Tài liệu Phần 1. Nhiệt động kỹ thuật doc

Thiết bị nhiệt Chức năng của nó là biến nhiệt năng thành các dạng năng lượng khác: cơ năng, điện năng… hoặc truyền tải nhiệt giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau... Nguồn nhiệt Để truyền

 Môn học thuộc khối kiến thức cơ sở

 Sinh viên khối kỹ thuật

MỞ ĐẦU

1 Vị trí môn học và đối tượng nghiên cứu

2 Nội dung môn học

Phần 1 Nhiệt động kỹ thuật

 Chuyển hóa nhiệt năng

 Thiết bị nhiệt

Phần 2 Cơ sở truyền nhiệt

 Quy luật truyền nhiệt

 Thiết bị trao đổi nhiệt

Phần 1 Nhiệt động kỹ thuật

 Chương 1 Một số khái niệm cơ bản

 Chương 2 Định luật nhiệt động 1

 Chương 3 Định luật nhiệt động 2

 Chương 4 Chu trình nhiệt động

Chương I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ

TRẠNG THÁI VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ

I.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

I.1.1 Thiết bị nhiệt

Chức năng của nó là biến nhiệt năng thành các dạng năng lượng khác: cơ năng, điện

năng… hoặc truyền tải nhiệt giữa các vùng

có nhiệt độ khác nhau

I.1.2.1 Động cơ nhiệt

2

I.1.2 Phân loại

Nhận nhiệt Q1 từ nơi có nhiệt độ cao, biến nhiệt thành công L, phần còn lại thải ra nguồn có nhiệt độ thấp hơn Q2

I.1.2.2 Máy lạnh, bơm nhiệt

I.1.3 Khái niệm về môi chất (chất môi giới)

I.1.4 Nguồn nhiệt

Để truyền tải, trao đổi, chuyển hoá nhiệt năng ngoài hệ thống thiết bị nhất thiết phải

có một chất trung gian gọi là chất môi giới hay môi chất

Nguồn nhiệt là các đối tượng trao đổi nhiệt trực tiếp với chất môi giới Nguồn có nhiệt

độ thấp gọi là nguồn lạnh; nguồn có nhiệt

độ cao hơn gọi là nguồn nóng

là môi trường

I.2 THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT

I.2.1 Định nghĩa thông số trạng thái

Ở một trạng thái nhất định môi chất có những thông số vật lý có trị số hoàn toàn xác định Các thông số này là hàm đơn trị của trạng thái; độ biến thiên của chúng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào tính chất quá trình Các thông số đó được gọi là các thông số trạng thái của môi chất

I.2.2 Các TSTT của môi chất

a Nhiệt độ

 Khái niệm

 Thang đo nhiệt độ

- Đặc trưng cho tính nóng lạnh của vật

- Đặc trưng cho tốc độ chuyển động của các phân tử:

k 3

m T

2

ϖ

=

Thang đo nhiệt độ bách phân (Cencius): o C

Chọn chất để xây dựng thang đo: Nhà bác học Cellcious đã chọn nước nguyên chất ở

áp suất tiêu chuẩn (p = 760 mm Hg)

Ở trạng thái băng tan của nước nguyên chất, người ta ấn định là 00C

Ở trạng thái nước sôi, ấn định là 1000C

Trong khoảng (0÷100) ta chia làm 100 phần bằng nhau mỗi phần là 10C

Sau khi đã có thang đo người ta mới chế tạo các loại nhiệt kế để đo nhiệt độ

 Thang đo nhiệt độ tuyệt đối (Kelvil): o K

Cơ sở để xây dựng thang đo: dựa vào mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ chuyển động trung bình của nguyên tử, phân tử vật chất

k 3

m T

Vì 1 0 C và 1 0 K có độ lớn như nhau cho nên ta có thể biểu diễn

 Faranhiet( o F ) , Rankine( o R)

9

5 32

F

t 9

5 273

K T C

 Cách đo nhiệt độ

- Độ lớn 10F bằng độ lớn 10R bằng 5/9 độ lớn của 10C và bằng 5/9 độ lớn 10K

- Ở trạng thái nước đá đang tan:

t = 00C, T = 2730K, T = 320F = 4620R

F p

 Khái niệm áp suất

Hệ thống đơn vị đo

Hệ thống Pascal(Pa)

1Pa=1N/m2; 1kPa=103Pa; 1MPa=106Pa

Hệ thống bar

1Bar=105Pa

 Hệ thống atmosphere (at)

1at=0,981Bar1kG/cm2=1(at)

 Hệ thống mmH2O, mmHg(Tor)

mmHg 32

, 133

1 O

mmH 81

, 9

1 )

at ( 10

981 ,

0

1 Bar

10 Pa

1 m

N

 Quan hệ giữa các hệ thống đơn vị đo

pckp

Nếu p<pkq thì p=pkq- pck

- Trường hợp áp suất thực (tuyệt đối) p nhỏ hơn áp suất khí quyển:

c Thể tích riêng

/kg) (m

; G

V

) (kg/m

; v

1

- Manomet: đo áp suất thừa (dư): pt

- Baromet: đo áp suất khí quyển: pkq

- Chân không kế đo áp suất chân không: pck

d Nội năng của chất khí

ut- Nội động năng; uv-Nội thế năng

Với khí lý tưởng u =0 nên u=u

-Xác định biến thiên nội năng: ∆u=u2-u1

Khí lý tưởng với mọi quá trình: du=Cvdt

Cv- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích

Với khí lý tưởng Cv=const nên ∆u=Cv∆T

e Entanpi-Nhiệt hàm

-Khái niệm: i=u+pv (J/kg) hoặc h=u+pv

I=G.i= U+pV (J)

- Xác định biến thiên entanpi: ∆i=i2-i1

Khí lý tưởng với mọi quá trình: di=Cpdt

Cp- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng ápVới khí lý tưởng Cp=const nên ∆i=Cp∆T

I.3 Phương trình trạng thái chất khí

I.3.1 Khái niệm

Một trạng thái của môi chất được xác định bởi các thông số trạng thái Vậy phương trình trạng thái là biểu thức toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông số trạng thái ở một trạng thái xác định Dưới đây chúng ta xét phương trình trạng thái chỉ đối với trạng thái cân bằng

I.3.2 PTTT của khí lý tưởng

a.Viết cho 1 kg môi chất: pv = RT

p [N/m2]; v [m3/kg]; T [0K]; R [J/kgK]

• Khái niệm khí lý tưởng

Tất cả các chất khí đều là khí thực chỉ riêng một số chất khí có các tính chất: Thể tích và khối lượng bản thân phân tử nhỏ, khoảng cách giữa các phân tử lớn nên lực tương tác giữa chúng là nhỏ người ta có thể bỏ qua và coi chúng là khí lý tưởng

b Viết cho G (kg) môi chất: Gpv=GRT

Gv=V[m3]-Thể tích toàn bộ môi chất

c Viết cho 1Kilomol (Kmol) môi chất:

 Khái niệm Kmol: 1Kmol=µ(kg)

µpv = µRT p.Vµ = RµT

Thay vào PTTT ta xác định được:

Rµ = 8314[J/Kmol0K];

Suy ra: R = Rµ / µ = 8314/ µ [J/kg0K]

 Định luật Avogadro:

to=0oC, po=760mmHg,Vµ=22,4[m3/Kmol];

I.3.3 Tính toán hỗn hợp khí lý tưởng

a Khái niệm:

Hỗn hợp khí lý tưởng bao gồm ít nhất từ hai đơn chất khí lý tưởng kết hợp với nhau, chúng được coi là một đơn chất khí lý tưởng tương đương khi giữa chúng chỉ kết

hợp với nhau về mặt cơ học mà không có

các phản ứng hoá học xảy ra

b Thành phần hỗn hợp:

 Thành phần khối lượng: gi

Thành phần khối lượng của một chất khí i trong hỗn hợp là tỷ số giữa khối lượng của chất khí đó (Gi) với khối lượng của hỗn hợp G

gi=Gi/G ; %

G = G1 + G2 +…+ Gi+ …+ Gn=∑Gi

 Thành phần thể tích: ri

ri=Vi/V

Thành phần thể tích của một chất khí trong hỗn hợp là tỷ số giữa phân thể tích của chất khí đó Vi với thể tích của hỗn hợp V Ta ký hiệu thành phần thể tích là ri

Vi- phân thể tích của chất khí i

• Khái niệm phân thể tích Vi

V=Va+Vb

 Thành phần mol:

ri=mi/m=Vi/V

Vi=mi.VµiV=m.Vµ

Vµi= Vµ

ri=mi/m

V m

i i

i i i

i

r

r G

i i

i i i

i

/ G

/

G V

V r

PT Redlich-Krong:

I.3.4 PTTT của khí thực

PT Vander Walls: (p + a/v2)(v - b) = RT

RT)

bv

)(

)bv

(vT

ap

++

a, b, n: Các hệ số thực nghiệm