intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 4: Energy Analysis of Closed System

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST
Báo xấu
47
lượt xem 6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 4: Energy Analysis of Closed System. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Bảo toàn năng lượng cho hệ kín, định luật nhiệt động 1 cho hệ kín. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 4: Energy Analysis of Closed System

  1. 3/26/2018 School of Mechanical Engineering VIỆN CƠ KHÍ Chapter 4: Energy Analysis of Closed System - Bảo toàn năng lượng cho hệ kín - Định luật nhiệt động 1 cho hệ kín CONTENTS  Công thay đổi thể tích (Moving boundary work) - Ứng dụng cho các máy có chuyển động tịnh tiến (reciprocating machines) như động cơ đốt trong, máy nén khí;  Tính công giãn nở cho các quá trình, chu trình, đồ thị công;  Cân bằng năng lượng đối với hệ kín;  Nội năng, enthalpy, nhiệt dung riêng của khí lý tưởng (hệ kín);  Nội năng, enthalpy, nhiệt dung riêng của chất lỏng, chất rắn. 1
  2. 3/26/2018 Closed systems  Không có trao đổi môi chất với môi trường; Ví dụ: Piston-Cylinder trong các đ/cơ đốt trong: - Giả thiết quá trình nạp khí sạch/thải khí cháy triệt tiêu nhau về khối lượng: mass(in) = air + fuel = mass(out) = exhaust gas. - Quá trình cháy được thay bằng quá trình cấp nhiệt (Qin ); - Quá trình thải được thay bằng quá trình thải nhiệt (Qout ). 4.1. Công thay đổi thể tích  Piston-Cylinder:  Áp suất P;  Diện tích A;  Piston dịch chuyển ds.  Công tạo ra:  =  = . .  = .   Nhận xét:  Dấu phụ thuộc vào dV, dV dương (giãn nở) thì công dương; dV âm (nén) thì công âm;  Phổ biến ở các thiết bị piston-cylinder (internal combustion engines, displacement compressors, …) 2
  3. 3/26/2018 Công giãn nở - đồ thị công  Quá trình giãn nở (expansion) 1-2;  Công giãn nở:  =  → 
  4. =    Nhận xét:  Công thay đổi thể tích chính là diện tích phía dưới đường quá trình trên đồ thị P-V.  Đồ thì P-V được gọi là đồ thị công. Work –function of path  Quá trình giãn nở từ state 1 – state 2, theo các đường A, B, C.  Nhận xét:  Diện tích phía dưới đường quá trình phụ thuộc đường đi:    >    >     Công là hàm của quá trình.  Công chỉ phát sinh khi hệ thống diễn ra quá trình bằng cách trao đổi với môi trường qua biên hệ.  Khi V tăng, quá trình giãn nở (expansion), Công dương (sinh công);  Khi V giám, quá trình nén (compression), Công âm (tiêu thụ công). 3
  5. 3/26/2018 Work of cycle  Hệ kín thực hiện chu trình:  =    =      = !  !  !  !  Nhận xét:  Các hệ luôn hoạt động theo chu trình.  Công có ích theo chu trình Vận dụng: Động cơ đốt trong, - W sinh ra ở đâu (chi tiết nào)? - W chu trình có được sử dụng có ích cả không. Nếu không mất mát cho những gì? Công quá trình: Constant-Volume  Đẳng tích, V = const: ! = "  = 0  Nhận xét:  Quá trình đẳng tích không sinh công.  Nhiệt cấp vào hay nhả ra chỉ làm thay đổi nội năng. 4
  6. 3/26/2018 Công quá trình: Constant-Pressure  Áp suất không đổi: P2 = P1 = P0  Nhận xét: Nhiệt lượng cấp vào làm hệ giãn nở, sinh công qua biên hệ. Quá trình đẳng nhiệt (Isothermal)  Nhiệt độ không đổi: T2 = T1 = T0  Với khí lý tưởng: (C = const) 5
  7. 3/26/2018 Công QT đa biến (Polytropic)  Là quá trình có chỉ số nén đa biến (n) có thể thay đổi.   = $ = %&'(.  Công quá trình:  Với KLT: Quá trình đa biến  Nhận xét:  Khi n = 1:  = $ → Quá trình đẳng nhiệt.  Khi n = 0:  ) = %&'( →  = %&'( (Đẳng áp).  Khi n = k:  * = %&'(, quá trình đoạn nhiệt.  Khi n = ∞: quá trình đẳng tích. 6
  8. 3/26/2018 4.2. Cân bằng năng lượng hệ kín  Phương trình cân bằng năng lượng tổng quát:  3 dạng truyền năng lượng:  Dạng nhiệt (Heat);  Dạng công (Work);  Khi có trao đổi chất (Mass flow).  Với hệ kín: Không có trao đổi mass. Hệ kín thực hiện chu trình  Hệ kín:  Hệ kín thực hiện Cycle:  first state ≡ final state;  +đầ. = +.ố0 → ∆+  0.  Cân bằng năng lượng hệ kín: 20  2. 3 40  .5 = 0 → 2,0  ,.  Nhận xét: Trong hệ kín làm việc theo chu trình, công sinh ra bằng lượng nhiệt thực nhận. 7
  9. 3/26/2018 Hệ kín – Nhà máy nhiệt điện  Hãy viết PT cân bằng năng lượng? Hệ kín – Điều hòa không khí  Hãy viết PT cân bằng năng lượng? 8
  10. 3/26/2018 Cân bằng năng lượng hệ kín (ĐL 1) 4.3. Specific Heat (heat capacity)  Định nghĩa: Là năng lượng (nhiệt) cần cung cấp để làm tăng một đơn vị (khối lượng/thể tích/mol) vật chất lên một độ.  Đơn vị:  kJ/(kg 0C) or kJ/(kg K)  cal/(g 0C) or cal/(g K)  Btu/(lbm 0F) or Btu/(lbm R)  Công thức chung: ∆E = mC∆T 18 9
  11. 3/26/2018 NDR đẳng tích, đẳng áp: Cv, Cp Cv năng lượng cần cấp để nhiệt độ của một đơn vị vật chất tăng lên 1 độ khi thể tích của hệ không đổi. (Constant volume). Cp năng lượng cần cấp để nhiệt độ của một đơn vị vật chất tăng lên 1 độ khi áp suất của hệ không đổi. (Constant Cp > Cv pressure) 19 Ý nghĩa toán học của Cv Hệ thống đẳng tích. Cấp nhiệt để T1 đến T2. E=U+KE +PE ∆Ε = ∆U dΕ = dU dE= mCvdT  ∂u  du = CvdT Cv =    ∂T  v 20 10
  12. 3/26/2018 Biểu diễn toán học của Cp  ∂h  Cp =    ∂T  p h (enthalpy) bao gồm nội năng (u) và công thay đổi thể tích-system boundary khi P = constant). h = u + Pv 21 Quan sát Cp luôn lớn hơn Cv. Cần nhiều năng lượng hơn để nung nóng vật chất khi P = const do phải tốn thêm năng lượng làm dịch chuyển biên hệ (giãn nở). Như vậy năng lượng (nhiệt) được cấp (trừ hệ đẳng tích) được dùng để: Tăng nội năng (u); Thực hiện công thay đổi thể tích. 22 11
  13. 3/26/2018 Nhận xét  Cv và Cp được biểu diễn qua các thông số u, h, T – là các thông số trạng thái. Vì vậy Cv và Cp cũng là các thông số trạng thái.  Vì Cv và Cp là các thông số trạng thái nên chúng độc lập với quá trình.  ∂u   ∂h  Cv =   Cp =    ∂T  v  ∂T  p 23 Xác định NDR  TABLE A-2: Bảng nhiệt dung riêng của KLT:  Table A-2a: NDR ở 300K;  Table A-2b: NDR ở các nhiệt độ khác nhau;  Table A-2c: NDR phụ thuộc vào nhiệt độ: Cp = a + bT + cT2 + dT3 24 12
  14. 3/26/2018 Tính nhiệt: Method 1 Sử dụng công thức: 2 2 ∆h =  C p dT =  (a + bT + cT 2 + dT 3 )dT 1 1 ∆h = aT + ( ) ( b T22 − T12 c T23 − T13 d T24 − T14 + + ) ( ) 2 3 4 Quá phức tạp!! Chỉ sử dụng khi cần độ chính xác cao!! 25 Tính nhiệt: Method 2  Tra bảng u, h theo nhiệt độ (các tích phân này đã được tính sẵn và lập bảng):  Table A-17 cho không khí;  Các bảng A-18 đến A-23 cho các KLT khác. T T u − uo =  C v dT h − ho =  C p dT T 0 =0 T0 = 0 26 13
  15. 3/26/2018 Tính nhiệt: Method 3  Sử dụng NDR trung bình:  NDR của các chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ và là các hàm liên tục;  Có thể tuyến tính hóa các hàm này trong các khoảng nhiệt độ nhất định (không quá lớn – có thể đến vài trăm độ) 27 Method 3  NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ:  Tav = (T1+T2)/2  u2-u1=Cv,av(T2-T1)  h2-h1=Cp,av(T2-T1) 28 14
  16. 3/26/2018 Cv và Cp đối với KLT $  $! = 7 $ =8 $! R là gì? k là gì? 29 4.4. Nội năng, enthalpy của KLT  Với KLT, Nội năng và Enthalpy là hàm của nhiệt độ 9 = 9 : ; 9 = $! : ℎ = ℎ : ; ℎ = $ : Tính theo NDR thực: (tra bảng Table A-2c) Tính theo NDR trung bình: 15
  17. 3/26/2018 4.5. Nội năng, Enthalpy của liquids, solids  Với chất rắn, lỏng, thể tích riêng hầu như không thay đổi trong một quá trình cụ thể.  Không phân biệt Cv và Cp của các chất không chịu nén (rắn, lỏng). NDR của chúng được ký hiệu là C. Cp = Cv = C 31 Internal energy of Solids and Liquids du = CV dT = CdT ∆u = C∆T = C ( T2 − T1 ) 32 16
  18. 3/26/2018 Enthalpy of Solids h = u + Pv dv = 0 với các chất không dh = du + Pdv + vdP chịu nén (lỏng, rắn) 0 ∆h = ∆u + v∆P = C∆T + v∆P Rất nhỏ ∆h = ∆u ≅ Cavg ∆T với solids 33 Enthalpy of Liquids ∆ h = ∆ u + v ∆ P = C ∆ T + v∆ P Có 2 trường hợp: Constant pressure process, ∆P = 0 ∆h = ∆u ≅ Cavg ∆T Constant temperature process, ∆T = 0 ∆h ≅ v∆P 34 17
  19. 3/26/2018 Summary  Hệ kín; Công thay đổi thể tích trong hệ kín và ứng dụng trong kỹ thuật;  Hệ kín thực hiện chu trình; Công chu trình;  Bảo toàn năng lượng của hệ kín (Phương trình ĐL nhiệt động 1 cho hệ kín);  Nhiệt dung riêng, Nội năng, Enthalpy của KLT, chất lỏng, chất rắn. Homework  Làm bài tập đợt 2 (các chương 3, 4);  Tuần sau giải đáp;  Tuần tiếp theo nộp. 18
  20. 3/26/2018 Thank you for attention! 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0