Bài giảng "Nhiệt động - Chương 2: Định luật nhiệt động thứ nhất" cung cấp cho người học các kiến thức: Nhiệt và công, định luật nhiệt động một, quá trình nhiệt động của KLT, quá trình nhiệt động của hơi nước, quá trình nhiệt động của không khí ẩm. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
CH
Ứ Ấ Ậ Ị ƯƠ Ệ NG II Ộ Đ NH LU T NHI T Đ NG TH NH T
ệ II.1. Nhi t và công
ậ ị ệ ộ II.2. Đ nh lu t nhi ộ t đ ng m t
ệ ộ II.3. Quá trình nhi ủ t đ ng c a KLT
ủ ơ ệ ộ t đ ng c a h i
cướ
ẩ II.4. Quá trình nhi n ủ II.5. Quá trình c a không khí m
Ệ II.1. NHI T VÀ CÔNG
ươ ị ệ II.1.1. Ph ng pháp xác đ nh nhi t
ươ ị II.1.2. Ph ng pháp xác đ nh công
ươ ị ệ II.1.1. Ph ng pháp xác đ nh nhi t
ể ị Hình thái th hi n công khi có s ự ể ệ chuy n d ch.
ể ệ ệ ự t khi có s chênh
Hình thái th hi n nhi ệ ộ ệ l ch nhi t đ .
ệ ệ ị a. Xác đ nh nhi t theo nhi t dung riêng
ệ ế t theo bi n thiên
ị b. Xác đ nh nhi entropi
ệ t theo nhi t dung riêng
ệ ệ ệ ị a. Xác đ nh nhi Khái ni m nhi t dung riêng
ấ ủ
ệ t ộ đ n vơ ị ộ t đ c a nó tăng lên m t
o
=
C
;(kJ / dvmc K)
dq dt
ệ t dung riêng c a ch t khí là nhi Nhi ấ ế ầ ượ t cung c p cho m t ng c n thi l ệ ộ ủ ể ấ ch t khí đ nhi ộ quá trình nào đó. ộ đ theo m t
ạ Phân lo i NDR
ơ ị ấ Theo đ n v đo môi ch t:
ố ượ 1[kg] NDR kh i l ộ ng, C[kJ/kg.đ ]
3tc .đ ]ộ
ể 1[m3tc] NDR th tích, C’[kJ/m
1[kmol] NDR kmol, Cµ[kJ/kmol.đ ]ộ
ấ Theo tính ch t quá trình:
ấ ổ + Quá trình có áp su t không đ i
p (kJ/kg.đ )ộ
ố ượ ẳ NDR kh i l ng đ ng áp, C
p (kJ/m3
tc.đ )ộ
ể ẳ NDR th tích đ ng áp, C’
µp (kJ/Kmol.đ )ộ
ẳ NDR kmol đ ng áp, C
ổ ể + Quá trình có th tích không đ i
v (kJ/kg.đ )ộ
ố ượ ẳ NDR kh i l ng đ ng tích, C
v (kJ/m3
tc.đ )ộ
ể ẳ NDR th tích đ ng tích, C’
µv (kJ/Kmol.đ )ộ
ẳ NDR kmol đ ng tích, C
Quan h gi a các N ệ ữ DR
C
p
v
C m=
=
=
=
C
v
' v .C ; C v
tc
p
v .C tc
' p
m
m m
C
C
p
p
=
=
k
m
C
C
v
v
m
ạ ố k s mũ đo n nhi ệ t
p Cv=R
ứ Công th c Mayer: C
ự ụ S ph thu c c a NDR vào nhi ộ ủ ệ ộ t đ
C = ao + a1.t C = ao + a1.t + a2.t2 C = ao + a1.t + a2.t2+a3t3 +…+ antn
a0, a1,…an – các h sệ ố
ớ ưở V i khí lý t ng C = const
B NG NHI T DUNG RIÊNG C A KHÍ LÝ T
NG
K=Cp/Cv
C(cid:0) v [kJ/kmol.K]
C(cid:0) p [kJ/kmol.K]
Khí 1 nguyên tử
1,67
12,6
20,9
20,9
1,40
29,3
1, 30
29, 3
37,7
Khí 2 nguyên tử Khí 3 ho c ặ nhi u nguyên tử
o
=
;(kJ / dvmc K)
C
dq dt dq = C.dt
2
C.dt
= (cid:0)
q 12
1
Xác đ nh nhi ị ệ ượ t l ng
12= C.(t2t1)
ế N u C = const thì q
2
t
2
+
t
t
1
2
=
+
=
+
ế N u c = a
(
) =
)
) a t .dt
a
a
t
( . t
t
q 12
1
0
1
2
1
2
1
C
tb
t 1
2
0 + a1t � a � 0 �
� ( t � �
1
t
C = a + a'.t;a' =
0
0
a 1 2
- - (cid:0)
Trong tài li u:ệ
t
2
t 1
q12= q02 q01
tb
tb
1
0
0
T
ệ ế t theo bi n thiên
dq T
1
ị b. Xác đ nh nhi entropi = ds
2
T1 T T2
2
T.ds
= (cid:0)
q 12
1
s1
s2
s
ds
dq = T.ds
12=T(s2s1)
2
q
f (s).ds
= (cid:0)
12
ế N u T=const thì q
1
ế N u T=f(s) thì
s
2
T.ds
= (cid:0)
dientich(s 12s ) 2
1
s 1
ọ ấ Theo tính ch t toán h c:
ồ ị ồ ị ậ ọ ệ Vì v y đ th Ts g i là đ th nhi t.
ướ Quy c:
ế ấ ậ + N u q > 0 môi ch t nh n nhi ệ t
ế ả ấ ệ + N u q < 0 môi ch t th i nhi t.
ươ ị II.1.2. Ph ng pháp xác đ nh công
ư ộ
ộ
lđ(J/kg); Llđ =G.llđ (J) a. Công l u đ ng: l ả Công l u đ ng là công do b n thân môi ch t s n sinh ra đ mang nó đi:
ư ấ ả ể
dllđ = d(pv)
ớ
ớ ạ ằ ạ V i quá trình kín ( tr ng thái 1 trùng v i ư ộ tr ng thái 2) công l u đ ng b ng không.
gn
ổ ể
p
dv
dv
b. Công thay đ i th tích:l (J/kg);Lgn(J)
2
đlgn =p.F.dx=p.dv v
(cid:0)
v 1
112v2) = lgn
ệ Di n tích (v
ỹ c. Công k thu t: l
ậ kt (J/kg); Lkt =G.lkt (J) ấ ậ
ỹ ể ử ụ Công k thu t là công môi ch t sinh ra mà ượ ta có th s d ng đ c.
đlkt = đlgn dllđ = p.dv d(pv)
p
2
= -
l
v.dp
= pdv pdv – vdp = vdp
kt
p 1
(cid:0)
p2
dp
p1
v
112p2 )=lkt ế gn>0 môi ch t sinh công
ấ ệ Di n tích (p ướ Quy c: N u l
ậ ấ lgn<0 môi ch t nh n công
Ệ Ộ Ậ Ị II.2. Đ NH LU T NHI T Đ NG 1
ệ t năng và các
ượ II.2.1. Ý nghĩa M i t ố ươ ạ d ng năng l ữ ng quan gi a nhi ng khác.
ủ ượ ng.
ấ t đq,
ộ
ở Tính b o toàn c a năng l ả ộ II.2.2. N i dung ộ ượ ệ ấ ng nhi C p cho môi ch t m t l ộ ượ ế làm cho n i năng bi n thiên m t l ấ ẽ khi đó môi ch t s giãn n sinh công đl ng du, gn.
đq = du + đlgn = du + pdv đq = du + p.dv
= d(u + pv) v.dp
= du + p.dv + v.dp v.dp
đq = di vdp = di + đlkt
đq = du + đlgn = du + pdv đq = di + đlkt = di vdp
ớ ưở V i khí lý t ng:
đq = Cv.dT + p.dv đq = Cp.dT v.dp
ớ ộ
ụ ể V i m t quá trình c th : q=(cid:0) u+lgn q=(cid:0) i+lkt
Ệ Ộ Ủ II.3. QT NHI T Đ NG C A KHÍ LT
ệ ộ ệ II.3.1. Khái ni m quá trình nhi t đ ng
II.3.2. Quá trình đa bi nế
ẳ II.3.3.Quá trình đ ng áp
ẳ II.3.4. Quá trình đ ng tích
ẳ II.3.5. Quá trình đ ng nhi ệ t
ạ II.3.6. Quá trình đo n nhi ệ t
ệ ộ
ế
ạ ộ
ộ ố ả ế ệ t đ ng II.3.1. Khái ni m quá trình nhi ổ ệ ộ t đ ng là quá trình bi n đ i Quá trình nhi ừ ố ạ ủ ụ liên t c c a các thông s tr ng thái t ạ ằ tr ng thái cân b ng này sang m t tr ng ằ thái cân b ng khác. M t s gi thi t:
ấ ả Môi ch t ph i là KLT và xét cho 1 (kg)
ậ ị
ằ ạ ề Các quá trình đ u là thu n ngh ch và ạ tr ng thái là tr ng thái cân b ng
ướ ứ ộ Các b c nghiên c u m t quá trình:
ướ ệ B c 1: Khái ni m quá trình
ệ ữ ướ ố B c 2: Quan h gi a các thông s
ồ ị ướ ễ ể B c 3: Bi u di n trên đ th pv và Ts
gn, lkt, (cid:0) u, (cid:0)
ướ ị B c 4: Xác đ nh q, l i, (cid:0) s
ệ
ổ
ổ
ể II.3.2. Quá trình đa bi nế Khái ni m quá trình đa bi n: ế Quá trình ộ ế ủ đa bi n là m t quá trình t ng quát c a khí ạ ưở ộ ng, tr ng thái thay đ i theo m t quy lý t ậ ấ ỳ đq = Cn.dt lu t b t k Bi u th c t ng quát ứ ổ
ể ứ ủ ị ậ ệ ộ t đ ng 1:
Bi u th c c a đ nh lu t nhi đq = Cv.dT + p.dv
đq = Cp.dT v.dp
Thay đq = Cn.dt
p
=
=
C
n
n
C . v
- -
n k n 1
C C n C C n
v
- -
pvn =const
ế
ượ
ứ ố n= const s mũ đa bi n; ộ ị ủ ỗ ng v i m i giá tr c a n ta có m t quá ể ụ ể ệ ộ c bi u t đ ng c th và tìm đ ủ ệ t dung riêng c a quá trình đó. ớ Ứ trình nhi th c nhi
ẳ II.3.3.Quá trình đ ng áp
n=Cp
ệ Khái ni m: p=const; n=0; C
2
2
=
v v 1
T T 1
ệ ữ Quan h gi a các thông s : ố
Đ thồ ị
p T
2
1 2
p1=p2
s v 1 s1 s2
ệ Xác đ nh nhi ị t và công, (cid:0) u, (cid:0) i
vdT
ọ ớ V i m i quá trình ta có: du = C
2
2 = -
=
=
(cid:0) u = Cv (cid:0) T = Cv(T2 T1) = Cv(t2 t1)
l
= vdp 0
l
pdv
p(v
kt
gn
2
v ) 1
1
1
- (cid:0) (cid:0)
i đq = Cp .dT và q = Cp .(cid:0) t = Cp .(cid:0) T = (cid:0)
ẳ II.3.4. Quá trình đ ng tích
ệ Khái ni m: v=const; n=± ∞; Cn=Cv
ệ ữ Quan h gi a các thông s : ố
Đ thồ ị
p T
2
v=const
p=const
2v 2p
1
s v v1= v2 1 s1 s2
(cid:0) ệ Xác đ nh nhi ị t và công, i, (cid:0) u
pdT
ớ ọ V i m i quá trình ta có: di = C
(cid:0)
2
2 = -
i = Cp (cid:0) T = Cp(T2 T1) = Cp(t2 t1)
=
= - vdp
v(p
l
l
= pdv 0
2
p ) 1
kt
gn
1
1
- (cid:0) (cid:0)
đq = Cv.dT và q = Cv.(cid:0) t = Cv .(cid:0) T = (cid:0) u
ẳ ệ II.3.5. Quá trình đ ng nhi t
p=Cv
ệ Khái ni m: T=const; n=1; C
=
v 1 v
p 2 p 1
2
ệ ữ Quan h gi a các thông s : ố
Đ thồ ị
p T
1
1 2
T1=T2
2
s s1 v s2
(cid:0) ệ Xác đ nh nhi ị t và công, i, (cid:0) u
v.dT = 0
ớ ọ V i m i quá trình : du = C
p.dT = 0
2
2
=
=
=
l
RT ln
RT ln
gn
= � � pdv p v 1 1
p 1 p
dv v
v 2 v 1
2
1
1
2
2
=
=
=
=
q
l
RT ln
l
12
gn12
kt
= � � pdv p v 1 1
dv v
v 2 v 1
1
1
ớ ọ V i m i quá trình : di = C
ạ ệ II.3.6. Quá trình đo n nhi t
n=0; s=const
ệ Khái ni m: q=0; n=k; C
k
p 1 p
2
k � �= � � v 2 v � � 1
p 2 p 1
pvk = const
1 k
=
=
=
.
T 2 T 1
v 2 v 1
T 2 T 1
p 2 p 1
p 2 p 1
2
k � � v 1 . � � v � � 2
k 1 � � � � p k =� � � � 1 p � � � �
- -
Quan h gi a các thông s : ố ệ ữ � �= � � v 1 v � � 2 k 1 � � v 1 � � v � � 2
Đ thồ ị
p T
1
s=const
T=const
1
2
2T 2s v2 v1 s1=s2 s
(cid:0) t và công, i, (cid:0) u
Xác đ nh nhi ệ ị q = (cid:0) u + lgn = 0 lgn= (cid:0) u= Cv.(T2 T1)
(cid:0)
=
(cid:0) u = Cv .(cid:0) T = Cv.(T2 T1) = Cv.(t2 t1) i = Cp.(cid:0) T = Cp.(T2 T1) = Cp.(t2 t1)
(
) =
l
(T T )
gn
p v 1 1
p v 2
2
1
2
- -
1 k 1
R k 1
=
=
- -
) =
l
k.l
k.
kt
gn
( . p v 1 1
p v 2
2
.(T T ) 2
1
- -
k k 1
R k 1
- -
=
ds
dq T
Xác đinh (cid:0) s c a các qúa trình ủ
ươ Theo ph ổ ng pháp t ng quát
D =
s C ln
R ln
= ds C
v
v
T + 2 T 1
v 2 v 1
dT pdv + T T
đq = CvdT + pdv đq = CpdT vdp
= ds C
p
dT vdp T T
p R = v T
-
= ds C
p
dT Rdp T
p
D =
-
s C ln
R ln
p
T 2 T 1
p 2 p 1
-
Theo t ng quá trình ừ p = const: đq =CpdT
lnCs (cid:0)
C
p
p
T 2 T 1
dT T
ds v = const: đq =CvdT
2
(cid:0) (cid:0)
lnCs (cid:0)
ds
C
v
v
T T
dT T
1
(cid:0) (cid:0)
s (cid:0)
T= const:
ds (cid:0)
q T
(cid:0)
s (cid:0)
0
dq T s = const: đq = 0
(cid:0)
Ự Ủ II.4. QUÁ TRÌNH C A KHÍ TH C
p
t=0oC
k
2
3
4
5
1
p
4’
1’
3’
5’
2’
p’
ao
v’’
v
v’
ơ ẳ II.4.1. Quá trình hóa h i đ ng áp
ộ ố ệ II.4.2. M t s khái ni m
ệ ượ a. Hi n t ơ ng bay h i
ệ ượ b. Hi n t ng sôi
t=tsôi=ts(p); p=psôi=ps(t)
ệ ẩ c. Nhi
ệ ẩ t n hóa h i là nhi
ơ ướ ơ t n hóa h i: r(J/kg) ế ầ ệ ượ t ng c n thi t l ơ c sôi hóa h i hoàn toàn. Nhi ể đ biên 1(kg) n
ơ
ứ ướ
c sôi
ứ ướ
ơ
ơ
c sôi
ượ
ơ
ượ
ẩ
ơ
x=L
ng h i bão hòa khô/L
ng h i bão hòa m
ườ
ướ
ườ
x=0 đ
ng n
c sôi đ
ng gi
ớ ạ ướ i h n d
i
ườ
ơ
ườ
ớ ạ
x=1 đ
ng h i bão hòa khô đ
ng gi
i h n trên
ẩ
ơ
0 d. H i bão hòa
H i bão hòa khô: không ch a n
H i bão hòa m: có ch a n
ẩ s ơ ệ e. H i quá nhi t: t>t ồ ị ủ ơ ướ
c ố ướ ơ ướ c bão hòa c và h i n ẩ ạ = x - i '
i ' - ả
II.4.3. B ng và đ th c a h i n
a. B ng sả
B ng n
ả
Theo t: ps, i’, i’’, s’, s’’…
Theo p: ts, i’, i’’, s’, s’’…
Tr ng thái h i bão hòa m:
ơ
ix = (1 x).i’ + x.i’’
xi
i '' ướ ư ơ ệ c ch a sôi và h i quá nhi t B ng n
ả
b. Đ thồ ị
Đ th T
ồ ị
v Đ th Ts
ồ ị Đ th is
ồ ị ệ ộ ự
ủ
t đ ng c a khí th c ướ ộ ộ ị II.4.4. QT nhi
Các b
Xác đ nh bi n thiên n i năng
ế c tính toán m t quá trình
(cid:0) u
(cid:0) u = u2 u1 = (i2 p2v2) ( i1 p1v1) Xác đ nh nhi
ị ng q v = const: p = const: ệ ượ
t l
q = (cid:0) u + lgn = (cid:0) u; (lgn = 0)
q = (cid:0) i = (i2 i1); (lkt =0) T = const; q = T.(cid:0) s = T.(s2 s1) gn và lkt s=const; q=0 lgn = 0; lkt = v.(p1 p2) p = const: lgn = p.(v2 v1); lkt = 0 i T = const: lgn = q (cid:0) u; q = (cid:0) i + lkt; lkt = q(cid:0) s=const: q=0; lgn = (cid:0) u; lkt = (cid:0) i =(i1 i2) Xác đ nh công l
ị
v = const: Ủ Ẩ II.5. CÁC QUÁ TRÌNH C A KK M ạ
ệ
II.5.1. Khái ni m và phân lo i ơ ả ủ ẩ II.5.2. Các TS c b n c a KK m ồ ị ụ ứ II.5.3. Đ th I d và ng d ng ạ
ệ
II.5.1. Khái ni m và phân lo i ẩ ệ ẩ a. Khái ni m không khí m 2, N2…) + H2O (h i)ơ KK m =KK khô (O h ẩ KK m bão hòa: G h=Ghmax; ph=ps ẩ KK m quá bão hòa: G h>Ghmax; ph=ps b. Phân lo iạ
KK m ch a bão hòa: G
ư
ẩ ơ ả ủ ẩ II.5.2. Các TS c b n c a KK m a. Áp su t:ấ p = ph + pk V=Vh=Vk T=Th=Tk ố ượ b. Kh i l ng: G = Gh + Gk = ộ ẩ ệ ố ươ ρ
h ệ ố ộ ẩ c. Đ m tuy t đ i và t
Đ m tuy t đ i: h ố
ng đ i
G
h
V (cid:0) h j = = r ươ ố
ng đ i: h max ρ
h
ρ
s r Đ m t
ộ ẩ
φ ẩ ư ẩ V i ớ φ=0 thì ph=0 ta có không khí khô
V i ớ φ=1=100% ta có kk m bão hòa
V i 0<
ớ φ<1 ta có kk m ch a bão hòa h = d G
G k h k h = = = d . G
G p
0, 622
p k Τ
p R
p V R
=
k
h
.
R p V p R
k h
Τ
h k h k = d 0, 622 p
h
p p h = d 0, 622 pφ
s
p pφ s = d max p
s
p p 0, 622 s ộ ứ ẩ
d. Đ ch a m ủ ẩ f. Entanpi c a không khí m i= ik + d.ih i = 1,0048.t + (2500 + 1,93.t)d ồ ị ứ ụ II.5.3. Đ th I d và ng d ng ồ ị
a. Đ th Id ự Cách xây d ng: o và 135o ợ ở
Góc h p b i I và d: 90 kq= 760mmHg ể ấ Áp su t khí quy n: p pkq = 745mmHg ườ Các đ ễ
ể
ng bi u di n ồ ị Ứ ụ b. ng d ng đ th Id I
I2=I3 2 3 I1 φ = 100% 1 d d1=d2 d3 ậ ấ ẳ ỹ Trong k thu t s y đ ng áp: 3d1) ấ ượ ớ Xét v i 1 kg KK khô thì l y đ c (d 1 = G k Gk 1(kg m)ẩ d 3 d
1 - (cid:0) Q=Gk. i=Gk(i2 i1) I2
I2 2 Io 0 I1 1 d1 do d1 d ẳ ợ ỹ Trong k thu t h n h p đ ng áp:
ậ ỗ Goio = G1i1 + G2i2 mà Go = G1 + G2 (G1 + G2)io = G1i1 + G2i2 G1io + G2io = G1i1 + G2i2 G1(io i1) = G2(i2 io) 1 = - G
G i
2
i 2 o i
o
i
1 -
