Bài giảng kỹ thuật nhiệt

Ký hiệu là Q Quy ước: nhiệt lượng do vật nhận là dương và vật thải ra Bên trong hệ thống có chất môi giới và trạng thái của chất môi giới thay đổi khi hệ thống hoạt động... Công giãn nở

Trang 1

CHƯƠNG 5: LƯU ĐỘNG VÀ TIẾT LƯU

CHƯƠNG 9: TRUYỀN NHIỆT

Trang 2

07/05/2012 Chương 1: KHÍ LÝ TƯỞNG 5

1.1 Các vấn đề chung.

Cơ sở của nhiệt động lực học là định luật nhiệt động thứ

nhất và nhiệt động lực thứ hai

- Định luật 1 đề cập đến vấn đề bảo toàn năng lượng (chủ

yếu là nhiệt và công)

- Định luật 2 chỉ rõ quá trình nào có thể diễn ra hay không

diễn ra, các điều kiện để một quá trình diễn ra ngược với chiều tự

đó nhả phần nhiệt còn lại cho nguồn lạnh

Ví dụ: Động cơ đốt trong, động cơ phản lực, máy hơi nước

CHƯƠNG 1: KHÍ LÝ TƯỞNG

Bơm nhiệt và máy lạnh:

Các máy này nhận công từ bên ngoài để chuyển nhiệt

lượng từ môi trường có nhiệt độ thấp hơn đến môi trường có

nhiệt độ cao hơn

Về phạm vi họat động thì khác nhau:

-Máy lạnh:nhiệt lượng được chuyển từ nơi có nhiệt độ thấp hơn

môi trường xung quanh đến môi trường xung quanh hay máy lạnh

dùng làm lạnh các vật

-Bơm nhiệt:nhiệt lượng được chuyển từ môi trường xung quanh

đến nơi có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh hay bơm

nhiệt để sưởi ấm, sấy các vật

Trang 3

Nguồn nhiệt:

Là nơi cung cấp hoặc nhận nhiệt của chất môi giới trong

chu trình Trong một chu trình phải có ít nhất 2 nguồn nhiệt,

nguồn nóng có nhiệt độ T1, nguồn lạnh có nhiệt độ T2(T1> T2)

Chất môi giới

Là chất trung gian dùng để thực hiện quá trình biến đổi

giữa nhiệt và công trong hệ thống nhiệt động Có thể xem các

khí hyđro, oxy, nitơ, không khí i là khí lý tưởng

do vật nhận được là âm Năng lượng truyền từ vật nóng sang vật lạnh khi chúng tiếp xúc với nhau gọi là nhiệt lượng

Ký hiệu là Q Quy ước: nhiệt lượng do vật nhận là dương và vật thải ra

Bên trong hệ thống có chất môi giới và trạng thái của chất môi

giới thay đổi khi hệ thống hoạt động

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA

Động cơ nhiệt, bơm nhiệt và máy lạnh

Trang 4

- Nhiệt độ là đại lượng vật lý, nó biểu thị mức độ nóng, lạnh của

một vật, là yếu tố quyết định hướng chuyển động của dòng nhiệt

- Các loại nhiệt độ thường gặp:

°(9

5

=C

32+C

°5

9

=F

°

K = °C + 273

R = °F + 460

(1.1) (1.2) (1.3) (1.4)

1.3 THÔNG SỐ TRẠNG THÁI 1.3.2 Áp suất

Áp suất là lực tác dụng của các phần tử chất khí theophương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành bình chứa chất khí đó, áp suất được ký hiệu là p

Trang 5

Phân loại áp suất

- Áp suất thật của chất khí là áp suất tuyệt đối: p

- Áp suất tuyệt đối của khí quyển kí hiệu p0

- Phần áp suất của chất khí lớn hơn áp suất khí quyển là áp suất

Dụng cụ để đo áp suất gọi là áp kế:

- Áp kế dùng để đo áp suất khí quyển gọi là Barometer

- Áp kế dùng để đo áp suất dư được gọi là Manometer

- Áp kế dùng để đo chân không gọi là Vacuumeter

t - nhiệt độ cột thủy ngân, [0C] ;

h0- chiều cao cột thủy ngân hiệu chỉnh về nhiệt độ 00C ;

h - chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t0C

Trang 6

1.3.3 Thể tích riêng và khối lượng riêng

Thể tích riêng là thể tích của một đơn vị khối lượng, ký hiệu

m kg V

- Đối với khí lý tưởng, u và pv chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ cho nên i cũng

phụ thuộc vào nhiệt độ, vì vậy entanpi (i) là hàm số nhiệt độ i = f (T)

- Đối với khí thực entanpi là hàm phụ thuộc vào hai trong ba thông số

trạng thái cơ bản p, v, t

- Entanpy không trực tiếp đo được mà phải tính toán Trong nhiệt động

kỹ thuật ta chỉ cần biết lượng biến đổi entanpi ∆i

Trang 7

1.4 KHÍ LÝ TƯỞNG

Khí lý tưởng là khí khi lực tương tác giữa các phân tử bằng

không và thể tích bản thân các phân tử bằng không

1.4.1 Phương trình trạng thái của khí lý tưởng:

- Phương trình Clapeyron cho 1 kg chất khí:

1.4.2 Phương trình trạng thái của khí thực:

Năm 1871 Vander Walls đưa ra một phương trình trạng thái của khí thực dựa trên phương trình trạng thái của khí lý tưởng

RT b v v

1.5.1 Định luật Gibbs - Dalton

p, pi: Áp suất của hỗn hợp và phân áp suất của thành phần thứ i

U, Ui: nội năng của hỗn hợp và nội năng của thành phần thứ i

∑

=

= + + +

i i

p p

1 2

(1.19a)

i n

i

U U

1 2

1

=

∑

=+++

=

1.5 HỖN HỢP KHÍ LÝ TƯỞNG

Trang 8

1.5.1 Định luật Gibbs – Dalton

I, Ii:Entalpy của hỗn hợp vàEntalpy của thành phần thứ i

S, Si:entropicủa hỗn hợp vàentropicủa thành phần thứ i

(1.19b)

i n i

n I I I

I

1 2

=

∑

= + + +

=

i n

i

S S

S

1 2

=

∑

=+++

n V V V

V V

1 2

=

∑

= + + +

=

1.5.3 Thành phần của hỗn hợp:

Thành phần khối lượng (g i ): Là tỷ số giữa khối lượng của chất khí

thành phần với khối lượng của hỗn hợp khí

i i

G G

1 2

(1.21)

(1.22)

11 1

i i n

11 1

V r

n

i i n

i i

Trang 9

1.5.4 Xác định các đại lượng của hỗn hợp:

1 Phân tử lượng của hỗn hợp (µµµhh ):

2 Hằng số chất khí của hỗn hợp khí (R hh ):

(1.26)

(1.27b)(1.27a)

i i i i

hh r g

µ

µµ

i i

n

i hh

hh

g r

R

µµ

1

.831483148314

1.5.4 Xác định các đại lượng của hỗn hợp:

3 Thể tích riêng và khối lượng riêng của hỗn hợp

i i n

i i i n

i i n

G G

V G

V v

r V V V

G V

G

ρρρ

1 1

Nguyên nhân cơ bản làm cho trạng thái chất môi giới bị thay

đổi chính công và nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi

Trong cơ học, công được xác định:

Công không phải là thông số trạng thái, công là một đại lượng chỉxuất hiện khi chất môi giới tiến hành một quá trình nào đó

Trong hệ SI, đơn vị của công:N.m = J

Nếu tính trong một đơn vị thời gian: W, kW

dương, nếu hệ thốngnhận côngthì công đó códấu âm

ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT

∫

=2

1

.dx

F L

Trang 10

Chương 1: KHÍ LÝ TƯỞNG

1.6.1 CÔNG:

1.6.1.1 Công giãn nở hay công nén trong hệ thống kín

Dưới tác động của áp suất chất môi giới, bề mặt ranh giới bị dịch

chuyển:

Nếu sự dịch chuyển của bề mặt ranh giới làm tăng thể tích của

chất môi giới thì đó gọi là công giãn nở, ngược lại gọi là công nén Có

tên gọi chung là công thay đổi thể tích: Ltt

Xét hệ thống kín gồm piston có tiết diện A, bên trong chứa chất

môi giới có lực tác dụng p, có thể tích V

Lực tác động lên bề mặt piston là p.A, làm piston di chuyển một

đoạn dx, công tạo nên bởi hệ thống là:

dx A p

δ

dV p

δ

1.6.1 CÔNG:

1.6.1.1 Công giãn nở hay công nén trong hệ thống kín

Nếu thể tích chất môi giới biến đổi từ V1đến V2, thì:

∫

= 21

V

L

Công thay đổi thể tíchkhông chỉphụ thuộc vào trạng thái đầu

và trạng thái cuốimà cònphụ thuộc vào đặc điểm, hình dáng của quá trình đó

Nếu khối lượng chất môi giới trong hệ thống kín đang khảo sát là

Hệ thống nhiệt động hở là hệ thống mà chất môi giới có thể đi

vào và đi ra khỏi hệ

Khảo sát hệ thống nhiệt động hở Công trong trường hợp này chia

ra hai thành phần:

■ Công lưu động L lđ: đây là thành phần công liên quan đến áp

suất của chất môi giới tác động lên bề mặt ranh giới ở đầu vào và đầu ra

của hệ

■ Công kỹ thuật L kt: bao gồm tất cả các thành phần công còn lại:

công có liên quan đến trục quay, công do sự chuyển dịch bề mặt ranh

giới, công do các hiệu ứng điện, từ và ứng suất bề mặt,

● Đối với các hệ thống hở như bơm, quạt, máy nén, tuabine, thì thành

phần cơ bản của Lktlà phần công có liên quan đến trục quay của hệ

● Các hệ thống hở không có trục quay (ống tăng tốc) thì Lkt= 0

Quy ước về dấu:nếu nhiệt lượng từ ngoài đi vàochất môi giớithì nhiệt lượng đó códấu dươngvà ngược lại

1.6.2.1 Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi entropi

Nếu quá trình khảo sát có tính thuận nghịch:

Khi quá trình hữu hạn và đi từ 1 đến 2:

( kJ/kg)

∫

=2

1

Tds q

ds T

δ

Trang 11

1.6.2 NHIỆT LƯỢNG

1.6.2.2 Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi nhiệt độ

Nhiệt lượng trao đổi trong một quá trình thuận nghịch vô cùng bé:

Phương pháp này thích hợp cho chất môi giới là thể khí

δq – nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường trong quá

trình vô cùng bé đang khảo sát

c – nhiệt dung riêng của chất môi giới

dt – lượng biến đổi nhiệt độ trong quá trình vô cùng bé đó

dt c

q = δ

1.6.2 NHIỆT LƯỢNG

a Định nghĩa nhiệt dung riêng

- Nhiệt dung riêng (NDR) của một chất nào đó là nhiệt lượng cần thiết đểlàm tăng nhiệt độ của một đơn vị đo lường vật chất lên một độ trong mộtquá trình cấp nhiệt nào đó

b Các loại nhiệt dung riêng

Phụ thuộc vào đặc điểm của quá trình và đơn vị đo lường mà ta có:

- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp cp

- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích cv

- Nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp c’p

- Nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích c’v

- Nhiệt dung riêng mol đẳng áp cµp

- Nhiệt dung riêng mol đẳng tích cµv

c Quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng

- Đối với khí lý tưởng xác định được quan hệ giữa nhiệt dung riêng đẳng

áp và nhiệt dung riêng đẳng tích như sau:

p = (k gọi là số mũ đoạn nhiệt) (1.43)

R k

k c

v

p

(1.44)

Trang 12

c Quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng

Đối với khí lý tưởng, hệ số k và nhiệt dung riêng không phụ thuộc vào

nhiệt độ và áp suất, mà phụ thuộc vào số nguyên tử trong phân tử

Bảng tra giá trị của k, Cµµµµp , và Cµµµµv xác định bằng thực nghiệm.

d Nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí

- Nếu gọi chh là nhiệt dung riêng của hỗn hợp và c1, c2, c3… cn là nhiệtdung riêng của từng chất khí thành phần ta có:

2 1 1

hh g c g c g c g c c

1 2

2 1

=

∑

=+++

=

pi i n

i phh g c c

1

∑

=

vi i n

i vhh g c c

Một hỗn hợp khí lý tưởng bao gồm CO2, N2và O2với thành phần khối

lượng gCO2= 0,6; gN2= 0,15 Xác định hệ số mũ đoạn nhiệt k

e Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng

- Nếu nhiệt dung riêng được coi là hằng số (không thay đổi bao nhiêutheo nhiệt độ) thì nhiệt lượng q được tính như sau:

- Khi cần tính toán cho G kg:

(1.48)

(1.47)

) t t ( c

=

q 2 _ 1 (kJ/ kg)

)(

2 t t C G q G

Trang 13

1.6.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VIẾT CHO HỆ KÍN:

1.6.3.1 Phát biểu định luật:

Định luật nhiệt động thứ nhất là định luật cơ bản của nhiệt động học đã

được Mayer nêu ra năm 1842 với nội dung như sau:

“Nhiệt có thể biến thành công và ngược lại, sự biến đổi này tuân theo

mối quan hệ về lượng nhất định”.

Định luật nhiệt động 1 là trường hợp đặc biệt của định luật bảo toàn và

năng lượng.“Năng lượng không mất tự đi và cũng không tự sinh ra nó

chỉ có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác Nói một cách khác, tổng

số các dạng năng lượng trong một hệ cô lập bất kỳ là không đổi”.

1.6.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VIẾT CHO HỆ KÍN:

1.6.3.2 Phương trình của định luật I:

Nhiệt của quá trình:

Khi quá trình khảo sát có tính thuận nghịch, ứng với một biến đổi vôcùng bé của chất môi giới (khối lượng chất môi giới là 1 kg)

Trong trường hợp này:

[ kJ/ kg]

[ kJ]

ttL U

l du

δ = +

pdv du Tds Tds

q

pdv l

1.6.4 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VIẾT CHO HỆ HỞ:

1.6.4.1 Nguyên tắc bảo toàn khối lượng:

1.6.4.2 Cân bằng năng lượng trong hệ thống hở:

Lượng biến đổi năng lượng tổng quát của chất môi giới trongkhông gian đang khảo sát tính theo thời gian:

Với hệ thống hở nhiều đầu vào và nhiều đầu ra:

ii, ie, ωi, ωe, zivà ze– lần lượt là enthalpy, tốc độ và khoảng cách của chấtmôi giới so với mặt phẳng chuẩn tại đầu vào và đầu ra của hệ

Qks– nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới trong không gian đang khảosát và môi trường khi tồn tại nhiệt độ

−

e e i i i i kt ks

dt

dE

2 2

2

ɺ ɺ ɺ

−

=

e

e e e e i

i i i i kt

ks ks

gz i

G gz

i G L

Q dt

dE

2 2

2

ɺ ɺ

ɺ

Trang 14

1.6.4.2 Cân bằng năng lượng trong hệ thống hở:

Các hệ thống hở trong thực tế kỹ thuật chỉ có 1 đầu vào và 1 đầu

ra và bình thường hoạt động ở chế độ ổn định, khi đó:

Đặt G = Gi= Ge

Phương trình (1.49) là phương trình năng lượng của dòng ổn định

(Steady Flow Energy Equation – SFEE)

−

e e i i i i kt

Q

2 2

ɺ

e i e i ks kt

z z g i

i G

Q

G

L

− +

=

2 2

1.6.4.3 Ứng dụng phương trình năng lượng của hệ thống hở:

1 Bình ngưng tụ

Có thể xem hệ thống hoạt động ở chế độ ổn định:

● Sự sai biệt về động năng và thế năng của các dòng chất môigiới giữa đầu vào và đầu ra không đáng kể;

● Không có trao đổi công giữa chất môi giới và môi trường

G1– lưu lượng nước giải nhiệt đi qua bình ngưng

G2– lưu lượng của hơi tác nhân khi đi vào bình ngưng

2 Turbine:

● Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt từ turbine ra môi trường,

● Bỏ qua sự sai biệt động năng và thế năng của dòng chất môi

giới giữa đầu vào và đầu ra:

Công phát sinh do sự quay của trục bằng độ sụt giảm enthalpy của chất

môi giới giữa đầu vào và đầu ra

e i

ɺ

(1.51)

e i kt

i i G

L

−

= ɺ

ɺ

(1.52)

Trang 15

4 Ống tăng tốc và ống tăng áp:

◙ Ống tăng tốc:khi đi qua tốc độ tăng lên và áp suất giảm xuống

● Công kỹ thuật xem như bằng không, lượng biến đổi thế năng

của dòng chất môi giới giữa đầu vào và đầu ra không đáng kể

◙ Ống tăng áp:khi đi qua ống tăng áp, tốc độ của chất môi giới

giảm xuống và áp suất tăng lên

2 2

i e e

5 Lò hơi:

Trong hệ thống này xem công kỹ thuật bằng không Nếu bỏ qua

độ biến đổi động năng và thế năng của chất môi giới:

● Qks– lượng nhiệt cần cung cấp cho lò hơi

● iivà ie– enthalpy của nước cấp và của hơi ra khỏi lò hơi

1.7 CÁC PHƯƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN TÍCH SỐ T.dS:

Khảo sát một hệ thống nhiệt động với chất môi giới là loại thuần

khiết nén được, khi diễn ra một quá trình thuận nghịch vô cùng bé:

● Công trao đổi giữa chất môi giới và môi trường:

● Nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường:

1.7 CÁC PHƯƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN TÍCH SỐ T.dS:

● Nếu khối lượng chất môi giới đang khảo sát là 1 kg:

● Nếu chất môi giới đang khảo sát là khí lý tưởng:

dV p dU dS

dp V dI dS

dv p du ds

dp v di ds

dv p dT c ds

dp v dT c ds

Trang 16

MỘT SỐ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

Quá trình đa biến

Quá trình đoạn nhiệt

1

/

p

kt v dp J kg l

q = l12+ ∆u = lkt+ ∆i

∫

=2 1

12 pdv l

[J kg K]

T

dq s

hay T

dq

2 1

1.8.1 Quá trình đa biến.

- Phương trình của quá trình:

Trong đó: n là số mũ đa biến và được xác định bằng biểu thức:

v n

p nc c

c c n

- Lượng thay đổi nội năng:

- Công thay đổi thể tích:

1 1

p

p v v

1

2

1 1

1

2 1 2

n

v

v p

p T T

p

p n

v p T T n

R l

1

2 1

1 2 1

1 1

( 2 1) 1

n

k n c

Trang 17

1.8.2 Các trường hợp riêng của quá trình đa biến.

1 Quá trình đoạn nhiệt (n = k)

Là quá trình diễn ra khi không có sự trao đổi nhiệt giữa hệ (môi chất) và

- Nhiệt của quá trình: q = 0

- Biến đổi Entropi:

1 1

p

p v v

1

2

1 1

1

2 1 2

k

v

v p

p T T

1 1

1

2 1

1 2 1

1

1 1 1

k k

k

v

v k

v p p

p k

v p T T k

R l

1 2

1 Quá trình đoạn nhiệt (n = k)

2 Quá trình đẳng nhiệt (n =1).

Là quá trình diễn ra trong điều kiện nhiệt độ của chất khí không đổi

Phương trình của quá trình:

- Quan hệ các thông số:

- Lượng thay đổi nội năng: ∆u = 0

- Công kỹ thuật: l kt12 = l 12

- Nhiệt của quá trình: q12= l 12

2

v

v p

p =

2

1 1

2

12 ln ln

p

p T R v

v T R

2

1 1

2 ln ln

p

p R v

v R

∆

Trang 18

Là quá trình diễn ra trong điều kiện áp suất của chất khí không đổi.

Phương trình của quá trình: p = const (1.81)

- Quan hệ các thông số:

- Lượng thay đổi enthalpi:

- Công kỹ thuật: l kt12 = 0

- Nhiệt của quá trình: q = ∆i

(1.82)(1.83)(1.84)

1

2 1

2

v

v T

ln

v

v c T

T c

- Lượng thay đổi entahlpi:

- Công thay đổi thể tích: l 12 = 0

- Công kỹ thuật:

- Nhiệt của quá trình: q = ∆u

(1.89)(1.90)(1.91)

1

2 1

2

p

p T

2 ln ln

p

p c T

T c

(1.94)

Trang 19

- Khi n = k là quá trình đoạn nhiệt, với nhiệt dung riêng ck= 0,

phương trình của quá trình: pvk= const

- Khi n = là quá trình đẳng tích, nhiệt dung riêng cv, phương

trình của quá trình: v = const

Quá trình đa biến là quá trình tổng quát với số mũ đa biến n = - ∞÷ + ∞

- Khi n = 0 là quá trình đẳng áp, với nhiệt dung riêng cp, phương

trình của quá trình: p = const

- Khi n = 1 là quá trình đẳng nhiệt, với nhiệt dung riêng cT=

, phương trình của quá trình: pv = const hay T = const

Trang 20

1.9.1 KHÁI NIỆM.

Định luật nhiệt động thứ nhấtlà định luật về bảo toàn và chuyển

hóa năng lượng, không đề cập đến:

● Chiều hướng của những quá trình đang khảo sát,

● Không chỉ ra điều kiện cần và đủ để những quá trình có thể xảy ra

Những khiếm khuyết của định luật nhiệt động thứ nhất được bổ

sung một số tính quy luật và sau được gọi là định luật nhiệt động thứ hai

Định luật nhiệt động thứ haichỉ ra:

● Chiều hướng diễn biến của quá trình,

● Thiết lập giới hạn tối đa của sự biến hóa năng lượng từ nhiệt sang công

trong các động cơ nhiệt

● Nêu lên điều kiện để thực hiện những quá trình ngược với chiều tự

phát

ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI

1.9.2 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG.

◙Chu trình là tập hợp của một số quá trình có tính chất khép kín

◙Trong các chu trình trạng thái của chất môi giới sẽ biến đổi từmột trạng thái ban đầu nào đó, qua các trạng thái trung gian, rồi qua lạitrạng thái ban đầu

1.9.2.1 Chu trình thuận chiều

Trong chu trình thuận chiều thì chất môi giới sẽ nhận nhiệt từ

nguồn nóng, giãn nở sinh công và nhả một phần nhiệt còn lại cho nguồn

lạnh

Tất cả các loại động cơ nhiệt đều hoạt động theo chu trình thuận

chiều

Để đánh giá hiệu quả của chu trình thuận chiều, người ta đưa ra

khái niệm hiệu suất nhiệt:

1 1

ηt– hiệu suất nhiệt của chu trình thuận chiều

Q1– nhiệt lượng mà chất môi giới nhận được từnguồn nóng

Q2 – nhiệt lượng mà chất môi giới nhả ra từnguồn lạnh

L – công sinh ra

1.9.2.2 Chu trình ngược chiều

Trong chu trình ngược chiều thì chất môi giới sẽ nhận công từbên ngoài để vận chuyển nhiệt lượng theo chiều ngược từ nguồn lạnhđến nguồn nóng

Tất cả các loại máy lạnh và bơm nhiệt đều hoạt động theo chutrình ngược chiều

Để đánh giá mức độ hoàn thiện của chu trình ngược chiều, người

ta đưa ra khái niệm hệ số làm lạnh và hệ số làm nóng

2 1

2 2

Q Q

Q L

1 1

Q Q

Q L

Q

−

=

=ϕ

Trang 21

1.9.3.CÁC PHÁT BIỂU CƠ BẢN CỦA ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG 2

Về cơ bản 2 phát biểu thường được mọi người nhắc đến là phát

biểu của Kelvin – Planck và phát biểu của Clausius

1.9.3.1 Phát biểu Kelvin - Planck

“Không thể có bất kỳ một động cơ nhiệt nào có thể biến toàn bộ

nhiệt lượng nhận được thành ra công”

Do vậy hiệu suất nhiệt của tất cả các động cơ nhiệt phải nhỏ hơn

Hệ số làm lạnh hay hệ số làm nóng của các máy lạnh và bơmnhiệt luôn luôn phải có giá trị xác định, không tiến tới vô cùng

1.9.4 QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH VÀ KHÔNG THUẬN NGHỊCH

■Ta gọi một quá trình nào đó làthuận nghịchnếu như quá trình

được tuần tự cho tiến hành theochiều ngược lạinhưng trạng thái của hệ

thống và môi trườngkhông hề bị biến đổi

Quá trình thuận nghịch là quá trình hết sức lý tưởng, không xảy

ra trong thực tế, có tính chất lý luận trong các nghiên cứu

■Có thể gọi một quá trình nào đó là không thuận nghịch nếu như

hệ thống và môi trường không duy trì được trạng thái ban đầu của nó sau

khi quá trình đã diễn ra

Tất cả các quá trình diễn ra trong thực tế đều là quá trình không

Hiệu suất nhiệt của 1 chu trình thuận chiều bất kỳ:

1

21

q

−

=η

Hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot:

1

21

Trang 22

q q

q

−

=ε

Hệ số làm lạnh của chu trình Carnot ngược chiều:

2 1

2

T T

Hệ số làm lạnh của chu trình Carnot ngược chiều chỉ phụ

thuộc vào nhiệt độ nguồn nóng và nguồn lạnh.

1.9.6 CÁC HỆ QUẢ CỦA ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI

1.9.6.1 Hệ quả thứ nhất

Khi hoạt động giữa các giới hạn nhiệt độ khác nhau, không thể

có bất kỳ một chu trình nhiệt động thuận chiều thực tế nào có hiệu suất

nhiệt lớn hơn hoặc bằng hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot

1.9.6.2 Hệ quả thứ hai

Tất cả các chu trình Carnot thuận chiều đều có hiệu suất nhiệt

bằng nhau nếu cùng hoạt động giữa các nguồn nóng và nguồn lạnh như

nhau

1.9.6.3 Hệ quả thứ ba

Có thể xây dựng thang đo nhiệt độ độc lập với chất môi giới được

dùng Các giá trị nhiệt độ dựa theo thang đo này được gọi là nhiệt độ

δ Biểu thức này là cách biểu diễn toán học của định luật nhiệt

động thứ hai ứng với một chu trình thuận nghịch bất kỳ, gọi

làđẳng thức Clausiushaytích phân Clausius thứ nhất 1.9.6.5 Hệ quả thứ năm

Khi tiến hành một chu trình không thuận nghịch bất kỳ (trong chutrình đó có một hay vài quá trình không thuận nghịch), ta luôn có:

∫ < 0

T Q

động thứ hai ứng với chu trình không thuận nghịch, gọi là

bất đẳng thức Clausiushaytích phân Clausius thứ hai

Trang 23

CHƯƠNG 2: CHU TRÌNH SỬ DỤNG KHÍ 1 07/05/2012

2.3 Công suất tiêu hao và hiệu suất.

2.4 Chu trình động cơ đốt trong.

2.5 Chu trình Turbine khí.

07/05/2012 CHƯƠNG 2: CHU TRÌNH SỬ

DỤNG KHÍ

3

Muốn có khí nén người ta phải dùng máy nén khí Căn cứ trên áp

suất dư có thể phân loại như sau:

-Áp suất < 500 mm H 2 O: gọi là quạt thông gió, áp suất từ 500

mm H2O đến 2 bar được gọi là quạt cực mạnh, về kết cấu quạt có nhiều

dạng khác nhau nhưng thông dụng nhất là quạt li tâm và quạt hướng trục

-Áp suất > 2 barđược gọi mà máy nén

2.1 Khái niệm chung

Xét về cấu tạo và nguyên lý làm việc máy nén khí có thể phân

Trang 24

DỤNG KHÍ

5

Fig 2-4 Rolling piston type Fig 2-5 Sliding vane type

DỤNG KHÍ

Fig 2-6 Scroll type

Trang 25

* Máy nén tuabin (còn gọi máy nén ly tâm) Theo nguyên

lý làm việc máy nén tuabin chia làm hai loại là máy nén ly tâm vàmáy nén hướng trục

Máy nén là loại thiết bị tiêu tốn công (công có giá trị âm, l <

0) nên ở đây công tiêu hao của máy nén càng nhỏ càng tốt

pittông, xylanh, van nạp, van

thải, , tùy thuộc vào công

suất mà máy nén có thể có một

hoặc nhiều pittông – xylanh

0 gọi là điểm chết trên

1 Công của máy nén lý tưởng:

Công của máy lý tưởng ở đây được tính theo điều kiện lý tưởng, quátrình nén xem là thuận nghịch, tốc độ khí vào và ra khỏi xylanh xem nhưnhau

2 1

p

p GRT V

V V p

1 1

1

1 1

1

k k

k

k x

V p k

k L

11

1 1 1

1

n n

n

n x

V p n n L

Trang 26

DỤNG KHÍ

13

2.2 Máy nén piston

2 Nhiệt làm mát xy lanh trong máy nén:

Nếu quá trình nén đa biến: 1 < n < k

1 - n

k - n

c 2

p

= x

=

= x

Trong đó:

m- số cấp nén;

pc- Áp suất cuối; p1- áp suất đầu

Áp suất sau các cấp nhân tăng theo cấp số nhân, công bội là x

Nhiệt độ:

Nhiệt độ vào các cấp nén như sau: T1=T3 =T5 =

Nhiệt độ ra các cấp nén như sau: n

1 - n 6 4

T

Thể tích xylanh:

Cấp 1: V1Cấp 2: V3= V1/xCấp 3: V5= V1/x2Thể tích xylanh giảm theo cấp số nhân, công bội là 1/x

Công của máy nén nhiều cấp:

1

mn = mL L

Trong đó: m- là số cấp máy nén

L1: Công của cấp nén thứ nhất

Trang 27

1 n

n n

qp = p −bởi vì T =1 T2'nên:

) ( T2 T1C

với: Cp- nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp, kJ/kmol.K

Từ việc xác định được nhiệt lượng khi nén nhả ra trong quá trình nénkhí và trong quá trình làm mát trung gian Dùng phương trình cân bằngnhiệt xác định được lượng nước hoặc lượng không khí để làm mát

2.2 Máy nén piston

DỤNG KHÍ

19

2.3 Công suất tiêu hao của máy nén và hiệu suất

Công tiêu thụ thực tế trong máy nén lớn hơn công lý thuyết

Có hai loại hiệu suất:

- Hiệu suất đẳng nhiệt ηoT: là tỷ số giữa công lý thuyết khi nén theo

quá trình đẳng nhiệt L TC so với công thực tế cấp vào máy nén L c

- Hiệu suất đoạn nhiệt (hoặc hiệu suất đẳng entropi) ηos: là tỷ số giữa

công lý thuyết khi nén đoạn nhiệt L SCso với công thực tế cấp vào máy

nén L c

C

TC oT

L

=η

- Hiệu suất đẳng nhiệt ηoTđược sử dụng như một tiêu chuẩn thông số

đối với máy nén piston và một số máy nén có cường độ làm mát cao

- Hiệu suất đoạn nhiệt ηos: được sử dụng như một tiêu chuẩn thông số

đối cho loại máy nén ly tâm và loại máy hướng trục là những loại máy có

khả năng giải nhiệt kém trong quá trình nén

2.4 Chu trình động cơ đốt trong.

◙ Là chu trình của các động cơ nhiệt, trong đó thực hiện quá trìnhbiến đổi nhiệt năng thành công

◙ Môi chất đầu tiên là nhiên liệu và không khí, sau đó là quátrình thải sản phẩm cháy vào môi trường

Trang 28

CHƯƠNG 2: CHU TRÌNH SỬ DỤNG KHÍ

2.4.1 Chu trình cấp nhiệt đẳng tích (Air standard Otto cycle)

►Chu trình này thường gặp trong các động cơ đốt trong, sử dụngnhiên liệu là xăng hoặc khí đốt

► Quá trình cháy xảy ra rất nhanh nên coi là cháy đẳng tích (v =const)

► Động cơ đầu tiên thuộc loại này được Otto phát hiện năm

1876 nên còn được gọi là chu trình Otto

► Về nhiệt động thì chu trình này gồm 2 quá trình đẳng tích và 2quá trình kia xem như đoạn nhiệt xen kẽ nhau (khi xét chu trình lýthuyết)

Các thông số đặc trưng của chu trình gồm có:

bởi các nhà thiết kế

Trang 29

DỤNG KHÍ

25

Khi tính toán chu trình ta cần thực hiện các điều sau:

- Từ trạng thái hỗn hợp nạp vàođã biết trước p 1 , T 1và các thông số

đặc trưng của chu trình làε và λ sẽ tìm được các thông số trạng thái

khác (p, v, T) tại các điểm đặc trưng 1, 2, 3, 4

- Tính nhiệt lượng cung cấp vào q1 (xác định mức tiêu hao nhiên

liệu), lượng nhiệt thải q2, công sinh ra của chu trình (để xác định công

Trình tự tính toán như sau: biết p 1 , T 1 , và

p

T R

v =

1 1 1 2

1 1 2

v T

k p v

v p

2

1 1

2=   = ε

1 2

v

v =

ε1

2 3

v v

v = =

k

p p

p3=λ 2=λ 1.ε

1 1 2

3 3

v

v p

1

T T

ε λ

p1

T11

Trình tự tính toán như sau:

- Trạng thái 1: đã biết p1, T1 → v1 theo phương trình trạng thái khí

lý tưởng

- Trạng thái 2: , mặt khác trạng thái 2 quan hệ với trạng

thái 1 theo quá trình đoạn nhiệt: q = 0

- Trạng thái 3: Trạng thái 2-3 là quá trình đẳng tích (v = const) → và

p v

v p

2

1 1

1

2 1

k 1 2

p

1 1 2 3 2

1 3

1 2

4

3 3

v

v v

v p

k k

1 1 4 1 1

1 2 1

4 3

3

T T

T v

v v

v T

T

k k k

k k

λ ε λ ε

Trang 30

- Nhiệt lượng thải của quá trình q2:

- Công thực hiện của chu trình l:

2 1

11

l

εη

hiệu suất nhiệt của chu trình cấp nhiệt đẳng tích tăng khi tỷ

xy lanh

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ Diezel

2.4.2 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp (Air standard Diesel cycle)

DỤNG KHÍ

31

- Nhiên liệu sử dụng ở đây là dầu mazut, quá trình cháy xảy ra chậm nên

coi là cháy đẳng áp (p = const), đây là chu trình cho động cơ diezen ngày xưa

- Về nguyên lý tính toán hoàn toàn giống như chu trình đẳng tích

p

T R

v =

1 1 1 2

1 1 2

v T

k p v

v p

2

1 1

2=   = ε

1 2

p3 = 2= 1.ε

1 1 2 3

−

=

T T

k k p v

v p

4

3 3

4=   =

k T

T4= 1ρ

Trang 31

- Nhiệt lượng cấp cho quá trình q1:

- Nhiệt lượng thải của quá trình q2:

- Công thực hiện của chu trình l:

l = q − q kJ kg

- Hiệu suất nhiệt của chu trình:

] / [ )

q = v −

)1(

11

1 2

ρ

k q

q q

l

DỤNG KHÍ

34

2.4.3 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp (Air-standard dual cycle)

Nhiên liệu sử dụng ở đây là dầu mazut…, được phun vào xy lanh nhờ có bơmcao áp và vòi phun dưới dạng những hạt rất nhỏ như sương mù nên quá trìnhcháy xảy ra nhanh hơn và coi là cháy hỗn hợp (phần đầu cháy đẳng tích, phầnsau cháy đẳng áp), đây là động cơ diezen ngày nay

Đồ thị p-v biểu diễn quá trình cháy hỗn hợp

- Xác định được nhiệt cấp chu trình q1= q1p+ q1v

- Xác định được nhiệt thải của chu trình q2

- Xác định công thực hiện chu trình l

- Tính hiệu suất nhiệt của chu trình

Phương pháp tính toán tương tự chu trình cấp nhiệt đẳng tích.

- Từ trạng thái hỗn hợp nạp vào đã biết trước p1, T1và các thông số đặc

trưng của chu trình là

4

v

v v

Biết T1, p1, ε,λ,ρ ta các định các thông số còn lại như sau:

1

1 1

p

T R

v =

1 1 1 2

1 1 2

v T

k p v

v p

2

1 1

v v

v = =

k

p p

p3=λ 2=λ 1.ε

1 1 2

T =λ =λεk −

1 1 4

ε

ρ

=1

3

Trang 32

- Nhiệt lượng cấp cho quá trình q 1 :

- Nhiệt luợng thải của chu trình q 2

- Công thực hiện của chu trình l:

1 2 , /

l=q −q kJ kg

- Hiệu suất nhiệt của chu trình

] / [ ) (

)

1 1

q = v+ p = v − + p −

] / [ ) ( 1 5

q = v −

1 2

11

−+

k q

q q

l

ε ρ λ λ

λρ η

)(1

3 4 2 3

1 5

T T c T T c

T T c p v

v t

−+

−

=η

1)]

1()1[(

1

−+

Như vậy từ biểu thức về hiệu suất nhiệt ta thấy hiệu suất nhiệt của chutrình cấp nhiệt đẳng tích tăng khi tỷ số nén ε và tỷ số tăng áp λ tăng và tỷ

số dãn nở sớm ρ giảm

CHƯƠNG 2: CHU TRÌNH SỬ DỤNG KHÍ

● Buồng đốt

● Turbine khí

Trang 33

● Chất môi giới xem là KLT

● Quá trình cháy xem như cấp cháy đẳng

áp

● Quá trình nén và giãn nở trong turbine

xem là quá trình đoạn nhiệt

p

T R

v =

k k k k T p

p

T

1 1 1

p v

1

2

1 1

2=   =

k

v v

v3= ρ 2= ρ 1 ββ

.1 2

3 p p

p = =

k k T T

T

1 1 2

44

07/05/2012

2 Chu trình lý thuyết:

►Tính toán chu trình:

● Nhiệt lượng cấp vào:

● Nhiệt lượng thải ra:

● Công chu trình:

● Hiệu suất nhiệt của chu trình:

2.5.1 CHU TRÌNH TURBINE KHÍ CẤP NHIỆT ĐẲNG ÁP

q

q q

l

1 1

2 1

11

1− = − −

=

βη

Hiệu suất nhiệt của chu trình turbine khí cấp nhiệt đẳng áp tăng khi tỷ số tăng áp β tăng.

Trang 34

45

07/05/2012

2.5.2 NGUYÊN LÝ KHÔNG THUẬN

NGHỊCH VÀ CÁC TỔN THẤT

● Chu trình thực của turbine khí khác với chu trình lý tưởng là các quá

trình xảy ra trong máy nén và trong turbine là quá trình không thuận

nghịch, đồng thời có tổn thất áp suất trong quá trình cháy và trong buồng

đốt

● Thông thường tổn thất áp suất do ma sát là rất nhỏ so với tổn thất

không thuận nghịch trong máy nén và trong turbine nên có thể bỏ qua

1 2

i i

4 3

−

=η

47

07/05/2012

2.5.3 CHU TRÌNH TURBINE KHÍ CÓ HỒI NHIỆT

● Đây là chu trình sử dụng lượng nhiệt thải của turbine khí để sấy

nóng không khí trước khi cấp vào buồng đốt

Sơ đồ nguyên lý turbine khí có hồi nhiệt

A – máy nén khí; B – Thiết bị hồi nhiệt; C – Buồng đốt; D – Turbine khí

48

07/05/2012

2.5.3 CHU TRÌNH TURBINE KHÍ CÓ HỒI NHIỆT

► Chu trình hồi nhiệt lý tưởng có đặc điểm:

● Nhiệt độ T4= Tx

● Nhiệt cấp cho chu trình: q1= cp(T3– Tx)

● Công sinh ra của turbine: lT= i3– i4= ∆i = cp(T3– T4)

● Công tiêu hao của máy nén: lC= i2– i1= cp(T2– T1)

● Hiệu suất nhiệt của chu trình:

Trang 35

07/05/2012 CHƯƠNG 3: HƠI NƯỚC 1 07/05/2012 CHƯƠNG 3: HƠI NƯỚC 2

NỘI DUNG

3.1 Tổng quát.

3.2 Quá trình hóa hơi đẳng áp của nước.

3.3 Bảng tra và đồ thị của nước và hơi nước.

3.4 Quá trình nóng chảy và quá trình thăng hoa.

3.5 Cách xác định các thông số trạng thái của nước và hơi.

3.6 Các quá trình nhiệt động cơ bản của nước và hơi.

3.7 Chu trình thiết bị động lực hơi nước

CHƯƠNG 3: HƠI NƯỚC

3.1 Tổng quát.

Trong thực tế sản xuất, hơi đã được dùng làm chất môi giới tải

nhiệt trong nhiều thiết bị nhiệt như: tua bin hơi, máy hơi nước, máy sấy,

sưởi, … hoặc trong các thiết bị làm lạnh

Hơi thường dùng ở áp suất cao, nhiệt độ thấp nên tính chất của nó

khác hẳn so với khí lý tưởng Do đókhi tính toán quá trình nhiệt động

Hơi có thể được hình thành từ vật rắn bằng thăng hoa khi trạng

thái của nó ở dưới điểm 3 thể hoặc có thể được hình thành từ chất lỏng

bằng hóa hơi khi trạng thái của nó ở trên điểm 3 thể

Ngược với hiện tượng thăng hoa và hóa hơi là quá trình hơi

ngưng kết thành thể rắn hoặc ngưng tụ thành thể lỏng Tất cả các hiện

tượng trên gọi là biến đổi pha

Khi thăng hoa hoặc hóahơi chất môi giới nhận nhiệt, nhiệt chuyển pha này gọi là nhiệtthăng hoa hoặc nhiệt hóa hơi,Khi ngưng kết hoặcngưng tụ, chất môi giới nhả nhiệt

Nhiệt lượng nhả ra khingưng kết hoặc ngưng tụ có trị số tuyệt đối bằng với nhiệt thănghoa hoặc nhiệt hóa hơi

Biểu diễn trạng thái của nước

3.1 TỔNG QUÁT

Trang 36

07/05/2012 CHƯƠNG 3: HƠI NƯỚC 5

Sự chuyển pha của nước

3.1 TỔNG QUÁT

Hóa hơi là quá trình chuyển từ lỏng thành hơivà thực hiện ở áp suất lớnhơn áp suất của điểm 3 thể, có thể thựchiện bằng cách bay hơi hay sôi

Bay hơilà sựhóa hơichỉ xảy ra

trên bề mặt thoáng của chất lỏng ở ápsuất và nhiệt độ nào đó, cường độ bay hơiphụ thuộc vào bản chất của chất lỏng, vào

áp suất và nhiệt độ

Sôilà quá trìnhhóa hơi không chỉ trên bề mặt thoáng mà còn xảy ra trong thể tích của chất lỏng Sôi xảy ra ở nhiệt

độ sôi hay nhiệt độ bão hòa ứng với ápsuất đã cho

3.2 QUÁ TRÌNH HÓA HƠI ĐẲNG ÁP CỦA NƯỚC

Quá trình hóa hơi từ thể lỏng sang thể hơi của các chất khác nhau có đặc điểm giống nhau, nên ta chỉ xét quá trình hóa hơi của nước Từ kết quả thu được ta

có thể suy ra đặc điểm quá trình hóa hơi của các chất lỏng khác

Giả sử có 1 kg nước trong xy lanh ở nhiệt độ ban đầu t0, trên bề

mặt nước ta đặt một pittông có khối lượng không đổi, nên trọng lực của

pittông cũng không đổi và vì pittông có tiết diện không đổi nên áp suất

của nó gây ra đối với nước cũng không đổi Nếu ta cấp nhiệt cho nước,

quá trình hóa hơi đẳng áp p = const sẽ xảy ra

t

q O

độ của nước phụ thuộc

vào lượng nhiệt cung

cấp (đây không phải là

đồ thị trạng thái vì q

không phải là thông

số trạng thái)

Trang 37

07/05/2012 CHƯƠNG 3: HƠI NƯỚC 9

-Đoạn OA: biểu diễn quá trình đốt nóng nước từ nhiệt độ ban đầu t0

đến nhiệt độ sôi ts Trong quá trình này nhiệt độ tăng lên khi lượng nhiệt cung

cấp tăng Nước ở nhiệt độ ban đầu t0< ts gọi lànước chưa sôi

-Nước ở trạng thái điểm A gọi là nước sôicó t = ts, các thông số của

nước sôi kí hiệu là:i’, s’, u’, v’, …

-Đoạn AC: biểu diễn quá trình sôi, ở đây nhiệt độ tA= tC= ts= const

mặc dù vẫn cấp nhiệt cho nước.Nhiệt lượng cấp cho nướctrong đoạn này chỉ

để biến nước đổi pha gọi lànhiệt hóa hơi, kí hiệu là r (kJ/ kg)

Hơi ở điểm C gọi là hơi bão hòa khô, các thông số của hơi bão hòa khô

kí hiệu là:i”, s”, u”, v”, …

Hơi tại điểm Bhay một điểm bất kì trên đoạn AC là hỗn hợp giữa nước

sôi và hơi bão hòa khô, và được gọi làhơi bão hòa ẩm, các thông số của hơi

bão hòa ẩm kí hiệu là:i x , s x , u x , v x , …

Để xác định trạng thái của hơi bão hòa ẩm ta cần một thông số nữa gọi là độ khô, ký hiệu là x (hay độ ẩm y = 1 – x)

Độ khô x là tỷ số giữa lượng hơi bão hòa khô Gh và lượng hơi ẩm Gx

n h h x

h

G G

G x

+

=

=Trong đó: Gn: là khối lượng nước sôi trong hơi ẩm (kg)

Gh: là khối lượng hơi bão hòa khô trong hơi ẩm (kg)Với nước sôi ta có x = 0, với hơi bão hòa khô ta có x = 1 nên với hơi bão hòa ẩm ta có: 0 < x < 1

Hơi bão hòa lỏnglà hơi bão hòalẫnnhững giọt lỏng

Hơi bão hòa khôlà hơi bão hòakhông lẫnnhững giọt lỏng

Hơi tại điểm D gọi là hơi quá nhiệt, hơi quá nhiệt có nhiệt độ lớnhơn nhiệt độ sôi, tD> ts(ở cùng áp suất) Trong đoạn CD, khi nhận nhiệt thì nhiệt độ của hơi lại tăng lên

(3.1)

Trên đồ thị p-v (hoặc T-s)

vùng bên trái đường giới hạn dưới(x = 0) làvùng chất lỏng chưa sôi,

vùng giữa hai đường giớ́i hạn(x = 0 và x = 1) làvùng hơi bão hòa ẩm

vùng bên phải đường giới hạn trên(x = 1) làvùng hơi quá nhiệt.

Nhiệt lượng cần cấp cho nước sôi từ nhiệt độ ̣thường t0(entanpi i0) đến nhiệt độ quá nhiệt tD(entanpi i) là:

qn – nhiệt lượng cần đốt nóng nước từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độsôi ts:

cpn– nhiệt dung riêng đẳng áp của nước

r – nhiệt (ẩn) hóa hơi:

qh– nhiệt cần đốt nóng hơi bão hòa khô thành hơi quá nhiệt

cph– nhiệt dung riêng đẳng áp của hơi quá nhiệt

qn = i’ – i0 hay q = cpn(ts– t0) (3.3)

qh= i – i’ hoặc qh= cph(t – ts) (3.5)

Trang 38

07/05/2012 CHƯƠNG 3: HƠI NƯỚC 13

3.3.1 Bảng hơi nước:

1 Bảng nước sôi và hơi bão hòa khô:

Các ký hiệu của thông số:v’, s’, i’thể hiện môi chất ở trạng thái lỏng sôi

Các ký hiệu của thông số:v’’, s’’, i’’thể hiện môi chất ở trạng thái hơi bão

hòa khô

Bảng nước sôi và hơi nước bão hòa khô (theo nhiệt độ)

3.3 BẢNG TRA VÀ ĐỒ THỊ CỦA NƯỚC VÀ HƠI NƯỚC

1 Bảng nước sôi và hơi bão hòa khô:

Các ký hiệu của thông số: v’, s’, i’ thể hiện môi chất ở trạng thái lỏng sôi

Các ký hiệu của thông số: v’’, s’’, i’’ thể hiện môi chất ở trạng thái hơi bãohòa khô

Bảng nước sôi và hơi nước bão hòa khô ((theo áp suất)

3.3 BẢNG TRA VÀ ĐỒ THỊ CỦA NƯỚC VÀ HƠI NƯỚC

2 Bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt:

Cặp thông số áp suất và nhiệt độ là điều kiện để xác định trạng thái của

nước và hơi nước

+ Nếu giá trị nhiệt độ đã cho nhỏ hơn nhiệt độ sôi tương ứng với áp suất

đang khảo sát thì đó là trạng thái nước chưa sôi,

+ Nếu nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ sôi thì đó là hơi quá nhiệt

độ chính xác caonhưngnhược điểm là việc tính toán dài và phức tạp

Để đơn giản việc tính toán và với độ chính xác cho phép chúng ta có thểdùng các

đồ thị của hơi.Với hơi nước ta có thể dùng đồ thị T-s hoặc thuận tiệnhơn là đồ thị i-s, với các môi chất lạnh có thể dùng đồ thịlogp - i, …

3.3.2 Đồ thị hơi nước:

Trang 39

07/05/2012 CHƯƠNG 3: HƠI NƯỚC 17

Ở trường hợp này các đường đẳng

áp cũng chia làm 3 đoạn, đoạn đầu

và đoạn cuối có xu hướng giống

như các đường đẳng áp trên đồ thị

T – s của khí lý tưởng, đoạn giữa

nằm ngang vì áp suất và nhiệt độ là

một cặp thông số phụ thuộc nhau

Cần lưu ý,trong vùng lỏng

chưa sôi thì đường đẳng áp gần

1 Đồ̀ thị T-s của hơi nước

Đồ thị i-s của hơi nước

1 Đồ thị i-s của hơi nước

►Trong vùng hơi bão hoà ẩm, các đường đẳng nhiệt và đẳng áp cũng trùng với nhau và là những đường nằmnghiêng hướng dần lên phía trên

►Khi áp suất càng lớn thì độ dốc của các đường đẳng áp càng tăng

► Ở vùng hơi quá nhiệt các đường đẳng áp có dạng hình logarit

► Các đường đẳng nhiệt là những đường cong lồi lên trên Càng tiến đến điểm tới hạn K thì các đường đẳng nhiệt có xu hướng càng dốc hơn

►Ở vùng ứng với pha lỏng thì các đường đẳng áp rất sát nhau va ̀hầunhư trùng với đường x = 0

3.4 QUÁ TRÌNH NÓNG CHẢY VÀ QUÁ TRÌNH THĂNG HOA

1 Đồ̀ thị i-s của hơi nước

Trong điều kiện cụ thể khí thực

tồn tại ở các trạng thái: rắn lỏng, hơi Ba

trạng thái này gọi là các pha

A là điểm 3 thể hay là điểm 3 pha, tại

đây vật chất có thể tồn tại ở 3 pha: rắn

lỏng, hơi

C là điểm tới hạn

DA biểu diễn quá trình chuyển từ pha rắn

sang hơi gọi là sự thăng hoa và ngược lại

là sự ngưng kết

AB là quá trình chuyển từ pha rắn sang lỏng gọi là sự nóng chảy, ngược lại là

gọi là sự đông đặc

AC là quá trình chuyển từ lỏng sang hơi gọi là sự hóa hơi và ngược lại là là sự

ngưng tụ Hóa hơi môi chất nhận nhiệt và ngưng tụ môi chất nhả nhiệt

3.5 CÁCH XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA NƯỚC VÀ HƠI NƯỚC

3.5.1 Xác định thông số trạng thái của hơi bão hòa ẩm.

Đối với hơi bão hòa ẩm, người ta không lập bảng trạng thái mà xácđịnh trạng thái của nó trên cơ sở độ khô và các thông số trạng thái của nước sôi

và hơi bão hòa khô như sau :

Nội năng không có trong các bảng và đồ thị Nội năng được xác địnhtheo enthalpy bằng công thức sau :

u = i – pv

vx= (1 – x )v’ + x.v’’ = v’ + x(v”-v’) (3.7)

ix= (1 – x )i’ + x i’’ = i’ + x(i”-i’) (3.8)

ux = (1 – x )u’ + x u’’ = u’ + x(u”-u’) (3.9)

sx = ( 1 – x ) s’ + x s’’ = s’ + x(s”-s’) (3.10)

Độ biến thiên nội năng: ∆u = u2– u1= (i2– p2v2) – (i1– p1v1) (3.11)

Trang 40

07/05/2012 CHƯƠNG 3: HƠI NƯỚC 21

3.5.1 Xác định thông số trạng thái của hơi bão hòa ẩm.

Độ khô của hơi bão hoà ẩm được tính như sau:

n h

h x

x x

x

G G

G s

s

s s i i

i i v v

v v

"

''

"

''

"

'

φ φ

(3.12)Khi ta biết thông số trạng thái Ф ở áp suất (hoặc nhiệt độ) nào đó

nhưng chưa biết rõ tên gọi đúng của trạng thái đó, lúc đó, cần phải tra bảng

nước và hơi nước trên đường bảo hòa theo áp suất (hoặc nhiệt độ) của trạng thái

đang khảo sát để xác định Ф’ và Ф’’

- Nếu t < ts’ thì trạng thái đó là lỏng chưa sôi

- Nếu t = ts’ thì trạng thái đó lỏng sôi

- Nếu 0’ < x < 1’thì trạng thái đó là hơi bão hoà ẩm

- Nếu x = 1 thì trạng thái đó là hơi bão hoà khô

- Nếu t > ts’ thì trạng thái đó là hơi quá nhiệt

3.5.2 Xác định các thông số trạng thái của nước chưa sôi và hơi quá nhiệt.

◙ Với nước chưa sôi và hơi quá nhiệt ta cần phải biết hai thông số độc lập

◙ Thông thường người ta chọn hai thông số là áp suất và nhiệt độ

◙ Do đó dựa vào hai thông số này, tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệttrong phần phụ lục ta sẽ được các thông số thể tích riêng, entanpi và entrôpi củahơi nước

◙ Còn nội năng ta sẽ tính từ công thức của entanpi (u = i - pv)

3.6 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA NƯỚC VÀ HƠI NƯỚC

Để khảo sát một quá trình nào đó, ta thường phải tiến hành các bước sau:

◙ Xác định điểm biểu diễn trạng thái đầu của quá trình trên đồ thị

tương ứng

◙ Từ đặc điểm của quá trình và một số thông số trạng thái ban đầu đã

biết của điểm cuối ta sẽ xác định điểm biểu diễn trạng thái cuối

◙ Kết hợp giữa bảng và đồ thị ta sẽ xác định được các thông số trạng

thái cần thiết

◙ Qua đó tính được lượng nhiệt và công trao đổi giữa chất môi giới và

môi trường

3.6 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH

QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	3,37 MB