Bài giảng Nhiệt kỹ thuật: Chương 2 - ThS. ThS. Phạm Thị Nụ

Bài giảng Nhiệt kỹ thuật: Chương 2 Định luật nhiệt động thứ I các phương pháp tính nhiệt và công được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên trình bày được những khái niệm về nhiệt và công. áp dụng được các công thức tính nhiệt lượng và công vào giải các bài tập; trình bày được định luật nhiệt động I, các quá trình đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt và các quá trình đa biến.

Trang 1

NHI T K THU T Ệ Ỹ Ậ

CH ƯƠ NG 2: Đ NH LU T NHI T Đ NG TH I Ị Ậ Ệ Ộ Ứ CÁC PH ƯƠ NG PHÁP TÍNH NHI T VÀ CÔNG Ệ

Trang 2

ThS. PH M TH N Ạ Ị Ụ NHI T K THU T Ệ Ỹ Ậ

Sau khi học xong chương 2, người học có khả năng:

ØTrình bày được những khái niệm về nhiệt và công

ØÁp dụng được các công thức tính nhiệt lượng và công vào giải các bài tập

ØTrình bày được định luật nhiệt động I, các quá trình đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt và các quá trình đa biến

Trang 3

Các phương pháp tính nhiệt lượng và công

Trang 4

- Hệ nhiệt động không chứa nhiệt, chỉ chứa năng lượng.

- Nhiệt do hệ nhận mang dấu + và ngược lại

Trang 6

- Nhiệt truyền vào HNĐ mang dấu (+), nhiệt do HNĐ nhả ra mang dấu (-)

Trang 7

Nhiệt dung riêng (NDR):

- NDR của một vật là lượng nhiệt cần cung cấp cho vật hoặc từ

vật tỏa ra để nhiệt độ của nó thay đổi 1 độ: (J/độ)

- Nhiệt dung riêng phụ thuộc:

+ Bản chất của môi chất,

+ Nhiệt độ

+ Áp suất (có thể bỏ qua ảnh hưởng của áp suất khi giá trị

của nó không quá lớn)

Trang 8

- Phân loại NDR theo đơn vị đo lượng vật chất :

+ Nhiệt dung riêng khối lượng : c = C/m , (kJ/kg.K)

+ Nhiệt dung riêng thể tích : c’ = C/V , (kJ/m3.K)

+ Nhiệt dung riêng kmol : µc = C/N , (kJ/kmol.K)

c = c’ ν = µc/µ ; c’ = c/ν = µc/22,4

- Phân loại NDR theo quá trình nhiệt động:

+ NDR đẳng tích : Cv , C'v , µCν

+ NDR đẳng áp : Cp , C'p , µCp

Trang 10

Trang 11

Chỉ số đoạn nhiệt và nhiệt dung riêng của khí lý tưởng

[kJ/kmol.K]

µcp [kJ/kmol.K]

Khí 1 nguyên tử (He, Ar, …) 1,6 12,6 20,9

Khí 2 nguyên tử (không khí, CO,

O2, …

Khí nhiều nguyên tử (CO2, CH4, … 1,3 29,3 37,4

Trang 12

suất không đổi Xác định lượng nhiệt của 1kg không khí tỏa ra

Khi tính ta coi nhiệt dung riêng là hằng số và phụ thuộc nhiệt

độ (Thời gian làm bài 10 phút)

A. 903,072KJ

B. 900KJ

C. 850,072KJ

D. 850KJ

Trang 14

- Công là dạng năng lượng thực hiện bởi hệ nhiệt động nên

đơn vị của công là đơn vị của năng lượng

- Đơn vị thông dụng là Joule (J) 1J là công của lực 1N tác

dụng trên quãng đường 1m (N.m = J)

- Công là hàm quá trình

- Công do hệ sinh ra mang dấu + và ngược lại hệ nhận công

mang dấu (-)

Trang 15

2.1.3 Các phương pháp tính công

Ta thường gặp các loại công sau:

- Công thay đổi thể tích

- Công lưu động (công thay đổi vị trí)

- Công kỹ thuật (công thay đổi áp suất)

- Công ngoài (ngoại công)

Trang 16

Công thay đổi thể tích (công giãn nở hay công nén)

- Đây là trường hợp mà dưới tác động của áp suất chất môi

giới, bề mặt ranh giới sẽ bị dịch chuyển

- Công thay đổi thể tích (công cơ học): là công do môi chất

công tác sinh ra khi giãn nở hoặc nhận được khi bị nén

- Khi dãn nở, thể tích tăng còn áp suất có thể tăng, giảm

Trang 17

2.1.3 Các phương pháp tính công

Với 1kg môi chất công thay đổi thể tích là: wtt = p ν

Đối với Gkg môi chất, công thay đổi thể tích: Wtt = p V

- Quá trình đẳng tích: Wtt = 0,

- Quá trình đẳng áp: Wtt = p.∆V = G.R.∆T ( J)

Từ công thức trên ta thấy W và V cùng dấu

Khi V > 0 thì W > 0, nghĩa là khi xảy ra quá trình mà thể tích

tăng thì công có giá trị dương, ta nói môi chất sinh công (công

do môi chất thực hiện)

Trang 18

Công kỹ thuật:

- Kí hiệu: Wkt

Công kỹ thuật là công của dòng khí chuyển động (hệ hở) thực

hiện được khi có sự thay đổi áp suất của hệ nhiệt động

- Quá trình đẳng tích: Wkt = -V.∆p = -G.R.∆T (J)

- Quá trình đẳng áp: Wkt = 0

Trang 19

Đồ thị công.

- Công không phải là thông số

trạng thái của MCCT

- Công phụ thuộc vào đường

đi của quá trình

Trang 20

Bài tập 2: Không khí nhận nhiệt đẳng áp (p=const), nhiệt độ

tăng từ 40oC đến 240oC Xác định công thay đổi thể tích của

1kg không khí và của 7200 kg không khí (thời gian làm bài 15

Trang 22

- Định luật nhiệt động I chính là định luật bảo toàn và biến

hóa năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt động lực học

- Nội dung: Giữa nhiệt năng và các dạng năng lượng khác

như cơ năng, điện năng có thể chuyển hóa lẫn nhau và khi

1 lượng nhiệt năng bị tiêu hao thì sẽ nhận được 1 lượng

năng lượng tương ứng, còn tổng năng lượng của môi chất

thì không thay đổi

- Ý nghĩa: Định luật nhiệt động I là cơ sở để tính toán và thiết

lập sự cân bằng năng lượng trong các quá trình nhiệt động

Trang 23

2.2.2 Các dạng biểu thức của định luật nhiệt động I

- Định luật nhiệt động thứ nhất viết cho hệ kín

Năng lượng toàn phần của HNĐ kín: E = EP + EK + U + EC + EA

Với:

- EP: thế năng,

- EK: động năng;

- U: nội năng,

- EC: hóa năng,

- EA: nguyên tử năng

Trang 25

E1 + Q - W = E2 Hoặc Q = W + ΔU +ΔEp + ΔEk + ΔEc +ΔEA

Trong đó : E1 : năng lượng toàn phần ở trạng thái 1;

E2 : năng lượng toàn phần ở trạng thái 2;

Q : lượng nhiệt cấp cho HNĐ;

W : công do HNĐ thực hiện;

ΔU: lượng thay đổi nội năng ;

ΔEp : lượng thay đổi thế năng ;

ΔEk : lượng thay đổi động năng ;

Trang 26

Trong nhiệt động học, nếu không có các phản ứng hóa học và

phản ứng hạt nhân thì: ΔEc = 0 , ΔEA = 0

Đối với HNĐ kín, sự biến đổi thế năng và động năng thường

rất nhỏ so với các dạng năng lượng khác, nên có thể xem

ΔEp = Ep2 - Ep1 = 0 và ΔẸk = Ek2 - Ek1 = 0

Khi đó : Q = ΔU + W

Đối với 1 kg chất môi giới ta có:

q = Δu + w

Trang 27

Hệ hở:

- Bề mặt ngăn cách không gian đang nghiên cứu với các phần

còn lại cũng được gọi là bề mặt ranh giới

- Năng lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường về cơ

bản cũng được thể hiện ở dạng công và nhiệt lượng

- Nguyên tắc bảo toàn năng lượng và bảo toàn khối lượng sẽ

được áp dụng khi thiết lập các phương trình có liên quan đến

hệ thống hở

Trang 28

Định luât nhiệt động I viết cho hệ hở: m1 + mvào – mra = m2

Hình 2.2. Tr ng thái ti n hành quá trình nhi t đ ngạ ế ệ ộ

Trang 29

Tính theo lưu lượng: Gvào – Gra = dG/dt

trong đó:

Gvào - khối lượng của chất môi giới đi vào HNĐ, kg/s

Gra - khối lượng của chất môi giới đi ra khỏi HNĐ, kg/s

dG/dt - lượng biến đổi khối lượng của chất môi giới trong HNĐ,

kg/s

Khi hệ thống hở hoạt động ở chế độ ổn định, dG/dt = 0, nên ta

có: Gvào = Gra

Trang 30

- Quá trình nhiệt động cơ bản - quá trình nhiệt động, trong đó

có ít nhất một thông số trạng thái hoặc thông số nhiệt động của

MCCT không thay đổi

- Quá trình cân bằng - quá trình trong đó MCCT biến đổi qua

các thông số trạng thái cân bằng

- Quá trình thuận nghịch - là quá trình cân bằng và có thể biến

đổi ngược lại để trở về trạng thái ban đầu mà HNĐ và MTXQ

không có sự thay đổi gì

Trang 31

- Quá trình đẳng tích

- Quá trình đẳng áp

- Quá trình đẳng nhiệt

- Quá trình đoạn nhiệt

- Quá trình đa biến

Trang 32

Hình 2.4 Đồ thị công và đồ thị nhiệt của quá trình đẳng tích

Trang 34

suất p1 = 3at, nhiệt độ t1=20oC Xác định nhiệt lượng cần cung cấp

để nhiệt độ không khí tăng đến 120oC Khi tính coi nhiệt dung riêng

là hằng số và phụ thuộc nhiệt độ (thời gian làm bài:10 phút)

A 75,256KJ

B 74,256KJ

C 73,256KJ

D 72,256KJ

Trang 36

Trang 37

Lượng thay đổi enthalpy: Δi = cp.(T2 - T1)

Trang 38

Bài tập 4: 4m3 khí O2 ở áp suất dư 2at, nhiệt độ 20oC, được

đốt nóng đến 120oC Xác định nhiệt lượng cần cấp trong điều

kiện áp suất không đổi nếu coi nhiệt dung riêng là hằng số và

áp suất khí quyển là 1at (thời gian làm bài 10 phút)

A. 1200KJ

B. 1300KJ

C. 1404,8KJ

D. 1504KJ

Trang 40

Trang 41

Trong quá trình đẳng nhiệt, tất cả nhiệt lượng đều biến thành

công

Trang 42

5,4at cần thải 1 nhiệt lượng là 378kJ, biết entropi của khí trong

bình giảm 2kJ/kg.K Xác định nhiệt độ, thể tích đầu và thể tích

cuối của khí trong bình (thời gian làm bài 15 phút)

A. 47,25oK; 0,502m3; 0,186m3

B. 43oK; 1m3, 2m3

C. 40oK; 2m3, 5m3

D. 35oK; 2m3; 3m3

Trang 44

Trang 46

Trang 48

Hình 2.7 Đ th công và đ th nhi t c a quá trình đo n nhi tồ ị ồ ị ệ ủ ạ ệ

Trang 49

• Nhiệt lượng và công.

+ Quá trình đẳng tích

Trang 51

giữa môi chất và môi trường khi có sự chuyển động vĩ mô.

A. Công năng

B. Nhiệt năng

C. Thế năng

D. Hóa năng

Câu 4: Hệ kín trong xi lanh dãn nở đẩy pittong chuyển động thì

hệ kín đã truyền cho pittong năng lượng dưới dạng “……… ”

E. Nhiệt năng

F. Công năng

Trang 52

Câu 6: 2 kg không khí được làm lạnh từ 1000oC đến 100oC ở

áp suất không đổi Không khí nhận hay sinh bao nhiêu công?

E. Sinh công 516 kJ

F. Nhận công 516 kJ

G. Sinh công 1056 kJ

H. Nhận công 1056 kJ

Trang 53

năng, điện năng có thể chuyển hóa lẫn nhau và khi 1 lượng nhiệt năng bị tiêu hao thì sẽ nhận được 1 lượng năng lượng tương ứng, còn tổng năng lượng của môi chất thì………

A. Giảm không đáng kể

B. Tăng không đáng kể

C. Thay đổi không nhiều

D. Không thay đổi

Câu 8: Quá trình đẳng tích là quá trình có thông số nào sau đây không thay đổi?

Trang 55

phương trình nào sau đây:

Trang 56

Trang 57

Thank You!

WWW.PVMTC.EDU.VN

Tiêu đề	Chương 2: Định luật nhiệt động thứ I các phương pháp tính nhiệt và công
Người hướng dẫn	ThS. Phạm Thị Nụ
Trường học	Trường Cao Đẳng Dầu Khí
Chuyên ngành	Nhiệt kỹ thuật
Thể loại	Bài giảng
Thành phố	Nghệ An

Định dạng
Số trang	57
Dung lượng	764,69 KB