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

Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật: Chương 2 - TS. Huỳnh Phước Hiển

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST
Báo xấu
3
lượt xem 0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Nhiệt động lực học kỹ thuật" Chương 2 - Định luật nhiệt động thứ I, cung cấp cho sinh viên những kiến thức như: công; nhiệt lượng; định luật nhiệt động thứ I viết cho hệ kín; định luật nhiệt động thứ 1 viết cho hệ hở; các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật: Chương 2 - TS. Huỳnh Phước Hiển

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP. HCM ⁕-⁕-⁕ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT THERMODYNAMICS CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I TS. HUỲNH PHƯỚC HIỂN BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH – KHOA CƠ KHÍ 1
  2. CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I  2.1 CÔNG  2.2 NHIỆT LƯỢNG  2.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I VIẾT CHO HỆ KÍN  2.4 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ 1 VIẾT CHO HỆ HỞ  2.5 CÁC QT NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 2
  3. 2.1 CÔNG (WORK)  2.1.1 CÔNG (WORK) 𝐖 = 𝐅. 𝐜𝐨𝐬𝛂. 𝐝  Công cơ học W  Trong Nhiệt động lực học kỹ thuật  Công do một hệ thống nhiệt động nào đó tạo ra là năng lượng đi qua bề mặt ranh giới và có khả năng chuyển hóa hoàn toàn thành công cơ học.  Đơn vị: Joule (J), kcal.  ሶ Công suất (power) 𝐖: công tính trên một đơn vị thời gian  Đơn vị: Watt (W), kW, HP  Quy ước về dấu của công, công suất: M  Hệ thống sinh công: W > 0  Hệ thống nhận công: W < 0 M 1 2 THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 Q H.P.Hien (Dr.Eng.) 3
  4. 2.1 CÔNG (WORK)  2.1.1 Công do sự thay đổi thể tích Wtt (boundary work)  Công liên quan đến sự dịch chuyển của bề mặt ranh giới do bị tác động của áp suất chất môi giới 𝛅𝐖 𝐭𝐭 = 𝐩. 𝐝𝐕 𝐕𝟐 𝐖 𝐭𝐭 = න 𝐩. 𝐝𝐕 𝐕𝟏 CÔNG GIÃN NỞ Wtt > 0 CÔNG NÉN Wtt < 0 THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 4
  5. 2.1 CÔNG (WORK)  2.1.1 Công do sự thay đổi thể tích Wtt (boundary work) THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 5
  6. 2.1 CÔNG (WORK)  2.1.1 Công do sự thay đổi thể tích Wtt (boundary work) THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 6
  7. 2.1 CÔNG (WORK)  ሶ 2.1.2 Công lưu động 𝐖 𝐥đ (flow work) và công kỹ thuật 𝐖 𝐤𝐭 ሶ ሶ  Công lưu động (flow work) 𝐖 𝐥đ : liên quan đến áp suất của chất môi giới tác động lên bề mặt ranh giới ở đầu vào và đầu ra của hệ. 𝐖ሶ 𝐥đ = 𝐆ሶ 𝐞 . 𝐩 𝐞 . 𝐯 𝐞 − 𝐆ሶ 𝐢 . 𝐩 𝐢 . 𝐯 𝐢 ( 𝐆ሶ 𝐞 , 𝐩 𝐞 , 𝐯 𝐞 ); ( 𝐆ሶ 𝐢 , 𝐩 𝐢 , 𝐯 𝐢 ): lưu lượng khối lượng [kg/s], áp suất [Pa] và thể tích riêng [m3/kg] của chất môi giới tại vị trí ra khỏi và đi vào hệ nhiệt động.  Công kỹ thuật 𝐖ሶ 𝐤𝐭 : các thành phần công còn lại như công liên quan đến trục quay (shaft work); công do sự dịch chuyển bề mặt ranh giới (moving boundary work),… QT thuận nghịch: 𝐖ሶ 𝐤𝐭 𝟐 STEAM TURBINE = − න 𝐯𝐝𝐩 ሶ𝐆 𝟏 THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 7
  8. 2.2 NHIỆT LƯỢNG (HEAT)  2.2.1 Định nghĩa  Nhiệt lượng Q là dạng năng lượng đi xuyên qua bề mặt ranh giới khi giữa chất môi giới và môi trường có sự chênh lệch nhiệt độ.  Đơn vị: J (Joule)  Tính trên 1 đơn vị khối lượng chất làm việc 𝑄 J 𝑞= ( ) 𝐺 kg Tính trên 1 đơn vị thời gian:  𝜕Q Q ሶ = (W) 𝜕t  Quy ước dấu: hệ thống nhận nhiệt Q > 0; hệ thống nhả nhiệt: Q < 0  2.2.2 Cách xác định nhiệt lượng  Dựa trên độ thay độ của chất môi giới: 𝛅𝐪 = 𝐜. 𝐝𝐓 (không áp dụng cho QT đẳng nhiệt và QT có sự thay đổi pha)  c: nhiệt dung riêng (specific heat) của chất môi giới  dT: lượng thay đổi nhiệt độ của chất môi giới  Theo sự thay đổi entropy: 𝛅𝐪 = 𝐓. 𝐝𝐬 (QT thuận nghịch) THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 8
  9. 2.2 NHIỆT LƯỢNG (HEAT) THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 9
  10. 2.2 NHIỆT LƯỢNG (HEAT)  2.2.3 Nhiệt dung riêng c của chất môi giới  Là nhiệt lượng cần thiết để làm cho một đơn vị chất môi giới thay đổi một độ theo một quá trình nào đó  Các loại nhiệt dung riêng cơ bản của chất khí  Nhiệt dung riêng khối lượng (NDR KL) đẳng áp cp (kJ/kg.K)  NDR KL đẳng tích cv (kJ/kg.K)  Nhiệt dung riêng mol đẳng áp (c)p (kJ/kmolK)  Nhiệt dung riêng mol đẳng tích (c)v (kJ/kmol.K)  Nhiệt dung riêng thể tích (NDR TT) đẳng áp c’p (kJ/m3.K)  NDR TT đẳng tích c’v (kJ/m3.K) Đối với nhiệt dung riêng thể tích, thể tích của chất khí phải được tính trong điều kiện tiêu chuẩn (t = 0oC, p = 1atm) THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 10
  11. 2.2 NHIỆT LƯỢNG (HEAT)  2.2.3 Nhiệt dung riêng c của chất môi giới  Xác định các loại nhiệt dung riêng của khí lý tưởng Số mũ đoạn nhiệt (specific CT Mayer 𝐝𝐮 𝐝𝐢 heat ratio) k 𝐜𝐯 = ; 𝐜𝐩 = 𝐜𝐩 = 𝐜𝐯 + 𝐑 𝐝𝐓 𝐝𝐓 𝐜𝐩 𝛍𝐜 𝐩 𝛍𝐜 𝐩 = 𝛍𝐜 𝐯 + 𝐑 𝛍 𝐤= = 𝐜𝐯 𝛍𝐜 𝐯 NDR mol NDR KL NDR mol NDR KL k Loại KLT đẳng áp đẳng áp đẳng tích đẳng tích 𝐤𝐉 𝐤𝐉 𝐤𝐉 𝐤𝐉 𝝁𝒄 𝒑 𝐤𝐦𝐨𝐥.𝐊 cp 𝐤𝐠.𝐊 𝝁𝒄 𝒗 𝐤𝐦𝐨𝐥.𝐊 cv 𝐤𝐠.𝐊 Một nguyên tử 20,9 12,6 1,667 (He, Ar, Ne …) Hai nguyên tử 𝛍𝐜 𝐩 𝛍𝐜 𝐯 29,3 20,9 1,4 (O2, N2, CO ...) 𝛍 𝛍 Đa nguyên tử 37,7 29,3 1.286 (CO2, NO2 …) THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 11
  12. 2.2 NHIỆT LƯỢNG (HEAT)  2.2.3 Nhiệt dung riêng c của chất môi giới  Xác định các loại nhiệt dung riêng của khí hỗn hợp khí lý tưởng Khảo sát một hỗn hợp KLT có n loại KLT, khí thứ i có thành phần khối lượng gi và thành phần thể tích hay thành phần mol ri cv cp c’v c’p (μc)v (μc)p 𝒏 𝒏 𝒏 𝒏 𝒏 𝒏 ෍ 𝒈 𝒊 . 𝒄 𝒗𝒊 ෍ 𝒈 𝒊 . 𝒄 𝒑𝒊 ෍ 𝒓 𝒊 . 𝒄′ 𝒗𝒊 ෍ 𝒓 𝒊 . 𝒄′ 𝒑𝒊 ෍ 𝒓 𝒊 . (𝝁𝒄) 𝒗𝒊 ෍ 𝒓 𝒊 . (𝝁𝒄) 𝒑𝒊 𝒊=𝟏 𝒊=𝟏 𝒊=𝟏 𝒊=𝟏 𝒊=𝟏 𝒊=𝟏 Số mũ đoạn nhiệt k của hỗn hợp khí lý tưởng: 𝐜𝐩 𝐜 ′𝐩 𝛍𝐜 𝐩 𝐤= = ′ = 𝐜𝐯 𝐜𝐯 𝛍𝐜 𝐯 P2.3: Hãy xác định NDR KL đẳng áp cp, đẳng tích cv và số mũ đoạn nhiệt k của hỗn hợp gồm 3 khí N2, CO2, CO biết thành phần thể tích của từng khí lần lượt là 70%, 25%, 5% THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 12
  13. 2.2 NHIỆT LƯỢNG (HEAT) THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 13
  14. 2.2 NHIỆT LƯỢNG (HEAT) THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 14
  15. 2.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VIẾT CHO HỆ KÍN (The First Law of Thermodynamics for Closed Systems)  Khảo sát một hệ nhiệt động kín thực hiện QT thay đổi trạng thái nhận lượng nhiệt Q từ môi trường và sinh công W W Hệ NĐ kín Hệ NĐ kín Năng lượng E1 Năng lượng E2 Q  Từ định luật bão toàn Năng lượng  Q – W = E2 – E1 = ΔE  Bỏ qua các thay đổi về thế năng và động năng của hệ thống: ΔE = ΔU  Q = W + ΔU  Đối với khí lý tưởng và QT thuận nghịch:  Q = Wtt + ΔU ⟺ 𝐓. 𝐝𝐒 = 𝐜 𝐯 . 𝐆. 𝐝𝐓 + 𝐩. 𝐝𝐕  Viết cho một đơn vị KL chất môi giới: Tds = cvdT + pdv THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 15
  16. 2.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VIẾT CHO HỆ KÍN (The First Law of Thermodynamics for Closed Systems) THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 16
  17. 2.3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VIẾT CHO HỆ KÍN (The First Law of Thermodynamics for Closed Systems) R 2,075 kJ/kgK; μ = 4,007 kg/kmol; cv = 3,11 kJ/kgoC; cp = 5,1985 kJ/kgoC THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 17
  18. 2.4 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VIẾT CHO HỆ HỞ (The First Law of Thermodynamics for Open Systems)  2.4.1 Định luật bảo toàn khối lượng (Conservation of mass principle)  Gi + Gks(t) = Ge + Gks(t + ∆t) Gi Gks(t) Gks(t+∆t) Ge  Trong khoảng thời gian dt rất nhỏ 𝐝𝐆 𝐤𝐬 𝐆ሶ 𝐢 − 𝐆ሶ 𝐞 = 𝐝𝐭  Nếu khối lượng của hệ thống ổn định (Gks = const): 𝐆ሶ 𝐢 = 𝐆ሶ 𝐞 = 𝐆ሶ = 𝐜𝐨𝐧𝐬𝐭  Dòng không nén: ρ = const Các loại lưu lượng  𝐕ሶ 𝐢 = 𝑽ሶ 𝐞 ⟺ 𝐀 𝐢 𝛚 𝐢 = 𝐀 𝐞 𝛚 𝐞 - Lưu lượng thể tích: 𝐕ሶ = 𝛚. 𝐀 - Lưu lượng khối lượng: 𝐆ሶ = 𝐕. 𝛒 ሶ THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 18
  19. 2.4 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VIẾT CHO HỆ HỞ (The First Law of Thermodynamics for Open Systems)  2.4.2 Cân bằng năng lượng viết cho hệ nhiệt động hở  Khảo sát hệ nhiệt động thay đổi trạng thái trong khoảng thời gian dt Gi W Ei Gks(t) Gks(t+∆t) dt Eks(t) Eks(t +∆t) Ge Q Ee  Phương trình bảo toàn NL  Ei + Q – Ee – W = Eks(t) – Eks(t + ∆t)  Với: Ei = Gi(ui + ωi2/2 +gzi + pivi); Ee = Ge(ue + ωe2/2 +gze + peve)  Hệ ổn định (Eks = const, Gks = const); 𝐝𝐄 𝐤𝐬  ሶ 𝐄ሶ 𝐢 − 𝐄 ሶ 𝐞 + 𝐐 − 𝐖ሶ 𝐤𝐭 = ሶ = 𝟎 ⟺ 𝐐 = 𝐖 𝐤𝐭 + 𝐄 ሶ 𝐞 − 𝐄ሶ 𝐢 ሶ 𝐝𝐭  𝐐 = 𝐖 𝐤𝐭 + 𝐆ሶ 𝐞 𝐮 𝐞 + 𝐩 𝐞 𝐯 𝐞 − 𝐆ሶ 𝐢 𝐮 𝐢 + 𝐩 𝐢 𝐯 𝐢 ሶ ሶ  𝐐 = 𝐖 𝐤𝐭 + 𝐆 ሶ 𝐞 𝐢 𝐞 − 𝐆ሶ 𝐢 𝐢 𝐢 = 𝐖 𝐤𝐭 + 𝐆(𝐢 𝐞 − 𝐢 𝐢 ) ሶ ሶ ሶ ሶ  Hệ thay đổi TT theo QT thuận nghịch, môi chất là khí lý tưởng  Tds = -vdp + cpdT hoặc cdT = -vdp + cpdT THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 19
  20. 2.4 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VIẾT CHO HỆ HỞ (The First Law of Thermodynamics for Open Systems) THERMODYNAMICS – CHAPTER 2 H.P.Hien (Dr.Eng.) 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2435 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 ©2025 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
22=>1