Tutorial  1    THERMODYNAMICS  

Mohd.  Hardie  Hidayat  b.  Mohyi  Taylor’s  Univeristy  

Copyright  ©  The  McGraw-­‐Hill  Companies,  Inc.  Permission  required  for  reproducEon  or  display.  

 

Thermodynamics:  An  Engineering  Approach    Seventh  EdiEon  in  SI  Units  

Yunus  A.  Cengel,  Michael  A.  Boles  McGraw-­‐Hill,  2011  

Ques:on  1  

A  gas  turbine  has  the  following  details,  air  entering  the  compressor  at  100  kPa  and  20oC,  pressure  ra:o  of  8,  maximum  temperature  cycle  is  800oC  and  the  cold  air  stream  leaves  the  generator  at  10oC  cooler  then  the  hot  air  stream  at  the  generator  inlet.  Determine  the  rates  of  heat  addi:on  and  rejec:on  to  the  cycle  when  it  produces  150  kW  assuming  constant  specific  heats    

Answer  1  

Answer  1  

Ques:on  2  

•  Pressure  ra:o  is  7,  minimum  and  max,  temperatures  are  310  and  1150  K.  Assuming  compressor  and  turbine  isentropic  effciciency  to  be  75  and  82%  respec:vely,  and  also  65%  effec:veness  for  the  generator,  find  the  air  temperature  at  the  turbine  exit,  net  work  output,  and  thermal  efficiency    

Answer  2  

Answer  2  

Ques:on  3  

•  Air  is  used  as  the  working  fluid  in  a  simple  ideal  Brayton  cycle  that  has  a  pressure  ra:o  of  12,  a  compressor  inlet  temperature  of  300  K,  and  a  turbine  inlet  temperature  of  1000  K.  Determine  the  required  mass  flow  rate  of  air  for  a  net  power  output  of  70  MW,  assuming  both  the  compressor  and  the  turbine  have  an  isentropic  efficiency  of  (a)  100  percent  and  (b)  85  percent.  Assume  constant  specific  heats  at  room  temperature    

Answer  3  

Answer  3    

Ques:on  4  •  Air  enters  the  compressor  of  an  ideal  gas  turbine  engine  at  310  K  and  100  

kPa,  where  it  is  compressed  to  900  kPa  and  650  K.  At  the  turbine,  air  at  1400K.  a)  Find  the  thermal  efficiency  and  back  work  ra:o  of  the  cycle  above.  Is  it  viable  

to  recuperate  some  of  the  exhaust  energy?  b)  If  the  cycle  now  become  an  actual  gas  turbine  engine  with  the  efficiency  of  

the  turbine  is  at  90%,  find  the  thermal  efficiency  of  the  cycle.  Is  it  viable  to  use  a  regenerator  to  recuperate  some  of  the  exhaust  energy?  (T-­‐s  diagram  as  below).  

c)  Recuperate  the  energy  with  a  regenerator  with  80%  efficiency  and  find  the  new  thermal  efficiency.  

d)  Now,  evaluate  the  thermal  efficiencies  obtained  between  using  variable  specific  heats  of  air  and  constant  specific  heats  of  air  at  room  temperature.  

e)  If  the  regenerator  effec:veness  is  reduced  to  70%,  how  much  would  the  thermal  efficiency  vary  for  the  case  of  variable  specific  heat  capaci:es.    

Answer  4  c)  

Answer  4  

d)  

Answer  4  

Upon  comparing  the  thermal  efficiencies  it  was  found  that  the  thermal  efficiencies  do  not  vary  significantly  (40%  and  39.9%)  when  the  standard  assump:ons  were  changed  from  the  air  standard  assump:ons  to  the  cold  air  standard  assump:ons  

Answer  4  e)  

Asnwer  4  

However  a  rather  significant  reduc:on  from  40%  to  38.6%  observed  in  the  thermal  efficiency  when  the  effec:veness  of  the  regenerator  was  reduced  from  80%  to  70%.