Giáo trình Kỹ thuật lạnh (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

Nội dung của giáo trình cung cấp các kiến thức cơ bản nhất về sử dụng môi chất lạnh, chất tải lạnh, dầu lạnh, vật liệu cách nhiệt, hút ẩm, cung cấp các kiến thức về kết nối, lắp ráp, vận

Quá trình đẳ ng tích

Quá trình đẳng tích là quá trình nhiệt động đƣợc tiến hành trong điều kiện thể tích không đổi v = const, dv = 0

Ví dụ: Làm lạnh hoặc đốt nóng khí trong bình kín có thể tích không thay đổi

Quan hệ giữa các thông số

Từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng pv = RT, ta có: v

R T p  mà R = const và v = const, do đó suy ra: const v

Công thức chứng tỏ trong quá trình đẳng tích, áp suất thay đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ hoặc có thể viết:

Công thay đổ i th ể tích

Vì quá trình đẳng tích có v = const, nghĩa là dv = 0, do đó công thay đổi thể tích của quá trình:

Nhi ệt lượng trao đổ i v ới môi trườ ng

Theo định luật nhiệt động I ta có: q = l + Δu, mà l = 0 nên: q = Δu = Cv (T 2 - T 1 )

Bi ế n thiên entropi: Độ biến thiên entrôpi của quá trình đƣợc xác định bằng biểu thức:

T dsdq mà ta có q = Δu hay dq = du, do đó có thể viết:

H ệ s ố bi ến đổi năng lượ ng c ủ a quá trình q 1 u 

Nhƣ vậy trong quá trình đẳng tích, nhiệt lƣợng tham gia vào quá trình chỉ đểlàm thay đổi nội năng của chất khí

Bi ể u di ễn trên đồ th ị

Trạng thái nhiệt động của một môi chất được xác định hoàn toàn bằng hai thông số độc lập bất kỳ, vì vậy ta có thể chọn hai thông số bất kỳ làm cơ sở để lập đồ thị trạng thái—đồ thị trạng thái Quá trình đẳng tích được biểu diễn bằng một đoạn thẳng thẳng đứng từ điểm 1 đến điểm 2 trên đồ thị p-V và bằng đường cong logarit trên đồ thị T-S Diện tích giữa điểm 1 và điểm 2 trên đồ thị p-V thể hiện công kỹ thuật, còn diện tích giữa hai điểm S1 và S2 trên đồ thị T-S biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng tích.

Hình 1.5 Quá trình đẳng tích

Quá trình đẳ ng áp

Quá trình đẳng áp là quá trình nhiệt động đƣợc tiến hành trong điều kiện áp suất không đổi p = const, dp = 0

16 b Quan hệ giữa các thông số

Từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng pv = RT, ta có: p

Mà R = const và p = const, do đó suy ra: const p

Nghĩa là trong quá trình đẳng áp, thể tích thay đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ hoặc:

Công thay đổ i th ể tích c ủ a quá trình

Vì quá trình đẳng áp có p = const, nên công thay đổi thể tích:

Công k ỹ thu ậ t c ủ a quá trình lkt = - V(P2– P1) = 0

Nhi ệt lượng trao đổ i v ớ i môi t rườ ng

Theo định luật nhiệt động I ta có: q = Δi + lkt , mà l kt = 0 nên: q = Δi = Cp (T2 - T1)

Bi ế n thiên entropi Độ biến thiên entrôpi của quá trình đƣợc xác định bằng biểu thức: dq = di - vdp = di (vì dp = 0), do đó ta có

H ệ s ố bi ến đổi năng lượ ng c ủ a quá trình

Bi ể u di ễnquá trình trên đồ th ị

Quá trình đẳng áp được biểu thị bằng một đoạn thẳng nằm ngang giữa điểm 1 và 2 trên đồ thị p-v và bằng đường cong giữa 1 và 2 trên đồ thị T-s Diện tích giữa 1 và 2 trên đồ thị p-v biểu diễn công thực hiện do sự thay đổi thể tích, trong khi diện tích giữa 1 và 2 trên đồ thị T-s biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng áp.

Hình 1.6 Quá trình đẳng áp

Quá trình đẳ ng nhi ệ t

Quá trình đẳng nhiệt là quá trình nhiệt động đƣợc tiến hành trong điều kiện nhiệt độ không đổi

Từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng pv = RT, mà R = const và T const, do đó suy ra: pv = RT = const

Nghĩa là trong quá trình đẳng nhiệt, thể tích thay đổi tỉ lệ nghịch với áp suất, suy ra:

Công thay đổ i th ể tich c ủ a quá trình

Vì quá trình đẳng nhiệt có T = const, nên công thay đổi thể tích:

Trong quá trình đẳng nhiệt công thay đổi thể tích bằng công kỹ thuật

Lượng nhiệt tham gia vào quá trình được xác định theo định luật nhiệt động I: δQ = dU + δW Trong quá trình đẳng nhiệt (dT = 0) nên dU = 0 và δQ = δW Do đó, với hệ lý tưởng ở trạng thái đẳng nhiệt, nội năng không đổi và mọi nhiệt lượng trao đổi với môi trường được chuyển thành công sinh ra hoặc hấp thụ bởi hệ tùy theo hướng tiến hành của quá trình.

= 0 và di = 0, do đó có thể viết:

1 v ln v p RT ln p RT q  hoặc có thể tính: dq = Tds hay: q= T(s 2 - s 1 ) (3-29)

Bi ế n thiên entropi c ủ a quá trình Độ biến thiên entrôpi của quá trình đƣợc xác định bằng biểu thức:

Bi ể u di ễn quá trình trên đồ th ị

Quá trình đẳng nhiệt được biểu thị bằng đường cong hyperbola cân 1-2 trên đồ thị p-v và bằng đường thẳng nằm ngang 1-2 trên đồ thị T-s Trên đồ thị p-v, diện tích 12p2p1 biểu diễn công kỹ thuật, còn diện tích 12v2v1 biểu diễn công thay đổi thể tích Trên đồ thị T-s, diện tích 12s2s1 biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng nhiệt.

Mặt đẳng nhiệt là tập hợp các điểm trong vật có cùng nhiệt độ tại một thời điểm xác định Nói cách khác, mặt đẳng nhiệt chính là quỹ tích của các điểm có nhiệt độ giống nhau tại cùng một thời điểm Do một điểm của vật chỉ có một nhiệt độ duy nhất, các mặt đẳng nhiệt không cắt nhau và chỉ có thể cắt bề mặt của vật hoặc khép kín bên trong vật.

Gradient nhiệt độ mô tả cách nhiệt độ thay đổi theo vị trí trong vật Nhiệt độ thay đổi chủ yếu theo hướng vuông góc với các mặt đẳng nhiệt, tức là theo hướng pháp tuyến của bề mặt đẳng nhiệt Sự biến thiên nhiệt độ trên mỗi đơn vị chiều dài theo hướng pháp tuyến tới mặt đẳng nhiệt là lớn nhất, cho thấy gradient nhiệt độ có hướng và độ lớn được xác định bởi độ dốc nhiệt độ ở các vùng xung quanh.

Mật độ dòng nhiệt (q, W/m^2) là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích của bề mặt đẳng nhiệt vuông góc với hướng truyền nhiệt trong một đơn vị thời gian Nói cách khác, nó cho biết mức độ trao đổi nhiệt trên mỗi diện tích bề mặt và được đo bằng đơn vị W/m^2, phản ánh sự truyền nhiệt từ vùng có nhiệt độ cao sang vùng có nhiệt độ thấp theo phương vuông góc với bề mặt.

- Dòng nhiệt (Q – W): là lƣợng nhiệt truyền qua toàn bộ diện tích bề mặt đẳng nhiệt trong một đơn vị thời gian

- Hệ số dẫn nhiệt: Là nhiệt lƣợng truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt đẳng nhiệt trong một đơn vị thời gian khi grad(t) = 1

Hệ số dẫn nhiệt  đặc trƣng cho khả năng dẫn nhiệt của vật Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Phụ thuộc vào bản chất của các chất

- Phụ thuộc vào nhiệt độ

 = o(1 + bt) o - hệ số dẫn nhiệt ở 0 o C b - hệ số thực nghiệm

* Tính chất của hệ số dẫn nhiệt:

 của kim loại nguyên chất và hầu hết chất lỏng (trừ nước và Glyxerin) giảm khi t tăng

Chất cách nhiệt và chất khí có  tăng khi t tăng

 của vật liệu xây dựng còn phụ thuộc vào độ xốp và độ ẩm

 ≤ 0,2 W/mK có thể làm chất cách nhiệt

2.2 Các phương thức truyền nhiệt

Dẫn nhiệt là quá trình truyền năng lượng nhiệt giữa các phân tử lân cận trong một chất khi có sự chênh lệch nhiệt độ Quá trình này luôn diễn ra từ vùng có nhiệt độ cao hơn sang vùng có nhiệt độ thấp hơn, nhằm cân bằng nhiệt độ trong chất Năng lượng nhiệt được chuyển nhượng thông qua tương tác giữa các phân tử và các dao động của mạng lưới, và ở kim loại còn được hỗ trợ bởi sự di chuyển của electron tự do Hiểu rõ hiện tượng dẫn nhiệt giúp giải thích cách thức các vật ấm lên hoặc lạnh xuống khi tiếp xúc với môi trường, là khái niệm cơ bản trong vật lý nhiệt học và truyền nhiệt.

Trao đổi nhiệt đối lưu là quá trình truyền nhiệt giữa bề mặt vật rắn và chất lỏng hoặc chất khí chuyển động khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai môi trường Quá trình này diễn ra nhờ dòng chất lỏng hoặc khí mang nhiệt từ vùng nhiệt độ cao sang vùng nhiệt độ thấp, tạo nên sự trao đổi nhiệt hiệu quả hơn so với dẫn nhiệt thuần túy Trao đổi nhiệt đối lưu luôn đi kèm với dẫn nhiệt giữa các phần tử ở nhiệt độ khác nhau, nhưng đóng góp của dẫn nhiệt thường không đáng kể vì sự tiếp xúc giữa các phần tử là có sẵn.

Trao đổi nhiệt bằng bức xạ là quá trình truyền nhiệt được thực hiện thông qua sóng điện từ Tia nhiệt là tia bức xạ được các vật hấp thụ và biến đổi thành nhiệt năng bên trong chúng Quá trình phát sinh và truyền các tia nhiệt được gọi là quá trình trao đổi nhiệt bức xạ.

Truyền nhiệt tổng hợp là sự kết hợp và tương tác giữa các cơ chế truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ Trong các phần trước, chúng ta đã phân tích riêng rẽ từng phương thức, nhưng trong thực tế nhiều quá trình diễn ra đồng thời hai hoặc ba phương thức tác động lên nhau Trong tính toán thực tế, người ta thường nắm bắt ảnh hưởng chính của quá trình truyền nhiệt và bổ sung các ảnh hưởng phụ của các phương thức khác bằng các hệ số hiệu chỉnh nhằm tăng độ chính xác Do đó, bài toán truyền nhiệt tổng hợp đòi hỏi xác định phương thức chiếm ưu thế và kết hợp các hệ số hiệu chỉnh để phản ánh sự tương tác giữa các cơ chế và cho kết quả tính toán đáng tin cậy.

Máy l ạ nh h ấ p th ụ

1.1 Định nghĩa, sơ đồ nguyên lý

1.2 Nguyên lý làm việc và ứng dụng.

Máy l ạnh nén hơi

2.1 Định nghĩa, sơ đồ nguyên lý

2.2 Nguyên lý làm việc và ứng dụng.

Các lo ạ i máy l ạ nh khác

TT Số Các bài trong mô đun

Thực hành, thí nghiệm , thảo luận, bài tập

1.1 Định nghĩa và phân loại

1.2 Các dạng cấu tạo của máy nén Piston

1.3 Các chi tiết của máy nén piston

2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc

4 Máy nén xoắn ốc (Scroll) 1.5 0.5 1

1 Vai trò và phận loại 0,5 0,5

2 TBNT làm mát bằng nước 2 1 1

2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

3 TBNT làm mát bằng nước và không khí 1 1

4 TBNT làm mát bằng không khí 0,5 0,5

1 Vai trò và phân loại 0,5 0,5

2 TBBH làm lạnh chất lỏng 2,5 1,5 1

3 TBBH làm lạnh không khí 1 1

6 Bài 6 Thiết bị tiết lưu 6 3 1 2

2 Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong 2,5 1,5 1

3 Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài 1 1

7 Bài 7: Thiết bị phụ trong hệ thống lạnh 5 4 1

2 Các thiết bị phụ của hệ thống lạnh 3 2 1

2.5 Bình tách khí không ngƣng

2.8 Phin lọc và phin sấy

3 Dụng cụ trong hệ thống lạnh 1 1

8 Bài 8 Các thiết bị điện hệ thống lạnh 8 3 5

1 Rơ le khởi động kiểu dòng điện 1,5 0,5 1

2 Rơ le khởi động kiểu điện áp 1,5 0,5 1

3 Rơ le nhiệt độ (thermostat) 1,5 0,5 1

9 Bài 9 Kỹ thuật gia công đường ống 24 2 20 2

10 Bài 10 Kết nối mô hình hệ thống máy lạnh 13 2 9 2

1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh 2 1 1

2 Kết nối mô hình hệ thống lạnh 6,5 0,5 6

2.1 Kết nối hệ thống lạnh

3 Hút chân không, nạp gas – chạy thử

CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT VÀ TRUYỀN NHIỆT

Bài viết cung cấp cho sinh viên và học sinh những kiến thức cơ bản về cơ sở nhiệt động học và truyền nhiệt, làm rõ các khái niệm nhiệt động học cơ bản và các thông số quan trọng để phân tích các quá trình nhiệt động, từ đó giúp người đọc nắm vững nguyên lý, ứng dụng và các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi nhiệt trong thiết kế và học tập.

10 của hơi, các chu trình nhiệt động cũng nhƣ quy luật của các hình thức truyền nhiệt và thiết bịtrao đổi nhiệt

- Trình bày đƣợc các kiến thức chung nhất về kỹ thuật Nhiệt - Lạnh

- Phân tích đƣợc các khái niệm về nhiệt động lực học

- Trình bày đƣợc các kiến thức vềhơi và thông số trạng thái hơi.

- Trình bày đƣợc các quá trình nhiệt động của hơi.

- Trình bày đƣợc các chu trình nhiệt động

- Trình bày đƣợc các quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt và các thiết bị trao đổi nhiệt

- Phân tích đƣợc các quá trình, nguyên lý làm việc của máy lạnh và các quy luật truyền nhiệt nói chung;

- Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tƣ duy logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp dụng vào môn học cho HSSV

1 Cơ sở nhiệt động kỹ thuật

1.1 Các khái niệm về nhiệt động

Thiết bị nhiệt là loại thiết bị có chức năng chuyển đổi giữa nhiệt năng và cơ năng, và được chia thành hai nhóm: động cơ nhiệt và máy lạnh.

+ Động cơ nhiệt: Có chức năng chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng như động cơ hơi nước, turbine khí, động cơ xăng, động cơ phản lực, v.v

+ Máy lạnh: Có chức năng chuyển nhiệt năng từ nguồn lạnh đến nguồn nóng

Hệ nhiệt động (HNĐ) là tập hợp gồm một hoặc nhiều vật được tách riêng khỏi các vật khác để nghiên cứu các tính chất nhiệt động của chúng Tất cả các vật ngoài hệ nhiệt động được gọi là môi trường xung quanh.

Hình 1.1.Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt và máy lạnh, bơm nhiệt

Vật thực hoặc tưởng tượng ngăn cách hệ nhiệt động với môi trường xung quanh đƣợc gọi là ranh giới của HNĐ

Hệ nhiệt động đƣợc phân loại nhƣ sau :

* Hệ nhiệt động kín: HNĐ trong đó không có sự trao đổi vật chất giữa hệ và môi trường xung quanh

* Hệ nhiệt động hở: HNĐ trong đó có sự trao đổi vật chất giữa hệ và môi trường xung quanh

* Hệ nhiệt động cô lập: HNĐ được cách ly hoàn toàn với môi trường xung quanh

1.2 Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới

Chất môi giới (CMG) hay môi chất công tác là chất được sử dụng trong thiết bị nhiệt, đóng vai trò làm trung gian giữa nhiệt năng và cơ năng CMG giúp quá trình biến đổi giữa nhiệt và cơ năng diễn ra hiệu quả bằng cách đảm bảo trao đổi nhiệt và truyền động trong hệ thống nhiệt Việc lựa chọn CMG phù hợp phụ thuộc vào đặc tính nhiệt–cơ và điều kiện vận hành của thiết bị để tối ưu hiệu suất làm việc.

Các thông số trạng thái của chất môi giới:

* Nhiệt độ: Nhiệt độ (T) - số đo trạng thái nhiệt của vật Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ là số đo động năng trung bình của các phân tử m kT

Trong đó: m μ - khối lƣợng phân tử ω - vận tốc trung bình của các phân tử k - hằng số Bonzman , k = 1,3805.10 5 J/độ

Nhiệt kế: Nhiệt kế hoạt động dựa trên sự thay đổi một số tính chất vật lý của vật thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ: chiều dài, thể tích, màu sắc, điện trở , v.v

Hình 1.2 Hệ nhiệt động a) HNĐ kín với thể tích không đổi b) HNĐ kín với thể tích thay đổi c) HNĐ hở

Mối quan hệ giữa các đơn vịđo nhiệt độ: oC 9

+ Khái niệm: Áp suất của lưu chất (p) - lực tác dụng của các phân tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành chứa p = A

Theo thuyết động học phân tử : p = 3

F - lực tác dụng của các phân tử ;

Trong mô hình vật chất, A đại diện cho diện tích thành bình chứa, n là số phân tử trên mỗi đơn vị thể tích và α là hệ số phụ thuộc vào kích thước cùng lực tương tác giữa các phân tử Các tham số này cho phép ước lượng mật độ phân tử và áp suất của hệ thống, đồng thời mô tả mối liên hệ giữa hình học của bình và động lực học phân tử Đơn vị áp suất phổ biến là Pa (Pascal), bằng N/m^2, và các đơn vị khác như bar hay atm cũng được sử dụng tùy ngữ cảnh.

3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch)

4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot)

Mối quan hệ giữa các đơn vịđo áp suất:

1 atm = 760 mm Hg (at 0 0 C) = 10,13 10 4 Pa = 2116 psf (lbf/ft 2 )

1at = 0,981 bar = 9,81.10 4 N/m 2 = 9,81.10 4 Pa = 10 mH 2 0 = 735,5 mmHg

+ Phân loại áp suất: Áp suất khí quyển (p

Áp suất của không khí tác dụng lên bề mặt của các vật trên Trái Đất là một đại lượng cơ bản trong vật lý và kỹ thuật Áp suất dư (p_d) là phần áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển và được tính bằng công thức p_d = p - p_atm, trong đó p là áp suất tuyệt đối và p_atm là áp suất khí quyển tại vị trí đo.

13 Áp suất tuyệt đối (p):Áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt đối p = p d + p

0 Áp suất chân không (p ck): Phần áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển pck = p

Hình 1.4 Các loại áp suất

* Thể tích riêng và khối lƣợng riêng:

Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một đơn vị khối lƣợng chất đó : m

Khối lượng riêng (ρ) - Khối lƣợng riêng - còn gọi là mật độ - của một chất là khối lƣợng ứng với một đơn vị thể tích của chất đó : ρ = V m [kg/m 3 ]

Nội nhiệt năng (u) - gọi tắt là nội năng - là năng lƣợng do chuyển động của các phân tử bên trong vật và lực tương tác giữa chúng

Nội năng gồm 2 thành phần: nội động năng (u d ) và nội thế năng (u p )

- Nội động năng liên quan đến chuyển động của các phân tử nên nó phụ thuộc vào nhiệt độ của vật

Nội năng liên quan đến lực tương tác giữa các phân tử nên phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng; do đó nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích riêng, được viết u = u(T, v) Với khí lý tưởng, sự tương tác giữa các phân tử bằng 0 nên nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Biểu thức thay đổi nội năng của khí lý tưởng được cho bởi du = Cv dT và Δu = Cv (T2 − T1) Đối với 1 kg môi chất, nội năng ký hiệu là u và đơn vị là J/kg; đối với lượng môi chất lớn hơn, nội năng ký hiệu là U và đơn vị là J Ngoài ra nội năng còn được biểu diễn bằng các đơn vị khác như kCal, kWh, Btu…

Enthalpy (i hoặc h) - là đại lƣợng đƣợc định nghĩa bằng biểu thức :

Enthalpy (h) bằng với nội năng (u) cộng áp suất (p) nhân thể tích (v), tức h = u + p v Như nội năng, enthalpy của khí thực là hàm của các tham số trạng thái và do đó phụ thuộc vào trạng thái của hệ khí Đối với khí lý tưởng, enthalpy chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, nghĩa là h = h(T); áp suất và thể tích không tác động độc lập lên enthalpy Vì vậy, sự phụ thuộc của enthalpy với trạng thái sẽ khác nhau giữa khí thực và khí lý tưởng, với khí lý tưởng có sự đơn giản hóa thành một hàm của nhiệt độ.

Entropy (s) là một hàm trạng thái đƣợc định nghĩa bằng biểu thức : ds =

1.3 Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng

Trạng thái nhiệt động của môi chất được xác định hoàn toàn khi biết hai thông số độc lập bất kỳ Do đó ta có thể chọn hai thông số độc lập để dựng đồ thị trạng thái, và đồ thị này được gọi là đồ thị trạng thái Quá trình đẳng tích được biểu diễn bằng một đoạn thẳng đứng 1-2 trên đồ thị p-v và bằng một đường cong lôgarit trên đồ thị T-s Diện tích 1-2 trên đồ thị p-v biểu diễn công kỹ thuật, còn diện tích 1-2 trên đồ thị T-s biểu diễn lượng nhiệt trao đổi trong quá trình đẳng tích.

1.3.2 Quá trình đẳng áp a Định nghĩa

Quá trình đẳng áp được biểu diễn bằng đoạn thẳng nằm ngang 1-2 trên đồ thị p-v và bằng đường cong logarit 1-2 trên đồ thị T-s Diện tích 1-2 trên đồ thị p-v biểu thị công thay đổi thể tích trong quá trình đẳng áp, trong khi diện tích 1-2 trên đồ thị T-s biểu thị nhiệt lượng trao đổi trong suốt quá trình đẳng áp.

Lượng nhiệt tham gia quá trình được xác định theo định luật nhiệt động học I với công thức δQ = dU + δW Trong quá trình đẳng nhiệt (dT = 0), biến thiên nội năng dU bằng 0 đối với khí lý tưởng nên δQ = δW Vì vậy, khi nhiệt độ không đổi, nhiệt lượng bổ sung cho hệ bằng với công do hệ thực hiện lên môi trường, đây là đặc trưng nổi bật của các chu trình đẳng nhiệt trong nhiệt động học và cho phép liên kết chặt chẽ giữa trao đổi nhiệt và làm công.

Quá trình đẳng nhiệt được biểu diễn bằng đường cong hyperbol cân 1-2 trên đồ thị p-v và đường thẳng nằm ngang 1-2 trên đồ thị T-s Trên đồ thị p-v, diện tích 12p2p1 biểu diễn công kỹ thuật, còn diện tích 12v2v1 biểu diễn công thay đổi thể tích Trên đồ thị T-s, diện tích 12s2s1 biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng nhiệt.

Tại một thời điểm nào đó, tập hợp tất cả các điểm của vật có nhiệt độ như nhau tạo thành mặt đẳng nhiệt Nói cách khác, mặt đẳng nhiệt chính là quỹ tích của các điểm có nhiệt độ bằng nhau tại thời điểm đó Vì một điểm trong vật không thể có hai nhiệt độ, các mặt đẳng nhiệt không cắt nhau; chúng chỉ cắt bề mặt vật hoặc khép kín bên trong vật.

Máy nén piston

1.2 Các dạng cấu tạo của máy nén Piston

1.3 Các chi tiết của máy nén piston.

Máy nén Roto

2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc.

Máy nén tr ụ c vít

3.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc.

Máy nén xo ắ n ố c

1 Vai trò và phận loại 0,5 0,5

2 TBNT làm mát bằng nước 2 1 1

3 TBNT làm mát bằng nước và không khí 1 1

4 TBNT làm mát bằng không khí 0,5 0,5

2 TBBH làm lạnh chất lỏng 2,5 1,5 1

3 TBBH làm lạnh không khí 1 1

6 Bài 6 Thiết bị tiết lưu 6 3 1 2

2 Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong 2,5 1,5 1

3 Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài 1 1

7 Bài 7: Thiết bị phụ trong hệ thống lạnh 5 4 1

2 Các thiết bị phụ của hệ thống lạnh 3 2 1

2.5 Bình tách khí không ngƣng

2.8 Phin lọc và phin sấy

3 Dụng cụ trong hệ thống lạnh 1 1

8 Bài 8 Các thiết bị điện hệ thống lạnh 8 3 5

1 Rơ le khởi động kiểu dòng điện 1,5 0,5 1

2 Rơ le khởi động kiểu điện áp 1,5 0,5 1

3 Rơ le nhiệt độ (thermostat) 1,5 0,5 1

9 Bài 9 Kỹ thuật gia công đường ống 24 2 20 2

10 Bài 10 Kết nối mô hình hệ thống máy lạnh 13 2 9 2

1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh 2 1 1

2 Kết nối mô hình hệ thống lạnh 6,5 0,5 6

2.1 Kết nối hệ thống lạnh

3 Hút chân không, nạp gas – chạy thử

CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT VÀ TRUYỀN NHIỆT

Bài viết mang tới cho sinh viên và người học những kiến thức cơ bản về cơ sở nhiệt động học và truyền nhiệt, tập trung vào các khái niệm nhiệt động học cơ bản và các thông số liên quan để diễn giải trạng thái và quá trình trao đổi năng lượng của hệ thống Người đọc được làm quen với các khái niệm như nhiệt độ, áp suất, thể tích và năng lượng nội, cùng với các định luật bảo toàn và quy tắc mô tả quá trình chuyển đổi nhiệt và làm mát Nội dung này tạo nền tảng cho phân tích các chu trình nhiệt động và hiểu rõ cách các thông số nhiệt động ảnh hưởng đến hiệu suất và cách thiết kế các hệ thống trao đổi nhiệt.

10 của hơi, các chu trình nhiệt động cũng nhƣ quy luật của các hình thức truyền nhiệt và thiết bịtrao đổi nhiệt

- Trình bày đƣợc các kiến thức chung nhất về kỹ thuật Nhiệt - Lạnh

- Phân tích đƣợc các khái niệm về nhiệt động lực học

- Trình bày đƣợc các kiến thức vềhơi và thông số trạng thái hơi.

- Trình bày đƣợc các quá trình nhiệt động của hơi.

- Trình bày đƣợc các chu trình nhiệt động

- Trình bày đƣợc các quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt và các thiết bị trao đổi nhiệt

- Phân tích đƣợc các quá trình, nguyên lý làm việc của máy lạnh và các quy luật truyền nhiệt nói chung;

- Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tƣ duy logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp dụng vào môn học cho HSSV

1 Cơ sở nhiệt động kỹ thuật

1.1 Các khái niệm về nhiệt động

Thiết bị nhiệt là loại thiết bị có chức năng chuyển đổi giữa nhiệt năng và cơ năng, và đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp cũng như đời sống hàng ngày Thiết bị nhiệt được chia thành hai nhóm chính: động cơ nhiệt, có nhiệm vụ biến đổi nhiệt năng thành cơ năng để vận hành máy móc và thiết bị, và máy lạnh, sử dụng cơ năng để di chuyển và điều hòa nhiệt độ, mang lại làm lạnh cho không gian và vật liệu.

+ Động cơ nhiệt: Có chức năng chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng như động cơ hơi nước, turbine khí, động cơ xăng, động cơ phản lực, v.v

+ Máy lạnh: Có chức năng chuyển nhiệt năng từ nguồn lạnh đến nguồn nóng

Hệ nhiệt động (HNĐ) là tập hợp các vật được tách riêng khỏi các vật khác nhằm nghiên cứu các tính chất nhiệt động của chúng Những vật nằm ngoài HNĐ được gọi là môi trường xung quanh.

Hình 1.1.Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt và máy lạnh, bơm nhiệt

Vật thực hoặc tưởng tượng ngăn cách hệ nhiệt động với môi trường xung quanh đƣợc gọi là ranh giới của HNĐ

Hệ nhiệt động đƣợc phân loại nhƣ sau :

* Hệ nhiệt động kín: HNĐ trong đó không có sự trao đổi vật chất giữa hệ và môi trường xung quanh

* Hệ nhiệt động hở: HNĐ trong đó có sự trao đổi vật chất giữa hệ và môi trường xung quanh

* Hệ nhiệt động cô lập: HNĐ được cách ly hoàn toàn với môi trường xung quanh

1.2 Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới

Chất môi giới (CMG), hay môi chất công tác, là chất được sử dụng trong thiết bị nhiệt và đóng vai trò trung gian trong quá trình biến đổi giữa nhiệt năng và cơ năng Trong chu trình nhiệt, CMG truyền nhiệt và áp suất, giúp chuyển đổi hiệu quả nhiệt năng thành công suất cơ học hoặc ngược lại Việc lựa chọn CMG phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, độ ổn định và an toàn của hệ thống, nên CMG là yếu tố then chốt trong thiết kế và vận hành các thiết bị nhiệt và hệ thống chu trình nhiệt.

Các thông số trạng thái của chất môi giới:

Nhiệt độ (T) là thước đo trạng thái nhiệt của vật Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ được định nghĩa là mức động năng trung bình của các phân tử trong vật; khi nhiệt độ tăng, động năng trung bình của các phân tử tăng lên Trong khung lý thuyết này, động năng trung bình liên hệ với nhiệt độ thông qua hằng Boltzmann (k), cho thấy động năng của các phân tử tỉ lệ thuận với nhiệt độ Nhờ quan hệ này, nhiệt độ đóng vai trò quyết định cho các hiện tượng vật lý như giãn nở nhiệt, trạng thái chất và sự thay đổi áp suất.

Trong đó: m μ - khối lƣợng phân tử ω - vận tốc trung bình của các phân tử k - hằng số Bonzman , k = 1,3805.10 5 J/độ

Nhiệt kế là thiết bị đo nhiệt độ hoạt động dựa trên sự thay đổi của một số tính chất vật lý của chất cảm ứng theo nhiệt độ, ví dụ như chiều dài, thể tích, màu sắc và điện trở Những đặc tính này biến đổi khi nhiệt độ tăng hoặc giảm, cho phép đo và đọc giá trị nhiệt độ một cách nhanh chóng và chính xác Vì vậy, nhiệt kế được ứng dụng rộng rãi trong y tế, công nghiệp và đời sống hàng ngày.

Hình 1.2 Hệ nhiệt động a) HNĐ kín với thể tích không đổi b) HNĐ kín với thể tích thay đổi c) HNĐ hở

Mối quan hệ giữa các đơn vịđo nhiệt độ: oC 9

+ Khái niệm: Áp suất của lưu chất (p) - lực tác dụng của các phân tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành chứa p = A

Theo thuyết động học phân tử : p = 3

F - lực tác dụng của các phân tử ;

Trong mô hình vật lý và mô phỏng, A là diện tích thành bình chứa, n là số phân tử trên một đơn vị thể tích (n = N/V, tức mật độ phân tử), và α là hệ số phụ thuộc vào kích thước và lực tương tác giữa các phân tử, qua đó ảnh hưởng đến đặc tính của hệ như khả năng tích lũy áp suất và sự phụ thuộc của trạng thái vật chất với điều kiện môi trường Đơn vị áp suất phổ biến là Pascal (Pa), với các đơn vị quy đổi như kPa, atm hoặc psi tùy mục đích đo lường và phân tích dữ liệu.

3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch)

4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot)

Mối quan hệ giữa các đơn vịđo áp suất:

1 atm = 760 mm Hg (at 0 0 C) = 10,13 10 4 Pa = 2116 psf (lbf/ft 2 )

1at = 0,981 bar = 9,81.10 4 N/m 2 = 9,81.10 4 Pa = 10 mH 2 0 = 735,5 mmHg

+ Phân loại áp suất: Áp suất khí quyển (p

Áp suất của không khí tác dụng lên bề mặt các vật trên Trái Đất được hiểu là áp suất tuyệt đối, ký hiệu p Để xác định mức chênh lệch so với môi trường xung quanh, người ta dùng khái niệm áp suất dư (pd), bằng pd = p − p_atm, tức là phần áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển pd cho biết mức chênh lệch áp suất giữa áp suất nội tại của chất khí và áp suất khí quyển xung quanh, từ đó ảnh hưởng tới lực tác dụng lên bề mặt và cấu kiện Khái niệm này được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế lốp xe, bình chứa, hệ thống khí nén và nhiều thiết bị công nghiệp nhằm đánh giá an toàn, hiệu suất và hiệu quả vận hành.

13 Áp suất tuyệt đối (p):Áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt đối p = p d + p

0 Áp suất chân không (p ck): Phần áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển pck = p

Hình 1.4 Các loại áp suất

* Thể tích riêng và khối lƣợng riêng:

Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một đơn vị khối lƣợng chất đó : m

Khối lượng riêng (ρ) - Khối lƣợng riêng - còn gọi là mật độ - của một chất là khối lƣợng ứng với một đơn vị thể tích của chất đó : ρ = V m [kg/m 3 ]

Nội nhiệt năng (u) - gọi tắt là nội năng - là năng lƣợng do chuyển động của các phân tử bên trong vật và lực tương tác giữa chúng

Nội năng gồm 2 thành phần: nội động năng (u d ) và nội thế năng (u p )

- Nội động năng liên quan đến chuyển động của các phân tử nên nó phụ thuộc vào nhiệt độ của vật

Nội năng liên quan đến lực tương tác giữa các phân tử nên phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng; do đó, nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích riêng: u = u(T, v) Đối với khí lý tưởng, lực tương tác giữa các phân tử bằng 0 nên nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Lượng thay đổi nội năng của khí lý tưởng được xác định bằng các biểu thức: du = Cv dT và Δu = Cv (T2 − T1) Đối với 1 kg môi chất, nội năng kí hiệu là u, đơn vị là J/kg; đối với khối lượng m kg môi chất, nội năng kí hiệu là U, đơn vị là J, với m và U có quan hệ U = u × m Ngoài ra nội năng còn có các đơn vị khác như kCal, kWh, Btu.

Enthalpy (i hoặc h) - là đại lƣợng đƣợc định nghĩa bằng biểu thức :

Enthalpy của khí thực là hàm của các thông số trạng thái, tương tự như nội năng, và có thể được biểu diễn bằng h = u + p v Đối với khí lý tưởng, enthalpy phụ thuộc duy nhất vào nhiệt độ, bất kể áp suất hay thể tích thay đổi Vì vậy trong các quá trình nhiệt động lực học liên quan đến khí lý tưởng, sự biến đổi enthalpy liên quan trực tiếp tới sự biến đổi nhiệt độ, còn với khí thực enthalpy còn bị ảnh hưởng bởi cả áp suất và thể tích thông qua các thông số trạng thái.

Entropy (s) là một hàm trạng thái đƣợc định nghĩa bằng biểu thức : ds =

1.3 Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng

Trạng thái nhiệt động của môi chất hoàn toàn xác định khi biết hai thông số độc lập bất kỳ Vì vậy ta có thể chọn hai thông số độc lập nào đó để lập ra đồ thị biểu diễn trạng thái của môi chất, đồ thị đó được gọi là đồ thị trạng thái Quá trình đẳng tích được biểu diễn bằng đoạn thẳng đứng trên đồ thị p-v và đường cong lôgarit trên đồ thị T-s Diện tích Δp2p1 trên đồ thị p-v biểu diễn công kỹ thuật, còn diện tích Δs2s1 trên đồ thị T-s biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng tích.

1.3.2 Quá trình đẳng áp a Định nghĩa

Quá trình đẳng áp được biểu thị bằng một đoạn thẳng nằm ngang từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 trên đồ thị p-v và bằng đường cong 1-2 trên đồ thị T-s Diện tích dưới đoạn thẳng 1-2 trên đồ thị p-v biểu diễn công thực hiện do sự thay đổi thể tích (W = ∫ P dV = P(V2 − V1) khi áp suất không đổi) Ngược lại, diện tích dưới đường cong 1-2 trên đồ thị T-s biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng áp, vì nhiệt lượng được xác định bằng tích phân của T dS cho quá trình thuận nghịch Hai đại lượng này cho phép liên hệ giữa công, nhiệt và trạng thái của hệ khi tiến hành quá trình đẳng áp.

Lượng nhiệt tham gia quá trình được xác định theo định luật nhiệt động I: dq = dU + dW Trong quá trình đẳng nhiệt (dT = 0) nên dU = 0, do đó dq = dW Điều này có nghĩa là khi nhiệt độ giữ nguyên, mọi lượng nhiệt trao đổi với hệ sẽ chuyển thành công thực hiện bởi hệ (hoặc ngược lại) tùy theo chiều của quá trình.

Quá trình đẳng nhiệt được biểu diễn trên đồ thị p-v bằng đường cong hyperbol cân 1-2 giữa trạng thái 1 và 2 và trên đồ thị T-s bằng đường thẳng nằm ngang 1-2 tại nhiệt độ T Trên đồ thị p-v, diện tích 12p2p1 biểu diễn công kỹ thuật, còn diện tích 12v2v1 biểu diễn công thay đổi thể tích Trên đồ thị T-s diện tích 12s2s1 biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng nhiệt.

Mặt đẳng nhiệt là tập hợp các điểm của một vật có cùng nhiệt độ tại một thời điểm Có thể hiểu rằng mặt đẳng nhiệt chính là quỹ tích của những điểm có nhiệt độ như nhau tại thời điểm đó Do một điểm trong vật chỉ có một nhiệt độ nên các mặt đẳng nhiệt không cắt nhau; chúng chỉ cắt vào bề mặt vật hoặc khép kín bên trong vật.

Tiêu đề	Kỹ Thuật Lạnh (Nghề Điện Công Nghiệp Cao Đẳng)
Tác giả	Kỹ sư Phạm Tiến Dũng
Trường học	Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô
Chuyên ngành	Điện – Điện Tử
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Ninh Bình

Định dạng
Số trang	123
Dung lượng	2,36 MB