Bài giảng Nhiệt kỹ thuật

BÀI 1: TRẠNG THÁI CHẤT KHÍ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Hiểu được một số khái niệm cơ bản về hệ thống nhiệt động học – Hiểu được các thông số trạng thái cơ bản c

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CĐ GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

LÊ ANH TUYẾN

LƯU HÀNH NỘI BỘ- NĂM 2010

GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC

a Vị trí, tính chất môn học

Môn học này được bố trí giảng dạy ở học kỳ 1 của khóa học và có thể bố trí dạy song song với các môn học sau: Ngoại ngữ, Vẽ kỹ thuật, Dung sai lắp ghép và đo lường KT, Vật liệu học

b Mục tiêu của môn học:

Kiến thức chuyên môn

lượng và công của hệ nhiệt động, đặc biệt là quá trình trao đổi nhiệt và sinh công trong chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong

trạng thái, đồ thị của không khí ẩm

Kỹ năng nghề

- Kỹ năng lắng nghe; kỹ năng làm việc nhóm; kỹ năng lập kế hoạch và tổ chức công việc;

- Kỹ năng tìm kiếm, tổng hợp, phân tích và đánh giá thông tin;

- Kỹ năng sử dụng công nghệ thông tin

Thái độ lao động

- Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện công việc

- Thái độ biết lắng nghe, ham học hỏi, hứng thú với công nghệ

- Thái độ cầu tiến, biết tuân thủ nội quy, quy chế của trường, lớp

Các kỹ năng cần thiết khác

Bình tĩnh, tự tin biết kết hợp và làm việc theo nhóm

Nội dung môn học

Chương 1: Trạng thái chất khí

Chương 2: Quá trình nhiệt động của môi chất

Chương 3: Các quá trình cơ bản của khí lý tưởng

Chương 4: Chu trình nhiệt động

Chương 5: Chu trình cấp nhiệt đẳng tích

Chương 6: Chu trình cấp nhiệt đẳng áp

Chương 8: Dòng chảy – Không khí ẩm

Chương 9: Truyền nhiệt

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình Kỹ thuật nhiệt gồm 2 phần: Nhiệt động kỹ thuật và truyền nhiệt

Nhiệt động kỹ thuật giới thiệu về chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới Chất môi giới có vai trò quan trọng trong các quá trình biến hóa năng lượng Nhiệt động kỹ thuật nghiên cứu quy luật biến đổi giữa các dạng năng lượng, mà chủ yếu là giữa nhiệt và công, làm cơ sở để nghiên cứu các chu trình động cơ nhiệt Nhiệt động kỹ thuật giới thiệu các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng, các chu trình sinh công như chu trình động cơ đốt trong và phân tích các giải pháp nâng cao hiệu suất của các động cơ nhiệt

Trong phần truyền nhiệt giáo trình giới thiệu các phương pháp truyền nhiệt trong thực tế như dẫn nhiệt, tỏa nhiệt đối lưu, bức xạ nhiệt Giới thiệu các bài toán truyền nhiệt điển hình trong thực tế Phân tích các phương pháp tăng cường truyền nhiệt trong các thiết bị trao đổi nhiệt

Giáo trình được biên soạn cho đối tượng là sinh viên Cao đẳng ngành Công nghệ Ô tô và cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho học sinh TCCN, CĐN

Nhóm tác giả xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ giảng dạy tại Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM đã đóng góp ý kiến và kinh nghiệm để hoàn thiện giáo trình này

Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc không tránh khỏi khiếm khuyết Nhóm tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng để lần tái bản sau giáo trình được hoàn chỉnh hơn Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM – Số 8 – Nguyễn Ảnh Thủ - P Trung Mỹ Tây – Q12 – TpHCM

Nhóm tác giả

BÀI 1: TRẠNG THÁI CHẤT KHÍ

❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng

– Hiểu được một số khái niệm cơ bản về hệ thống nhiệt động học

– Hiểu được các thông số trạng thái cơ bản của chất khí

– Hiểu và vận dụng các công thức tính toán vào việc giải quyết một số bài tập cụ thể

1.1 KHÁI NIỆM CHẤT KHÍ

1.1.1 Hệ thống nhiệt động

− Hệ thống nhiệt động: là tập hợp các vật thể có liên quan với nhau về cơ năng và nhiệt năng

mà ta đang nghiên cứu bằng phương pháp nhiệt động học

− Môi trường xung quanh: là tập hợp các vật thể không thuộc hệ thống nhiệt động học

− Biên giới: là bề mặt ngăn cách giữa hệ thống nhiệt động học và môi trường xung quanh

Hình 1.1: Hệ thống nhiệt động học

Ví dụ: Ta nghiên cứu các quy luật, tính chất biến đổi năng lượng của khối khí trong xi lanh

động cơ đốt trong (hình 1.1) thì khối khí là hệ thống nhiệt động học, xilanh + piston + không khí bên ngoài là môi trường xung quanh, mặt trong của xilanh và mặt trên của piston là biên giới

Để đơn giản ta gọi hệ thống nhiệt động học là hệ (H)

Các vật thể trong hệ có khả năng trao đổi nhiệt với nhau và với môi trường xung quanh (MTXQ):

+ Các vật cung cấp nhiệt lượng cho hệ gọi là nguồn nóng

+ Các vật nhận nhiệt lượng từ hệ gọi là nguồn lạnh

+ Nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh theo quy ước là không đổi

Phân loại hệ thống nhiệt động học theo mối quan hệ giữa H-MTXQ về trao đổi năng lượng

và vật chất trên hình 1.2, ta có 5 loại hệ như sau:

Hình 1.2: Quan hệ giữa H-MTXQ về trao đổi năng lượng và vật chất

 Hệ kín: là hệ không trao đổi vật chất với môi trường xung quanh

 Hệ hở: là hệ có khả năng trao đổi vật chất với môi trường xung quanh

Q, q < 0 : hệ thải nhiệt ra ngoài môi trường

Nếu: L, l > 0 : hệ dãn nở sinh công

L, l < 0 : hệ nhận công từ bên ngoài

1.1.2 Chất môi giới

Để biến đổi nhiệt năng thành cơ năng ta thường phải dùng một chất trung gian được gọi là chất môi giới hay là môi chất Thông thường, môi chất là chất khí (không khí) hoặc hơi (hơi nước, môi chất làm lạnh)

− Yêu cầu đối với chất môi giới: rẻ tiền, không độc hại, dễ kiếm, có khả năng tích rất lớn khi thay đổi nhiệt độ

− Trạng thái chất môi giới: là thuật ngữ để chỉ tổng hợp tất cả các đặc trưng vật lý của chất môi giới tại một thời điểm xác định

1.2 CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CHẤT MÔI GIỚI

Là các thông số vật lý, đặc trưng cho trạng thái của chất môi giới Thông số trạng thái đo được bao gồm: nhiệt độ t, áp suất p, thể tích riêng v; thông số trạng thái không đo được bao gồm: nội năng u, entalpi i, entropia s

1.2.1 Thông số trạng thái đo được

a) Nhiệt độ:

− Nhiệt độ là thông số đặc trưng biểu thị cho trạng thái của nóng, lạnh của vật

− Các đơn vị đo thường gặp là: 0C (Celcius), 0F (Farenheit), 0K (Kelvin)

− Dụng cụ đo: có 3 loại dụng cụ đo áp suất: manômet, baromet và chân không kế

Lưu ý: Khi đo áp suất bằng chiều cao cột thủy ngân với độ chính xác lớn cần phải quy về

điều kiện nhiệt độ 00C vì có sự thay đổi thể tích của thủy ngân theo nhiệt độ

Công thức quy đổi như sau: 0 0 ( )

h t C : chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t0C

1.2.2 Thông số trạng thái không đo được

phụ thuộc vào quá trình

1.3 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CHẤT KHÍ

1.3.1 Khí thực và khí lý tưởng

− Khí lý tưởng là chất khí không có lực hút giữa các phân tử, thể tích bản thân các phân tử bằng 0 (rất nhỏ, coi như bằng 0), không thay đổi pha, có nhiệt dung riêng không đổi Thực tế không có khí lý tưởng

− Khí thực: không thể bỏ qua lực tương tác giữa các phân tử và thể tích bản thân các phân tử 1.3.2 Phương trình trạng thái khí lý tưởng

8314

J R

Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng pV =GRT, ta có :

Phương trình Vang Dec Van : 2 ( )

CÂU HỎI ÔN TẬP

1) Một bình kín có thể tích 500 lít chứa không khí, áp suất tuyệt đối 2 bar, nhiệt độ 200C Sau khi lấy ra sử dụng một phần, nhiệt độ không thay đổi, độ chân không trong bình bằng 420

khí lấy ra sử dụng?

Đáp số: 0,91 kg

2) Piston chuyển động trong xi lanh chứa khí lý tưởng có áp suất dư ban đầu 0,2 at Khi piston dịch chuyển về phía sau, độ chân không của khí là 600 mmHg Áp suất khí quyển đo

khí tăng lên mấy lần?

Đáp số: V2/V1= 5,16

3) Khí N2 ở điều kiện nhiệt độ 1270C, áp suất dư 2 bar Biết áp suất khí quyển là 1 bar Tính thể tích riêng v?

Đáp số: 0,396 m3/ kg

BÀI 2: QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MƠI CHẤT

❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên cĩ khả năng

– Hiểu được một số khái niệm cơ bản về quá trình nhiệt động

– Hiểu và vận dụng cơng thức tính tốn vào việc giải quyết một số bài tập cụ thể

2.1 KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG:

− Quá trình nhiệt động xảy ra khi cĩ ít nhất 1 thơng số trạng thái thay đổi

− Quá trình cân bằng và quá trình thuận nghịch:

+ Trạng thái cân bằng là một trạng thái cĩ nhiệt độ và áp suất tại mọi chỗ trong tồn bộ thể tích khối khí đều bằng nhau

+ Nếu trong quá trình biến đổi, chất khí đi từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối, qua các trạng thái trung gian đều là những trạng thái cân bằng thì gọi là quá trình cân bằng

+ Muốn thực hiện một quá trình cân bằng thì quá trình phải tiến hành vơ cùng chậm để quá trình khơng cĩ tổn thất do ma sát, xốy, truyền nhiệt, ma sát, khuếch tán Trong thực tế tất cả các quá trình đều khơng cân bằng

+ Nếu trong một quá trình cân bằng AB chất khí lần lượt đi qua các trạng thái trung gian

1, 2, 3,…, n; khi cho tiến hành ngược lại BA chất khí lại trở về đúng trạng thái n, …, 3, 2, 1 và tới trạng thái ban đầu A thì quá trình đĩ gọi là quá trình thuận nghịch

Người ta biểu diễn quá trình trong hệ toạ độ phẳng gọi là các đường quá trình (hình 2.1)

Hình 2.1: Biểu diễn đường quá trình trong hệ tọa độ p-v

2.2 NĂNG LƯỢNG CỦA QUÁ TRÌNH :

Khi xảy ra quá trình nhiệt động thì nội năng thay đổi, đồng thời xuất hiện công và nhiệt Do

đó năng lượng liên quan đến quá trình thể hiện ở biến thiên nội năng, công và nhiệt

2.2.1 Nội năng của chất khí: U KJ  hay u U KJ

G kg

− Đặc trưng cho năng lượng của các nguyên tử và phân tử khí

− Nội năng được biểu diễn dưới 3 dạng: nhiệt năng, hóa năng và năng lượng nguyên tử, phân

tử

− Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích riêng u= f T v( ), , do đó nội năng là một thông

số trạng thái Đối với khí lý tưởng nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ vì v=0

− Nội năng không trực tiếp đo được mà phải xác định qua tính toán Tronh tính toán nhiệt động kỹ thuật, ta chỉ cần tính biến thiên nội năng U(hay u) mà không cần biết giá trị tuyệt đối của nội năng U (hay u) tại một thời điểm xác định

2.2.2 Công dãn nở, công lưu động và công có ích của chất khí:

Xét quá trình dãn nở của công chất trong xilanh của động cơ nhiệt Nếu ta tiến hành cấp

nhiệt vào xilanh thì xilanh sẽ dãn nỡ, pittông sẽ dịch chuyển về phía trái từ v 1 đến v 2

Hình 2.2: Quá trình sinh công trong xilanh của động cơ nhiệt

Xét quãng đường pittông dịch chuyển vô cùng bé ds, thể tích xilanh thay đổi dv, công thực hiện được trên quãng đường ds là:

b) Công lưu động l ( hay l lđ ):

Trên dòng khí lưu động ta xét một khối khí giới hạn bởi tiết diện I và II rất gần nhau Vậy công lưu động là công cần thiết để chuyển lượng khí có thể tích v1, áp suất p1 đến môi trường

có thể tích v2, áp suất p2

Gọi w m s / là lưu tốc bình quân của dòng khí

Công lưu động của dòng khí bằng: dl =(p+dp) (. F+dF) (. w dw+ )−pFw

Triển khai biểu thức trên và bỏ qua các đại lượng vô cùng bé, ta có:

( ) ( ) ( )

l (còn gọi là công kỹ thuật l kt ):

Công có ích là một phần của công dãn nở sau khi đã trừ đi công lưu động Ta có:

Hình 2.3: Biểu diễn công trong hệ tọa độ p-v

2.2.3 Entalpia của chất khí : I =Gi KJ,  hay i KJ

Entalpia thuộc nhóm các thông số trạng thái không đo được

Quy ước: ở điều kiện tiêu chuẩn entalpia i = 0

Entalpia biểu thị năng lượng

Từ định nghĩa của entalpia ta có: i= +u pv

Viết dưới dạng vi phân:

− Là năng lượng nhiệt nhận vào hay thải ra của hệ

− Có thể tính nhiệt lượng theo 2 cách

+ Tính theo nhiệt dung riêng: ,

KJ c

Hình 2.3: Biểu diễn nhiệt lượng trong hệ tọa độ T-s

2.3 Định luật nhiệt động thứ nhất: (Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng)

2.3.1 Phát biểu định luật :

− “Năng lượng không tự nhiên sinh ra, cũng không tự nhiên mất đi mà chỉ biến đổi từ dạng

này sang dạng khác trong các quá trình vật lý và hóa học khác nhau”

− Ngày nay, người ta đã tìm ra nhiều dạng năng lượng khác nhau như: năng lượng điện trường, từ trường, trường hấp dẫn, năng lượng nguyên tử, năng lượng vi hạt… Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng đã xác định mối quan hệ duy nhất giữa tất cả các dạng năng lượng trong quá trình biến hóa của chúng

2.3.2 Phương trình định luật nhiệt động thứ nhất

− Phương trình nhiệt động 1 viết dưới dạng nội năng:

Nội dung của định luật nhiệt động thứ nhất: nhiệt lượng cấp vào chất khí dq trong một quá

trình nào đó làm thay đổi nội năng du và sinh công dl

Vậy nhiệt lượng cấp vào chất khí dq trong một quá trình nào đó làm thay đổi entalpi di và

sinh công kỹ thuật dl

q=  +i l

Viết cho G kg chất khí: ( )' '

Q=  =G q G  +i Gl =  +I L

2.3.3 Một số phát biểu của định luật nhiệt động thứ nhất:

− Nhiệt có thể biến thành công và ngược lại

− Năng lượng hệ nhiệt động cô lập là cố định

− Không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại 1 – là loại động cơ sinh công liên tục nhưng không tiêu tốn bất cứ dạng năng lượng nào

2.4 NHIỆT DUNG RIÊNG

2.4.1 Định nghĩa:

Nhiệt dung riêng của chất khí là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho 1 đơn vị chất khí để làm thay đổi nhiệt độ chất khí 1 độ trong một quá trình nào đó

2.4.2 Phân loại:

a) Phân loại theo đơn vị đo:

KJ c

b) Phân loại theo bản chất quá trình nhận nhiệt:

Dựa vào bản chất của quá trình nhiệt động ta có thể chia nhiệt dung riêng thành:

Nhiệt dung riêng đẳng tích: là nhiệt lượng để cung cấp cho một đơn vị chất khí tăng lên 1

độ trong điều kiện thể tích không đổi

Nhiệt dung riêng đẳng tích có thể phân ra thành: nhiệt dung riêng đẳng tích thể tích c v, nhiệt dung riêng đẳng tích khối lượng c v, nhiệt dung riêng đẳng tích kilomol c v

❖ Nhiệt dung riêng đẳng áp c p

Nhiệt dung riêng đẳng áp: là nhiệt lượng để cung cấp cho một đơn vị chất khí tăng lên 1 độ trong điều kiện áp suất không đổi

Nhiệt dung riêng đẳng áp có thể phân ra thành: nhiệt dung riêng đẳng áp thể tích c p, nhiệt dung riêng đẳng tích khối lượng c p, nhiệt dung riêng đẳng tích kilomol c p

❖ Nhiệt dung riêng trong quá trình đa biến c n

Nhiệt dung riêng đẳng áp: là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị chất khí để

làm thay đổi nhiệt độ chất khí 1 độ trong quá trình đa biến

Chý ý: nhiệt dung riêng đẳng áp bao giờ cũng lớn hơn nhiệt dung riêng đẳng tích, vì trong quá trình đẳng tích nhiệt lượng cấp vào chỉ để làm thay đổi nhiệt độ (nội năng), còn trong quá trình đẳng áp nhiệt lượng cấp vào không những làm thay đổi nhiệt độ mà còn khắc phục lực hút giữa các phân tử và lực cản của môi trường để sinh công

Công thức Mayer thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt dung riêng đẳng áp và nhiệt dung riêng đẳng tích:

v p

v

p

kc c k

R c R

Với k : là hệ số mũ đoạn nhiệt của khí

Đối với khí lý tưởng, nhiệt dung riêng là hằng số, không phụ thuộc nhiệt độ, áp suất và được xác định theo công thức (2.1) hoặc bằng bảng 2.1

Bảng 2.1: Nhiệt dung riêng kmol của chất khí

Loại khí

kmol do

KJ kmol do

Với khí thực nhiệt dung riêng phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ Ở điều kiện bình thường ảnh hưởng của áp suất không đáng kể, nên chỉ tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ: c= f t( )

Do có sự thay đỏi của nhiệt dung riêng theo nhiệt độ nên trong thực tế ta có thêm 2 khái niệm về nhiệt dung riêng : Nhiệt dung riêng thực và nhiệt dung riêng trung bình

a) Nhiệt dung riêng thực:

Với c : là nhiệt dung riêng thực của chất khí

b) Nhiệt dung riêng trung bình:

Nếu cung cấp cho 1 đơn vị chất khí lượng nhiệt q và nhiệt độ chất khí tăng lên từ t 1 đến

1

t t

q c

t t



=

c) Quan hệ giữa nhiệt dung riêng và nhiệt độ:

c=a +a t+a t Gần đúng có thể tính theo hàm bậc nhất: c=a0+a t1

Trong đó: a a0, 0 : nhiệt dung riêng của chất khí ở 00C

1, ,1 2

a a a : hằng số của chất khí, được xác định bằng thực nghiệm

Trong tính toán nếu đòi hỏi độ chính xác không cao và khoảng thay đổi nhiệt không lớn (<1500C), người ta thường bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ, coi c=const

-

CÂU HỎI ÔN TẬP

Hãy xác định nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng lên 2000C Coi nhiệt dung riêng phụ thuộc

Đáp số: 50091N

BÀI 3: CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng

– Phân loại và hiểu được một số quá trình cơ bản của khí lý tưởng

– Hiểu và vận dụng công thức tính toán vào việc giải quyết một số bài tập cụ thể

❖ NỘI DUNG BÀI HỌC:

Ứng với mỗi trạng thái xác định của hệ thì các thông số trạng thái của hệ có một giá trị xác định Khi có sự trao đổi năng lượng giữa hệ với môi trường xung quanh thì trạng thái của hệ

sẽ thay đổi và sẽ có ít nhất một trong các thông số trạng thái thay đổi Tùy theo cách chọn điều kiện tác dụng giữa hệ với môi trường xung quanh mà ta có thể giữ cho một thông số trạng thái

là không đổi Đó là các quá trình: đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt, đoạn nhiệt, đa biến Đây là

các quá trình nhiệt động cơ bản, chúng có ý nghĩa rất lớn đối với việc nghiên cứu tính toán thực tế kỹ thuật

1.1 QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH

− Quá trình đẳng tích là quá trình xảy ra trong điều kiện thể tích không đổi

− Nhiệt lượng tham gia quá trình: q= c v T

− Biến thiên nội năng:  = = u q c T v

q

− Quá trình đẳng tích biểu diễn trên đồ thị p-v là đường thẳng song song với trục tung

− Hệ số góc của đường đẳng tích trên đồ thị T-s : v

v v

dt dt Tdt T tg

dq

ds c dt c T

Hình 3.1: Quá trình đẳng tích trên đồ thị p-v và T-s

3.2 QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP

− Quá trình đẳng áp là quá trình xảy ra trong điều kiện áp suất không đổi

− Nhiệt lượng tham gia quá trình: q= c P T

− Biến thiên nội năng:  = − =  −u q l c p T p v( 2 −v1)=  −  =c p T R T (c p−R) = T c v T

c T c u

 

− Quá trình đẳng áp biểu diễn trên đồ thị p-v là đường thẳng song song với trục hoành

dt dt Tdt T tg

dq

ds c dt c T

Hình 3.2: Quá trình đẳng áp trên đồ thị p-v và T-s

3.3 QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT

− Quá trình đẳng nhiệt là quá trình xảy ra trong điều kiện nhiệt độ không đổi

− Phương trình biểu diễn quá trình: T =const  =p v const

− Mối quan hệ thông số: p v1 1= p v2 2

− Biến thiên nội năng:  =  =u c T v 0

− Biến thiên entalpi:  =  =i c p T 0

− Nhiệt lượng tham gia quá trình:

Vậy nhiệt lượng cấp vào quá trình chỉ để sinh công

− Trên đồ thị T-s quá trình là đoạn thẳng song song với trục hoành

Hình 3.3: Quá trình đẳng nhiệt trên đồ thị p-v và T-s

3.4 QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT

− Quá trình đoạn nhiệt là quá trình mà ở đó chất khí không trao đổi nhiệt với bên ngoài

c

dv dp dv dp

v + p =

Vậy: klnv+lnp= 0 pv k =const - đây là phương trình của quá trình đoạn nhiệt

− Mối quan hệ thông số:

+ Tính p theo v và ngược lại:

− Nhiệt lượng tham gia quá trình: q =0

− Biến thiên nội năng:  = u c T v

− Biến thiên Entalpia:  = i c p T

− Công dãn nở của quá trình:

Theo định luật nhiệt động 1 viết dưới dạng nội năng: q=  +  = −u l l u

Vậy trong quá trình đoạn nhiệt thì công sinh ra trong quá trình dãn nở là do nội năng giảm xuống và khi nén thì nội năng tăng lên

− Công có ích của quá trình:

Theo định luật nhiệt động 1 viết dưới dạng nội năng: q=  +  = −i l l i

Hình 3.4: Quá trình đoạn nhiệt trên đồ thị p-v và T-s

3.5 QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN

− Quá trình đa biến là quá trình có hệ số biến hóa năng lượng  bất kỳ

− Phương trình biểu diễn quá trình:

Nhận xét: Khi 1 n k thì nhiệt dung riêng ( )− , nghĩa là khi đó nhiệt lượng cấp vào trong quá trình khong làm nhiệt độ chất khí tăng lên, mà nhiệt độ chất khí giảm đi

− Mối quan hệ thông số:

+ Tính p theo v và ngược lại:

− Nhiệt lượng tham gia quá trình: q= c T

− Biến thiên nội năng:  = u c T v

− Biến thiên Entalpia:  = i c p T

− Công dãn nở của quá trình:

Theo định luật nhiệt động 1 viết dưới dạng nội năng: q=  +  = − u l l q u

− Công có ích của quá trình:

Theo định luật nhiệt động 1 viết dưới dạng nội năng: q=  +  = − i l l q i

− Ý nghĩa tổng quát của quá trình đa biến:

pv =const, ta có:

+ Khi n= → =0 p const , ta có quá trình đẳng áp

+ Khi n= → =1 T const , ta có quá trình đẳng nhiệt

CÂU HỎI ÔN TẬP

kiện áp suất không đổi Xác định nhiệt độ đầu, cuối và thể tích cuối?

Ghi chú: 1kcal = 4,18kJ Đáp số: t 1 =0 ( 0 C) ; t 2 =416 ( 0 C) ; v 2 =2,02 (m 3 /kg)

cuối p2=10bar Xác định thể tích cuối, công nén và lượng nhiệt thải ra ?

3) 1 kg không khí có áp suất và nhiệt độ ở trạng thái đầu p1=1at, t1=300C Sau khi bị nén đoạn nhiệt, áp suất tăng lên 10 lần Hãy xác định thể tích, nhiệt độ sau khi nén và công nén ?

Đáp số: v 2 =0,171 (m 3 /kg) ; t 2 =312 ( 0 C) ; l nén = -202,3 (kJ/kg) = l kt

4) Cần phải nén một lượng không khí thể tích V1=10m3 từ áp suất p1=0,9bar, nhiệt độ t1=170C đến áp suất p2=7,2bar, V2=1,77m3 Hãy tính số mũ đa biến n, công thay đổi thể tích ?

BÀI 4: CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng

– Hiểu được một số khái niệm cơ bản về chu trình nhiệt động của khí lý tưởng

– Hiểu được một số khái niệm, công thức tính toán cơ bản về chu trình Cacno

– Vận dụng công thức vào việc giải quyết một số bài tập cụ thể

❖ NỘI DUNG BÀI HỌC:

4.1 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

Chu trình nhiệt động gồm một hoặc một số các quá trình nhiệt động xảy ra liên tiếp nhau, sau đó chất môi giới trở về trạng thái ban đầu

Tùy theo chiều diễn biến của chu trình mà người ta chia làm 2 loại:

− Chu trình thuận: có chiều theo chiều quay kim đồng hồ và biến nhiệt thành công Đây là chu trình sinh công (l0)

− Chu trình ngược: có chiều ngược với chiều quay kim đồng hồ và nhận công sinh nhiệt Đây là chu trình tiêu hao công (l 0)

a) b) Hình 4.1: Chu trình thuận chiều (a) và chu trình ngược chiều (b)

4.2 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ 2