Giáo trình Nhiệt kỹ thuật (Nghề Công nghệ ô tô)

5 Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ THễNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MễI CHẤT Mục tiờu: - Phỏt biểu đúng cỏc khỏi niệm và cỏc thụng số trạng thỏi của mụi chất - Giải thớch được cỏc định luật n

1

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH

MÔN HỌC: NHIỆT KỸ THUẬT NGÀNH/NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ ( Áp dụng cho Trình độ Cao đẳng)

LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017

2

LỜI NÓI ĐẦU

Bài giảng Nhiệt kỹ thuật được biên soạn theo chương trình đào tạo Cao đẳng nghề Công nghệ ôtô do Hiệu trưởng trường Cao đẳng Lào Cai ban hành

Bài giảng được biên soạn với nội dung ngắn gọn, dễ hiểu, nhằm trang bị cho người học những kiến thức cơ bản, cần thiết về nhiệt kỹ thuật trong nghành công nghệ ô tô để phục vụ cho việc tiếp thu kỹ thuật chuyên môn, rèn luyện tay nghề để

áp dụng vào sản xuất

Với mong muốn tổng hợp có hệ thống các thông tin tư liệu và những tiêu chuẩn mới nhất về Nhiệt kỹ thuật nhằm xây dựng một tài liệu học tập và nghiên cứu cho học sinh, sinh viên nghề công nghệ ôtô Trong quá trình thực hiện, tác giả

đã cố gắng rất nhiều, song do điều kiện về thời gian nên không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp để bài giảng môn học Nhiệt kỹ thuật ngày càng được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả biên soạn: Tạ Thị Hoàng Thân

3

MỤC LỤC Chương 1: Các khái niệm cơ bản và thông số trạng thái của môi

1 Các khái niệm cơ bản

Chương 2: Môi chất và sự truyền

1 Phương trình trạng thái của khí lý tưởng và khí thực

2.2.2 Trao đổi nhiệt đối lưu

2.2.3 Trao đổi nhiệt bức xạ

3 Khái niệm về sự chuyển pha của các đơn chất

3.1 Khái niệm sự chuyển pha

3.2 Phân loại sự chuyển pha

Chương 3: Các quá trình nhiệt động của môi chất

1 Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng

1.1 Cơ sở lý thuyết để khảo sát một quá trình nhiệt động

1.1.1 Cơ sở để khảo sát

1.1.1 Các quá trình nhiệt động

1.2 Nội dung để khảo sát

1.3 Các quá trình có một thông số bất biến

2 Các quá trình nhiệt động của khí thực

2.1 Ứng dụng của hơi nước

2.2.Quá trình hóa hơi đẳng áp của nước

4

2.3 Bảng đồ thị của hơi nước

2.4 Tính toán các quá trình của hơi nước

3 Các quá trình hỗn hợp của không khí ẩm

3.1 Khái niệm

3.2 Các thông số cơ bản của không khí ẩm

3.3 Quá trình sấy

Chương 4: Chu trình nhiệt động của động cơ

1 Khái niệm, yêu cầu và phân loại chu trình nhiệt động

1.1 Khái niệm

1.2 Yêu cầu

2 Chu trình nhiệt động của một số thiết bị nhiệt

2.1 Chu trình động cơ đốt trong

2.2 Chu trình thiết bị động lực hơi nước

2.3 Chu trình thiết bị làm lạnh dùng máy nén khí

2.4 Chu trình thiết bị làm lạnh dùng hơi

5

Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ THễNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA

MễI CHẤT

Mục tiờu:

- Phỏt biểu đúng cỏc khỏi niệm và cỏc thụng số trạng thỏi của mụi chất

- Giải thớch được cỏc định luật nhiệt động I, định luật nhiệt động II

- Nhận dạng và phõn biệt được cỏc thụng số trạng thỏi của mụi chất, viết được cỏc phương trỡnh định luật nhiệt động

- Tuõn thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực nhiệt kỹ thuật

1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Cỏc khỏi niệm

1.1.1 Nguồn nhiệt: là những vật trao đổi nhiệt với mụi chất; nguồn nhiệt cú nhiệt độ cao hơn gọi là nguồn núng, nguồn nhiệt cú nhiệt độ thấp hơn gọi là nguồn lạnh

1.1.2 Mụi chất: là những chất mà thiết bị dựng để truyền tải và chuyển húa nhiệt năng với cỏc dạng năng lượng khỏc Mụi chất cú thể là vật chất ở bất cứ pha nào, nhưng thường dựng pha hơi (khớ) vỡ nú cú khả năng co dón rất lớn Mụi chất cú thể là đơn chất hoặc hỗn hợp

Yêu cầu kỹ thuật đối với chất môi chất

- Có khả năng sinh công lớn: thể tích thay đổi đáng kể khi nhiệt độ thay đổi

- Có khả năng truyền tải nhiệt năng lớn: Có nhiệt dung riêng lớn

- Rẻ tiền, dễ kiếm, không ăn mòn thiết bị, không độc hại cho ng-ời và thiết bị

- An toàn, không dẽ cháy, dễ nổ

Trong thực tế không có chất nào đáp ứng đủ nhu cầu trên, vì vậy tuỳ theo lĩnh vực áp dụng ng-ời ta chọn ra các chất môi giới trên cơ sở phát huy -u

điểm và hạn chế thấp nhất khuyết điểm

1.1.3 Trạng thỏi: là một tập hợp cỏc thụng số xỏc định tớnh chất vật lý của mụi chất hay hệ ở một thời điểm nào đú Cỏc đại lượng vật lý đú được gọi

6

là thông số trạng thái

1.1.4 Thông số trạng thái: là một đại lượng vật lý có một giá trị duy nhất ở một trạng thái Thông số trạng thái là một hàm đơn trị của trạng thái Nghĩa là độ biến thiên của thông số trạng thái trong quá trình chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối quá trình mà không phụ thuộc vào quá trình (đường đi) đạt đến trạng thái đó

1.1.5 Máy nhiệt: là hệ thống thiết bị dùng để tiến hành quá trình truyền tải, trao đổi và chuyển hóa nhiệt năng, thực hiện sự chuyển hoá giữa nhiệt và công nói chung

Thiết bị nhiệt là những thiết bị trong thực tế ta gặp nhiều như: máy lạnh, máy điều hòa nhiệt độ, các thiết bị sấy, thiết bị chưng cất, thiết bị nhà máy điện … chúng thực hiện việc chuyển hóa nhiệt từ vùng này đến vùng khác hoặc biến nhiệt thành công

1.1.6 Động cơ nhiệt: là các loại máy nhiệt tiêu thụ một nhiệt lượng nào

đó để sản sinh cho chúng ta một cơ năng tương ứng sau đó có thể được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác như điện năng, thế năng

Nguyên lý làm việc của thiết bị nhiệt này là nhận nhiệt năng từ nguồn nhiệt chuyển hóa một phần thành cơ năng, phần còn lại tổn thất ra môi trường bên ngoài

VD: ô tô, xe máy, nhà máy nhiệt điện v.v

Ngày nay người ta cũng đã chế tạo thành công một số động cơ nhiệt đặc biệt đó là những động cơ biến trực tiếp nhiệt năng thành điện năng như: pin nhiệt điện, chu trình pin nhiên liệu, động cơ từ thủy động

1.1.7 Máy lạnh: là loại máy nhiệt sử dụng nhiệt lượng lấy được để làm lạnh một vật nào đó

VD: tủ lạnh, điều hoà nhiệt độ v.v là loại máy lạnh

1.1.8 Bơm nhiệt: là loại máy nhiệt sử dụng nhiệt lượng toả ra nguồn nóng để đốt nóng hoặc sấy, sưởi một vật nào đó

VD: tủ lạnh “hai chiều”: mùa hè làm việc theo chế độ máy lạnh, mùa đông làm việc theo chế độ bơm nhiệt

Máy lạnh và bơm nhiệt là các thiết bị nhiệt có chức năng phạm vi ứng dụng khác nhau nhưng nguyên lý làm việc hoàn toàn giống nhau, nhờ năng lượng hỗ trợ từ bên ngoài nhiệt được đưa từ nơi có nhiệt độ thấp( nguồn

7

lạnh) tới nơi cú nhiệt độ cao( nguồn núng), trờn cơ sở đú duy trỡ nhiệt độ thấp trong mụi trường nhiệt độ cao hơn( đối với thiết bị làm lạnh) hoặc duy trỡ nhiệt độ cao trong mụi trường nhiệt độ thấp hơn(đối với bơm nhiệt)

1.1.9 Quỏ trỡnh nhiệt động: là quỏ trỡnh biến đổi một chuỗi liờn tiếp cỏc trạng thỏi của hệ do cú sự trao đổi nhiệt và cụng với mụi trường

1.1.10 Nước sụi (nước bóo hoà): là nước khi bắt đầu quỏ trỡnh húa hơi hoặc kết thúc ngưng tụ; cũng là phần nước cựng tồn tại với hơi

1.1.11 Hơi bóo hũa khụ: là hơi ở trạng thỏi bắt đầu ngưng tụ hoặc khi vừa húa hơi xong, mà cũng là phần hơi khi hai pha hơi và nước (hoặc là hơi

độ

- Hình thái công đ-ợc thể hiện kèm theo sự dịch chuyển ở dạng vĩ mô(các đại l-ợng vĩ mô là các đại l-ợng có thể cân đo đong đếm đ-ợc, các đại l-ợng vi

Phũng ấm (Td: 300C) Mụi trường (Td: 50C) Kho lạnh (Td: -300C)

Sơ đồ nguyờn lý và chức năng của thiết bị lạnh và bơm nhiệt

sự trao đổi năng l-ợng nh- vậy không suất hiện nhiệt năng)

Khi hai vật tiếp xúc với nhau thì nội năng của vật nóng hơn sẽ truyền sang vật lạnh hơn Quá trình chuyển nội năng từ vật này sang vật khác gọi là quá trình truyền nhiệt Lượng nội năng truyền được trong quá trình đó gọi là nhiệt lượng trao đổi giữa hai vật

+ Kí hiệu: Q (J) nếu tớnh cho Gkg, q (J/kg) nếu tớnh cho 1kg

+ Qui -ớc: - Nhiệt l-ợng do vật nhận đ-ợc (+)

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

ở trạng thái cân bằng động Điều này có ý nghĩa quan trọng khi khảo sát các quá trình và chu trình

lí tưởng

1.2.1.2 Nhiệt dung riêng và cách tính nhiệt

a Nhiệt dung riêng

- Nhiệt dung riêng thực: là nhiệt dung riêng

đ-ợc xác định tại 1 nhiệt độ nào đó

+ Phân loại theo đơn vị l-ợng vật chất

- Nhiệt dung riêng khối l-ợng: Khi đơn vị đo l-ợng môi chất là kg, chúng ta có nhiệt dung riêng khối l-ợng, ký hiệu 𝐶 = 𝐺𝑑𝑇𝑑𝑄 (J/kg)

- Nhiệt dung riêng thể tích: Nếu đơn vị đo l-ợng môi chất là mét khối l-ợng tiêu chuẩn (ký hiệu

là m3 )thì nhiệt dung riêng đ-ợc gọi là nhiệt dung riêng thể tích, ký hiệu là 𝐶′ = 𝑉𝑑𝑇𝑑𝑄 (J/m3 0K)

- Nhiệt dung riêng Kmol: Nếu đơn vị đo khối l-ợng môi chất là kilomol ( kmol ) nhiệt dung riêng

đ-ợc gọi là nhiệt dung riêng kilomol, ký hiệu là

𝐺⁄𝑀 𝐶𝜇 ℎ𝑎𝑦 𝐶 = 𝑉𝑡𝑐 𝐶′ = 1𝜇 𝐶𝜇

Vtc - thể tích riêng của môi chất ở điều kiện tiêu chuẩn vật lý

+ Phân loại theo quá trình:

- Nhiệt dung riêng đẳng áp ( CP): Quá trình nhận nhiệt xẩy ra ở áp suất không đổi, có nhiệt dung riêng đẳng áp:

CP là nhiệt dung riờng khối lượng đẳng ỏp

C'P là nhiệt dung riờng thể tớch đẳng ỏp

CP là nhiệt dung riờng mol đẳng ỏp

- Nhiệt dung riêng đẳng tích ( CV): Quá trình nhận nhiệt xẩy ra ở thể tích không đổi, có nhiệt dung riêng đẳng tích :

CV là nhiệt dung riờng khối lượng đẳng tớch

C'V là nhiệt dung riờng thể tớch đẳng tớch

CV là nhiệt dung riờng mol đẳng tớch

* Đối với khí lý t-ởng áp dụng công thức Mayer

C

tö ) cña chÊt khÝ

Khi cã 1 nguyªn tö: k = 1,6 Khi cã 2 nguyªn tö: k = 1,4 Khi cã 3 nguyªn tö: k = 1,3

b C¸ch tÝnh nhiÖt

+) TÝnh nhiÖt theo nhiÖt dung riªng

Nhiệt lượng Q của chất khí trao đổi với môi trường khi nhiệt độ của nó thay đổi từ t1đến t2 là: Q = G.C.t (J)

Q = Vtc.C'.t (J) Hoặc Q = M C t

12

chất thì một phần năng lượng nhiệt sẽ được chuyển hoá thành cơ năng Lượng chuyển biến đó chính là công của quá trình

Ký hiệu là: l nếu tính cho 1 kg, đơn vị đo là J/kg

L nếu tính cho G kg, đơn vị đo là J

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

Về mặt cơ học, công có trị số bằng tích giữa lực tác dụng với độ dời theo hướng của lực

Trong nhiệt kỹ thuật thường gặp các loại công sau: công thay đổi thể tích; công lưu động (công thay đổi vị trí); công kỹ thuật (công thay đổi áp suất) và công ngoài

Trong nhiệt động kỹ thuật tồn tại các loại công sau: công thay đổi thể tích l (J/kg), công lưu động (thay đổi vị trí) công kỹ thuật lkt (J/kg) và công ngoài ln (J/kg)

a Công thay đổi thể tích l(J/kg):

Công thay đổi thể tích là công do môi chất thực hiện khi có sự thay đổi thể tích của hệ, công này có cả trong hệ kín và hệ hở

13

Khi môi chất giãn nở, v2> v1 hệ sinh một công, theo quy ước, đây là công dương Ngược lại, khi môi chất bị nén, v2< v1 thì hệ nhận từ môi trường một công, theo quy ước, công này là công âm Công thay đổi thể tích là một hàm của quá trình

Với 1kg môi chất, khi tiến hành một quá trình ở áp suất p, thể tích thay đổi một lượng dv, thì môi chất thực hiện một công thay đổi thể tích là:

l (1-2)

Từ công thức (1-1) ta thấy dl và dv cùng dấu

Khi dv > 0 thì dl > 0, nghĩa là khi xẩy ra quá trình mà thể tích tăng thì công có giá trị dương, ta nói môi chất sinh công (công do môi chất thực hiện)

Khi dv < 0 thì dl < 0, nghĩa là khi xẩy ra quá trình mà thể tích giảm thì công có giá trị âm, ta nói môi chất nhận công (công do môi trương thực hiện) Công thay đổi thể tích không phải là thông số trạng thái, được biểu diễn trên

đồ thị p-v thì l12: diÖn tÝch v112v2

b Công kỹ thuật l kt (J/kg):

Công kỹ thuật là công của dòng môi chất chuyển động thực hiện khi áp suất thay đổi, công kỹ thuật chỉ có trong hệ hở Môi chất sinh ra công này thông qua một thiết bị như tua- bin hay máy nén nên gọi là công kỹ thuật Từ định nghĩa có thể thấy, khi dòng môi chất có áp suất giảm, công kỹ thuật sẽ lấy giá trị dương và ngược lại, nếu áp suất tăng công kỹ thuật sẽ âm

Công kỹ thuật cũng là một hàm của quá trình

14

0, nghĩa là ỏp suất p giảm thỡ cụng kỹ thuật dương, ta núi mụi chất sinh cụng

và ngược lại

* Trên đồ thị P - V có lKT12 là diện tích P112P2

c Cụng ngoài l n (J/kg) cũn gọi là ngoại cụng:

Cụng ngoài là cụng trao đổi giữa hệ và mụi trường trong quỏ trỡnh nhiệt động Đõy chớnh là cụng hữu ớch chúng ta nhận được hoặc cụng chúng ta tiờu tốn cho hệ Để cú cụng trao đổi với mụi trường hệ phải thay đổi thể tớch, hoặc thay đổi năng lượng đẩy, hoặc thay đổi động năng, hoặc thay đổi cả ba dạng năng lượng đú:

gdh d

dl dl

dl gdh d

vdp pdv dl

Đối với một chu trỡnh, vỡ dlld = 0 nờn: dln = dlkt = dl (1-8b)

2 Hệ nhiệt động và cỏc thụng số trạng thỏi

2.1 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, còn những vật khác không nằm trong hệ nhiệt động gọi là môi trường xung quanh

Hay hệ nhiệt động là một vật hoặc nhiều vật

đ-ợc tách ra khối các vật khác để nghiên cứu những tính chất nhiệt động của chúng Các vật ngoài hệ gọi là môi tr-ờng

Ranh giới giữa hệ nhiệt động và môi trường có thể là một bề mặt cụ thể, cũng có thể là bề mặt

tưởng tượng do ta qui ước

Ví dụ: khi nghiên cứu quá trình đun nước trong một bình kín thì có thể coi hệ nhiệt động là nước

và hơi trong bình, còn môi trường xung quanh là bình và không khí xung quanh Các vật thể nằm trong

hệ có thể trao đổi nhiệt với nhau và với môi trường xung quanh

Có thể phân hệ nhiệt động thành hệ cô lập và hệ

đoạn nhiệt, hệ kín và hệ hở

+ Hệ kín: là hệ mà trọng tâm của hệ không chuyển động (không có chuyển động vĩ mô) hoặc có chuyển động nh-ng với tốc độ nhỏ mà ta hoàn toàn có

16

thể bỏ qua động năng của nó Khối l-ợng của hệ không đổi và môi chất của hệ không đi qua bề mặt ranh giới giữa hệ và môi tr-ờng

Vớ dụ: Khớ chứa trong một bỡnh kớn

+ Hệ hở: Trọng tâm của hệ có chuyển động(chuyển

động vĩ mô), khối l-ợng của hệ thay đổi và môi chất

đi qua bề mặt ranh giới giữa hệ và môi tr-ờng

Vớ dụ: Hơi vào vào và ra khỏi tuabin trong nhà mỏy điện

Dựa vào định nghĩa trờn đõy cú thể thấy nếu xem tủ lạnh gia đỡnh gồm mỏy nộn, giàn núng, van tiết lưu và giàn lạnh là một hệ nhiệt động thỡ tủ lạnh

là một hệ kớn Ngược lại, nếu chỳng ta tỏch riờng mỏy nộn ra và xem nú là một hệ nhiệt động thỡ mỏy nộn là một hệ hở vỡ mụi chất đi vào và đi ra khỏi mỏy nộn, nghĩa là mụi chất đi qua ranh giới giữa hệ và mụi trường Tương tự như vậy, nếu xem nhà mỏy nhiệt điện gồm lũ hơi, bộ quỏ nhiệt, tua bin, bỡnh ngưng và bơm nước là một hệ thỡ nhà mỏy nhiệt điện là một hệ kớn Trong khi

đú, nếu xem riờng tua- bin hoặc tua- bin và bỡnh ngưng là những hệ nhiệt động thỡ chỳng là những hệ hở

+ Hệ đoạn nhiệt: là mụi chất không trao đổi nhiệt với môi tr-ờng

+ Hệ cô lập: Là hệ mà mụi chất không trao đổi nhiệt

và công với môi tr-ờng

Trong thực tế khụng cú hệ đoạn nhiệt và hệ cụ lập tuyệt đối mà chỉ

cú cỏc hệ đoạn nhiệt và cụ lập gần đúng

Vỡ vậy, khỏi niệm hệ nhiệt động mang tớnh tương đối, phụ thuộc vào quan điểm của người khảo sỏt

17

lại trở về trạng thái ban đầu, giá trị các thông số trạng thái sẽ không đổi Các thông số đó đ-ợc gọi

là thông số trạng thái của môi chất

Hoặc ta có thể định nghĩa thông số trạng thái của môi chất nh- sau: Thông số trạng thái của chất khí nói chung là thông số vật lý đặc tr-ng cho trạng thái của chất khí; nó là hàm đơn trị của trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào tính chất quá trình

Trạng thỏi cõn bằng của hệ đơn chất, một pha được xỏc định khi biết hai thụng số trang thỏi độc lập Trờn đồ thi trạng thỏi, trạng thỏi được biểu diễn bằng một điểm

Chúng ta chỉ xét các trạng thái cân bằng: Đó là những trạng thái trong đó các thông số trạng thái phân bố đồng đều trong toàn bộ hệ thống và cân bằng với môi tr-ờng Khi một trạng thái cân bằng bị phá

vỡ thì các thông số trạng thái sẽ thay đổi để đạt

đến một trạng thái cân bằng mới Các thông số trạng thái có thể đo đếm trực tiếp đ-ợc gọi là thông số trạng thái cơ bản còn các thông số trạng thái khác phải tính toán thông qua các thông số trạng thái cơ bản gọi là hàm trạng thái

* Trong nhiệt động, th ường dùng 3 thông số trạng thái có thể đo đ ược trực tiếp là nhiệt độ T,

áp suất p và thể tích riêng v (hoặc khối l ượng riêng ρ), còn gọi là các thông số trạng thái cơ bản

Ngoài ra, trong tính toán ng ười ta còn dùng các thông số trạng thái khác nh ư: nội năng U, entanpi I

và entrôpi S, các thông số này không đo đ ược trực tiếp mà đ ược tính toán qua các thông số trạng thái cơ bản

2.2.2 Cỏc thụng số trạng thỏi cơ bản

18

2.2.2.1 Thể tớch riờng v (m 3 /kg): thể tớch riờng v là thể tớch của 1kg mụi chất Do đú, Nếu một vật cú G (kg) và thể tớch V (m3) thỡ thể tớch riờng v của nú được xỏc định bởi tỷ số:

G

V

v (1-9) Đại lượng nghịch đảo của thể tớch riờng gọi là khối lượng riờng:

+ Đơn vị đo áp suất tiờu chuẩn là Pascal

1Pa = 1 N/m2 =10-5 bar (barụmet) = 1/0,981 10-5at( atmụtphe ký thuật)

Một chất khớ chứa trong bỡnh kớn cú ỏp suất tuyệt đối là p, nếu ỏp suất

p lớp hơn pk thỡ hiệu giữa chúng gọi là ỏp suất dư pd, nếu ỏp suất p nhỏ hơn

pkthỡ hiệu giữa chúng gọi là độ chõn khụng pck

+ Các loại áp suất: (Đo bằng áp kế)

- áp suất tuyệt đối của khí quyển (Pkt): Baromet

- áp suất d-: Pd = P - Pkt : Manomet

19

- ¸p suÊt ch©n kh«ng: Pck = Pkt - P : Ch©n kh«ng kÕ

2.2.2.3 Nhiệt độ tuyệt đối (T):

Nhiệt độ là một thông số trạng thái biểu thị mức độ nóng lạnh của vật,

nó thể hiện mức độ chuyển động của cá phân tử và nguyên tử

Theo thuyết động học phân tử nhiệt độ của chất khí là đại lượng thống

kê, tỉ lệ thuận với động năng trung bình chuyển động tịnh tiến của các phân

tử:

𝑇 = 𝑚𝜔3𝑘2

T là nhiệt độ tuyệt đối của vật

m khối lượng phân tử

 là vận tốc trung bình chuyển động tịnh tiến của cá phân tử

Nghĩa lad 00C tương ứng với với 273,15 0K

Ngoài ra để đo nhiệt độ người ta còn dùng cá dụng cụ khác như nhiệt

kế thủy ngân, nhiệt kế khí, nhiệt kế điện trở, cặp nhiệt, hỏa quang kế

2.2.2.4 Entropy s (J/kg 0 K): entropy là một thông số trạng thái được phát hiện nhờ toán học

Khi nghiên cứu chu trình nhiệt động Clausius thấy rằng, nếu gọi dq

20

(J/kg) là mật độ dũng nhiệt vụ cựng nhỏ tham gia trong quỏ trỡnh cú nhiệt độ tuyệt đối T (K) nào đú thỡ tớch phõn vũng của tỷ số dq/T cũng bằng khụng:

dq T  0(1-12)

Clausius cho rằng tỷ số dq/T đúng vai trũ là một thụng số trạng thỏi

ễng gọi đú là entropy và kớ hiệu là s với 1kg và S với Gkg Như vậy:

Với Gkg thỡ : dS = G.ds = dQ/T (j/0K

2.2.3 Các hàm trạng thỏi( xem thờm ở GT)

2.2.3.1 Nội năng: ( xem thờm ở GT)

Nội năng là các năng l-ợng bên trong của vật

chất

+ Ký hiệu: U (J), u (J/kg)

+ Nội năng gồm: nội động năng, nội thế năng

Nội động năng do chuyển động của các nguyên tử, phân tử gây ra nên nó phụ thuộc vào nhiệt độ

Nội thế năng do lực tác dụng t-ơng hỗ giữa các phần tử tạo ra nên nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử hay thể tích riêng

Vậy nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích

u = f(T, v)

- Đối với khí lý t-ởng: (cú thể bỏ qua lực tương tỏc giữa cỏc phõn tử nờn nội thế năng bằng 0 do đú nội năng chỉ bao gồm nội động năng và chỉ phụ thuốc vào nhiệt độ nờn nội năng của khớ lý tưởng là hàm đơn trị của nhiệt độ u = f(T)

- Trong mọi quỏ trỡnh biến đổi của khớ lý tưởng nội năng được xỏc định bằng cụng thức :

du = CvdT

21

Cv: nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích

Và u = u2 – u1 = Cv(T2 - T1)

2.2.3.2 Năng lượng đẩy d (J/kg):

Năng lượng đẩy hay thế năng ỏp suất kớ hiệu D (J) hoặc d(J/kg)

Ta biết rằng một dũng mụi chất (khớ hoặc lỏng) chuyển động ngoài động năng và thế năng bờn ngoài cũn 1 năng lượng nữa để giúp khối khớ dịc chuyển đú chớnh là năng lượng đẩy

Năng lượng đẩy của một 1kg mụi chất bằng: d = pv

Vỡ p và v là cỏc thụng số trạng thỏi nờn năng lượng đẩy cũng là một thụng số trạng thỏi Năng lượng đẩy chỉ cú trong hệ hở ( khi dũng khớ chuyển động năng lượng đẩy thay đổi và tạo ra cụng lưu động để đẩy dũng khớ chuyển động), cũn trong hệ kớn trọng tõm của hệ khụng chuyển động nờn năng lượng đẩy d = 0

Biến đổi Entanpi trong quỏ trỡnh được xỏc định bằng biểu thức

di = CpdT (Cp: nhiệt dụng riêng đẳng áp) + Sự biến thiên Entanpi:

i = i2 - i1 = Cp(T2 - T1)

2.2.3.4 Execgi:

22

Trong thực tế tất cả cỏc dạng năng lượng ( trừ nhiệt năng) đều cú thể

biến hoàn toàn thành cụng trong cỏc quỏ trỡnh thuận nghịch Ngược lại nhiệt

năng chỉ cú thể biến đổi một phần thành cụng trong quỏ trỡnh thuận nghịch vỡ

chúng cũn bị giới hạn bởi nhiệt độ mụi trường

Execgi là phần năng l-ợng có thể biến thành công

trong quá trình thuận nghịch Ký hiệu E (J); e (J/kg)

Phần năng lượng khụng thể biến thành cụng được gọi là anecgi Ký

hiệu là A hoặc a

q = e + a trong đó: e: Execgi

- í nghĩa của định luật nhiệt động I : Định luật nhiệt động I cho phộp

ta viết phương trỡnh cõn bằng năng lượng cho một quỏ trỡnh nhiệt động

Là định luật bảo toàn và biến hóa năng l-ợng viết

cho cỏc quỏ trỡnh nhiệt động

Theo định luật bảo toàn và biến húa năng lượng thỡ năng lượng toàn

phần của một vật hay một hệ ở cuối quỏ trỡnh luụn luụn bằng tổng đại số

năng lượng toàn phần ở đầu quỏ trỡnh và toàn bộ năng lượng nhận vào hay

nhả ra trong quỏ trỡnh đú

- Nội dung

- P hát biểu định luật : Nhiệt lượng cấp vào cho hệ một phần dùng để

thay đổi nội năng, một phần dùng để sinh công

- Nhiệt độ thay đổi một lượng dT, tức là nội năng thay đổi một lượng

(p.dv: c«ng thay đổi thể tích) Với G kg môi chất: Q = U + L

* C¸ch 2: V× theo định nghĩa Etanpi i = u + pv

Lấy đạo hàm ta được di = du + d (p.v) hay du = di – pdv – vdp

Với dl = p.dv suy ra dq = di – pdv –vdp + pdv

Hay dq = di –vdp (2)

dq = di + dlkt

(vdp: c«ng kü thuËt)

dq = di +

2

d2

Định luật nhiệt động II cho phép ta xác định trong điều kiện nào thì quá trình sẽ xẩy ra, chiều hướng xẩy ra và mức độ chuyển hoá năng lượng của quá trình Định luật nhiệt động II là tiền đề để xây dựng lý thuyết động cơ nhiệt và thiết bị nhiệt

Theo định luật nhiệt động II thì mọi quá trình tự phát trong tự nhiên đều xẩy ra theo một hướng nhất định Ví dụ nhiệt năng chỉ có thể truyền từ vật có nhiệt độ cao đến vật có nhiệt độ thấp hơn Nếu muốn quá trình xẩy ra ngược lại thì phải tiêu tốn năng lượng, ví dụ muốn tăng áp suất thì phải tiêu tốn công nén hoặc phải cấp nhiệt vào; muốn lấy nhiệt từ vật có nhiệt độ thấp hơn thải ra môi trường xung quanh có nhiệt độ cao hơn (như ở máy lạnh) thì phải tiêu tốn một năng lượng nhất định (tiêu tốn một điện năng chạy động cơ, kéo máy nén)

Định luật nhiệt động II: có hai cách phát biểu

Cách thứ nhất do Thomson-Planck phát biểu: không thể có động cơ nhiệt có khả năng biến toàn bộ nhiệt lượng cấp cho nó thành công mà không

25

mất một phần nhiệt lượng truyền cho các vật khác

Biểu thức: 𝑙 = 𝑞1− |𝑞2| (1-24)

Trong đó: q1-lượng nhiệt nguồn nóng

q2- lượng nhiệt nguồn lạnh

l - công sinh ra

Cách thứ hai do Các - nôt-clausius phát biểu: nhiệt lượng tự nó chỉ có thể truyền từ nơi có nhiệt độ cao tới nơi có nhiệt độ thấp Muốn truyền ngược lại phải tiêu tốn thêm một năng lượng

Biểu thức: 𝑙 = |𝑞1| − 𝑞2 (1-25)

Chương 2 MÔI CHẤT VÀ SỰ TRUYỀN NHIỆT

Mục tiêu:

- Trình bày đúng khái niệm, phương trình trạng thái của khí lý tưởng và khí thực

- Phân biệt được sự truyền nhiệt của môi chất

- Nhận dạng và phân biệt được sự chuyển pha, khí lý tưởng và khí

tử rất nhỏ cú thể bỏ qua, lúc đú cú thể coi là khớ lý tưởng

Trong kỹ thuật ở điều kiện nhiệt độ, ỏp suất bỡnh thường cú thể coi cỏc chất như Hyđr, ễxy, Nitơ, khụng khớ là khớ lý tưởng, hơi nước trong sản phẩm chỏy hoặc trong khụng khớ cũng xem là khớ lý tưởng vỡ phõn ỏp suất của nú rất nhỏ

1.1.2 Ph ương trỡnh trạng thỏi của khớ lý tưởng

1.1.2.1 Ph ương trỡnh

Ph-ơng trình trạng thái của khí lý t-ởng tr-ớc

đây đ-ợc tìm ra từ các định luật thực nghiệm của khí lý t-ởng( định luật Boyle - Mariotte; định luật Gay - Lussac) Ngày nay ph-ơng trình trang thái

27

hay p.V = G.R.T

* Đối với 1kmol chất khớ

+ Khỏi niệm kilomol chất khớ : một kilomol chất khớ nào đú là lượng khớ cú khối lượng bằng  kg- trong đú  là trị số phõn tử lượng của chất khớ

+ Các đặc tính

n i

i 1

P



 = P; Ti = T, Vi = V

G là khối lượng của hỗn hợp

Với 1kg hỗn hợp thì thành phần khối lượng của một chất chính là khối lượng của chất khí đó

- Thµnh phÇn thÓ tÝch: thành phần thể tích của một chất khí trong hỗn hợp là tỷ số giữa phân thể tích chất khí đóVi với thể tích hỗn hợp,

V là thể tích của hỗn hợp, nó là thể tích chung của các chất khí thành phần

- Thµnh phÇn kilomol: thành phần mol của chất khí trong hỗn hợp là tỷ số giữa số kilomol của chất khí đó với số kilomol của hỗn hợp, ký hiệu là ri

29

* Ng-ời ta đã chứng minh thành phần thể tích và

thành phần kilomol là giống nhau

- Khi tính toán hỗn hợp khí áp dụng công thức:

hh =

n i

1.2.2 P hương trỡnh trạng thỏi của khí thực

Đến nay, bằng lý thuyết cũng nh- thực nghiệm

chúng ta ch-a tìm đ-ợc một ph-ơng trình trạng thái

dùng cho mọi khí ở mọi trạng thái mà chỉ tìm đ-ợc

những ph-ơng trình đúng cho một hoặc một nhóm khí ở

những khoảng áp suất và nhiệt độ nhất định

Ph-ơng trình Vander Walls viết vào năm 1893:

cho các khí ở áp suất nhỏ, thể tích lớn

Với mụi chất làm lạnh người ta dựng phương trỡnh Webb- Rubin (𝑝 +𝑇𝑛𝑣(𝑣+𝑏)𝑎 ) (𝑣 − 𝑏) = 𝑅𝑇

30

n: hệ số hiệu chỉnh được xác định theo từng môi chất

2 Khái niệm, phân loại sự truyền nhiệt

t

Dòng nhiệt ứng với diện tích dF có thể viết : dQ = q.dF

Dòng nhiệt ứng với toàn bộ diện tích F : Q = 

F dF

q.

Nếu q = const thì Q = q.F W

2.1.5 Định luật Fourier về dẫn nhiệt

a Định luật: Mật độ dòng nhiệt dẫn qua một đơn vị diện tích trong một

đơn vị thời gian tỉ lệ thuận với Gradt

• Phụ thuộc vào loại vật liệu, cấu trúc của nó, độ ẩm, áp suất và nhiệt

độ, biểu diễn bằng công thức:

1 = 0( 1+ t)

0 : hệ số dẫn nhiệt ở 00C

: hằng số phụ thuộc vào từng loại vật liệu cụ thể được xác định bằng

thực nghiệm

2.2 Phân loại sự truyền nhiệt

Có ba hình thức truyền nhiệt riêng rẽ là: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ; được phân biệt theo phương thức truyền động năng giữa các phân tử thuộc hai vật

2.2.1 Dẫn nhiệt:

Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt năng khi các vật hoặc các phần tử của vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc trực tiếp với nhau Dẫn nhiệt xẩy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các phần của một vật hoặc giữa hai vật tiếp xúc nhau Dẫn nhiệt thuần túy xẩy ra trong hệ gồm các vật rắn có sự tiếp xúc trực tiếp

Dẫn nhiệt là hiện tượng các phân tử vật 1 va chạm (trực tiếp hoặc thông

33

qua các điện tử tự do trong vật) vào các phân tử vật 2 để truền một phần động

năng

2.2.2 Trao đổi nhiệt đối lưu (tỏa nhiệt):

Trao đổi nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi có sự dịch

chuyển khối chất lỏng hoặc chất khí trong không gian từ vùng có nhiệt độ này

đến vùng có nhiệt độ khác

Tỏa nhiệt là hiện tượng các phân tử trên bề mặt vật rắn và chạm vào

các phần tử chuyển động có hướng của một chất lỏng tiếp xúc với nó để trao

đổi động năng Tỏa nhiệt xẩy ra tại vùng chất lỏng hoặc khí tiếp xúc với mặt

vật rắn, là sự kết hợp giữa dẫn nhiệt và đối lưu trong lớp chất lỏng gần bề mặt

tiếp xúc

Tùy theo nguyên nhân gây chuyển động chất lỏng, tỏa nhiệt được phân ra

2 loại:

- Tỏa nhiệt tự nhiên là hiện tượng dẫn nhiệt vào chất lỏng chuyển

động tự nhiên, luôn xảy ra trong trường trọng lực khi nhiệt độ chất lỏng khác

nhiệt độ bề mặt

- Tỏa nhiệt cưỡng bức là hiện tượng dẫn nhiệt vào chất lỏng chuyển

động cưỡng bức do tác dụng của bơm, quạt hoặc máy nén

Cường độ tỏa nhiệt, tỷ lệ thuận với hệ số tỏa nhiệt  [w/m2K], và được

tính theo công thức Newton:

Trong đó ∆t là hiệu số nhiệt độ bề mặt và chất lỏng

2.2.3 Trao đổi nhiệt bằng bức xạ:

Trao đổi nhiệt bức xạ là một dạng trao đổi nhiệt cơ bản không cần có sự

tiếp xúc (khác với đối lưu và dẫn nhiệt) giữa các vật tham gia trao đổi

Trao đổi nhiệt bức xạ là hiện tượng các phân tử vật 1 bức xạ ra các hạt,

truyền đi trong không gian dưới dạng sóng điện từ, mang năng lượng đến

truyền cho các phân tử vật 2

Khác với hai phương thức trên, trao đổi nhiệt bức xạ có thể xẩy ra giữa

hai vật ở cách nhau rất xa, không cần sự tiếp xúc trực tiếp hoặc thông qua môi

trường chất lỏng và khí, và luôn xây ra với sự chuyển hóa giữa năng lượng

nhiệt và năng lượng điện từ Đây là phương thức trao đổi nhiệt giữa các thiên

34

thể trong vũ trụ, chẳng hạn giữa mặt trời và các hành tinh

Trên hình 2.1 minh hoạ các phương thức trao đổi nhiệt

Hình 2.1 Cácphương thức trao đổi nhiệt

a Dẫn nhiệt; b Tỏa nhiệt; c Trao đổi nhiệt bức xạ

Quá trình trao đổi nhiệt thực tế có thể bao gồm 2 hoặc cả 3 phương

thức nói trên, được gọi là quá trình trao đổi nhiệt phức hợp Ví dụ, bề mặt vật

rắn có thể trao đổi nhiệt với chất khí tiếp xúc nó theo phương thức tỏa nhiệt và

trao đổi nhiệt bức xạ

Mọi vật ở mọi nhiệt độ luôn phát ra các lượng tử năng lượng và truyền

đi trong không gian dưới dạng sóng điện từ, có bước sóng  từ 0 đến vô cùng

Theo độ dài bức sóng  từ nhỏ đến lớn, sóng điện từ được chia ra các khoảng

∆ ứng với các tia vũ trụ, tia gama , tia Roentgen hay tia X, tia tử ngoại, tia

ánh sáng, tia hồng ngoại và các tia sóng vô tuyến Thực nghiệm cho thấy, chỉ

các tia ánh sáng và hồng ngoại mới mang năng lượng E đủ lớn để vật có thể

hấp thụ và biến thành nội năng một cách đáng kể, được gọi là tia nhiệt, có

bước sóng  = (0,4  400) 10-6m

Môi trường thuận lợi cho trao đổi nhiệt bức xạ giữa 2 vật là chân không

hoặc khí loãng, ít hấp thụ bức xạ Khác với dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt đối

lưu, trao đổi nhiệt bức xạ có các đặc điểm riêng là:

- Luôn có sự chuyển hóa năng lượng: từ nội năng thành năng lượng

điện từ khi bức xạ và ngược lại khi hấp thụ Không cần sự tiếp xúc trực tiếp

35

hoặc gián tiếp qua môi trường chất trung gian, chỉ cần môi trường truyền sóng điện từ, tốt nhất là chân không

- Có thể thực hiện trên khoảng cách lớn, cỡ khoảng cách giữa các thiên

thể trong khoảng không vũ trụ

3 Khái niệm sự chuyển pha của các đơn chất

3.1 Khái niệm sự chuyển pha

Sự chuyển pha là sự chuyển trạng thái của một chất nào đó từ nhiệt độ t1,

áp suất p1 sang nhiệt độ t2, áp suất p2 thì bắt đầu chuyển từ pha rắn sang pha hơi hay ngược lại; hoặc từ pha rắn sang pha lỏng và ngược lại; hoặc từ pha

pha lỏng sang pha hơi và ngược lại

3.2 Phân loai sự chuyển pha

3.2.1 Phân loai sự chuyển pha theo quá trình

3.2.1.2 Hóa hơi và ngưng tụ

Hóa hơi là quá trình chuyển pha từ lỏng sang pha hơi Khi hóa hơi môi chất nhận nhiệt

Ngưng tụ là quá trình chuyển pha từ hơi sang lỏng Khi đông đặc môi chất nhả nhiệt

Nhiệt lượng cấp cho 1 kg MCCT lỏng hóa hơi hoàn toàn gọi là nhiệt hóa hơi (rhh), nhiệt lượng tỏa ra khi 1 kg MCCT ngưng tụ gọi là nhiệt ngưng tụ (rnt) Nhiệt hóa hơi và nhiệt ngưng tụ có trị số bằng nhau.Ở áp suất khí quyển, nhiệt hóa hơi của nước là 2258 kJ/kg

Tùy theo điều kiện khác nhau, qúa trình hóa hơi được chia ra quá trình bay hơi và quá trình sôi Quá trình bay hơi chỉ tiến hành trên bề mặt thoáng,

36

quá trình sôi tiến hành trong của khối chất lỏng Nhiệt độ mà môi chất tiến hành hóa hơi hoặc ngưng tụ gọi là nhiệt độ bão hòa( hoặc nhiệt độ sôi hay nhiệt độ ngưng tụ), nhiệt độ bão hòa phụ thuộc vào áp suất, nước ởi áp suất khí quyển có nhiệt độ bão hòa( sôi) xấp xỉ 1000C, ở áp suất 0,01bar bằng 6,920C, ở áp suất 200 bar là 365,70C

3.2.1 3.Thăng hoa và ngưng kết

Thăng hoa là quá trình chuyển từ pha rắn sang pha hơi và quá trình ngược lại gọi là ngưng kết Khi thăng hoa môi chất nhận nhiệt và khi ngưng kết môi chất nhả nhiệt

Nhiệt thăng hoa (rth) và nhiệt ngưng kết (rnk) có trị số bằng nhau Ở áp suất p = 0,006 bar, nhiệt thăng hoa của nước bằng 2818 kJ/kg

3.2 2 Phân loai sự chuyển pha theo trạng thái

3.2.2.1 Hiện tượng bay hơi

Hiện tượng bay hơi là hiện tượng chuyển từ thể lỏng sang thể hơi ở những điều kiện bất kỳ Hiện tượng bay hơi của H2O thường xuyên xảy ra trong tự nhiên, nó phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng và nhiệt độ tiến hành quá trình, nhiệt độ càng tăng thì cường độ bay hơi càng mạnh

3.2.2.2 Hiện tượng sôi

Khi nhiệt độ tăng thì cường độ bay hơi tăng đến một nhiệt độ nhất định nào đó phụ thuộc vào áp suất đã cho, hiện tượng bay hơi không chỉ xảy

ra trên bề mặt mà nó xẩy ra trong toàn bộ thể tích chất lỏng, khi đó ta nói chất lỏng sôi Nhiệt độ đó, chất lỏng sôi ở áp suất đã cho gọi là nhiệt độ sôi hoặc nhiệt độ bão hòa, ký hiệu tS

3.2.2.3 Nhiệt ẩn hóa hơi

Nhiệt ẩn hóa hơi là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 1kg nước sôi để

nó hóa hơi hoàn toàn, ký hiệu r KJ/kg

Đặc điểm của quá trình hóa hơi là ở áp suất không đổi thì nhiệt độ t = const = tS, và r bằng hiệu số giữa nhiệt hàm (entanpi) của hơi bão hòa khô và nhiệt hàm của nước sôi Nếu áp suất càng cao thì trị số của r càng nhỏ

3.2.2 4 Hơi bão hòa

Hơi bão hòa là hơi có mật độ tối đa ở nhiệt độ đã cho, mật độ này được đặc trưng bởi áp suất đúng bằng áp suất mà ở đó chất lỏng sôi ở nhiệt độ đã

37

cho và áp suất này cũng được gọi là áp suất bão hòa Ở nhiệt độ nhất định nếu tăng nồng độ hơi nước quá mức tối đa thì lập tức có một lượng hơi nước ngưng tụ thành thể lỏng để đảm bảo áp suất của hơi bão hòa là không đổi

+ Hơi bão hòa khô: là hơi bão hòa không còn lẫn nước sôi, trạng thái của hơi bão hòa khô nằm trên đường giới hạn trên

+ Hơi bão hòa ẩm: là hơi bão hòa còn lẫn nước sôi, trạng thái của hơi bão hòa ẩm nằm trong vùng giới hạn giữa hai đường giới hạn trên và dưới

Để xác định trạng thái của hơi bão hòa ẩm ta phải thêm vào một thông

số đó là độ khô của hơi, ký hiệu là x

Độ khô của hơi là lượng hơi bão hòa khô trong 1kg hơi bão hòa ẩm:

H2O có x = 0 là nước sôi có trạng thái nằm trên đường giới hạn dưới, vì vậy đường giới hạn dưới được ký hiệu là đường x = 0 trên các đồ thị H2O có x

=1 là hơi bão hòa khô có trạng thái nằm trên đường giới hạn trên, vì vậy đường này được ký hiệu là đường x = 1 trên các đồ thị

3.2.2 5 Hơi quá nhiệt

Hơi quá nhiệt là hơi có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ bão hòa ở cùng áp suất, hiệu số giữa nhiệt độ hơi và nhiệt độ bão hòa ở cùng áp suất được gọi là

độ quá nhiệt của hơi, ký hiệu là tqn

tqn = t - tS

38

Chương 3 CÁC QUÁ TRèNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MễI CHẤT

Mục tiờu:

- Phỏt biểu được cỏc khỏi niệm, phõn loại của cỏc quỏ trỡnh nhiệt động cơ bản

- Giải thớch được cỏc quỏ trỡnh nhiệt động cơ bản trong mỏy nộn khớ

- Nhận dạng được quỏ trỡnh nhiệt động trong mỏy nộn khớ và của mụi chất

- Tuõn thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực nhiệt kỹ thuật

Nội dung:

1.Cỏc quỏ trỡnh nhi ệt động cơ bản của khớ lý tưởng

1.1.Cơ sở lý thuyết để khảo sỏt một quỏ trỡnh nhiệt động

1.1.1 Cơ sở để khảo sỏt

Khảo sỏt một quỏ trỡnh nhiệt động là nghiờn cứu những đặc tớnh của quỏ trỡnh, quan hệ giữa cỏc thụng số cơ bản khi trạng thỏi thay đổi, tớnh toỏn độ biến thiờn cỏc thụng số u, i, s, cụng và nhiệt trao đổi trong quỏ trỡnh, biểu diễn cỏc quỏ trỡnh trờn đồ thị p – v; T – s

Để khảo sỏt một quỏ trỡnh nhiệt động của khớ lý tưởng ta dựa trờn những quy luật cơ bản sau đõy:

- Đặc điểm quỏ trỡnh

- Phương trỡnh trạng thỏi

- Phường trỡnh định luật nhiệt động I

Từ đặc điểm quỏ trỡnh, ta xỏc lập được phương trỡnh của quỏ trỡnh Phương trỡnh trạng thỏi cho phộp ta xỏc định quan hệ giữa cỏc thụng số trạng thỏi trong quỏ trỡnh Phương trỡnh định luật nhiệt động I cho phộp ta tớnh toỏn cụng và nhiệt lượng trao đổi giữa khớ lý tưởng với mụi trường và độ biến thiờn u, i và s trong quỏ trỡnh

* Các giả thiết khi nghiên cứu quá trình nhiệt động

+ Môi chất là 1 kg khí lý t-ởng

39

+ Quá trình cân bằng thuận nghịch: Đó là những quá trình chỉ gồm những trạng thái cân bằng, tiến hành theo hai chiều có tính chất nh- nhau, trở về trạng thái ban đầu không làm thay đổi trạng thái bên ngoài( không có tính tổn thất)

- Quá trình cõn bằng là quá trình trong đó môi chất biến đổi qua các trạng thái đều là trạng thái cân bằng

- Trạng thái cân bằng là trạng thái trong đó các thông số trạng thái của hệ thống phân bố đồng

đều trong toàn bộ hệ thống và cân bằng với môi tr-ờng

1.1.2 C ỏc quỏ trỡnh nhiệt động

* Xét quá trình tổng quát đa biến

Quá trình đa biến là một quá trình tổng quát trạng thái thay đổi theo một quy luật bất kỳ

Ph-ơng trình biểu diễn quá trình đa biến

Dựa vào định luật nhiệt động 1

dq = Cv.dT + p.dv

dq = Cp.dT - v.dp Giả sử nhiệt dung riêng của quá trình đa biến

là Cn ta có: dq = CndT

Ta có:

CndT = Cv.dT + p.dv

CndT = Cp.dt - v.dp ( Cn - Cp ).dT = -vdp ( Cn - Cv ).dT = p.dv Chia ph-ơng trình trên cho ph-ơng trình d-ới ta có: