Câu-hỏi-và-đáp-án-lý-thuyế-môn-nhiệt-động-lực-học.-bản-full-1

CÂU HỎI Câu 1 khái niệm hệ thống nhiệt động? phân loại hệ thống nhiệt động? Câu 2 Năng lượng toàn phần của hệ thống nhiệt động? Câu 3 Nêu ý nghĩa của định luật nhiệt động 1 và biểu thức định luật nhiệ[.]

CÂU HỎI

Câu 1: khái niệm hệ thống nhiệt động? phân loại hệ thống nhiệt động? Câu 2: Năng lượng toàn phần của hệ thống nhiệt động?

Câu 3: Nêu ý nghĩa của định luật nhiệt động 1 và biểu thức định luật nhiệt động 1 cho hệ thống kín?

Câu 4: Khái niêm, phân loại không khí ẩm và các thông số của không khí ẩm?

Câu 5: Khái niệm hỗn hợp khí lý tưởng, các thành phần hỗn hợp, biểu thức quan hệ giữa chúng?

Câu 6: Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng trong thể tích cho trước?

Câu 7: Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng trong quá trình hỗn hợp theo dòng?

Câu 8: Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng khi nạp vào thể tích cho trước?

Câu 9: Xây dựng biểu thức xác định tốc độ tại cửa ra của ống tăng tốc nhỏ dần cho trường hợp môi chất là khí lý tưởng?

Câu 10: Nêu các bước nghiên cứu và tính toán chu trình rankine của thiết

bị hơi nước?

Câu 11: Nêu các bước nghiên cứu và tính toán chu trình làm lạnh quá lạnh-quá nhiệt?

Câu 12: Khái niệm và phân loại nhiệt dung riêng?

TRẢ LỜI Câu 1: khái niệm hệ thống nhiệt động? phân loại hệ thống nhiệt động? a: khái niệm hệ thống nhiệt động

- Hệ thống nhiệt động là một khoảng không gian chứa một lượng nhất định chất môi giới được khảo sát bằng các biện pháp nhiệt động

- Hệ thông nhiệt động là đối tượng cụ thể trong đó diễn ra quá trình chuyển biến nhiệt lượng va công(thông thường giữa hệ thông và môi trường)

- Hệ thống nhiệt động cũng có thể đơn giản là tách café nóng đang tỏa nhiệt hay hệ thống cung cấp nước nong sử dụng năng lượng mặt trời

Vd: Động cơ đốt trong, nhà máy nhiệt điện, động cơ phản lực…

b: phân loại hệ thông nhiệt động: Hệ thống nhiệt động về cơ bản được phân thành các hệ cơ bản sau

- Hệ kín: là hệ mà trong quá trình làm việc chất môi giới không di

chuyển qua bề mặt ranh giới (hay khối lượng chất môi giới ít bị biến đổi)

Vd: Tủ lạnh, máy điều hòa không khí

- Hệ hở: Trong quá trình làm việc, chất môi giới luôn đi xuyên qua bề mặt ranh giới, chất môi giới trong hệ luôn luôn biến đổi

Vd: Động cơ xe máy, tuabin hơi

- Hệ đoạn nhiệt: Là hệ mà trong quá trình hoạt động, giữa chất mô giới

và môi trường không có sự trao đổi nhiệt lượng(có thể có sự trao đổi công)

- Hệ cô lập: Là hệ không có sự trao đổi năng lượng (nhiệt và công) với môi trường

Câu 2: Năng lượng toàn phần của hệ thống nhiệt động?

Ta có biểu thức: E = U + D + Eđ + Et ( j )

2

2

e u d      g z j kg

- Với hệ kín: d=0; không có động năng Eđ=0

Ek = U + Et =U

 Ek  U

- Với hệ hở: U + D= I hoạc H

Eh   I Ed  Et

2

2

h

w

e   i  g z

2

2

h

w

    

e   i     e   i 

Câu 3: Nêu ý nghĩa của định luật nhiệt động 1 và biểu thức định luật nhiệt động 1 cho hệ thống kín?

- Nội dung và ý nghĩa của định luật nhiệt động 1: Định luật nhiệt động

1 là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt

+ Thể hiện mối tương quan giữa nhiệt năng và các dạng năng lượng khác

+ Tính bảo toàn của năng lượng

- Biểu thức của định luật nhiệt động 1 dành cho hệ kín

Ta có biểu thức tổng quát là:

Q   E Wn (j)

q   e wn (j/kg)

Đối với hệ kín ta có:

n tt

tt

e u

w w

q u w

 



   

Trong đó:

Q: là nhiệ lượng

E: là năng lượng

U: là nội năng

W n: là công ngoài

W tt: là công thay đổi thể tích

Câu 4: Khái niêm, phân loại không khí ẩm và các thông số của không khí ẩm?

-Khái niệm không khí ẩm: là hỗn hợp không khí khô và hơi nước

-Phân loại không khí ẩm: không khí ẩm được chia ra thành các loại sau:

+ Không khí ẩm chưa bão hòa: là kk ẩm trong đó còn có thể nhận thêm 1 lượng hơi nước nữa từ các vật khác bay hơi vào Hơi nc ở đây là hơi quá nhiệt

+ Không khí ẩm bão hòa: Là không khí ẩm mà trong đó không thể nhận thêm 1 lượng hơi nước nào nữa từ các vật khác bay hơi vào Hơi ở đây là hơi bão hòa khô

+Không khí ẩm quá bão hòa: là kk ẩm bão hòa và còn chứa thêm 1 lượng hơi nước nhất định (ví dụ sương ẩm là kk ẩm quá bão hòa) Đây là trạng thái không bền vững vì phần hơi nước ngưng tụ sẽ tách ra khỏi không khí ẩm

- Các thông số của không khí ẩm:

+ Độ chứa hơi d (kg hơi/ kg kk)

Là khối lượng nước có trong không khí ẩm ứng với 1 kg không khí khô

h hoi kk k

G

G



Hay

0,622 h ( / )

hoi kk h

p

p p





+ Độ ẩm tương đối  (%): Là tỷ số giữa lượng hơi nước hiện có

trong không khí ẩm đang khảo sát so với lượng hơi nước cực đại chứa trong không khí này khi làm cho nó bão hòa ở điều kiện nhiệt

độ không đổi

max

,%

h h

G G

 

hay max

,%

h h

p p

 

+ Enthalpi của không khí ẩm I kj kgkk ( / ):

kka k h k k h h

I  I  I  G i  G i

Hay Ikka   ik di kj kgkkh( / )

+ Nhiệt độ: Đối với không khí ẩm có 3 loại nhiệt độ

 Nhiệ độ nhiệt kế khô tk

 Nhiệt độ nhiệt kế ướt tu

 Nhiệt độ đọng sương tds

+ Qúa trình bay hơi-Nhiệt độ bầu nhiệt kế ướt

Câu 5: Khái niệm hỗn hợp khí lý tưởng, các thành phần hỗn hợp, biểu thức quan hệ giữa chúng?

- Hỗn hợp khí lý tưởng: Là hỗn hợp cơ học của hai hay nhiều chất khí

lý tưởng khi không xảy ra phản ứng hóa học giữa các chất khi thành phần.vd như không khí được coi là hỗn hợp khí lý tưởng với các thành phần như nito, oxy, dioxit cacbon…Hỗn hợp khí được sử dụng

có thể có tỷ lệ các chât khí thành phần rất khác nhau nên việc xây dựng các bảng và đồ thị cho chúng là không thực tế Bởi vậy người

ta nghiên cứu phương pháp xác định các thông số nhiệt động và tính toán với hỗn hợp khí lý tưởng

- Các thành phần của hỗn hợp khí lý tưởng:

+ Thành phần khối lượng(gi)

i i

m g

m



g1 g2  g3  gn  1

Hoạc 1

1

n i i

g







+ Thành phần thể tích(ri)

'

i i

v r v



Từ định nghĩa phân thể tích ta có:

.

n i

i

p v





 1

1

n i i

r







+ Thành phần mole (i)

i i

N N

 

i i i

m N





;

1

n i i



 

=>

1

1

n i i









Biểu thức quan hệ giữa thành phần khối lượng, thành phần thể tích và thành phần mole:

1

.

i i

g

r







1

i i

i

g r

g









 



Câu 6: Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng trong thể tích cho trước?

- Hệ nhiệt động trước và sau khi các chất hỗn hợp là hệ kín, năng lượng toàn phần trong hệ kín là nội năng

E1 U1U2U3 U n; E2 U

Áp dụng định luật nhiệt động 1 ta có:

1 2 3 n

U U U U  U

Đối với khí lý tưởng, nếu quy ước nội năng ở 00 K bằng 0 thì nội năng ở nhiệt độ Ti nào đó sẽ là: U i C T vi i, ta có:

.v . v . v . n. vn. n

1. v1 1. 2. v2. 2 n. vn. n

v

T

C



Ta có:

1 1

1

, ê

.

n

i vi i n

i vi

g C T

g C







Hoạc

1

1

.

n

i i i n

i i i

p V T

p V T







Câu 7: Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng trong quá trình hỗn hợp theo dòng?

Hệ nhiệt đông trước và sau khi sự hỗn hợp của các dòng khí là hệ hở

và năng lượng toàn phần của hệ hở được thể hiện bằng enthanlpy(khi bỏ qua động năng và thế năng):

2

n

E I



Áp dụng định luật nhiệt động một ta có:

I   I1 I2  I3   In

Hoạc: mi  m i1 1 m i2 2  m i3 3   m in n

i  g i1 1 g i2 2  g i3 3  g in n

1

.

n

i i

Đối với khí lý tưởng khi quy ước enthanlpy ở 00K bằng 0, ta có:

1

. n .

*

Thay 1

. n .

vào “*” ta có

1

1

.

n

n

i pi

g C T T

g C







Hoạc

1

1

n i n i

V T

V T







Câu 8: Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng khi nạp vào thể tích cho trước?

Trước khi xảy ra quá trình hỗn hợp, hệ nhiệt động gồm khối khí có trong bình với năng lượng toàn phần U1 và các dòng khí nạp với năng lượng toàn phần I1

Năng lượng toàn phần của hệ trước khi hỗn hợp: E1  U1  Ii

Năng lượng toàn phần của hệ sau khi hỗn hợp: E1  U

Áp dụng định luật nhiệt động một, ta có:

U U  1  Ii

Hoạc mu m u  1 1  m ii i

1

1 1

2

n

i i

u g u    g i

Đối với khí lý tưởng khi quy ước nội năng và enthanlpy ở 00K bằng 0, ta có:

1

2

1

2

1

n

n

i vi

T

g C











Câu 9: Xây dựng biểu thức xác định tốc độ tại cửa ra của ống tăng tốc nhỏ dần cho trường hợp môi chất là khí lý tưởng?

Ta có:

( 1)/

2

1

2 [1 ( ) ]

1

P k





Có thể thay: P V1 1 RT1

Ta được:

( 1)/

2

1

2 [1 ( ) ]

1

P k





Đối vơi khí lý tưởng 1 nguyên từ: k = 1,67 ; c 0, 484

Đối vơi khí lý tưởng 2 nguyên từ: k = 1,4 ; c 0,528

Đối vơi khí lý tưởng 3 nguyên từ: k = 1,3 ; c 0,546

c :tỷ số áp suất tới hạn

/( 1)

2 ( ) 1

k k



 Vận tốc tới hạn:

( 1)/

1 1

2 [1 ]

1

k





Câu 10: Nêu các bước nghiên cứu và tính toán chu trình rankine của thiết

bị hơi nước?

- Sơ đồ nguyên lý của chu trình rankine của thiết bị hơi nước là:

lò hoi

Bình ngung Bom

Tuabin q1

q2 wt

wp

1

2

3 4

t

s

1

2 3

4

p1

p2

+ 1-2: Là quá trình giản nở đoạn nhiệt sinh công trong tuabine s1=s2 sinh công wt

+ 2-3: Quá trình ngưng hơi -> lỏng sôi đẳng áp trong bình ngưng=> thải nhiệt q2 P2=P3=Ps

T2=T3=Ts tại trạng thái 3: Lỏng sôi x=0

+ 3-4: Qúa trình nén nước từ áp suất p2-> p1 dùng bơm p3=p2

P4=p1

Nhận công wp

+ 4-1: Qúa trình gia nhiệt đẳng áp trong lò hơi p4=p1, nhận nhiệt q1

- Các bước tính toán:

Bước 1: vẽ đúng đồ thị T-s từ các dữ liệu của đề bài

Bước 2: Từ đồ thị T-s hiểu được các điểm 1,2,3,4 nằm trong vùng nào của hơi nước

Lỏng chưa sôi??

Lỏng sôi(x=0)??

Hơi bão hào ẩm??

Hơi bão hòa khô(x=1)??

Hơi quá nhiệt ??

Bước 3: Tra bảng hơi nước tương ứng(bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt hoạc nước và hơi nước bão hòa) để tính các thông số trạng thái tại 1,2,3,4

Bước 4: từ các thông số i1,i2,i3,i4 đã xác định -> tính q1,q2,wt,wp

Câu 11: Nêu các bước nghiên cứu và tính toán chu trình làm lạnh quá lạnh-quá nhiệt?

- Trạng thái quá lạnh 3:

Quá trình lưu động trong ống luôn có ma sát và làm tăng nhiệt

độ của lưu chất Nếu trạng thái ra khỏi thiết bị ngưng tụ là lỏng sôi thì nước khi đến van tiết lưu đã bị bay hơi một phần (do ma sát) và như vậy giảm lượng lỏng cần thiết để bay hơi(làm lạnh)ở thiết bị bay hơi(nguyên do là thể tích hơi choán chỗ phần lỏng) => năng suất lạnh TB giảm

Lý do chính thứ 2 là nếu làm lạnh trước khi tiết lưu sẽ làm tăng năng suất lạnh-> điểm 4 dịch về trái

Vì các lý do trên nên trạng thái trước khi vào van tiết lưu là trạng thái lỏng quá lạnh (chưa sôi) có thể làm lạnh trong thiết bị ngưng tụ hoạc do trao đổi nhiệt nội bộ

3

2 2s

S T

- Trạng thái quá nhiệt 1:

Trên đồ thị trạng thái trước khi vào máy nén ở trạng thái hơi quá nhiệt là đảm bảo an toàn cho máy nén trong trường hợp sử dụng máy nén piston (không có lợi về mặt nhiệt động)

Câu 12: Khái niệm và phân loại nhiệt dung riêng?

- Khái niêm nhiệt dung riêng: Nhiệt dun riêng C là nhiệt lượng cần thiết

để biến đổi 1 đơn vị chất môi giới 1 độ theo một quá trình nào đó

- Phân loại nhiệt dung riêng:

Quá trình đẳng áp Quá trình đẳng tích

kmol

p

C

hay ( )  c p Cv hay ( )  c v