Bài giảng Kỹ thuật nhiệt: Chương 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CN NHIỆT – ĐIỆN LẠNH

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT NHIỆT

Đà Nẵng 2018

Thông tin liên lạc

Họ và tên: Ngô Phi Mạnh Địa chỉ email: manhnguyen4188@gmail.com

Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh Tầng 2, khu A, phòng A216.

Nội dung

Môn học chia làm 2 phần lớn:

1. Nhi

ệt động học (NĐH): 14 giờ

2. Truy

ền nhiệt (TN): 16 giờ

Hình thức đánh giá

20%

Điểm danh, BT lớn

30%

Kiểm tra giữa kỳ (30 câu TN)

50%

Thi cuối kỳ (30 câu TN)

Tài liệu tham khảo

1. Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt, Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú

2. Bài

tập Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt, Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú

3. Nhiệt

Kỹ thuật, PGS.TS. Nguyễn Bốn, PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng

4. Kỹ thuật nhiệt, PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng, TS Thái Ngọc Sơn.

5. Fundamentals of thermal

-fluid science, Y. A. Çengel

Tài liệu tham khảo

KỸ THUẬT NHIỆT

Phần 1 Nhiệt động học

CHƯƠNG 1:

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN



. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

1.1.1 ◦

Đối tượng:  Nghiên

cứu các qui luật biến đổi năng lượng (Nhiệt-công)

Nhà máy nhiệt điện, động cơ đốt trong,…

 = max

Nhiệt

Công

Đối tượng nghiên cứu

 =  max

Máy lạnh

✓ Phương pháp nghiên cứu:

Lý thuyết, thực nghiệm và kết hợp.

1.1.2. Hệ nhiệt động (HNĐ)

a. Môi chất: Chất trung gian để thực hiện quá trình biến đổi Công ⇒ Nhiệt hoặc ngược lại. Ví dụ: nước, ga lạnh, khói nóng, dầu truyền nhiệt…

b. Định nghĩa Hệ nhiệt động (HNĐ):

Tập hợp các vật thể hay không gian có liên hệ với nhau về cơ nhiệt => HNĐ.

c. Phân loại HNĐ: + Hệ kín

+ Hệ hở

Hệ cô lập

Hệ đoạn nhiệt

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN



1.1.3. Trạng thái và thông số trạng thái của 1 HNĐ

1. Trạng thái:

 Tập hợp các thông số xác định tính chất vật lý của 1 HNĐ tại

một thời điểm t nào đó.

2. Các thông số trạng thái cơ bản

a. Áp suất tuyệt đối:

 Các thông số trạng thái cơ bản: p, t, v  Các hàm trạng thái: u, i, s.

Áp suất tuyệt đối p

Lực mà môi chất (chất khí hay chất lỏng) tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích tiếp xúc. Đơn vị: Pa ( Pascal); N/m2

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Áp suất dư

Áp suất chân không

Áp suất khí quyển

Kí hiệu: pk

Nếu p< pk: pck = pk – p Dụng cụ đo: Chân không kế

Nếu p> pk: pd = p-pk Trong thực tế các thiết bị đo áp suất đều thể hiện áp suất này

pk = 760mmHg ( áp suất khí quyển chuẩn) Thay đổi theo độ cao, điều kiện thời tiết Dụng cụ đo: Baromet

1 bar = 105 Pa = 105 N/m2

1 atm =101,3 kPa =1,013 bar

1 at = 9,807.104 Pa = 0,981 bar

760mmHg = 1 atm = 101,3 kPa = 10,3 mH2O 1 psi = 6894.76 N/m2

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Áp suất khí quyển tại những độ cao khác nhau

Nguồn: https://www.engineeringtoolbox.com/standard-atmosphere-d_604.html

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Áp suất khí quyển và nhiệt độ kk tại những độ cao khác nhau

Nguồn: NASA (1976)

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

b. Nhiệt độ tuyệt đối (T) - Nhiệt độ T = f(tốc độ chuyển động tịnh tiến

của các phân tử và

nguyên tử).

Trong đó : T - Nhiệt độ tuyệt đối của vật, K

m - Khối lượng phân tử, kg

- Vtốc ch.động tịnh tiến trung bình của p.tử k - Hằng số Boltzmann, k = 1,3805.10-23, J/K

Thang đo nhiệt độ: + Bách phân: t [0C] + Kenvin: T [K] + Thang nhiệt độ Farenheit: tF[0 F]

Mối liên hệ: T = t +

 

273,15 tF = 1,8.t +32

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

c. Thể tích riêng và khối lượng riêng - Thể tích riêng: là thể tích của 1kg khối lượng vật chất

, [m3/kg]

Trong đó: G - khối lượng vật, [kg]

V - thể tích vật, [m3]

- Khối lượng riêng: là đại lượng nghịch đảo của thể tích

riêng

, [kg/m3]

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

d. Nội năng (hàm trạng thái)

- ĐN: Toàn bộ các dạng năng lượng bên trong của vật (nội

năng, nội hóa năng, năng lượng nguyên tử…).

- Trong nhiệt động học:

Nội năng = Nội nhiệt năng = Nội động năng + Nội thế năng

U = Ud + Ut = f(T, v)

Đối với khí lí tưởng: Ut = 0 => U = Ud = f (T)

du = Cv.dT =>

Δu = Cv(T2 –

Cv – Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

i = u + pv

e. Entanpi, i - ĐN: - Đối với KLT:

di = d(u+pv) di = du + d(pv) = CvdT + RdT

di = Cp.dT =>

Δi = Cp(T2 – T1)

ds = q/T

f. Entropi, s - ĐN:

Trong đó: Cp – Nhiệt dung riêng đẳng áp

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN



. Quá trình và chu trình nhiệt động

1.1.4 1. Quá trình nhiệt động:

+ Quá trình thuận nghịch. + Quá trình không thuận nghịch.

2. Chu trình nhiệt động

- ĐN: Là sự thay đổi liên tục của một hay nhiều thông số trạng thái từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối. Phân loại:

Là một quá trình có trạng thái đầu và trạng thái cuối trùng nhau

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN



1.1.5

. Nhiệt và Công (hàm quá trình)

Nhiệt, q [kJ/kg]:

- ĐN: Quá trình truyền nội năng giữa 2 vật có nhiệt độ khác nhau - Kí hiệu: - Qui ước:  Q (J) và q (J/kg) q > 0 ➠ Nhận nhiệt q < 0 ➠ Nhả nhiệt

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN



. Nhiệt và Công

1.1.5 2. Công, l [kJ/kg]

- ĐN: Đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi NL giữa MC và môi

  trường khi có chuyển động. Kí hiệu: Qui ước:

L (J) và l (J/kg) l > 0 ➠ hệ sinh công l < 0 ➠ hệ nhận công

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN



. Nhiệt và Công

1.1.5 3. Phân loại a. Công giãn nở:

b. Công kỹ thuật:

1.2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KLT

1. Khí lý tưởng (KLT) và khí thực

các phân tử = 0. Ngược lại, là khí thực.

- ĐN: khí có thể tích bản thân các phân tử bé và lực tương tác giữa

2, O2, N2… là KLT

- Ở điều kiện bình thường có thể xem các khí H

2. Phương trình trạng thái khí lý tưởng (Claperon) a. Viết cho 1kmol khí

p.Vμ = Rμ.T

Trong đó:

p - Áp suất tuyệt đối của môi chất, [N/m2] T - Nhiệt độ tuyệt đối, [k] Vμ - Thể tích của 1 kmol khí, [m3/kmol] Rμ = 8314 J/kmol độ - Hằng số phổ biến với mọi chất khí

1.2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KLT

b. Viết cho 1kg khí

p.v = R.T

Trong đó:

T - Nhiệt độ tuyệt đối, [K] v - Thể tích riêng của chất khí, [m3/kg]

- Hằng số của chất khí, [J/kg.độ]

R =

μ – khối lượng phân tử của chất khi [kg/kmol]

c. Viết cho G kg khí, thể tích V (m3)

p.V = G.R.T

1.3. Nhiệt dung riêng của chất khí

1. Nhiệt dung riêng

a. Định nghĩa: là nhiệt lượng  tăng nhiệt độ của một đơn vị đo lường

vật chất lên 1 độ trong một quá trình nhiệt động.

C = f(bản chất, T, p)

b. Phân loại:



Nhiệt dung riêng khối lượng



Nhiệt dung riêng thể tích:



Nhiệt dung riêng mol:

 Theo đơn vị đo:

G, V, M là khối lượng [kg], thể tích tiêu chuẩn [m3], khối lượng mol [kg/kmol]



NDR Khối lượng đẳng áp C

p, [J/kg.độ]



NDR Khối lượng đẳng tích C

v, [J/kg.độ]

 Theo quá trình:

 



là NDR trong một khoảng nhiệt độ nào đó.

: Theo nhiệt độ NDR thực : là NDR tại một nhiệt độ nào đó. NDR trung bình :

1.3. Nhiệt dung riêng của chất khí

2. Quan hệ giữa Cp, Cv và cách tính

p và Cv:

b. ➢ ➢

a. Quan hệ giữa C

Đối với khí lý tưởng ta có: Cp – Cv = R (*) (**) Cp/Cv = k Cách tính Cv và Cp: Cách Cách

1: tính theo công thức trên 2: Theo bảng sau:

BÀI TẬP THỰC HÀNH

1. Intravenous infusions are usually driven by gravity by hanging the fluid bottle at sufficient height to counteract the blood pressure in the vein and to force the fluid into the body. The higher the bottle is raised, the higher the flow rate of the fluid will be. (a) If it is observed that the fluid and the blood pressures balance each other when the bottle is 1.2 m above the arm level, determine the gage pressure of the blood. (b) If the gage pressure of the fluid at the arm level needs to be 20 kPa for sufficient flow rate, determine how high the bottle must be placed. Take the density of the fluid to be 1020 kg/m3 . 2. The basic barometer can be used to measure the height of a building. If the barometric readings at the top and at the bottom of a building are 730 and 755 mmHg, respectively, determine the height of the building. Assume an average air density of 1.18 kg/m 3

Năng lượng nguyên tử nuclear power

When a uranium-235 atom absorbs a neutron and splits during a fission process, it produces a cesium-140 atom, a rubidium-93 atom, 3 neutrons, and 3,2 .1011J of energy. In practical terms, the complete fission of 1 kg of uranium-235 releases 6,73 .1010 kJ of heat, which is more than the heat released when 3000 tons of coal are burned.

0,1 kg U-235[kJ]

EXAMPLE 2–1 A Car Powered by Nuclear Fuel An average car consumes about 5 L of gasoline a day, and the capacity of the fuel tank of a car is about 50 L. Therefore, a car needs to be refueled once every 10 days. Also, the density of gasoline ranges from 0.68 to 0.78 kg/L choose 0.75 kg/L, and its lower heating value is about 44,000 kJ/kg (that is, 44,000 kJ of heat is re leased when 1 kg of gasoline is completely burned). Suppose all the problems associated with the radioactivity and waste disposal of nuclear fuels are re solved, and a car is to be powered by U-235. If a new car comes equipped with 0.1-kg of the nuclear fuel U-235, determine if this car will ever need refueling under average driving conditions Solution: 1) 2) 3) 4)

Calculate the mass flow a day Amount of heat energy consume a day [kJ/day] Amount of heat energy release from 3/2 [day refuel] Proportion between

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt: Chương 1 - Ngô Phi Mạnh