intTypePromotion=1

Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật: Chương 1 - TS. Nguyễn Minh Phú

Chia sẻ: Năm Tháng Tĩnh Lặng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

0
144
lượt xem
24
download

Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật: Chương 1 - TS. Nguyễn Minh Phú

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ nhiệt động gồm có ba yếu tố cơ bản: nguồn nóng, nguồn lạnh và chất môi giới. Thiếu 1 trong 3 yếu tố đó thì hệ thống sẽ không làm việc được. Trong chương 1 của bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật sau đây sẽ giới thiệu khái quát tới bạn đọc một số nội dung cơ bản liên quan đến hệ nhiệt động lực học, mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật: Chương 1 - TS. Nguyễn Minh Phú

  1. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN CHƢƠNG 1 CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN 1. KHÁI QUÁT Mục tiêu của nhiệt động lực học là nghiên cứu những qui luật về biến đổi năng lượng giữa nhiệt năng và cơ năng thông qua hệ nhiệt động. Hệ nhiệt Nhiệt động Cơ năng năng Hệ nhiệt động gồm có ba yếu tố cơ bản: nguồn nóng, nguồn lạnh và chất môi giới. Thiếu 1 trong 3 yếu tố đó thì hệ thống sẽ không làm việc được. Khái niệm nóng và lạnh chỉ có ý nghĩa tương đối trong từng hệ thống nhiệt động. Nếu xét trong cùng một hệ thì nguồn nào có nhiệt độ nhỏ hơn sẽ là nguồn lạnh, nguồn nào có nhiệt độ lớn hơn là nguồn nóng. Chất môi giới là chất trung gian thực hiện sự biến đổi và chuyển tải năng lượng trong các hệ nhiệt động. Khi hệ thống hoạt động trạng thái của chất môi giới phải có sự thay đổi, chính sự thay đổi trạng thái của chất môi giới làm xuất hiện sự thay đổi công và nhiệt lượng giữa chất môi giới và môi trường, hoặc ngược lại, chính công và nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường làm cho trạng thái của chất môi giới bị thay đổi. Ví dụ: Nguồn nóng Nguồn lạnh Chất môi giới Động cơ đốt trong Xylanh – píttông Không khí bên Sản phẩm cháy ngoài Máy lạnh Thiết bị ngưng tụ Thiết bị bay hơi Môi chất lạnh (NH3, frêon) Nhà máy nhiệt Lò hơi Bình ngưng Nước – hơi nước điện CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -1-
  2. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN Chaát moâi giôùi Hệ nhiệt động Nguoà Nguồn n laïnh nóng Có 4 loại hệ nhiệt động: Heä nhieät ñoäng Heä kín: Khoâng Heä hôû: Coù trao Heä ñoaïn nhieät: Heä coâ laäp: chaát moâi trao ñoåi chaát vôùi ñoåi chaát vôùi moâi Khoâng trao ñoåi giôùi vaø moâi tröôøng moâi tröôøng tröôøng nhieät giöõa chaát khoâng coù baát kyø söï moâi giôùi vaø moâi trao ñoåi naêng löôïng naøo tröôøng Các loại máy nhiệt được chia thành hai loại: NGUOÀN NOÙNG 1. Động cơ nhiệt: chất môi giới sẽ nhận nhiệt Q1 từ Q1 nguồn nóng giãn nở sinh công W và nhả nhiệt Q2 cho nguồn lạnh. Q1 = |Q2| + W ÑOÄNG CÔ NHIEÄT Hiệu suất nhiệt của động cơ nhiệt: W W Q1  Q 2 Q    1 2 Q1 Q1 Q1 NGUOÀN LAÏNH Q2 2. Máy lạnh, bơm nhiệt: chất môi giới nhận công W từ CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -2-
  3. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN bên ngoài để vận chuyển nhiệt lượng từ nguồn lạnh Q2 đến nguồn nóng Q1. |Q1| = Q2 + |W| NGUOÀN NOÙNG Để đánh giá hiệu quả của bơm nhiệt, máy lạnh người ta Q1 dùng: Q2 Q2 MAÙY LAÏNH, - Hệ số làm lạnh    BÔM NHIEÄT W Q 1 Q 2 W Q1 Q1 - Hệ số làm nóng    W Q 1 Q 2 NGUOÀN LAÏNH 2. THOÂNG SOÁ TRAÏNG THAÙI Q2 Laø caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng cho traïng thaùi chaát moâi giôùi Caùc thoâng soá traïng thaùi goàm: nhieät ñoä, aùp suaát, theå tích rieâng (hay khoái löôïng rieâng), noäi naêng, entanpi vaø entroâpi. Trong ñoù nhieät ñoä, aùp suaát vaø theå tích rieâng laø caùc thoâng soá traïng thaùi cô baûn (vì ño ñöôïc). Noäi naêng, entanpi vaø entroâpi goïi laø thoâng soá daãn suaát. 2.1. NHIEÄT ÑỘ T Nhieät ñoä laø moät thoâng soá traïng thaùi theå hieän möùc ñoä noùng laïnh cuûa vaät, duïng cuï ño nhieät ñoä goïi laø nhieät keá. Coù 4 loaïi thang ño nhieät ñoä: theo heä SI coù thang nhieät ñoä Celcius vaø Kelvin, theo heä English coù thang nhieät ñoä Fahrenheit vaø Rankine. Trong ñoù Kelvin vaø Rankine laø caùc thang nhieät ñoä tuyeät ñoái. CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -3-
  4. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN Thang nhieät ñoä Heä SI Heä English Celcius (oC) Kelvin (K) Fahrenheit (oF) Rankine (R) Nhieät ñoä Nhieät ñoä tuyeät ñoái tuyeät ñoái - Thang nhieät ñoä baùch phaân, coøn goïi laø thang nhieät ñoä Celcius, treân cô sôû ôû aùp suaát tieâu chuaån p = 1,013bar nöôùc ñaù ñang tan ôû 0oC vaø nöôùc soâi ôû 100oC, trong khoaûng naøy chia thaønh 100 vaïch vaø moåi vaïch laø 1oC - Thang ño nhieät ñoä tuyeät ñoái Kelvin chọn nöôùc ñaù ñang ta laø 273K vaø nöôùc soâi laø 373K, ñoä cheânh giöõa oC vaø K ñöôïc choïn baèng nhau. - Thang nhieät ñoä tuyeät ñoái Rankine laáy ñieåm khoâng truøng vôùi thang nhieät ñoä tuyeät ñoái Kelvin. Ñoä cheânh nhieät ñoä giöõa ñieåm soâi vaø ñieåm ñoâng ñaëc laø 180 ñôn vò. - Thang nhieät ñoä Fahrenheit: ôû aùp suaát tieâu chuaån choïn nöôùc ñaù ñang tan laø 32oF vaø nöôùc soâi laø 212oF. Löu yù: chæ coù nhieät ñoä tuyeät ñoái môùi laø thoâng soá traïng thaùi. CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -4-
  5. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN o o o C K F R 100 373 212 671,67 Ñieåm nöôùc soâi 0 273 32 491,67 Ñieåm nöôùc ñoâng ñaëc -273 0 -459,67 0 Ñieåm khoâng tuyeät ñoái Quan heä giöõa caùc thang ño; t(oC) = T(K) - 273 T(R) = 1,8T(K) t(oF) = T(R) – 459,67 5 o t(oC) = (t F  32 ) 9 t( o C)  T(K) t( o F)  T(R) 2.2. AÙP SUAÁT Aùp suaát laø löïc taùc ñoäng leân moät ñôn vò dieän tích beà maët theo phöông phaùp tuyeán vôùi beà maët ñoù. Coù 4 loaïi aùp suaát: - Aùp suaát khí quyeån pa - Aùp suaát dö pd - Aùp suaát chaân khoâng pck CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -5-
  6. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN - Aùp suaát tuyeät ñoái ptñ pd ptñ pa pd pa pa ptñ ptñ=0 Chaân khoâng tuyeät ñoái Khi aùp suaát cuûa moâi tröôøng ñang khaûo saùt lôùn hôn aùp suaát khí quyeån ta coù khaùi nieäm aùp suaát dö pd = ptñ - pa Khi aùp suaát cuûa moâi tröôøng ñang khaûo saùt nhoû hôn aùp suaát khí quyeån ta coù khaùi nieäm aùp suaát chaân khoâng pck = pa - ptñ Löu yù: chæ coù aùp suaát tuyeät ñoái môùi laø thoâng soá traïng thaùi. 2.3. THEÅ TÍCH RIEÂNG VAØ KHOÁI LÖÔÏNG RIEÂNG Theå tích rieâng laø theå tích öùng vôùi moät ñôn vò khoái löôïng Goïi V laø theå tích, G laø khoái löôïng thì theå tích rieâng ñöôïc tính: V v G 1 G Khoái löôïng rieâng    v V 3. PHÖÔNG TRÌNH TRAÏNG THAÙI KHÍ LYÙ TÖÔÛNG Khí lyù töôûng laø khí coù: - Theå tích baûn thaân caùc phaân töû baèng khoâng. - Löïc töông taùc giöõa caùc phaân töû baèng khoâng. Trong thöïc teá khoâng coù moät chaát khí naøo coù ñaày ñuû caùc tính chaát cuûa khí lyù töôûng. Khaùi nieäm khí lyù töôûng ñeå giaûi quyeát caùc baøi toaùn nhieät ñoäng coù lieân CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -6-
  7. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN quan ñeán caùc chaát moâi giôùi coù tính chaát gaàn gioáng khí lyù töôûng. ÔÛ traïng thaùi thöôøng gaëp coù theå xen oxy, nitô, argon, helium, hydro, hôi nöôùc trong khoâng khí aåm, … laø khí lyù töôûng. Phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng: pV = GRT hay pv = RT Trong ñoù: p- aùp suaát tuyeät ñoái cuûa chaát khí, N/m2 (=Pa) V- theå tích cuûa khoái chaát khí, m3 G- khoái löôïng cuûa khoái chaát khí, kg 8314 R- haèng soá chaát khí. R  , J/kg.K    phaân töû löôïng cuûa chaát khí, kg/kmol T- nhieät ñoä tuyeät ñoái, K v- theå tích rieâng, m3/kg 4. HOÃN HÔÏP KHÍ LYÙ TÖÔÛNG Laø söï hoøa troän giöõa hai hay nhieàu khí lyù töôûng theo kieåu cô hoïc, khoâng xaûy ra phaûn öùng hoùa hoïc. Hoãn hôïp khí lyù töôûng cuõng laø khí lyù töôûng. 4.1. ÑÒNH LUAÄT GIBBS- DALTON V, T pA p, V, T x x x V, T x pB x x CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -7-
  8. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN Khi mỗi thaønh phaàn chieám toaøn boä theå tích cuûa hoãn hôïp vaø ôû ñieàu kieän nhieät ñoä cuûa hoãn hôïp thì aùp suaát cuûa hoãn hôïp thì aùp suaát cuûa hoãn hôïp baèng toång caùc phaân aùp suaát cuûa caùc thaønh phaàn n p   pi i 1 p- aùp suaát hoãn hôïp pi- phaân aùp suaát (aùp suaát rieâng phaàn) cuøa thaønh phaàn thöù i 4.2. ÑÒNH LUAÄT AMAGAT p, T VA p, V, T x x x p, T x x VB x Theå tích cuûa hoãn hôïp baèng toång caùc theå tích rieâng phaàn cuûa caùc thaønh phaàn khi caùc thaønh phaàn ñoù ôû ñieàu kieän aùp suaát vaø nhieät ñoä cuûa hoãn hôïp. n V   Vi i 1 V- theå tích hoãn hôïp Vi- theå tích rieâng phaàn (phaân theå tích) cuûa thaønh phaàn thöù i 4.3. THAØNH PHAÀN HOÃN HÔÏP a) Thaønh phaàn khoái löôïng Gi Gi gi   G  Gi  gi  1 CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -8-
  9. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN G- khoái löôïng hoãn hôïp Gi- khoái löôïng thaønh phaàn thöù i gi- thaønh phaàn khoái löôïng b) Thaønh phaàn theå tích Vi Vi ri   V  Vi  ri  1 V- theå tích hoãn hôïp Vi- theå tích rieâng phaàn gi- thaønh phaàn theå tích 4.4. PHAÂN TÖÛ LÖÔÏNG VAØØ HAÈNG SOÁ CHAÁT KHÍ CUÛA HOÃN HÔÏP - Phaân töû löôïng cuûa hoån hôïp: n 1  hh  n  r  g i i1 i i  i 1 i 8314 - Haèng soá chaát khí R   hh 4.5. NHIEÄT DUNG RIEÂNG CUÛA HOÃN HÔÏP KHÍ LYÙ TÖÔÛNG Laø nhieät löôïng caàn thieát cung caáp cho moät ñôn vò (khoái löôïng, theå tích, kmol) chaát khí taêng leân moät ñoä theo moät quaù trình naøo ñoù. Trong nhieät ñoäng löïc hoïc ta quan taâm ñeán hai loaïi nhieät dung rieâng laø: n + Nhieät dung rieâng ñaúng aùp c p   g i c pi [kJ/kg.K] i 1 n + Nhieät dung rieâng ñaúng tích c v   g i c vi [kJ/kg.K] i 1 CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -9-
  10. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN (2) (1) v = const p = const m = 1kg m = 1kg T  1K T  1K cv = 3,12kJ/kg.K cp = 5,2kJ/kg.K 3,12kJ 5,2kJ Minh hoïa nhieät dung rieâng ñaúng tích vaø ñaúng aùp cuûa heâli Nhieät dung rieâng cuûa caùc khí lyù töôûng kcal/kmol.K kJ/kmol.K Khí lyù töôûng k cv cp cv cp Khí 1 nguyeân töû 3 5 12,6 20,9 1,66 (Khí trô: Ar, Xe, He, …) Khí 2 nguyeân töû 5 7 20,9 29,3 1,4 (Khoâng khí, O2, N2, CO, H2, …) Khí 3 nguyeân töû trôû leân 7 9 29,3 37 1,3 (CO2, CmHn, …) VD: Khí CO2 c p 7 29,3 Nhieät dung rieâng ñaúng tích: c p   kcal / kg  kJ / kg  44 44 c v 9 37 Nhieät dung rieâng ñaúng aùp: c v   kcal / kg  kJ / kg  44 44 CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -10-
  11. Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN TOAØN CAÛNH NHIEÄT ÑOÄNG LÖÏC HOÏC KYÕ THUAÄT ::THE FIRST LAW:: THE SECOND LAW:: THE FIRST LAW:: THE SECOND LAW:: THE FIRST LAW:: THE SECOND LAW:: ::THE FIRST LAW:: THE SECOND LAW:: THE FIRST LAW:: THE SECOND LAW:: ::THE FIRST LAW:: THE SECOND LAW:: THE FIRST LAW:: THE SECOND LAW:: CHAÁT THUAÀN KHIEÁT KHÍ LYÙ TÖÔÛNG LÖU ÑOÄNG TB ÑOÄNG LÖÏC HÔI NÖÔÙC ÑC ÑOÁT TRONG TUABIN KHÍ ÑOÄNG CÔ NHIEÄT NHIEÄT CÔ MAÙY NHIEÄT NAÊNG NAÊNG MAÙY LAÏNH, BÔM NHIEÄT QUAÙ TRÌNH NEÙN CHAÁT THUAÀN KHIEÁT TIEÁT LÖU KHOÂNG KHÍ AÅM KHÍ VAØ HÔI ::THE FIRST LAW:: THE SECOND LAW:: THE FIRST LAW:: THE SECOND LAW:: THE FIRST LAW:: THE SECOND LAW:: CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -11-
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2