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

Bài giảng Nhiệt kỹ thuật - CĐ Giao thông Vận tải

Chia sẻ: Bautroimaudo Bautroimaudo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:59

79
lượt xem
4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Nhiệt kỹ thuật cung cấp cho người học những kiến thức như: Trạng thái chất khí; Quá trình nhiệt động của môi chất; Các quá trình cơ bản của khí lý tưởng; Chu trình nhiệt động; Chu trình cấp nhiệt đẳng tích; Chu trình cấp nhiệt đẳng áp; Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nhiệt kỹ thuật - CĐ Giao thông Vận tải

  1. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CĐ GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH ----------------------- BÀI GIẢNG NHIỆT KỸ THUẬT BIÊN SOẠN: NGÔ THỊ KIM UYỂN TRẦN THỊ TRÀ MI LÊ ANH TUYẾN LƯU HÀNH NỘI BỘ- NĂM 2010 1
  2. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC a. Vị trí, tính chất môn học Môn học này được bố trí giảng dạy ở học kỳ 1 của khóa học và có thể bố trí dạy song song với các môn học sau: Ngoại ngữ, Vẽ kỹ thuật, Dung sai lắp ghép và đo lường KT, Vật liệu học ... b. Mục tiêu của môn học: Kiến thức chuyên môn - Nắm vững các kiến thức cơ bản về tính toán các thông số trạng thái, hiệu suất, nhiệt lượng và công của hệ nhiệt động, đặc biệt là quá trình trao đổi nhiệt và sinh công trong chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong. - Hiểu được các khái niệm cơ bản dòng chảy của chất khí và hơi cũng như các thông số trạng thái, đồ thị của không khí ẩm - Hiểu các công thức tính toán và ứng dụng vào giải một số bài tập đơn giản. Kỹ năng nghề - Kỹ năng lắng nghe; kỹ năng làm việc nhóm; kỹ năng lập kế hoạch và tổ chức công việc; - Kỹ năng tìm kiếm, tổng hợp, phân tích và đánh giá thông tin; - Kỹ năng sử dụng công nghệ thông tin. Thái độ lao động - Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện công việc. - Thái độ biết lắng nghe, ham học hỏi, hứng thú với công nghệ. - Thái độ cầu tiến, biết tuân thủ nội quy, quy chế của trường, lớp Các kỹ năng cần thiết khác Bình tĩnh, tự tin biết kết hợp và làm việc theo nhóm. Nội dung môn học. Chương 1: Trạng thái chất khí Chương 2: Quá trình nhiệt động của môi chất Chương 3: Các quá trình cơ bản của khí lý tưởng Chương 4: Chu trình nhiệt động Chương 5: Chu trình cấp nhiệt đẳng tích Chương 6: Chu trình cấp nhiệt đẳng áp Chương 7: Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp 2
  3. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Chương 8: Dòng chảy – Không khí ẩm Chương 9: Truyền nhiệt 3
  4. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình Kỹ thuật nhiệt gồm 2 phần: Nhiệt động kỹ thuật và truyền nhiệt. Nhiệt động kỹ thuật giới thiệu về chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới. Chất môi giới có vai trò quan trọng trong các quá trình biến hóa năng lượng. Nhiệt động kỹ thuật nghiên cứu quy luật biến đổi giữa các dạng năng lượng, mà chủ yếu là giữa nhiệt và công, làm cơ sở để nghiên cứu các chu trình động cơ nhiệt. Nhiệt động kỹ thuật giới thiệu các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng, các chu trình sinh công như chu trình động cơ đốt trong và phân tích các giải pháp nâng cao hiệu suất của các động cơ nhiệt . Trong phần truyền nhiệt giáo trình giới thiệu các phương pháp truyền nhiệt trong thực tế như dẫn nhiệt, tỏa nhiệt đối lưu, bức xạ nhiệt. Giới thiệu các bài toán truyền nhiệt điển hình trong thực tế. Phân tích các phương pháp tăng cường truyền nhiệt trong các thiết bị trao đổi nhiệt. Giáo trình được biên soạn cho đối tượng là sinh viên Cao đẳng ngành Công nghệ Ô tô và cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho học sinh TCCN, CĐN Nhóm tác giả xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ giảng dạy tại Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM đã đóng góp ý kiến và kinh nghiệm để hoàn thiện giáo trình này. Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc không tránh khỏi khiếm khuyết. Nhóm tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người sử dụng để lần tái bản sau giáo trình được hoàn chỉnh hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM – Số 8 – Nguyễn Ảnh Thủ - P. Trung Mỹ Tây – Q12 – TpHCM. Nhóm tác giả 4
  5. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật BÀI 1: TRẠNG THÁI CHẤT KHÍ ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Hiểu được một số khái niệm cơ bản về hệ thống nhiệt động học – Hiểu được các thông số trạng thái cơ bản của chất khí – Hiểu và vận dụng các công thức tính toán vào việc giải quyết một số bài tập cụ thể ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: 1.1 KHÁI NIỆM CHẤT KHÍ 1.1.1 Hệ thống nhiệt động − Hệ thống nhiệt động: là tập hợp các vật thể có liên quan với nhau về cơ năng và nhiệt năng mà ta đang nghiên cứu bằng phương pháp nhiệt động học. − Môi trường xung quanh: là tập hợp các vật thể không thuộc hệ thống nhiệt động học. − Biên giới: là bề mặt ngăn cách giữa hệ thống nhiệt động học và môi trường xung quanh. Hình 1.1: Hệ thống nhiệt động học Ví dụ: Ta nghiên cứu các quy luật, tính chất biến đổi năng lượng của khối khí trong xi lanh động cơ đốt trong (hình 1.1) thì khối khí là hệ thống nhiệt động học, xilanh + piston + không khí bên ngoài là môi trường xung quanh, mặt trong của xilanh và mặt trên của piston là biên giới. Để đơn giản ta gọi hệ thống nhiệt động học là hệ (H). Các vật thể trong hệ có khả năng trao đổi nhiệt với nhau và với môi trường xung quanh (MTXQ): + Các vật cung cấp nhiệt lượng cho hệ gọi là nguồn nóng. + Các vật nhận nhiệt lượng từ hệ gọi là nguồn lạnh. + Nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh theo quy ước là không đổi. 5
  6. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Phân loại hệ thống nhiệt động học theo mối quan hệ giữa H-MTXQ về trao đổi năng lượng và vật chất trên hình 1.2, ta có 5 loại hệ như sau: Hình 1.2: Quan hệ giữa H-MTXQ về trao đổi năng lượng và vật chất  Hệ kín: là hệ không trao đổi vật chất với môi trường xung quanh.  Hệ hở: là hệ có khả năng trao đổi vật chất với môi trường xung quanh.  Hệ đoạn nhiệt: là hệ không trao đổi nhiệt năng với môi trường xung quanh.  Hệ cô lập: là hệ không trao đổi năng lượng và vật chất với môi trường xung quanh.  Hệ không cô lập: là hệ có khả năng trao đổi năng lượng và vật chất với môi trường xung quanh. Động cơ nhiệt: là thiết bị nhiệt nhận nhiệt từ nguồn nóng và dãn nỡ sinh công, sau đó nhả phần nhiệt còn cho nguồn lạnh. Qui ước: Nhiệt lượng của hệ ký hiệu là Q (hay q), công của hệ ký hiệu là L (hay l). Nếu: Q, q > 0 : hệ nhận nhiệt. Q, q < 0 : hệ thải nhiệt ra ngoài môi trường. Nếu: L, l > 0 : hệ dãn nở sinh công. L, l < 0 : hệ nhận công từ bên ngoài. 1.1.2 Chất môi giới Để biến đổi nhiệt năng thành cơ năng ta thường phải dùng một chất trung gian được gọi là chất môi giới hay là môi chất. Thông thường, môi chất là chất khí (không khí) hoặc hơi (hơi nước, môi chất làm lạnh) − Yêu cầu đối với chất môi giới: rẻ tiền, không độc hại, dễ kiếm, có khả năng tích rất lớn khi thay đổi nhiệt độ − Trạng thái chất môi giới: là thuật ngữ để chỉ tổng hợp tất cả các đặc trưng vật lý của chất môi giới tại một thời điểm xác định 6
  7. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật 1.2 CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CHẤT MÔI GIỚI Là các thông số vật lý, đặc trưng cho trạng thái của chất môi giới. Thông số trạng thái đo được bao gồm: nhiệt độ t, áp suất p, thể tích riêng v; thông số trạng thái không đo được bao gồm: nội năng u, entalpi i, entropia s 1.2.1 Thông số trạng thái đo được a) Nhiệt độ: − Nhiệt độ là thông số đặc trưng biểu thị cho trạng thái của nóng, lạnh của vật − Các đơn vị đo thường gặp là: 0C (Celcius), 0F (Farenheit), 0K (Kelvin). Quan hệ giữa  0 K  và  0 C  : T  0 K  = t  0 C  + 273 b) Thể tích riêng: − Thể tích riêng: là thể tích của 1 đơn vị khối lượng chất khí V  m3  v= G  Kg  , − Nghịch đảo của khối lượng riêng là thể tích riêng G  Kg  = , V  m3  c) Áp suất : − Áp suất là lực tác dụng của các phân tử chất khí lên 1 đơn vị diện tích bình chứa. N − Kí hiệu: p  2  m  − Dụng cụ đo: có 3 loại dụng cụ đo áp suất: manômet, baromet và chân không kế + Manômet: là dụng cụ để đo áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, ký hiệu: pd + Baromet: là dụng cụ để đo áp suất khí quyển, ký hiệu: pkt + Chân không kế: là dụng cụ để đo áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển, ký hiệu: pck Nếu: p > pkT thì pd = p - pkt p < pkT thì pck = pkt - p Đơn vị đo áp suất: 1 N/m2 = 1 Pa. 1 bar = 105 N/m2 = 750 mmHg. 1 mmHg = 1 Tor ( Torixenli). 1 at = 0,981 bar = 735,6 mmHg = 10 mH2O Lưu ý: Khi đo áp suất bằng chiều cao cột thủy ngân với độ chính xác lớn cần phải quy về điều kiện nhiệt độ 00C vì có sự thay đổi thể tích của thủy ngân theo nhiệt độ. 7
  8. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Công thức quy đổi như sau: h 00 C  = h t 0C  (1 − 0, 000172t ) Với h 00 C  : chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ 00C h t 0C  : chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t0C 1.2.2 Thông số trạng thái không đo được − Nội năng: u = ud + ut − Entalpia: i = u + pv 2 dq − Entropia: s =  , tích phân chỉ phụ thuộc điểm đầu và điểm cuối quá trình chứ không 1 T phụ thuộc vào quá trình 1.3 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CHẤT KHÍ 1.3.1 Khí thực và khí lý tưởng − Khí lý tưởng là chất khí không có lực hút giữa các phân tử, thể tích bản thân các phân tử bằng 0 (rất nhỏ, coi như bằng 0), không thay đổi pha, có nhiệt dung riêng không đổi. Thực tế không có khí lý tưởng − Khí thực: không thể bỏ qua lực tương tác giữa các phân tử và thể tích bản thân các phân tử 1.3.2 Phương trình trạng thái khí lý tưởng Phương trình trạng thái khí lý tưởng viết cho G(kg) chất khí: pV = GRT Hay viết cho 1kg chất khí: pv = RT 8314  J  R= : hằng số khí lý tưởng ,   kg.do   kg  Với:   : khối lượng phân tử  kmol  Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng pV = GRT , ta có : Khi T=const : pV = const - định luật Boy-Mariot V Khi p=const : = const - định luật Gay-Luxac T p Khi v=const : = const - định luật Saclơ T 1.3.3 Phương trình trạng thái khí thực: Phương trình trạng thái khí thực được xác định chủ yếu dựa vào thực nghiệm và qua thực nghiệm đưa ra các hệ số hiệu chỉnh về áp suất và thể tích. 8
  9. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật  a Phương trình Vang Dec Van :  p + 2   ( v − b ) = RT v   a : hệ số hiệu chỉnh về áp suất v2 b : hệ số hiệu chỉnh về thể tích ------------------------------------------------ CÂU HỎI ÔN TẬP 1) Một bình kín có thể tích 500 lít chứa không khí, áp suất tuyệt đối 2 bar, nhiệt độ 200C. Sau khi lấy ra sử dụng một phần, nhiệt độ không thay đổi, độ chân không trong bình bằng 420 mmHg, áp suất khí quyển bằng 768 mmHg. Biết  không khí bằng 29, hãy tính lượng không khí lấy ra sử dụng? Đáp số: 0,91 kg. 2) Piston chuyển động trong xi lanh chứa khí lý tưởng có áp suất dư ban đầu 0,2 at. Khi piston dịch chuyển về phía sau, độ chân không của khí là 600 mmHg. Áp suất khí quyển đo bằng chiều cao cột thủy ngân, quy về 00C là 780 mm và nhiệt độ khí không đổi. Hỏi thể tích khí tăng lên mấy lần? Đáp số: V2/V1= 5,16. 3) Khí N2 ở điều kiện nhiệt độ 1270C, áp suất dư 2 bar. Biết áp suất khí quyển là 1 bar. Tính thể tích riêng v? Đáp số: 0,396 m3/ kg. 9
  10. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật BÀI 2: QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MÔI CHẤT ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Hiểu được một số khái niệm cơ bản về quá trình nhiệt động – Hiểu và vận dụng công thức tính toán vào việc giải quyết một số bài tập cụ thể ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: 2.1. KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG: − Quá trình nhiệt động xảy ra khi có ít nhất 1 thông số trạng thái thay đổi − Quá trình cân bằng và quá trình thuận nghịch: + Trạng thái cân bằng là một trạng thái có nhiệt độ và áp suất tại mọi chỗ trong toàn bộ thể tích khối khí đều bằng nhau + Nếu trong quá trình biến đổi, chất khí đi từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối, qua các trạng thái trung gian đều là những trạng thái cân bằng thì gọi là quá trình cân bằng. + Muốn thực hiện một quá trình cân bằng thì quá trình phải tiến hành vô cùng chậm để quá trình không có tổn thất do ma sát, xoáy, truyeàn nhieät, ma saùt, khueách taùn ... Trong thực tế tất cả các quá trình đều không cân bằng. + Nếu trong một quá trình cân bằng AB chất khí lần lượt đi qua các trạng thái trung gian 1, 2, 3,…, n; khi cho tiến hành ngược lại BA chất khí lại trở về đúng trạng thái n, …, 3, 2, 1 và tới trạng thái ban đầu A thì quá trình đó gọi là quá trình thuận nghịch Ngöôøi ta bieåu dieãn quaù trình trong heä toaï ñoä phaúng goïi laø caùc ñöôøng quaù trình (hình 2.1). 10
  11. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Hình 2.1: Biểu diễn đường quá trình trong hệ tọa độ p-v 2.2 NĂNG LƯỢNG CỦA QUÁ TRÌNH : Khi xảy ra quá trình nhiệt động thì nội năng thay đổi, đồng thời xuất hiện công và nhiệt. Do đó năng lượng liên quan đến quá trình thể hiện ở biến thiên nội năng, công và nhiệt U  KJ  2.2.1 Nội năng của chất khí: U  KJ  hay u = G  kg  − Đặc trưng cho năng lượng của các nguyên tử và phân tử khí − Nội năng được biểu diễn dưới 3 dạng: nhiệt năng, hóa năng và năng lượng nguyên tử, phân tử − Nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích riêng u = f (T , v ) , do đó nội năng là một thông số trạng thái. Đối với khí lý tưởng nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ vì v=0 − Nội năng không trực tiếp đo được mà phải xác định qua tính toán. Tronh tính toán nhiệt động kỹ thuật, ta chỉ cần tính biến thiên nội năng U (hay u ) mà không cần biết giá trị tuyệt đối của nội năng U (hay u) tại một thời điểm xác định 2.2.2 Công dãn nở, công lưu động và công có ích của chất khí: L  KJ  a) Công dãn nở: L  KJ  hay l = G  kg  Xét quá trình dãn nở của công chất trong xilanh của động cơ nhiệt. Nếu ta tiến hành cấp nhiệt vào xilanh thì xilanh sẽ dãn nỡ, pittông sẽ dịch chuyển về phía trái từ v1 đến v2. Hình 2.2: Quá trình sinh công trong xilanh của động cơ nhiệt 11
  12. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Xét quãng đường pittông dịch chuyển vô cùng bé ds, thể tích xilanh thay đổi dv, công thực hiện được trên quãng đường ds là: dL = pFdS = pdV N Trong đó: p  2  : áp suất trong xilanh m  F  m 2  : diện tích đỉnh pittông ds  m  : quãng đường pittông dịch chuyển được v2 Vậy: L =  pdV v1  m3  v2 Đối với 1kg chất khí: l =  pdv ; với v   : thể tích riêng v 1  kg  Trên đồ thị p-v công dãn nở của 1kg chất khí được thể hiện bằng diện tích hình A-1-2-B-A v2 Khi dãn nở có v2  v1 , do đó l =  pdv  0 . Vậy công dãn nở (gọi là công sinh ra) quy định v1 là công dương ( + ) v2 Khi nén có v2  v1 , do đó l =  pdv  0 . Vậy công nén (gọi là công tiêu tốn) quy định là v1 công âm ( − ) b) Công lưu động l  ( hay llđ ): Trên dòng khí lưu động ta xét một khối khí giới hạn bởi tiết diện I và II rất gần nhau. Vậy công lưu động là công cần thiết để chuyển lượng khí có thể tích v1 , áp suất p1 đến môi trường có thể tích v2 , áp suất p2 Hình 2.3: Sơ đồ tính công lưu động của dòng khí 12
  13. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Gọi w  m / s  là lưu tốc bình quân của dòng khí Công lưu động của dòng khí bằng: dl  = ( p + dp ) . ( F + dF ) . ( w + dw ) − pFw Triển khai biểu thức trên và bỏ qua các đại lượng vô cùng bé, ta có: dl  = d ( pFw ) = d ( pv ) p2 v2 p2 v2  l  =  d ( pv ) =  vdp +  pdv p1v1 p1 v1 L = G.l  c) Công có ích l ' (còn gọi là công kỹ thuật lkt ): Công có ích là một phần của công dãn nở sau khi đã trừ đi công lưu động. Ta có: v2  p2 v2  p2 l  = l − l  =  pdv −   vdp +  pdv  = −  vdp p  v1  1 v1  p1 Trên đồ thị p-v công dãn nở được biểu thị bằng diện tích 1-2-v2-v1-1 ; công có ích l  được biểu thị bằng diện tích 1-2-p2-p1-1 Hình 2.3: Biểu diễn công trong hệ tọa độ p-v  KJ  2.2.3 Entalpia của chất khí : I = Gi,  KJ  hay i    Kg  Viết dưới dạng vi phân: di = du + d ( pv ) Đối với G kg : dI = dU + d ( pV ) Vì p, u, v đều là thông số trạng thái nên entalpia i cũng là thông số trạng thái. Nghĩa là ở trạng thái xác định entalpia của chất khí có giá trị xác định Đối cới khí lý tưởng entalpia là hàm số chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ (vì u, p, v là các hàm của nhiệt độ) 13
  14. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Entalpia thuộc nhóm các thông số trạng thái không đo được. Quy ước: ở điều kiện tiêu chuẩn entalpia i = 0 Entalpia biểu thị năng lượng Từ định nghĩa của entalpia ta có: i = u + pv Viết dưới dạng vi phân: di = du + d ( pv ) = du + pdv + vdp = ( du + pdv ) + vdp = q + vdp  dq = di − vdp  dq = di + dl  Từ: di = du + d ( pv ) = cv dT + d ( RT ) = ( cv + R ) dT = c p dT  di = c p dT  KJ  2.2.4 Nhiệt lượng của chất khí: Q  KJ  hay q    kg  − Là năng lượng nhiệt nhận vào hay thải ra của hệ − Có thể tính nhiệt lượng theo 2 cách  KJ  + Tính theo nhiệt dung riêng: c,    kg.do  Tính cho G = 1 kg  : q = c  T Tính cho G  kg  khí: Q = G  c  T = C  T  KJ  + Tính theo Entropia : s,    kg.do  Tính cho G = 1 kg  : q = T  s Tính cho G  kg  khí: Q = G  s  T = S  T  KJ  Entropia s,   thuộc nhóm thông số trạng thái không đo được. Quy ước ở điều  kg.do  kiện chuẩn: s = 0 − Trên đồ thị T-s nhiệt lượng q được biểu thị bằng diện tích s1-1-2-s2-s1 14
  15. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Hình 2.3: Biểu diễn nhiệt lượng trong hệ tọa độ T-s 2.3 Định luật nhiệt động thứ nhất: (Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng) 2.3.1 Phát biểu định luật : − “Năng lượng không tự nhiên sinh ra, cũng không tự nhiên mất đi mà chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác trong các quá trình vật lý và hóa học khác nhau”. − Ngày nay, người ta đã tìm ra nhiều dạng năng lượng khác nhau như: năng lượng điện trường, từ trường, trường hấp dẫn, năng lượng nguyên tử, năng lượng vi hạt… Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng đã xác định mối quan hệ duy nhất giữa tất cả các dạng năng lượng trong quá trình biến hóa của chúng. 2.3.2 Phương trình định luật nhiệt động thứ nhất − Phương trình nhiệt động 1 viết dưới dạng nội năng: Nội dung của định luật nhiệt động thứ nhất: nhiệt lượng cấp vào chất khí dq trong một quá trình nào đó làm thay đổi nội năng du và sinh công dl dq = du + dl = cv  dT + pdv - viết cho 1kg chất khí q = u + l dQ = dU + PdV = G  cv  dT + pdV - viết cho G kg chất khí Q = U + L − Phương trình nhiệt động 1 viết dưới dạng Entalpi: Từ: dq = di + dl  Vậy nhiệt lượng cấp vào chất khí dq trong một quá trình nào đó làm thay đổi entalpi di và sinh công kỹ thuật dl Viết cho 1kg chất khí: q = i + l ' 15
  16. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Viết cho G kg chất khí: Q = G  q = G ( i + Gl ) = I + L' ' 2.3.3 Một số phát biểu của định luật nhiệt động thứ nhất: − Nhiệt có thể biến thành công và ngược lại − Năng lượng hệ nhiệt động cô lập là cố định − Không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại 1 – là loại động cơ sinh công liên tục nhưng không tiêu tốn bất cứ dạng năng lượng nào 2.4 NHIỆT DUNG RIÊNG 2.4.1 Định nghĩa: Nhiệt dung riêng của chất khí là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho 1 đơn vị chất khí để làm thay đổi nhiệt độ chất khí 1 độ trong một quá trình nào đó 2.4.2 Phân loại: a) Phân loại theo đơn vị đo:  KJ  ❖ Nhiệt dung riêng khối lượng: c,    kg.do  Nhiệt dung riêng của chất khí là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho 1 kg chất khí để làm thay đổi nhiệt độ chất khí 1 độ trong một quá trình nào đó  KJ  ❖ Nhiệt dung riêng kilomol: c ,   kmol.do  Nhiệt dung riêng của chất khí là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho 1 kmol chất khí để làm thay đổi nhiệt độ chất khí 1 độ trong một quá trình nào đó  KJ  ❖ Nhiệt dung riêng thể tích: c,  3   mtc .do  Nhiệt dung riêng của chất khí là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho 1m3 chất khí quy về điều kiện chuẩn để làm thay đổi nhiệt độ chất khí 1 độ trong một quá trình nào đó c c Quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng: c = ; c' = ; c =   c  22, 4 b) Phân loại theo bản chất quá trình nhận nhiệt: Dựa vào bản chất của quá trình nhiệt động ta có thể chia nhiệt dung riêng thành: ❖ Nhiệt dung riêng đẳng tích c Nhiệt dung riêng đẳng tích: là nhiệt lượng để cung cấp cho một đơn vị chất khí tăng lên 1 độ trong điều kiện thể tích không đổi 16
  17. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Nhiệt dung riêng đẳng tích có thể phân ra thành: nhiệt dung riêng đẳng tích thể tích cv , nhiệt dung riêng đẳng tích khối lượng cv , nhiệt dung riêng đẳng tích kilomol cv ❖ Nhiệt dung riêng đẳng áp c p Nhiệt dung riêng đẳng áp: là nhiệt lượng để cung cấp cho một đơn vị chất khí tăng lên 1 độ trong điều kiện áp suất không đổi Nhiệt dung riêng đẳng áp có thể phân ra thành: nhiệt dung riêng đẳng áp thể tích c p , nhiệt dung riêng đẳng tích khối lượng c p , nhiệt dung riêng đẳng tích kilomol c p ❖ Nhiệt dung riêng trong quá trình đa biến cn Nhiệt dung riêng đẳng áp: là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị chất khí để làm thay đổi nhiệt độ chất khí 1 độ trong quá trình đa biến Chý ý: nhiệt dung riêng đẳng áp bao giờ cũng lớn hơn nhiệt dung riêng đẳng tích, vì trong quá trình đẳng tích nhiệt lượng cấp vào chỉ để làm thay đổi nhiệt độ (nội năng), còn trong quá trình đẳng áp nhiệt lượng cấp vào không những làm thay đổi nhiệt độ mà còn khắc phục lực hút giữa các phân tử và lực cản của môi trường để sinh công. Công thức Mayer thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt dung riêng đẳng áp và nhiệt dung riêng đẳng tích: cp   R =k  c v = cv → k −1 (2.1) c p − c v = R  c p = kcv Với k : là hệ số mũ đoạn nhiệt của khí Đối với khí lý tưởng, nhiệt dung riêng là hằng số, không phụ thuộc nhiệt độ, áp suất và được xác định theo công thức (2.1) hoặc bằng bảng 2.1 Bảng 2.1: Nhiệt dung riêng kmol của chất khí k Kcal KJ kmol  do kmol  do Loại khí c v c p c v c p Khí 1 nguyên tử 1,67 3 5 12,6 20,9 Khí 2 nguyên tử 1,4 5 7 20,9 29,3 Khí > 3 nguyên tử 1,2 7 9 29,3 37,7 2.4.3 Nhiệt dung riêng thực và nhiệt dung riêng trung bình: 17
  18. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Với khí thực nhiệt dung riêng phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ. Ở điều kiện bình thường ảnh hưởng của áp suất không đáng kể, nên chỉ tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ: c = f ( t ) Do có sự thay đỏi của nhiệt dung riêng theo nhiệt độ nên trong thực tế ta có thêm 2 khái niệm về nhiệt dung riêng : Nhiệt dung riêng thực và nhiệt dung riêng trung bình a) Nhiệt dung riêng thực: Nếu cung cấp cho 1 đơn vị chất khí lượng nhiệt vô cùng bé dq , nhiệt độ chất khí tăng lên dq q dt thì: = lim =c dt t →0 t Với c : là nhiệt dung riêng thực của chất khí b) Nhiệt dung riêng trung bình: Nếu cung cấp cho 1 đơn vị chất khí lượng nhiệt q và nhiệt độ chất khí tăng lên từ t1 đến q = c t2 gọi là nhiệt dung riêng trung bình của chất khí tại nhiệt độ t t t2 thì tỷ số : t2 − t1 1 c) Quan hệ giữa nhiệt dung riêng và nhiệt độ: Quan hệ giữa nhiệt dung riêng và nhiệt độ thường là hàm bậc 2 : c = a0 + a1t + a2t 2 Gần đúng có thể tính theo hàm bậc nhất: c = a0 + a1t Trong đó: a0 , a0 : nhiệt dung riêng của chất khí ở 00C a1 , a1, a2 : hằng số của chất khí, được xác định bằng thực nghiệm Trong tính toán nếu đòi hỏi độ chính xác không cao và khoảng thay đổi nhiệt không lớn (
  19. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật Đáp số: 50091N 19
  20. Bài giảng: Nhiệt Kỹ Thuật BÀI 3: CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG ❖ MỤC TIÊU: Sau bài học này, sinh viên có khả năng – Phân loại và hiểu được một số quá trình cơ bản của khí lý tưởng – Hiểu và vận dụng công thức tính toán vào việc giải quyết một số bài tập cụ thể ❖ NỘI DUNG BÀI HỌC: Ứng với mỗi trạng thái xác định của hệ thì các thông số trạng thái của hệ có một giá trị xác định. Khi có sự trao đổi năng lượng giữa hệ với môi trường xung quanh thì trạng thái của hệ sẽ thay đổi và sẽ có ít nhất một trong các thông số trạng thái thay đổi. Tùy theo cách chọn điều kiện tác dụng giữa hệ với môi trường xung quanh mà ta có thể giữ cho một thông số trạng thái là không đổi. Đó là các quá trình: đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt, đoạn nhiệt, đa biến. Đây là các quá trình nhiệt động cơ bản, chúng có ý nghĩa rất lớn đối với việc nghiên cứu tính toán thực tế kỹ thuật. 1.1 QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH − Quá trình đẳng tích là quá trình xảy ra trong điều kiện thể tích không đổi T − Phương trình biểu diễn quá trình: v = const  = const p T1 T2 − Mối quan hệ thông số: = p1 p2 − Nhiệt lượng tham gia quá trình: q = cv T v2 − Công dãn nở của quá trình: l =  pdv = 0 v1 p2 − Công có ích của quá trình: l  =  −vdp = v ( p1 − p2 ) p1 − Biến thiên nội năng: u = q = cv T u − Hệ số biến hóa năng lượng:  = =1 q − Quá trình đẳng tích biểu diễn trên đồ thị p-v là đường thẳng song song với trục tung 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2