Giáo trình kỹ thuật nhiệt - Chương 1

Tài liệu “Kỹ thuật nhiệt” được biên soạn theo chương trình môn học đã được duyệt nhằm cung cấp cho học sinh, sinh viên ngành kỹ thuật, sinh viên trường chuyên ngành lạnh các trường đại học và

Kỹ Thuật Nhiệt

• Mã môn học: 074001

• Tên tiếng Anh: Thermo Engineering

• Số tín chỉ: 02

• Thời khóa biểu:

Thứ Sáu – Tiết 6,7 – Phòng B.205

Thứ Sáu – Tiết 8,9 – Phòng B.209

• Giảng viên: Th.S Trần Vũ Hải Đăng

• Cellphone No.: 0909.89.35.39

• Email: haidangtranvu@gmail.com

• Forum: http://kdongtau.forumotion.com

Giáo Trình

Học liệu bắt buộc:

• [1] Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú, 2009 “Cơ sở kỹ thuật nhiệt”,

NXB Giáo Dục.

• [2] Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú, 2009 “Bài tập Cơ sở kỹ thuật

nhiệt” NXB Giáo Dục.

Học liệu tham khảo:

• [3] Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng, 1999 “Nhiệt kỹ thuật”, NXB

Giáo Dục.

• [4] Bùi Hải, Hoàng Ngọc Đồng, 1999 “Bài tập kỹ thuật nhiệt”,

NXB Khoa học & Kỹ thuật.

PHẦN 1

NHIỆT ĐỘNG

KỸ THUẬT

Chương 1:

Những khái niệm cơ bản &

Phương trình trạng thái của

môi chất ở thể khí

1.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ NHIỆT

• Thiết bị Nhiệt:

- Động cơ nhiệt

- Máy lạnh / Bơm nhiệt

Động cơ Nhiệt

• Máy hơi, động cơ đốt trong, Tuabin hơi, Tuabin

khí, động cơ phản lực, tên lửa,

• Biến nhiệt năng thành cơ năng hoặc điện năng

• Nguyên lý: môi chất nhận nhiệt từ nguồn nóng,

chuyển hóa 1 phần nhiệt năng thành cơ năng và

nhả phần nhiệt còn lại cho nguồn lạnh rồi tiếp tục

1 chu trình mới

• Nguồn nóng: buồng đốt, phản ứng hạt nhân, bức

xạ nhiệt, địa nhiệt,

• Nguồn lạnh: không khí và nước trong môi trường

Bơm nhiệt / Máy lạnh

• Nguyên lý: Môi chất nhận nhiệt từ nguồn lạnh,

đem nhiệt lượng đó cùng với phần năng lượng

do bên ngoài hỗ trợ truyền cho nguồn nóng

• Năng lượng bên ngoài: Cơ năng, Điện năng,

Nhiệt năng,

Một số khái niệm và định nghĩa

• Hệ thống nhiệt: tập hợp những đối tượng được

tách ra để nghiên cứu các hiện tượng về nhiệt Có

thể chia thành hệ thống kín, hệ thống hở, hệ thống

cô lập, hệ thống đoạn nhiệt,

• Nguồn nhiệt: những vật trao đổi nhiệt với môi

chất Nguồn có nhiệt độ cao là nguồn nóng, nguồn

có nhiệt độ thấp hơn là nguồn lạnh

• Môi chất: chất mà thiết bị dùng để truyền tải và

chuyển hóa nhiệt năng với các dạng năng lượng

khác Thường dùng môi chất ở pha hơi (khí) vì có

khả năng co dãn rất lớn

1.2 SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI &

CHUYỂN PHA CỦA ĐƠN CHẤT

• Các quá trình:

- Nóng chảy và đông đặc

- Hóa hơi và ngưng tụ

- Thăng hoa và ngưng kết

• Các trạng thái:

- Nước sôi (nước bão hòa)

- Hơi bão hòa khô

- Hơi bão hòa ẩm

- Nước chưa sôi

- Hơi quá nhiệt

- Khí lý tưởng và khí thực

1.3 THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT

• 3 thông số trạng thái cơ bản trong nhiệt kỹ

thuật:

- Nhiệt độ

- Áp suất

- Thể tích riêng / Khối lượng riêng

• Ngoài ra còn các thông số như nội năng,

Entanpi, Entrôpi, Execgi

Nhiệt độ & Định luật nhiệt thứ không

• Nhiệt độ biểu thị mức độ nóng / lạnh của môi chất.

• Định luật nhiệt thứ không:

Nếu t 1 = t 3 và t 2 = t 3 thì t 1 = t 2

• Thang nhiệt độ bách phân Celcius (t o C)

• Thang nhiệt độ tuyệt đối:Kelvin (TK), Rankine (T o R),

Fahrenheit (t o F)

• t o C = TK – 273 = 5/9 (t o F – 32) = 5/9 T o R – 273

Áp suất tuyệt đối

• Áp suất tuyệt đối p là lực của môi chất tác

dụng thẳng góc lên một đơn vị diện tích bề mặt

tiếp xúc

• Đơn vị áp suất tuyệt đối thường dùng là N/m2

• Các đơn vị khác: bar, mmHg, mmH2O, atm

• 1Pa=1N/m2=1/9,81 mmH2O =1/133,32 mmHg

=10-5bar

• 1 atm = 760 mmHg

Áp suất tuyệt đối

• p = pk+ pd (p lớn hơn áp suất khí trời)

• p = pk- pck (p nhỏ hơn áp suất khí trời)

Trong đó:

p : áp suất tuyệt đối

pk: áp suất khí trời

pd: áp suất dư

pck: áp suất chân không

Nội năng

• Là tổng của nội động năng và nội thế năng

• Ký hiệu: U (đối với Gkg), u (đối với 1kg)

• Đơn vị:

1kJ = 0,239 kcal = 277,78.10-6 kWh

= 0,948 BTU = 0,527 CHU

Entanpi

• Đối với 1 kg môi chất: i = u + p.v

• Đối với G kg môi chất: I = G.i = U + p.V

• Là thông số trạng thái đặc trưng cho quá trình

nhận / thải nhiệt

• Ký hiệu: s

• Đơn vị: thường là kJ

Execgi

• Là năng lượng có ích tối đa mà môi chất có thể nhận

được để tiến đến trạng thái cân bằng với môi trường

bên ngoài.

• Ký hiệu: e

• e = (i – i0) – T0(s – s0)

i: entanpi ở trạng thái cần xác định

i0: entanpi ở trạng thái cân bằng

T0: Nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái cân bằng

s : entrôpi ở trạng thái cần xác định

s0: entrôpi ở trạng thái cân bằng

1.4 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT

• Định luật pha của Gibbs:

V = C + 2 – P

V: số thông số độc lập tối thiểu cần thiết để

xác định một trạng thái

C: số thành phần trong hệ

P: số pha cùng tồn tại trong hệ

• Ví dụ: Số thông số tối thiểu cần biết để xác định trạng thái của

môi chất đơn 1 pha là: V = C + 2 – P = 1 + 2 – 1 = 2

Phương trình trạng thái của khí lý tưởng

• pV = GRT

p – áp suất tuyệt đối (N/m2)

T – nhiệt độ tuyệt đối (K)

V – thể tích của môi chất (m3)

G – khối lượng môi chất (kg)

R – hằng số chất khí = 8314/μ (μ là phân tử

lượng của môi chất)

Home Works

• 1, 2, 3, 4 trang 152 – sách Cơ sở Kỹ thuật

Nhiệt

• Toàn bộ 20 bài tập Chương 1 – sách Bài tập cơ

sở kỹ thuật Nhiệt

• Đọc trước Chương 2 – Định luật nhiệt thứ nhất

& Các quá trình nhiệt cơ bản của môi chất ở

pha khí