ĐÁP ÁN ĐỀ THI MÔN NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KĨ THUẬT 2021 2022 Bài 1 Xác định trạng thái hơi nước trong không khí ẩm ở các điều kiện sau a Không khí có nhiệt độ T = 25oC, phân áp suất của hơi nước trong khôn.
Trang 1ĐÁP ÁN ĐỀ THI MÔN NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KĨ THUẬT 2021-2022
Bài 1: Xác định trạng thái hơi nước trong không khí ẩm ở các điều kiện sau:
a Không khí có nhiệt độ T = 25oC, phân áp suất của hơi nước trong không khí ph = 22.5 mmHg
b Không khí có nhiệt độ T = 25oC, phân áp suất của hơi nước trong không khí ph = 36 mmHg
Bài giải Kiến thức cần lưu ý:
- Biết tra bảng từ nhiệt độ suy ra áp suất hơi bão hòa.
- Nếu ph < phbh : Hơi nước ở trạng thái hơi quá nhiệt.
- Nếu ph = phbh : Hơi nước ở trạng thái hơi bão hòa khô
- Nếu ph > phbh : Hơi nước ở trạng thái hơi bão hòa ẩm
a Từ bảng “Nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ” ta tra tại T = 25oC có pbhb= 0.03166 bar
đổi 0.03166 bar = 0.03166 x 105 = 3166 Pa ( bấm máy tính chế độ CONVERT: Pa mmHg )
ta được phbh = 23.74 mmHg Ta so sánh ph với phbh : ph < phbh thì trạng thái hơi nước là Hơi quá nhiệt
b Từ bảng “Nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ” ta tra tại T = 25oC có pbhb= 0.03166 bar
đổi 0.03166 bar = 0.03166 x 105 = 3166 Pa ( bấm máy tính chế độ CONVERT: Pa mmHg )
ta được phbh = 23.74 mmHg Ta so sánh ph với phbh : ph > phbh thì trạng thái hơi nước là Hơi bão hòa ẩm
Bài 2: Khói thải từ buồng đốt của lò hơi trong phòng thí nghiệm có nhiệt độ là 200oC Cho biết thành phần thể tích của các chất có trong khói thải như sau: 12% CO2, 5% O2; 83%N2 Nếu người ta làm nguội khói thải đến 30oC theo quá trình đẳng áp ở p = 100 kpa
a Xác định thể tích riêng của hỗn hợp khí ở đầu của quá trình ?
b Xác định thể tích riêng của hỗn hợp khí ở cuối của quá trình ?
Bài giải Kiến thức cần lưu ý:
- Phương trình trạng thái khí lý tưởng cho hỗn hợp khí: p.V hh = G hh R hh T hoặc p.v hh = R hh T
- Trong đó:
+ p ( Pa or N/m 3 ): áp suất tuyệt đối Nếu cho áp suất dư thì p = p d + p kk ( p kk = 1 bar )
+ V hh ( m 3 ): thể tích hỗn hợp.
+ v hh ( m 3 /kg ): thể tích riêng hỗ hợp Tính bằng V hh / G hh
+ G hh ( kg ): khối lượng hỗn hợp.
+ R hh ( J/kg.độ ): hằng số chất khí Tính bằng R hh = trong đó là phân tử lượng hỗn hợp
(giống cái phân tử khối M trong hóa học, nếu xét đơn chất thì = Mchất đó)
Công thức tính phân tử lượng của hỗ hợp: = trong đó gi (%) thành phần khối lượng của từng chất; ri (%) là
thành phần thể tích của từng chất trong hỗn hợp
+ T ( o K): là nhiệt độ chất đó.
a Tại thời điểm ban đầu: T = 300oC = 573oK; p = 100kpa = 100000pa
- Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có: p.vhh = Rhh T
- Trong đó p = 100000pa; T = 573oK; Rhh = = = = 276.03
- Suy ra vhh = 1.58 m3
b Tại thời điểm sau: T = 30oC = 303oK; p = 100000pa Tương tự ta tính được vhh = 0.84 m3
Trang 2Bài 3: Đốt nóng 10kg không khí trong điều kiện áp suất tuyệt đối không đối p = 2 bar từ 20oC đến 120 oC.
a Biểu diễn quá trình p-v và T-S
b Tính thể tích riêng ở trạng thái cuối của quá trình
c Xác định các đại lượng U,I,S,Q,Wtt,Wkts (cho nhiệt dung riêng C là hằng số)
Bài giải Kiến thức cần lưu ý:
* Nhiệt dung riêng :
+ Nhiệt dung riêng khối lượng C : gồm Cv ( đẳng tích ) và Cp ( đẳng áp ) , kJ/kg.độ
+ Nhiệt dung riêng thể tích C’, kJ/m3.độ
+ Nhiệt dung riêng kmol C: giống C, kJ/kmol.độ
- Công thức: C v = C / hoặc C p = C / ; C’ = C / 22,4
+ C và C tra ở bảng “Nhiệt dung riêng hằng số”
* Định luật nhiệt động lực học với hệ kín:
+ Xét cho G kg chất khí, nhiệt lượng Q = U + W tt = I + W kt , kJ
+ Với khí lý tưởng thì biến thiên nội năng U = G.C v t và biến thiên Entanpi I = G.C p t
+ Quy ước dấu: Hệ nhận nhiệt Q(+), thải nhiệt Q(-) và nhận công W(-), sinh công W(+)
- Đối với quá trình đẳng tích, V = const: p2/p1 = T2/T1
+ Đồ thị P-V và T-S đối với quá trình đẳng tích
+ Công thể tích W tt = 0 Nhiệt lượng Q = U = G.C v t
+ Công kĩ thuật W tk = -V (p 2 – p 1 )
+ Biến thiên Entropi S = = , kJ/kg.K
- Đối với quá trình đẳng áp, p = const: T2/T1 = V2/V1
+ Đồ thị P-V và T-S trong quá trình đẳng áp ứng với T1 = 20oC và T2 = 120oC
+ Công kĩ thuật Wkt = 0 Nhiệt lượng Q = I = G.Cp t
+ Công thể tích W tt = p (V 2 – V 1 ) = R.G.(T 2 – T 1 )
+ Biến thiên Entropi S = =
- Đối với quá trình đẳng nhiệt, T = const: p2/p1 = V1/V2
Trang 3+ Đồ thị P-V và T-S đối với quá trình đẳng nhiệt
+ Biên thiên nội năng và entanpi bằng 0
+ Nhiệt lượng Q = W tt = W kt = P 1 V 1
+ Biên thiên Entropi S = =
- Đối với quá trình đoản nhiệt, Q = 0
+ Đồ thị P-V và T-S :
+Ta có p 2 /p 1 = (v 1 /v 2 )^k trong đó k là hệ số đoản nhiệt ( tra bảng )
+ Ta có T 2 /T 1 = ( V 1 /V 2 )^(k-1) = (p 2 /p 1 )^[(k-1)/k]
+ Nhiệt lượng Q = 0 suy ra Biến thiên nội năng = - W tt
+ Công thể tích W tt = [1/(k-1)] (p 1 V 1 – p 2 V 2 ) = [R/(k-1)] (T 1 – T 2 ) =
+ Công kĩ thuật W kt = k.Wtt
a Đồ thị như hình trên
b Vì quá trình là đẳng áp nên T2/T1 = V2/V1 Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có:
p.V1 = G.R.T1 => V1 = G.R.T1 / p = (10.8314/29.20)/2.105 = 0.29 m3
=> V2 = T2/T1 V1 = 120/20 0,29 = 1.74 m3
c Vì quá trình là đẳng áp nên Wkt = 0
Nhiệt lượng và biến thiên entanpi Q = = G.Cp = 10 Cp 100
Cách tính Cp = ; = 20.9 còn
Trang 4Bài 4: Cho khối không khí ẩm có thể tích là 50m3 ở áp suất p = 300 kPa, nhiệt độ T = 25oC có độ ẩm tương đối = 70% Hãy xác định:
a Độ chưa hơi d, Entanpi I của khối không khí ẩm ?
b Khối lượng hơi nước Gh trong khối không khí ẩm đó ?
Kiến thức cần lưu ý:
* Biết cách tra bảng “B1- Nước và hơi nước bão hòa” và “B2 - Nước chưa sôi và hơi quá nhiệt”
* Các thông số :
+ v’ – i’ – s’ : nước sôi
+ v’’ – i’’ – s’’ : hơi nước bão hòa khô
+ v – t – s: hơi bão hòa ẩm
* Tính độ khô: x = Gh / G = Gh / ( Gh + Gn ) ; 0 <= x <= 1;
+ Nếu x = 0 là nước sôi; x = 1 là hơi bão hòa khô; còn lại là hơi bão hòa ẩm
+ Trong đó Gh là khối lượng hơi bão hòa khô; G là khối lượng hơi bão hòa ẩm; Gn là khối lượng nước sôi Ngoài ra x = ( i – i’ ) / ( i’’ – i’ ); tương tự như v và s
* Các kiểm tra các thông số trạng thái hơi nước
- Đã biết thông số p (hoặc t) và i (v hoặc s): dựa vào bảng 1 để tìm p (hoặc t), sau đó gióng sang so sánh
i’;i’’ với i Nếu:
+ i = i’ : Nước sôi x = 0; v = v’; s = s’ ; t = ts ở bảng 1
+ i = i’’ : Hơi nước bão hòa khô x = 1; v = v’’; s = s’’; t = ts ở bảng 1
+ i < i’ : Nước chưa sôi Tra t,v,s ở bảng 2
+ i > i’’ : Hơi quá nhiệt Tra t,v,s ở bảng 2
+ i’ < i < i’’ : Hơi bão hòa ẩm tính x Tra v,t,s ở bảng 1
- Đã biết thông số p và t: dựa vào bảng 1 tra p rồi so sánh ts với t Nếu:
+ t < ts : nước chưa sôi Tra v,i,s ở bảng 2
+ t > ts : Hơi quá nhiệt Tra v,i,s ở bảng 2
- Đã biết thông số p (hoặc t) và x Nếu:
+ x = 0: Nước sôi Dựa vào p (t) tra ở bảng 1 i = i’ ; v = v’ ; s = s’
+ x = 1: Hơi bão hòa khô Dựa vào p (t) tra ở bảng 1 i = i’’ ; v = v’’; s = s’’
+ 0 < x < 1 : Hơi bão hòa ẩm Dựa vào p (t) tra ở bảng 1 i ; v ; s
* Các thông số của không khí ẩm
- Độ ẩm tương đối: trong đó ph; khối lượng hơi; phbh là áp suất hơi bão hòa ( tra ở bảng 1 – Theo nhiệt độ )
- Gh là phân áp suất hơi: ph V = G h R h T với R h = 8314/18
- Độ chứa hơi nước: , kg hơi /kg kk
- Entanpi: I t ( o C) + (2500 + 2.t).d , kJ/kg kk
a Dựa vào bảng “Nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ” ta tra ở 25oC thì phbh = 0.03166 bar = 3166 Pa
Vì độ ẩm tương đối = 60% nên Ph = 1899.6 Pa
Suy ra độ chứa hơi nước = 0.004 kghơi/kgkk = 4 ghơi/kgkk
Entanpi: I t ( o C) + (2500 + 2.t).d = 35.2 kJ/kgkk
b Khối lượng không khí hơi nước :
ph.V = Gh.Rh.T Gh = ph.V / Rh.T = (1899,6 50) / (8314/18 298) = 0.69 kg