Bài giảng Kỹ thuật nhiệt: Chương 2 - Ngô Phi Mạnh

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 2: Các định luật nhiệt động và các quá trình nhiệt động cơ bản cung cấp cho người học các kiến thức: Định luật nhiệt động, các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

CÁC ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ

CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN

CHƯƠNG 2:

1 Phát biểu:

a Nội dung: Khi cấp cho HNĐ một nhiệt lượng  một

phần sinh công + một phần làm biến thiên nội năng của hệ.

(The change in internal energy of a system is equal to the heat added to the

system minus the work done by the system)

2 Các dạng biểu thức của định luật NĐ 1

a Viết theo ĐN:

+ Viết cho G kg môi chất: Q = L + ΔU

+ Viết cho 1 kg môi chất: q = l + Δu

+ Dạng vi phân: q = pdv + du = l + du

q = - vdv + di = lkt + di

b Định luật 1 viết cho hệ kín và hệ hở:

Đối với KLT, biểu thức sau đây đều được viết chung cho cả

hệ kín và hệ hở.

q = du + l = di + l kt

1 Cơ sở lý thuyết:

Để khảo sát quá trình nhiệt động ta dựa trên:

+ Đặc điểm quá trình (đẳng nhiệt, đẳng áp )

+ Phương trình trạng thái KLT

+ Phương trình định luật 1

2 Các bước khảo sát:

B1 : Tìm biểu thức đặc trưng cho quá trình

B2 : Dựa vào PT trạng thái => mối qhệ giữa các thông số: p, t, v

B3 : Tính Δu, Δi, l, lkt, q, Δs

B4 : Biểu diễn trên đồ thị P-v và T-s

B5 : Tính hệ số biến đổi năng lượng

3 Khảo sát quá trình Đẳng tích:

4 Kháo sát quá trình Đẳng áp:

5 Khảo sát quá trình Đẳng nhiệt:

=> Sinh viên tự soạn theo các bước

đã hướng dẫn

6 Khảo sát quá trình Đoạn nhiệt

a ĐN: là quá trình nhiệt động xảy ra trong điều kiện môi chất

không trao đổi nhiệt với môi trường

k

kp

p v

v

1

1

2 2

2

1 1

1

.

.

T R v

p

T R v

p





6 Khảo sát quá trình Đoạn nhiệt

c Quan hệ giữa các thông số trạng thái:

k k

p

P k

v

v T

T

1

1 2 1

2

1 1

v p

2

2.2 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT

6 Khảo sát quá trình Đoạn nhiệt

d Tính toán các thông số:

• Tính Δu và Δi

- Biến thiên nội năng:

- Biến thiên Entanpi:

Tính cho 1 kg môi chất:Δu = Cv.(T2 – T1) [J/kg]

Tính cho G[kg] môi chất:Δ U=G.Δu = G.Cv.(T2 – T1) [J]

Tính cho 1 kg môi chất:Δi = Cp.(T2 – T1) [J/kg]

Tính cho G[kg] môi chất:Δ I=G.Δi = G.Cp.(T2 – T1) [J]

2.2 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT

6 Khảo sát quá trình đoạn nhiệt

p k

1

T

T T

R k

v p l

• Tính công kỹ thuật:

lkt = k.l ?????

2.2 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT

6 Khảo sát quá trình đoạn nhiệt

Đồ thị p-v; T-s của quá trình đoạn nhiệt

•Hệ số biến đổi năng lượng:    

q u



7 Khảo sát quá trình Đa biến

a ĐN: là quá trình nhiệt động xảy ra trong điều kiện nhiệt dung

riêng của quá trình không đổi

=>

n dv

P

dP v

; 1

2

2 1

n v

v p

p const

p v

1

2 2

7 Khảo sát quá trình Đa biến

c Quan hệ giữa các thông số trạng thái:

n n

p

P n

v

v T

T RT

v p RT

v

p

1

1 2 1

2

1 1

2 2

2 2

; 1 1

2.2 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT

7 Khảo sát quá trình Đa biến

d Tính toán các thông số:

• Tính Δu và Δi

- Nhận xét: Đối với khí lý tưởng, vì nội năng u và entanpi i là các hàm trạng thái nên biến thiên của chúng Δu và Δi chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của quá trình mà không phụ thuộc vào đường đi.

Công thức tính Δu và Δi được tính cho các quá trình của KLT:

- Biến thiên nội năng:

- Biến thiên Entanpi:

Tính cho 1 kg môi chất:Δu = Cv.(T2 – T1) [J/kg]

Tính cho G[kg] môi chất:Δ U=G.Δu = G.Cv.(T2 – T1) [J]

Tính cho 1 kg môi chất:Δi = Cp.(T2 – T1) [J/kg]

Tính cho G[kg] môi chất:Δ I=G.Δi = G.Cp.(T2 – T1) [J]

2.2 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT

7 Khảo sát quá trình Đa biến

d Tính toán các thông số:

• Tính nhiệt dung riêng Cn:

Đối với quá trình đa biến, do Cn phụ thuộc vào hệ số đa biến n nên cần phải xác định:

Ta có:

v n

P n

C C

C

C n

n

C

C n

C n

Cn v

2.2 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT

7 Khảo sát quá trình Đa biến

n

v

v

P P

v P v

1 1

v

ndv v

v

P l

1

1

v P v

P n

T

R l

Or:

2.2 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT

3 Khảo sát quá trình Đa biến

ln

ln

v v P

ln

ln 1

v v T

2.2 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT

7 Khảo sát quá trình Đa biến

d Tính toán các thông số:

• Tính biến thiên entropi:

T

dT C

1 T T

n

k n C

T T

C q

2.2 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT

7 Khảo sát quá trình Đa biến

f Biểu diễn quá trình đa biến trên đồ thị:

2.2 Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT

7 Khảo sát quá trình Đa biến

f Biểu diễn quá trình đa biến trên đồ thị:

n

= 1

n = 1

pv = const

n = k

n = k

p

v k =

con st

p

dT/d

s = T/Cv

- Chu trình không thuận nghịch:

b Chu trình thuận nghịch thuận chiều:

chất nhận nhiệt q1 của nguồn nóng, nhả nhiệt q2

cho nguồn lạnh và sinh công l

2.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II

1 Các loại chu trình:

b Chu trình thuận nghịch thuận chiều:

- Hiệu suất của chu trình:

2 1

1

q

q q

q q

2.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II

1 Các loại chu trình:

c Chu trình thuận nghịch ngược chiều:

- Định nghĩa: chu trình cĩ mơi chất nhận nhiệt q2 của nguồn lạnh, nhả

nhiệt q1 cho nguồn nĩng nhưng tiêu tốn cơng l

Truyền nhiệt vào

Truyền nhiệt ra

Dàn lạnh Dàn nóng

q q

2.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II

1 Các loại chu trình:

d Chu trình Carnot thuận chiều:

Chu trình có 2 quá trình đoạn nhiệt

và đẳng nhiệt tiến hành xen kẽ nhau,

thực hiện giữa 2 nguồn nhiệt T1 và T2

không đổi và T1 > T2

- Hiệu suất:

1

2 1

q q

q

lc

+ η c Carnot cao nhất so với tất cả các chu trình khác cùng nguồn nóng và lạnh.

2.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II

2 Phát biểu và ý nghĩa của ĐL NĐ II:

a Phát biểu:

có nhiệt độ cao hơn Muốn thực hiện được điều này thì cần phải tốn một năng lượng bên ngoài.

thành công, mà luôn phải mất một lượng nhiệt thải cho

nguồn lạnh.

b Ý nghĩa:

kiện xảy ra quá trình biến đổi nhiệt thành công và ngược lại.

trình truyền nhiệt và mức độ xảy ra của các quá trình.

Bài Tập cuối chương

1 Cho 2 kg không khí có nhiệt độ ban đầu là t1 = 300C, thể tích V1 = 1500 lít, tiến hành quá trình nén đa biến với n = 1,2 đến áp suất p2 = 10bar Hãy:

a Tính nhiệt độ không khí sau khi nén

b Xác định ∆U, ∆I, q, l, lkt

2 Một kg không khí được nén đa biến đến thể tích v2 = 0,2.v1, nhiệt độ tăng từ

100C đến 1000C, áp suất ban đầu của không khí p1 = 2bar Xác định áp suất và thể tích cuối, số mũ đa biến, U, I, công nén và nhiệt lượng toả ra

3 Một bình kín có thể tích V = 0,015 m3 chứa không khí ở áp suất đầu p1 = 2 bar, nhiệt độ t1 = 300C Cung cấp cho không khí trong bình một lượng nhiệt 16

kJ Xác định nhiệt độ cuối, áp suất cuối quá trình và lượng biến đổi entropi của không khí (lấy  = 29)

4 1 kg không khí có áp suất đầu p1 = 1 at, thể tích v1 = 0,8 m3/kg nhận một lượng nhiệt 100kcal/kg trong điều kiện áp suất không đổi Xác định nhiệt độ đầu và cuối, thể tích cuối quá trình, công thay đổi thể tích