Kỹ thuật nhiệt bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng

Kỹ thuật nhiệt bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG

KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật nhiệt là một trong những môn học cơ sở ngành của sinh viên

ngành cơ khí Đây là học phần nghiên cứu nhiệt động học và cơ sở truyền nhiệt, dựa trên cơ sở các kiến thức này giúp sinh viên có thể vận dụng tính toán, thiết kế các thông số cơ bản trong hệ nhiệt động và truyền nhiệt

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt biên soạn gồm 7 chương, nội dung trình bày

Chúng tôi hy vọng với Bài giảng này phần nào tạo điều kiện cho sinh viên

ngành Cơ khí tại Trường Đại học Phạm Văn Đồng có thêm tài liệu học tập và nghiên cứu học phần Kỹ thuật nhiệt

Đây là lần biên soạn đầu tiên, chắc chắn tài liệu không tránh khỏi có những sai sót Mọi góp ý xin gửi về địa chỉ email sau: dmd2482004@yahoo.com Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Tháng 4-2016

Nhóm biên soạn

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT Ở THỂ KHÍ 9

1.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ NHIỆT 9

1.1.1 Máy nhiệt thuận chiều 9

1.1.2 Máy nhiệt ngược chiều 9

1.1.3 Môi chất 10

1.1.4 Hệ nhiệt động 10

1 2 SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI VÀ CHUYỂN PHA CỦA ĐƠN CHẤT .10

1.2.1 Các quá trình 10

1.2.2 Các trạng thái 11

1.3 CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI 11

1.3.1.Thể tích riêng 11

1.3.2 Áp suất (chất lỏng hoặc chất khí) 11

1.3.3 Nhiệt độ 12

1.3.4 Nội năng 12

1.3.5 Năng lượng đẩy 12

1.3.6 Entanpi 13

1.3.7 Entropi 13

1.3.8 Execgi 13

1.4 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT 13

1.4.1 Phương trình trạng thái của khí lý tưởng 14

1.4.2 Phương trình trạng thái của khí thực 14

Chương 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VÀ CÁC QUÁ

TRÌNH NHIỆT CƠ BẢN CỦA MÔI CHẤT Ở PHA KHÍ 16

2.1 NHIỆT, CÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 16

2.1.1 Nhiệt năng 16

2.1.1.1 Khái niệm 16

2.1.1.2 Cách tính nhiệt 16

2.1.1.3 Nhiệt dung riêng 17

2.1 2 Công 19

2.1.2.1 Khái niệm 19

2.1.2.2 Phân loại công 19

2.2 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT 20

2.2.1 Phát biểu định luật nhiệt động I 20

2.2.2 Các dạng biểu thức của định luật nhiệt động I 21

2.3 CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ KHÍ THỰC 21

2.3.1 Khái niệm 21

2.3.1.1 Cơ sở lí thuyết để khảo sát một quá trình nhiệt động 22

2.3.1.2 Nội dung khảo sát 22

2.3.2 Các quá trình có một thông số bất biến 23

2.3.2.1 Quá trình đa biến 23

2.3.2.2 Quá trình đẳng tích 25

2.3.2.3 Quá trình đẳng áp 26

2.3.2.4 Quá trình đẳng nhiệt 27

2.3.2.5 Quá trình đoạn nhiệt 28

Chương 3: MỘT SỐ QUÁ TRÌNH KHÁC CỦA KHÍ VÀ HƠI 32

3.1 QUÁ TRÌNH LƯU ĐỘNG 32

3.1.1 Các điều kiện khảo sát 32

3.1.2 Các qui luật chung của quá trình lưu động 32

3.1.2.1 Tốc độ âm thanh 32

3.1.2.2 Quan hệ giữa tốc độ và áp suất của dòng 33

3.1.2.3 Quan hệ giữa tốc độ và hình dáng ống 33

3.2 QUÁ TRÌNH TIẾT LƯU 34

3.2.1 Định nghĩa 35

3.2.2 Tính chất của quá trình tiết lưu 35

3.3 MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CỦA KHÔNG KHÍ ẨM 36

3.3.1 Không khí ẩm 36

3.3.1.1 Định nghĩa và tính chất của không khí ẩm 36

3.3.1.2 Phân loại không khí ẩm 36

3.3.1.3 Các đại lượng đặc trưng cho không khí ẩm 37

3.3.1.4 Đồ thị i-d 39

3.3.2 Các quá trình của không khí ẩm 40

3.3.2.1.Quá trình sấy 40

3.3.2.2 Quá trình điều hòa không khí 40

3.4 QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA MÁY NÉN KHÍ 41

3.4.1 Các loại máy nén 41

3.4.2 Máy nén piston một cấp 41

3.4.2.1 Những quá trình trong máy nén piston một cấp lí tưởng 41

3.4.2.2 Công tiêu thụ của máy nén một cấp lí tưởng 42

3.4.3 Máy nén nhiều cấp 42

3.4.3.1 Quá trình nén trong máy nén nhiều cấp 42

3.4.3.2 Chọn áp suất trung gian 43

Chương 4: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ II VÀ CHU TRÌNH CARNOT.45 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 45

4.1.1 Chu trình thuận nghịch và không thuận nghịch 45

4.1.2 Chu trình thuận chiều 46

4.1.3 Chu trình ngược chiều 46

4.2 CHU TRÌNH CARNOT THUẬN NGHỊCH 47

4.2.1 Chu trình Carnot thuận chiều 47

4.2.2 Chu trình Carnot ngược chiều 48

4.2.3 Một vài cách phát biểu của định luật nhiệt động II 49

4.3 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 50

4.3.1 Chu trình động cơ đốt trong 50

4.3.1.1 Khái niệm 50

4.3.1.2 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp 51

4.3.1.3 Chu trình cấp nhiệt đẳng tích 53

4.3.1.4 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp 54

4.3.2 Chu trình tuốc bin khí 55

4.3.2.1 Sơ đồ thiết bị và nguyên lý hoạt động của tuốc bin khí 55

4.3.2.2 Chu trình tuốc bin khí cấp nhiệt đẳng áp 56

Chương 5: DẪN NHIỆT 59

5.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 59

5.1.1 Dẫn nhiệt 59

5.1.2 Trường nhiệt độ 59

5.1.3 Mặt đẳng nhiệt 60

5.1.4 Gradient nhiệt độ: 60

5.1.5 Dòng nhiệt và mật độ dòng nhiệt 61

5.1.6 Định luật Fourier về dẫn nhiệt 61

5.1.7 Hệ số dẫn nhiệt 61

5.2 PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN DẪN NHIỆT 62

5.2.1 Phương trình vi phân dẫn nhiệt 62

5.2.2 Điều kiện đơn trị 63

5.3 DẪN NHIỆT ỔN ĐỊNH MỘT CHIỀU VÀ KHÔNG CÓ DÒNG NHIỆT BÊN TRONG 64

5.3.1 Dẫn nhiệt trong vách phẳng 64

5.3.1.1 Vách 1 lớp, biên loại 1 64

5.3.1.2 Vách n lớp, biên loại 1 64

5.3.2 Dẫn nhiệt trong vách trụ 65

5.3.2.1 Trụ một lớp, biên loại 1 65

5.3.2.2 Trụ n lớp biên loại 1 66

5.5 DẪN NHIỆT KHÔNG ỔN ĐỊNH 67

5.5.1 Định nghĩa 67

5.5.2 Dẫn nhiệt không ổn định, không có nguồn trong 67

5.5.3 Dẫn nhiệt không ổn định, không có nguồn trong của tấm phẳng 68

Chương 6: CÁC QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT 70

6.1 TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU 70

6.1.1 Khái niệm chung về trao đổi nhiệt đối lưu 70

6.1.1.1 Định nghĩa và phân loại 70

6.1.1.2 Công thức tính nhiệt cơ bản 70

6.1.1.3 Hệ số tỏa nhiệt α 70

6.1.1.4 Các thông số ảnh hưởng tới hệ số tỏa nhiệt α 71

6.1.2 Phương trình tiêu chuẩn của tỏa nhiệt 72

6.1.2.1 Phương pháp phân tích thứ nguyên 72

6.1.2.2 Dạng tổng quát của phương trình tiêu chuẩn tỏa nhiệt 72

6.1.2.3 Các dạng đặc biệt của phương trình tiêu chuẩn tỏa nhiệt 74

6.1.3 Trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên 74

6.1.3.1 Khái niệm 74

6.1.3.2 Đối lưu tự nhiên trong không gian vô hạn 74

6.1.3.3 Đối lưu tự nhiên trong không gian hữu hạn 75

6.1.4 Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức 77

6.1.4.1.Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức, chảy tầng trong ống 77

6.1.4.2 Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức, chảy rối trong ống 77

6.2 TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ 77

6.2.1 Các khái niệm cơ bản 77

6.2.2 Các đại lượng đặc trưng cho bức xạ 78

6.2.2.1 Công suất bức xạ toàn phần Q 78

6.2.2.2 Cường độ bức xạ toàn phần E 79

6.2.2.3 Cường độ bức xạ đơn sắc 79

6.2.3 Các hệ số A, D,R và ε 79

6.2.3.1 Các hệ số hấp thụ A, phản xạ R và xuyên qua D 79

6.2.3.2 Vật xám và hệ số bức xạ hay độ đen ε 80

6.2.3.3 Bức xạ hiệu dụng và bức xạ hiệu quả 80

6.2.4 Các định luật cơ bản của bức xạ 80

6.2.4.1 Định luật Planck 81

6.2.4.2 Định luật Wien 81

6.2.4.3 Định luật Stefan-Boltzmann 81

6.2.4.4 Định luật Kirchkoff 82

6.2.5 Tính trao đổi nhiệt bằng bức xạ giữa các vật trong môi trường trong suốt 82

6.2.5.1 Bức xạ giữa 2 mặt phẳng, rộng vô hạn, song song (không màn chắn) 82

6.2.5.2 Bức xạ giữa 2 mặt phẳng, rộng vô hạn, song song (có màn chắn) .83

6.2.6 Bức xạ của chất khí 83

6.2.6.1 Đặc điểm bức xạ của chất khí 83

6.2.6.2 Năng suất bức xạ chất khí 84

6.2.7 Trao đổi nhiệt bức xạ giữa khối khí với bề mặt bao quanh nó 84

6.2.8 Bức xạ mặt trời 85

Chương 7: TRUYỀN NHIỆT VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 87

7.1 TRUYỀN NHIỆT 87

7.1.1 Truyền nhiệt và phương trình cân bằng nhiệt khi ổn định nhiệt 87

7.1.2 Truyền nhiệt qua vách phẳng 87

7.1.2.1 Truyền nhiệt qua vách phẳng 1 lớp 87

7.1.2.2 Truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp 89

7.1.3 Truyền nhiệt qua vách trụ nhiều lớp 89

7.1.4 Truyền nhiệt qua vách phẳng có cánh 90

7.2 THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 91

7.2.1 Định nghĩa và phân loại 91

7.2.2 Các phương trình cơ bản để tính nhiệt cho thiết bị TĐN 92

7.2.2.1 Phương trình cân bằng nhiệt 92

7.2.2.2 Phương trình truyền nhiệt 93

7.2.3 Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngăn 94

7.2.4 Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình (song song) 94

7.2.5 Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình (Cắt nhau) 95

7.2.6 Tính nhiệt độ cuối chất tải nhiệt 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH

TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT Ở THỂ KHÍ

1.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ NHIỆT

1.1.1 Máy nhiệt thuận chiều

Là máy nhiệt có chức năng biến nhiệt năng thành cơ năng hoặc điện năng

và cùng có chung một nguyên lý: Môi chất nhận nhiệt từ nguồn nóng chuyển thể

và biến một phần nhiệt năng thành cơ năng và nhả nguồn nhiệt còn lại cho nguồn lạnh

Hình 1.1: Động cơ đốt trong

Hình 1.2: Tua bin khí

1.1.2 Máy nhiệt ngược chiều

Là máy nhiệt có chức năng biến cơ năng hoặc điện năng thành nhiệt năng:

Môi chất nhận công từ máy nén nhả nhiệt cho nguồn nóng chuyển thể và nhận nhiệt từ nguồn lạnh

- Điều hoà không khí (làm lạnh, sưởi ấm), hút ẩm trong các lĩnh vực: dân dụng, công nghiệp

- Tủ sấy quần áo, máy sấy nông sản, thực phẩm

- Kho lạnh, tủ lạnh bảo quản thực phẩm

- Kho lưu trữ tài liệu (sách báo, phim ảnh…)

1.1.3 Môi chất

- Chất trung gian thực hiện quá trình biến đổi giữa công và nhiệt

- Môi chất thường ở thể khí vì khả năng trao đổi công của chất khí lớn (do thay đổi thể tích lớn)

- Môi chất trong tự nhiên đều là khí thực

- Tính toán với khí thực phải dùng bảng hoặc đồ thị Trong một số trường hợp (vd: không khí, hyđrô, ôxy ở áp suất thấp và nhiệt độ bình thường), môi chất

có thể xem là khí lý tưởng khi bỏ qua thể tích phân tử, nguyên tử và lực tương tác giữa chúng

- Tính toán với khí lý tưởng có thể dùng phương trình trạng thái và các

công thức

1.1.4 Hệ nhiệt động

- Tập hợp tất cả các vật thể liên quan với nhau về mặt cơ và nhiệt được

tách ra để nghiên cứu gọi là hệ nhiệt động, phần còn lại gọi là môi trường

- Gồm có 4 loại: hệ kín, hệ hở, hệ đoạn nhiệt và hệ cô lập

a) Hệ thống kín và hở

- Hệ thống kín: Là hệ thống mà môi chất không bao giờ xuyên qua bề mặt ranh giới giữa hệ thống và môi trường

- Hệ thống hở : Là hệ thống mà môi chất có thể ra vào hệ thống

b) Hệ cô lập và hệ đoạn nhiệt

- Hệ cô lập: là hệ mà không có bất kỳ sự trao đổi năng lượng nào giữa môi chất và môi trường ( hoặc cơ năng và nhiệt năng với môi trường)

- Hệ đoạn nhiệt: là hệ chỉ có sự trao đổi nhiệt năng với môi trường

1 2 SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI VÀ CHUYỂN PHA CỦA ĐƠN CHẤT 1.2.1 Các quá trình

a) Quá trình nóng chảy và đông đặc

- Nóng chảy là quá trình chuyển từ pha rắn sang pha lỏng

- Đông đặc là quá trình chuyển từ pha lỏng sang pha rắn

b) Hóa hơi và ngưng tụ

- Hóa hơi là quá trình chuyển từ pha lỏng sang pha hơi

- Ngưng tụ là quá trình chuyển từ pha hơi sang pha lỏng

c) Thăng hoa và ngưng kết

- Thăng hoa là quá trình chuyển pha rắn sang pha hơi

- Ngưng tụ là quá trình chuyển pha hơi sang pha rắn

1.2.2 Các trạng thái

- Nước sôi: là bắt đầu quá trình hóa hơi hoặc kết thúc ngưng tụ

- Hơi bảo hòa khô: là hơi ở trạng thái bắt đầu ngưng tụ hoặc khi vừa hóa hơi xong

- Hơi bảo hòa ẩm: là hổn hợp giữa hơi bảo hòa khô và nước sôi Tồn tại lúc vừa có sôi và hơi

- Khí lý tưởng và khí thực: Trong thực tế chỉ có khí thực, khôngcó khí lý tưởng Khi áp suất giảm và nhiệt độ tăng thể tích bản thân phân tử và sự tương tác giữa chúng nhỏ, có thể bỏ qua nên môi chất được coi là khí lý tưởng

1.3 CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI

1.3.1.Thể tích riêng

- Là thể tích của một đơn vị khối lượng

+ Thể tích riêng: (1.1) + Khối lượng riêng: (1.2)

1.3.2 Áp suất (chất lỏng hoặc chất khí)

- Là lực tác dụng của các phân tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành bình

(1.3)

- Đơn vị đo áp suất: N/m2 hay Pa, at

- Phân loại áp suất

+ Áp suất tuyệt đối p

+ Áp suất tuyệt đối của khí quyển pk

+ Áp suất dư pd= p-pk

+ Áp suất chân không pck=pk-p

- Dụng cụ đo áp suất (áp kế):

+ Áp kế chất lỏng, áp kế lò xo, áp kế điện tử

+ Áp kế đo áp suất tuyệt đối của khí quyển: Barômét

+ Áp kế đo áp suất dư: Manômét

+ Áp kế đo chân không: Chân không kế

1.3.3 Nhiệt độ

- Là mức đo độ nóng, lạnh của vật Theo thuyết động học phân tử, là số đo động năng của các phân tử

- Thang nhiệt độ: t[oC], T[K], t[F] (Farenheit)

- Dụng cụ đo nhiệt độ: nhiệt kế

- Các loại nhiệt kế: nhiệt kế chất lỏng (thuỷ ngân, rượu…); nhiệt kế điện trở; cặp nhiệt; nhiệt kế bán dẫn…

1.3.4 Nội năng

- Là toàn bộ năng lượng bên trong vật Ký hiệu: U [J] hay u [J/kg]

- Trong nhiệt động, chỉ xét nội nhiệt năng vì biến đổi của các dạng nội

năng khác (hoá năng, năng lượng nguyên tử) luôn bằng không

- Nội năng gồm: Nội động năng (phụ thuộc nhiệt độ) và nội thế năng (phụ

thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử hay thể tích riêng) u = u(T,v) hoặc u =

d(D) = d(pV) và d(d) = d(pv)

Chú ý: D và d chỉ có trong hệ hở Đối với hệ kín, chúng không mang ý

nghĩa năng lượng đẩy

+ dq: vi phân nhiệt lượng của quá trình

+ T: nhiệt độ của chất khí trong quá trình [K]

1.3.8 Execgi

- Là 1 phần của năng lượng nhiệt chỉ có thể biến đổi thành công trong quá trình thuận nghịch

- Ký hiệu: E[J] hay e [J/kg]

- Với nhiệt năng:

ds =

1.4.1 Phương trình trạng thái của khí lý tưởng

Biểu diễn quan hệ các thông số trạng thái khí lý tưởng ở một thời điểm nào đó, dược xét bằng thực nghiệm và biểu hiện như sau:

(Với 1 kg khí lý tưởng) (1.11) (G kg khí lý tưởng) (1.12) (M kmol khí lý tưởng) (1.13)

Trong đó:

+ V: thể tích khí (m3) + R: hằng số chất khí

+ T: nhiệt độ chất khí (K) + µ: phân tử lượng môi chất

+ M: số kmol của hệ ( kmol) + Rμ: là hằng số phổ biến chất khí

+ v: thể tích riêng ( m3/kg) + p: áp suất chất khí (Pa)

+ G: khối lượng chất khí (kg) + Vμ: thể tích của 1 kilomol chất khí

1.4.2 Phương trình trạng thái của khí thực

Trong thực tế không tồn tại khí lý tưởng, các quá trình nhiệt động kĩ thuật thường xảy ra với khí thực, nên nếu áp dụng phương trình khí lý tưởng cho khí thực sẽ cho sai số lớn do đó cần phải có phương trình dành cho khí thực

- Phương trình Van der Walls (1893) (chỉ đúng với các khí ở p nhỏ, v lớn):

(1.14) + a: hệ số hiệu chỉnh áp suất

+ b: hệ số hiệu chỉnh thể tích riêng

+ a,b được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào từng chất khí

chuẩn vật lý và ở điều kiện áp suất dư 0,2 atm, nhiệt độ 127 0C Biết áp suất khí quyển 760 mmHg

lượng riêng ρ0 của khí N2 được xác định từ phương trình trạng thái:

Ví dụ 1.2: Một bình kín có thể tích 250 lít chứa 1,7 kg khí oxygen ở nhiệt độ

500C Hãy xác định số chỉ của áp kế Cho biết áp suất khí quyến pkq=1 bar

Bài tập 1.1: Xác định thể tích của 3 kg khí O2 ở áp suất 4,2 bar, nhiệt độ 500C

bar, nhiệt độ trong bình là 70C, xác định chỉ số áp kế ( chân không kế) gắn trên nắp bình

Bài tập 1.3: Xác định khối lượng riêng và thể tích riêng của không khí ở điều kiện

nhiệt độ là 300C, áp suất 1,2 bar

0

0

3 5

10 0, 2.0,98.10 1, 21.10 / ; 750

Chương 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VÀ CÁC QUÁ

TRÌNH NHIỆT CƠ BẢN CỦA MÔI CHẤT Ở PHA KHÍ

2.1 NHIỆT, CÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

Nhiệt và công là các đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa môi chất và môi trường khi thực hiện một quá trình Khi môi chất trao đổi công với môi trường thì kèm theo các chuyển động vĩ mô, còn khi trao đổi nhiệt thì

luôn tồn tại sự chênh lệch nhiệt độ

2.1.1 Nhiệt năng

2.1.1.1 Khái niệm

- Là dạng năng lượng trao đổi do chênh lệch nhiệt độ, ký hiệu Q [J, cal]

hoặc q [J/kg, cal/kg] và là hàm quá trình Nhiệt chỉ xuất hiện ở ranh giới giữa hệ nhiệt động đang xét và môi trường khi nó truyền qua Hệ nhiệt động không chứa nhiệt, chỉ chứa năng lượng

- Qui ước: + Nếu q > 0 ta nói vật nhận nhiệt

+ Nếu q < 0 ta nói vật nhả nhiệt

- Trong trường hợp cân bằng (khi nhiệt độ các vật bằng nhau), vẫn có thể xảy ra khả năng truyền nội năng từ vật này sang vật khác (xem là vô cùng chậm)

+ C: nhiệt dung riêng khối lượng

+ C’: nhiệt dung riêng thể tích

+ Cμ: nhiệt dung riêng mol

q= ∫Tds

2.1.1.3 Nhiệt dung riêng

a) Khái niệm

- Là nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ của môi chất lên 1 độ

- Nhiệt dung riêng phụ thuộc vào bản chất của môi chất, nhiệt độ và áp suất (có thể bỏ qua ảnh hưởng của áp suất khi giá trị của nó không quá lớn)

b) Phân loại nhiệt dung riêng

Tuỳ thuộc vào đơn vị đo môi chất, vào quá trình nhiệt động, có thể phân loại nhiệt dung riêng theo nhiều cách khác nhau

- Nhiệt dung riêng khối lượng: Khi đơn vị đo lượng môi chất là kg, ta có nhiệt dung riêng khối lượng, ký hiệu là:

- Nhiệt dung riêng đẳng áp Cp: Khi quá trình nhiệt động xảy ra ở áp suất không đổi, ta có nhiệt dung riêng đẳng áp (nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp

Cp, nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp C’p, nhiệt dung riêng mol đẳng áp Cμp)

- Nhiệt dung riêng đẳng tích Cv: Khi quá trình nhiệt động xảy ra ở thể tích không đổi, ta có nhiệt dung riêng đẳng tích (nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích Cv, nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích C’v, nhiệt dung riêng mol đẳng tích

Cμv)

c) Quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng

Quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng

Trong một quá trình nhiệt động, nhiệt dung riêng của chất khí là không thay đổi, dựa vào đó ta có thể xác định được quan hệ giữa các loại nhiệt dung

riêng khối lượng, nhiệt dung riêng thể tích và nhiệt dung riêng mol

Xét một khối khí có khối lượng là G, thể tích là V (m3t/c) Nếu gọi M là số kmol của khối khí, μ là khối lượng 1kmol khí (kg/kmol) thì nhiệt dung của khối khí có thể được tính là:

μ

C M / G

1 C

Với k là hệ số mũ đoạn nhiệt

d) Sự phụ thuộc của nhiệt dung riêng vào nhiệt độ

Nếu trong một quá trình nào đó, 1kg khí được cấp một lượng nhiệt là q, chất khí thay đổi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 và nhiệt độ thay đổi từ t1 đến t2 thì đại lượng:

- Nhiệt dung riêng thực: là nhiệt dung riêng tại một nhiệt độ nào đó:

1 2 2

1

t 0 1

t 0 2

t 0

t 0 1

- Nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng t1÷ t2 [oC]:

1 2

1

t 0 2

t 0 1 2

t

t.

C t.

C t t

q

C

1 2

- Đơn vị đo công: 1J = 1Nm, với 1 kg môi chất: J/kg, W/kg

- Công là hàm quá trình ký hiệu : l

- Qui ước:

+ Nếu l > 0 ta nói vật sinh công

+ Nếu l < 0 ta nói vật nhận công

- Công không thể chứa trong một vật bất kỳ nào, mà nó chỉ xuất hiện khi có quá trình thay đổi trạng thái kèm theo chuyển động của vật

2.1.2.2 Phân loại công

a) Công thay đổi thể tích: Là công do môi chất thực hiện khi có sự thay đổi thể

p

p

- Công ngoài là công mà hệ trao đổi với môi trường trong quá trình nhiệt động Đây chính là công có ích mà hệ sinh ra hoặc nhận được từ bên ngoài

- Công ngoài, ký hiệu Ln [J], ln [J/kg]

2.2.1 Phát biểu định luật nhiệt động I

- Định luật nhiệt động I là định luật bảo toàn và biến hóa năng lượng viết cho các quá trình nhiệt động Theo định luật bảo toàn và biến hóa năng lượng thì năng lượng toàn phần của một vật hay một hệ ở cuối quá trình luôn luôn bằng tổng đại số năng lượng toàn phần ở đầu quá trình và toàn bộ năng lượng nhận vào hay nhả ra trong quá trình đó

- Xét 1kg môi chất, khi cấp vào một lượng nhiệt dq thì nhiệt độ thay đổi một lượng dT và thể tích riêng thay đổi một lượng dv Khi nhiệt độ T thay đổi chứng tỏ nội động năng thay đổi; khi thể tích v thay đổi chứng tỏ nội thế năng thay đổi và môi chất thực hiện một công thay đổi thể tích Như vậy khi cấp một lượng nhiệt dq thì nội năng thay đổi một lượng là du và trao đổi một công là dl

- Định luật nhiệt động I phát biểu: Nhiệt lượng cấp vào cho hệ một phần dùng để thay đổi nội năng, một phần dùng để sinh công:

- Ý nghĩa của định luật nhiệt động: Định luật nhiệt động I cho phép ta viết phương trình cân bằng năng lượng cho một quá trình nhiệt động

2.2.2 Các dạng biểu thức của định luật nhiệt động I

- Định luật nhiệt động I có thể được viết dưới nhiều dạng khác nhau như sau:

+ Trong trường hợp tổng quát

dq = du + dl (2.22) + Đối với 1 kg môi chất:

Δq = Δu + l (2.23) + Đối với G kg môi chất:

ΔQ = ΔU + L (2.24)

- Mặt khác theo định nghĩa entanpi, ta có: i = u + pv,

Lấy đạo hàm ta được: di = du + d(pv) hay du = di - pdv - vdp, thay vào 2.22 với

dl = pdv ta có dạng khác của biểu thức định luật nhiệt động I như sau:

dl

2 dn

Trong thực tế xảy ra rất nhiều quá trình nhiệt động khác nhau Tổng quát nhất là quá trình đa biến, còn các quá trình đẳng áp, đẳng tích, đẳng nhiệt và đoạn nhiệt là các trường hợp đặc biệt của quá trình đa biến, được gọi là các quá trình nhiệt động có một thông số bất biến Sau đây ta khảo sát các quá trình nhiệt động

của khí lý tưởng

2.3.1.1 Cơ sở lí thuyết để khảo sát một quá trình nhiệt động

- Khảo sát một quá trình nhiệt động là nghiên cứu những đặc tính của quá trình, quan hệ giữa các thông số cơ bản khi trạng thái thay đổi, tính toán độ biến thiên các thông số u, i, s, công và nhiệt trao đổi trong quá trinh, biểu diễn các quá trình trên đồ thị p-v và T-s

- Để khảo sát một quá trình nhiệt động của khí lý tưởng ta dựa trên những qui luật cơ bản sau đây:

+ Đặc điểm quá trình

+ Phương trình trạng thái

+ Phương trình định luật nhiệt động I

- Từ đặc điểm quá trình, ta xác lập được phương trình của quá trình Phương trình trạng thái cho phép xác định quan hệ giữa các thông số trạng thái trong quá trình, còn phương trình định luật nhiệt động I cho phép ta tính toán công và nhiệt lượng trao đổi giữa khí lý tưởng với môi trường và độ biến thiên

Δu, Δi và Δs trong quá trình

2.3.1.2 Nội dung khảo sát

- Định nghĩa quá trình và lập phương trình biểu diễn quá trình f(p,v) = 0,

- Dựa vào phương trình trạng thái pv = RT và phương trình của quá trình

để xác định quan hệ giữa các thông số trạng thái cơ bản ở trạng thái đầu và cuối quá trình

- Tính lượng thay đổi nội năng Δu, entanpi Δi và entropi Δs trong quá trình Đối với khí lý tưởng, trong mọi trường hợp nội năng và entanpi đều được tính theo các công thức:

Δu = C v (T 2 -T 1 ) (2.32)

Δi = C p (T 2 -T 1 ) (2.33)

- Tính công thay đổi thể tích l, nhiệt lượng q trao đổi trong quá trình và hệ

số biến hoá năng lượng: u

q

α= Δ (2.34)

- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p-v , T-s và nhận xét

2.3.2 Các quá trình có một thông số bất biến

2.3.2.1 Quá trình đa biến

a) Định nghĩa:

- Quá trình đa biến là quá trình nhiệt động xảy ra trong điều kiện nhiệt dung riêng của quá trình không đổi

Cn = const

- Trong quá trình đa biến, mọi thông số trạng thái đều có thể thay đổi và

hệ có thể trao đổi nhiệt và công với môi trường

b) Phương trình của quá trình:

- Để xây dựng phương trình của quá trình đa biến ta sử dụng các dạng công thức của định luật nhiệt động I và chú ý rằng nhiệt lượng trao đổi trong quá

trình đa biến có thể tính theo nhiệt dung riêng đa biến là dq = C n dT

(2.36)

d) Công thay đổi thể tích của quá trình:

Có thể tính công thay đổi thể tích theo định luật nhiệt động I, hoặc cũng

có thể tính theo định nghĩa dl = pdv, tương tự như ở quá trình đoạn nhiệt:

g) Biến thiên entropi của quá trình:

Độ biến thiên entropi của quá trình đoạn nhiệt:

(2.40)

h) Tính tổng quát của quá trình:

Quá trình đa biến là quá trình tổng quát với số mũ đa biến n = -∞ đến +∞, các quá trình nhiệt động cơ bản còn lại chỉ là các trường hợp riêng của nó Thật vậy, từ phương trình pvn = const ta thấy:

- Khi n = 0, phương trình của quá trình là pv 0 = const, hay p = const với

nhiệt dung riêng Cn = Cp, quá trình là đẳng áp

- Khi n = 1, phương trình của quá trình là pv = const, hay T = const với

nhiệt dung riêng CT = ±∞, quá trình là đẳng nhiệt

- Khi n = k, phương trình của quá trình là pvk = const, hay q = 0 với nhiệt dung riêng Cn = 0, quá trình là đoạn nhiệt

- Khi n = ±∞, phương trình của quá trình là pv±∞ = const, hay v = const với nhiệt dung riêng Cn = Cv, quá trình là đẳng tích

Như vậy các quá trình đoạn nhiệt (C = 0), đẳng nhiệt (C = ±∞), đẳng tích (C= Cv), đẳng áp (C = Cp) là các trường hợp riêng của quá trình đa biến

i) Biểu diễn quá trình trên đồ thị:

Hình 2.1: Đồ thị quá trình đa biến

2.3.2.2 Quá trình đẳng tích

a) Định nghĩa: Quá trình đẳng tích là quá trình nhiệt động được 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

b) Quan hệ giữa các thông số:

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

c) Công thay đổi thể tích:

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

e) Nhiệt lượng trao đổi với môi trường:

Theo định luật nhiệt động I ta có: q = l + Δu, mà l = 0 nên:

f) Biến thiên entropi:

Độ biến thiên entropi của quá trình được xác định bằng biểu thức:

g) Biểu diễn trên đồ thị:

Trạng thái nhiệt động của môi chất hoàn toàn xác định khi biết hai thông

số độc lập bất kỳ của nó Bởi 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 thị bằng đoạn thẳng đứng 1-2 trên đồ thị

p-v p-và đường cong lôgarit trên đồ thị T-s Diện tích 12p2p1 trên đồ thị p-v biểu diễn công kỹ thuật, còn diện tích 12s2s1 trên đồ thị T-s biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng tích

Hình 2.2: Đồ thị quá trình đẳng tích

2.3.2.3 Quá trình đẳng áp

a) Định nghĩa:

Quá trình đẳng áp là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện

áp suất không đổi

p = const, dp = 0

Thay n bằng 0 trong các công thức của quá trình đa biến

b) Quan hệ giữa các thông số:

c) Công thay đổi thể tích của quá trình:

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

( )2

e) Nhiệt lượng trao đổi với môi trường:

Theo định luật nhiệt động I ta có: q = Δi + l kt , mà l kt = 0 nên:

f) Biến thiên entropi:

Độ biến thiên entropi của quá trình được xác định bằng biểu thức:

trên đồ thị T-s biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng áp

2.3.2.4 Quá trình đẳng nhiệt

a) Định nghĩa:

Quá trình đẳng nhiệt là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ không đổi T = const, dt = 0

b) Quan hệ giữa các thông số:

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

pv = RT = const hay p 1 v 1 = p 2 v 2 (2.51)

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

c) Công thay đổi thể tích của quá trình:

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

f) Nhiệt lượng trao đổi với môi trường:

Lượng nhiệt tham gia vào quá trình được xác định theo định luật nhiệt động I

là: dq = du + dl = di + dl kt , mà trong quá trình đẳng nhiệt dT = 0 nên du = 0

và di = 0, do đó có thể viết: dq = dl = dl kt hoặc q = l = l kt

12 ; v 0 12

q= Δ +u l Δ =u C dT = ⇒l =q (2.55)

g) Biến thiên entropi của quá trình:

Độ biến thiên entropi của quá trình được xác định bằng biểu thức:

2 1

a) Định nghĩa:

Quá trình đoạn nhiệt là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện không trao đổi nhiệt với môi trường

q = 0 hay dq = 0

b) Phương trình của quá trình:

Từ các dạng của phương trình định luật nhiệt động I ta có:

dq = C p dT - vdp = 0 (2.57)

dq = C v dT + pdv = 0 (2.58) Suy ra:

d) Công thay đổi thể tích của quá trình:

Có thể tính công thay đổi thể tích theo định luật nhiệt động I:

f) Biến thiên entropi của quá trình:

Độ biến thiên entropi của quá trình đoạn nhiệt:

g) Nhiệt trao đổi với môi trường: q=0; Q=0

h) Biểu diễn quá trình trên đồ thị:

Quá trình đoạn nhiệt được biểu thị bằng đường cong hypecbôn 1-2 trên đồ thị p-v (hình 2.5a) và đường thẳng đứng 1-2 trên đồ thị T-s (hình 2.5b) Trên đồ thị p-v, diện tích 12p2p1 biểu diễn công kỹ thuật, còn diện tích 12v2v1 biểu diễn công thay đổi thể tích, đường biểu diễn quá trình đoạn nhiệt dốc hơn đường đẳng nhiệt vì lkt = kl mà k > 1

Hình 2.5: Đồ thị quá trình đoạn nhiệt

áp suất 3,06 at, nhiệt độ 150C Không khí nhận nhiệt trong điều kiệ đẳng tích, nhiệt độ không khí tăng 1270C Xác định lực tác dụng lên mặt piston, khối lượng không khí trong xylanh, nhiệt lượng cung cấp, lượng biến đổi entropi

Lời giải: Lực tác dụng lên mặt piston sau khi nhận nhiệt:

Q=G.C v (t 2 -t 1 )=0,29.0,72.(398-15)=79,97 [kJ]

Biến đổi entropi:

2 1

Ctb=1,024+0,00008855.t ( kJ/kg.0K) Xác định nhiệt dung riêng trung bình của khí đó trong khoãng 2000C đến 3000C

p1=2 bar, nhiệt độ t1=300C Người ta cung cấp cho không khí trong bình lượng nhiệt 16kJ Xác định nhiệt độ cuối, áp suất cuối và lượng biến thiên entropi của không khí

nhận lượng nhiệt q=100 kJ/kg trong điều kiện áp suất không đổi Xác định nhiệt

độ đầu và cuối, thể tích cuối của quá trình

nhiệt độ 1100C Tính thể tích cuối, lượng nhiệt, công thay đổi thể tích, lượng biến đổi nội năng và entropi

200C đến nhiệt độ 1100C Tính biến đổi entropi và nhiệt lượng Q tỏa ra

cuối là p2=8 bar Hãy xác định các thông số trạng thái của không khí sau khi nén

và công kỹ thuật của quá trình nén với 1 kg không khí,biết nhiệt độ trước khi nén

t1= 200C

Chương 3: MỘT SỐ QUÁ TRÌNH KHÁC CỦA KHÍ VÀ HƠI

3.1 QUÁ TRÌNH LƯU ĐỘNG

Sự chuyển động của môi chất gọi là lưu động Khi khảo sát dòng lưu động, ngoài các thông số trạng thái như áp suất, nhiệt độ ta còn phải xét một thông số nữa là tốc độ, kí hiệu là ω

3.1.1 Các điều kiện khảo sát

Để đơn giản, khi khảo sát ta giả thiết :

- Dòng lưu động là ổn định: nghĩa là các thông số của môi chất không

thay đổi theo thời gian

- Dòng lưu động một chiều: vận tốc dòng không thay đổi trong tiết diện

ngang

- Quá trình lưu động là đoạn nhiệt: bỏ qua nhiệt do ma sát và dòng không

trao đổi nhiệt với môi trường

- Quá trình lưu động là liên tục: các thông số của dòng thay đổi một cách

liên tục, không bị ngắt quảng và tuân theo phương trình liên tục:

G = ω.ρ.f = const (3.1)

Ở đây:

G - lưu lượng khối lượng [kg/s]

ω - vận tốc của dòng tại mặt cắt đang xét [m/s]

f - diện tích tiết diện ngang của dòng tại nơi khảo sát [m2]

ρ - khối lượng riêng của mổi chất [kg/m3]

3.1.2 Các qui luật chung của quá trình lưu động

3.1.2.1 Tốc độ âm thanh

Tốc độ âm thanh là tốc độ lan truyền sóng chấn động trong một môi trường nào đó Tốc độ âm thanh trong môi trường khí hoặc hơi được xác định theo công thức:

v – thể tích riêng [m3/kg]

R – hằng số chất khí [J/kg0K]

T – nhiệt độ tuyệt đối của môi chất [0K]

Ta thấy tốc độ âm thanh phụ thuộc vào bản chất và các thông số trạng thái của môi chất

Tỉ số giữa tốc độ của dòng với tốc độ âm thanh được gọi là số Mach, ký hiệu là M

M a

ω

Khi:

- ω < a nghĩa là M < 1, ta nói dòng lưu động dưới âm thanh

- ω = a nghĩa là M = 1, ta nói dòng lưu động bằng âm thanh

- ω > a nghĩa là M > 1, ta nói dòng lưu động trên âm thanh (siêu âm)

3.1.2.2 Quan hệ giữa tốc độ và áp suất của dòng

Dòng lưu động trong ống là một hệ hở, do đó ta theo định luật nhiệt động

Các đại lượng ω, v, p luôn dương, do đó ω ngược dấu với p, nghĩa là:

- Khi tốc độ tăng (dω > 0) thì áp suất giảm (dp < 0), ống loại này là ống tăng tốc Ống tăng tốc được dùng để tăng động năng của dòng môi chất trong tuốc bin hơi, tuốc bin khí

- Khi tốc độ tăng (dω < 0) thì áp suất tăng (dp > 0), ống loại này là ống tăng áp Ống tăng áp được dùng để tăng áp suất của chất khí trong máy nén li tâm, động cơ phản lực

3.1.2.3 Quan hệ giữa tốc độ và hình dáng ống

Từ (3.1) thay 1

v

ρ = ta có Gv = ω.f (3.7) lấy vi phân (3.7) :

= − (3.11) Đối với ống tăng tốc, vì f, ω, M luôn dương và dω > 0, nên df sẽ cùng dấu với (M2-1), từ đây ta có 3 trường hợp sau:

- Nếu (M2-1) < 0 nghĩa là M < 1 hay (ω< a) thì df < 0 (tiết diện giảm) Ống tăng tốc có tiết diện nhỏ dần (hình 3.1a)

- Nếu (M2-1) > 0 nghĩa là M > 1 hay (ω > a) thì df > 0 (tiết diện tăng) Ống tăng tốc có tiết diện lớn dần (hình 3.1b)

- Nếu (M2-1) = 0 nghĩa là M = 1 hay (ω = a) thì df = 0 (tiết diện không đổi) Nghĩa là tại nơi bắt đầu có (ω = a) thì tiết diện không đổi (hình 3.1c)

Hình 3.1: Quan hệ giữa tốc độ và hình dáng ống

3.2 QUÁ TRÌNH TIẾT LƯU

mà nhằm khắc phục trở lực ma sát do dòng xoáy sinh ra sau tiết diện

Hình 3.2: Quá trình tiết lưu

Thực tế quá trình tiết lưu xảy ra rất nhanh, nên nhiệt lượng trao đổi với môi trường rất bé, vì vậy có thể coi quá trình là đoạn nhiệt, nhưng không thuận nghịch nên entropi tăng

Độ giảm áp suất trong quá trình tiết lưu phụ thuộc vào tính chất và các thông số của môi chất, tốc độ chuyển động của dòng và cấu trúc của vật cản

3.2.2 Tính chất của quá trình tiết lưu

Khi tiết diện I cách xa tiết diện II, qua quá trình tiết lưu các thông số của môi chất sẽ thay đổi như sau:

3.3 MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CỦA KHÔNG KHÍ ẨM

3.3.1 Không khí ẩm

3.3.1.1 Định nghĩa và tính chất của không khí ẩm

Không khí ẩm (khí quyển) là một hỗn hợp gồm không khí khô và hơi nước Không khí khô là hỗn hợp các khí có thành phần thể tích: Nitơ khoảng 78%; Oxy: 20,93%; Carbonnic và các khí trơ khác chiếm 1%

Hơi nước trong không khí ẩm có phần áp suất rất nhỏ (khoảng 15 đến 20mmHg), do đó ở nhiệt độ bình thường thì hơi nước trong khí quyển là hơi quá nhiệt, ta coi nó là khí lý tưởng Như vậy, có thể coi không khí ẩm là một hỗn hợp khí lý tưởng, có thể sử dụng các công thức của hỗn hợp khí lý tưởng để tính toán không khí ẩm:

3.3.1.2 Phân loại không khí ẩm

Tuỳ theo lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm, ta chia chúng ra thành

3 loại:

a) Không khí ẩm bão hoà:

Không khí ẩm bão hòa là không khí ẩm trong đó lượng hơi nước đạt tới giá trị lớn nhất G = Gmax Hơi nước ở đây là hơi bão hòa khô, được biễu diễn bằng điểm A trên đồ thị T-s

b) Không khí ẩm chưa bão hòa:

Không khí ẩm chưa bão hòa là không khí ẩm mà trong đó lượng hơi nước chưa đạt tới giá trị lớn nhất G < Gmax, nghĩa là còn có thể nhận thêm một lượng hơi nước nữa mới trở thành không khí ẩm bão hòa Hơi nước ở đây là hơi quá nhiệt, được biểu diễn bằngđiểm B trên đồ thị T-s

c) Không khí ẩm quá bảo hòa:

Không khí ẩm quá bão hòa là không khí ẩm mà trong đó ngoài lượng hơi nước lớn nhất Gmax, còn có thêm một lượng nước ngưng nữa chứa trong nó Hơi nước ở đây là hơi bảo hòa ẩm

Hình 3.3: Đồ thị T – s của hơi nước

Nếu cho thêm một lượng hơi nước nữa vào không khí ẩm bão hòa thì sẽ

có một lượng chừng đó hơi nước ngưng tụ lại thành nước, khi đó không khí ẩm bão hòa trở thành không khí quá bão hòa Ví dụ sương mù là không khí ẩm quá bão hòa vì trong đó có các giọt nớc ngưng tụ

Từ đồ thị hình ta thấy, có thể biến không khí ẩm chưa bão hòa thành không khí ẩm bão hòa bằng hai cách:

- Giữ nguyên nhiệt độ không khí ẩm th = const, tăng phần áp suất của hơi nước từ ph đến ph max (quá trình BA1) áp suất phmax là áp suất lớn nhất hay còn gọi là áp suất bão hòa Nghĩa là tăng lượng nước trong không khí ẩm chưa bão hòa để nó trở thành không khí ẩm bão hòa

- Giữ nguyên áp suất hơi ph = const, giảm nhiệt độ không khí ẩm từ th đến nhiệt độ đọng sương ts (quá trình BA2) Nhiệt độ đọng sương ts là nhiệt độ tại đó hơi ngưng tụ lại thành nước

3.3.1.3 Các đại lượng đặc trưng cho không khí ẩm

Từ phương trình trạng thái của không khí ẩm chưa bão hòa: p h V = G h R h T và bão

hòa: phmax V = GhmaxRhT, suy ra:

p V G

d) Entanpi của không khí ẩm

Entanpi của không khí ẩm bằng tổng entanpi của không khí khô và entanpi của hơi nước chứa trong đó Trong kĩ thuật thường tính entanpi của 1kg không khí khô và d kg hơi nước chứa trong (1+d) kg không khí ẩm, kí hiệu là i:

Trong đó:

- ik : entanpi của 1kg không khí khô với i k = C pk t, mà C pk = 1[kJ/kgK] vậy

i = t

- ih : entanpi của hơi nước, nếu không khí ẩm chưa bão hoà thì hơi nước là

hơi quá nhiệt có i h = 2500 + C ph t = 2500 + 1,9t

+ Đường d = const là đường thẳng đứng

+ Đường t = const trong vùng không khí ẩm chưa bão hòa là các đường thẳng nghiêng đi lên

+ Đường φ = const trong vùng không khí ẩm chưa bão hòa ở nhiệt độ t < ts(p) là các đường cong lồi, trong vùng nhiệt độ t > ts(p) là đường thẳng đi lên + Đường ϕ = 100% chia đồ thị thành hai vùng phía trên là không khí ẩm chưa bão hòa, vùng phía dưới là không khí ẩm quá bão hòa

3.3.2 Các quá trình của không khí ẩm

3.3.2.1.Quá trình sấy

Quá trình sấy là quá trình làm giảm độ ẩm của vật muốn sấy Môi chất dùng để sấy thường là không khí ẩm chưa bão hòa hoặc sản phẩm cháy của nhiên liệu, về nguyên tắc hoàn toàn giống nhau, ở đây ta khảo sát quá trình sấy dùng không khí làm môi chất sấy

Quá trình sấy được chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn cấp nhiệt cho không khí và giai đoạn không khí sấy nóng vật sấy và hút ẩm từ vật sấy

Quá trình sấy được biểu diễn trên hình Không khí từ trạng thái 1 được cấp nhiệt theo quá trình 1-2 nhiệt độ tăng t1 đến t2 , entanpi tăng từ i1 đến i2, độ

ẩm tương đối giảm từ ϕ1 đến ϕ2, độ chứa hơi không thay đổi d1 = const Không khí sau khi sấy nóng đi vào buồng sấy, tiếp xúc với vật sấy, sấy nóng vật sấy và làm cho nước trong vật sấy bay hơi Quá trình sấy 2 –3 có entanpi không đổi (i2 =

i3), độ ẩm tương đối của không khí tăng từ ϕ2 đến ϕ3 và độ chứa hơi tăng từ d1đến d3, nghĩa là độ chứa hơi trong vật sấy bốc giảm

- Không khí nhận một lượng hơi nước từ vật sấy bốc ra Gn:

3.3.2.2 Quá trình điều hòa không khí

Thực chất của quá trình điều hòa không khí là sấy nóng làm lạnh không khí, đồng thời điều chỉnh độ ẩm của nó đến một giá trị nào đó trước khi đưa không khí vào phòng Điều hòa không khí gồm các quá trình lọc bụi, hỗn hợp