in Einheiten wie Megajoule pro Kubikmeter (MJ/m³) für gasförmige Brennstoffe angegeben.
Ein gasförmiger Brennstoff mit doppeltem Heizwert verursacht nicht zwangsläufig die doppelte Brennerleistung. Es kann nämlich zu unvollständigen Verbrennungen kommen, sodass nicht die gesamte chemische Energie in thermische Energie umgewandelt werden kann.
Nennen Sie zwei Typen von Wärmekraftmaschinen in denen auch feste Energieträger umgewandelt werden und nennen Sie für jeden Typ eine typische Anwendung.
1) Organic-Rankine-Cycle = Biomassekraftwerke
2) Dampfkraftmaschine mit festen Energieträgern, z.B. Dampflok oder Kohlekraftwerk
Wofür stehen die Abkürzungen KWK und BHKW? Erklären Sie die Konzepte und deren Beziehung zueinander.
KWK = Kraft-Wärme-Kopplung
BHWK = Blockheizkraftwerk
Die Kraft-Wärme-Kopplung bezieht sich auf die gekoppelte Strom als auch Wärmeproduktion.
Blockheizkraftwerke sind spezifische KWK-Anlagen. Sie dienen dazu mittels Motoren oder Turbinen (Mini-KWK auch Brennstoffzellen) einen elektrischen Arbeitsstrom zu produzieren und die Abwärme ein Heizsystem zu übertragen. Dies erhöht den Gesamtwirkungsgrad der Anlage
Wie unterscheiden sich der Abgasstrom eines Kraftwerksdampfkessels zum Abgasstrom eines auf einem Gasprozess basierenden Motors bezüglich Exergie- und Energieinhalt?
Kraftwerkdampfkessel nutzen meist einen großen Teil der Exergie. Somit muss nur ein geringer Teil der thermischen Energie mittels eines Kühlsystems an die Umgebung abgegeben werden??
Bei Gasmotoren hat das Abgas technisch bedingt jedoch eine relativ hohe Temperatur wodurch der Exergieanteil dementsprechend höher ist. Dieser Exergieanteil kann mittels eines Wärmeübertragers an ein Heizsystem übertragen werden. Die thermische Energie kann so also noch weiter als Heizwärme dienen.
Was wird unter Nachverstromung mittels ORC (unter einem GuD-Kraftwerk) verstanden? Erklären Sie die Verschaltung und die Vorteile mittels den Begriffen Exergie und Anergie.
Ein großer Teil des zugeführten Exergiestroms aus dem Wärmestrom wird in einem Motor oder einer Turbine in einen elektrischen Arbeitsstrom (reiner Exergiestrom) gewandelt. Da allerdings das Abgas weiterhin einen recht hohen Exergieanteil hat, kann beispielsweise mittels eines Abhitzekessels ein weiterer Teil der thermischen Energie verwendet werden, um einen zweiten Kreislauf aufzuheizen. Bei dem zweiten Kreislauf wird ein großer Teil der restlichen Exergie, die in Form von thermischer Energie vorhanden ist, in einen elektrischen Arbeitsstrom gewandelt.
Der restliche Wärmestrom besitzt nur noch einen kleinen Anteil Exergie (notwendig für Temperaturgefälle). Dieser Wärmestrom wird in ein separates Heizsystem übertragen, um die restliche thermische Energie zu verwenden. Dies wird bei GuD-Kraftwerken durchgeführt
Wann ist es in der KWK sinnvoll, eine Dampf-Turbine mit Anzapfstelle einzusetzen, wann sollte die Anlage mit erhöhtem Gegendruck betrieben werden?
Gegendruckturbine ist eine Dampfturbine, bei der der Abdampf nicht wie bei einer Kondensationsturbine bis in den Unterdruck-Bereich hinein entspannt wird, sondern nur bis in den Überdruck-Bereich, in dem der Abdampf überhitzt entnommen wird.
Gegendruckturbinen werden vor allem in Heizkraftwerken mit Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt, wenn Dampf in großer und konstanter Menge als Heizdampf benötigt wird, z. B. in Heizkraftwerken für die Fernwärmeversorgung oder in Industriekraftwerken zur Erzeugung von Prozessdampf für einen Produktionsprozess.[1]
Ist die benötigte Dampfmenge im Verhältnis zur Frischdampfmenge geringer oder stark schwankend, so ist es wirtschaftlicher eine Kondensationsturbine vorzusehen und den Heizdampf aus einer Entnahme abzuziehen. Ansonsten muss überschüssiger Dampf bei hohem Druck kondensiert werden, was aufgrund der hohen Restenergie einen schlechten Wirkungsgrad zur Folge hätte.
Erklären Sie mit dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik, warum sich die Leistung einer Turbine durch Anhebung des Gegendrucks reduziert und erklären Sie mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, warum dies im Fall der KWK äußerst sinn voll ist.
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass keine Energie erzeugt werden oder verloren gehen kann. Da jedoch bei der Gegendruckturbine der Dampf nicht bis in den Unterdruckbereich expandiert, sondern nur bis in den Überdruck-Bereich und somit eine relativ hohe Temperatur behält, ist in dem Dampf, der die Turbine verlässt weiterhin eine relativ hohe thermische Energie enthalten. Da sich dadurch die Enthalpiedifferenz von Turbineneingang und Turbinenausgang verkleinert, verkleinert sich auch die spezifische Arbeit der Turbine und somit die Leistung.
Bei dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik wird oft von der Qualität von Energie gesprochen. Wie wir aus dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik wissen, geht Energie nicht verloren. Jedoch ist bei KWK-Analgen die gekoppelte Wärmenutzung ebenfalls von großem Interesse. Um den Großteil der Exergie nicht in der Turbine zu entziehen, sondern einen weiteren großen Teil der Exergie dem Heizsystem zuführen zu können, ist es sinnvoll eine Gegendruckturbine zu verwenden, die eine geringere elektrische Leistung besitzt und dem Gesamtsystem eine höhere thermische Leistung ermöglicht.
Insgesamt trägt die Anhebung des Gegendrucks in einer KWK-Anlage dazu bei, die Gesamteffizienz zu steigern und die verfügbare Wärmeenergie sowohl für die Stromerzeugung als auch für Wärmeabnehmer optimal zu nutzen. Der zweite Hauptsatz betont die Bedeutung dieser Maßnahme, um die Gesamteffizienz zu verbessern und die Abwärme effektiv zu nutzen
Erklären Sie de Zusammenhang des elektrischen Wirkungsgrads, des Wärmewirkungsgrads und des Brennstoffausnutzungsgrads der Kraft-Wärme-Kopplung.
Elektrischer Wirkungsgrad = Verhältnis von elektrischem Arbeitsstrom zu zugeführtem Wärmestrom
Wärmewirkungsgrad = Verhältnis von Nutzwärmestrom zu zugeführtem Wärmestrom
Brennstoffausnutzungsgrad = Elektrischer und Wärmewirkungsgrad addiert; Wie viel Energie des zugführten Wärmestroms kann in der Anlage weiterverwendet werden
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