Bài giảng kỹ thuật nhiệt chương 2a năng lượng bảo toàn năng lượng (định luật nhiệt động học 1)

1 1 Năng lượng Bảo toàn năng lượng (Định luật nhiệt động học 1) Một số lưu ý 2 • Nội dung giảng dạy trong các cuốn sau [1] Thermodynamics An Engineering Approach Các chương 1, 2, 3, 4, 5 và 6 [2] Basi[.]

Năng lượng Bảo toàn năng lượng (Định luật nhiệt động học 1)

Một số lưu ý

• Nội dung giảng dạy trong các cuốn sau:

[1] Thermodynamics: An Engineering Approach: Các chương 1,

2, 3, 4, 5 và 6 [2] Basic Engineering Thermodynamics: Chương 9 – Heat Transfer

[3] Sách Nhiệt động lực học: các chương từ 1-5

• Bài tập: Giao theo cá nhân trong các chương 1-6 cuốn [1]

• Học liệu (Course Materials) cung cấp trên website: scholar.vimaru.edu.vn/diemphd và facebook group: Engineering Thermodynamics Group 4

Objectives

- Năng lượng của hệ, các dạng năng lượng;

- Hai dạng truyền năng lượng là nhiệt và công;

- Các dạng công khác nhau;

- Sự bảo toàn năng lượng – Định luật nhiệt động học thứ nhất;

- Hiệu suất truyền năng lượng;

- Năng lượng và ô nhiễm môi trường

Sự bảo toàn khối lượng

• Nguyên lý chung: Vật chất (Khối lượng) được bảo toàn, không sinh ra và mất đi, chỉ có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác

• Đối với hệ nhiệt động: Khối lượng vào – Khối lượng ra = Sự thay đổi khối lượng.

෍ ݉௜௡ − ෍ ݉௢௨௧

=݀݉݀ݐ

Sự bảo toàn khối lượng

5

• Hệ kín: ݉ = ܿ݋݊ݏݐ; ௗ௠ௗ௧ = 0

Ví dụ: Lốp xe, động cơ đốt trong sau khi coi các quá trình nạp và thải là triệt tiêu nhau.

• Hệ hở: thường gặp với các giả thiết là dòng chảy đều và ổn định:

qua động cơ tuabin hơi.

Năng lượng: Nhiệt, Công, sự truyền năng lượng

Energy: Heat, Work, Energy Transfer

Sự bảo toàn năng lượng

7

 Ví dụ 1: Tủ lạnh làm việc trong phòng kín, cách nhiệt, cánh tủ mở.

gia vào quá trình?

 Ví dụ 2: Quạt chạy trong phòng kín, cách nhiệt.

gia vào quá trình?

 Cơ sở để kết luận về sự thay đổi nhiệt độ?

Các dạng năng lượng (Forms

of Energy)

Năng lượng (Energy) Trong hệ ổn định (không tồn tại ảnh hưởng của điện, từ, …), năng lượng toàn

phần (E) của hệ bao gồm: Động năng (kinetic-KE), thế năng (potential-PE) và nội năng (internal-U):

Động năng:

Thế năng:

Năng lượng vi mô, vĩ mô

 Năng lượng vĩ mô của hệ là năng lượng toàn phần so với xung quanh, bao gồm động năng và thế năng

 Năng lượng vi mô của hệ liên quan đến cấu trúc phân tử của hệ thống và độc lập với bên ngoài Đó là nội năng

 Năng lượng của chuyển động phân tử: Nhiệt hiện (Sensible energy);

 Năng lượng biến đổi pha: Nhiệt ẩn (Latent energy);

 Năng lượng liên kết nguyên tử: Hóa năng (Chemical energy), Năng lượng nguyên tử (Atomic energy).

Sự dụng năng lượng

 Static energy: được tích trữ trong hệ thống;

 Dynamic energy: được hệ thống trao đổi (qua biên hệ) Chỉ có 2 dạng năng lượng trao đổi:

 Nhiệt (Heat);

 Ví dụ: Tuabin thủy điện:

chảy làm quay tuabin (sinh công)

động hỗn loạn các phần tử H2O không có tác dụng.

Năng lượng trong hệ kín, hở

 Hệ kín (close system):

 Thường không có chuyển động (stationary);

 KE = 0;

 PE = 0;

 ∆E = ∆U

 Ví dụ: đun nóng vật chất trong một bình kín.

 Hệ hở (control volume):

 Có dòng chảy (mass flow rate);

 Energy Flow rate

 Ví dụ: Dòng chảy trong động cơ tuabin hơi

11

Sự thay đổi năng lượng trong hệ kín, hệ hở được nghiên cứu ở các chương sau.

Năng lượng truyền qua biên hệ kín

 Dạng nhiệt (Heat): Nếu năng lượng truyền qua biên hệ liên quan đến sự chênh nhiệt độ

 Nếu không thì là work.

System

System

Heat: là một dạng năng

Truyền năng lượng dạng nhiệt

 Năng lượng có thể truyền qua biên hệ kín dạng Nhiệt hoặc Công

 Nhiệt truyền qua biên hệ khi có độ chênh nhiệt độ

 Nhiệt chỉ được nhận dạng khi truyền qua biên hệ

13

Truyền năng lượng dạng nhiệt

 Nhiệt lượng trao đổi từ state 1 đến state 2:

 Nhiệt lượng truyền/đơn vị thời gian (công suất truyền nhiệt):

ܳሶ =݀ܳ݀ݐ (݇ܬ/ݏ, ܹ݇)

 Tổng nhiệt lượng trao đổi:

thời gian: