Điện lạnh cơ bản 1

Chia sẻ: Bùi Kiên Trung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

699
lượt xem 203
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung tài liệu có kết cấu gồm 3 phần, trình bày các khái niệm cơ bản về nhiệt động; lắp ráp hệ thống và thiết bị; thử nghiệm và vận hành hệ thống.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Điện lạnh cơ bản 1

ĐIỆN LẠNH CƠ BẢN 1 PHẦN 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NHIỆT ĐỘNG 1.1. Khái niệm về nhiệt động và máy lạnh: Máy nhiệt là thiết bị thực hiện quá trình chuyển hoá giữa nhiệt năng và cơ năng ở hai nguồn nóng (T1) và lạnh (T2). Máy nhiệt được chia làm hai nhóm: Nhóm động cơ nhiệt và nhóm máy lạnh, bơm nhiệt. Động cơ nhiệt: Gồm máy hơi nước, động cơ đốt trong, động cơ phản lực, turbine hơi, turbine khí,… loại này làm việc theo nguyên lý chất môi giới nhận nhiệt (Q1) từ nguồn nóng (quá trình cháy nhiên liệu), kế đến là giãn nỡ để biến một phần nhiệt thành công (L 0), sau đó chất môi giới nhả phần nhiệt (Q2) cho nguồn lạnh. Q1 Q2 = L0 . Máy lạnh và bơm nhiệt : Làm việc theo nguyên lý máy tiêu hao năng lượng L0, chất môi giới nhận nhiệt (Q2) từ nguồn lạnh để làm lạnh vật, rồi truyền (Q2) và (L0) cho nguồn nóng. Máy lạnh sử dụng nhiệt (Q 2) để làm lạnh vật còn bơm nhiệt sử dụng (Q 1) để sưởi ấm hoặc sấy. Nhiệt và công là các dạng năng lượng là các đại lượng vật lý phụ thuộc vào quá trình. Qui ước: Nhiệt nhận Q > 0 Nhiệt nhả Q 0 Công tiêu hao L
2 2 m kT (11) 3 2 Trong đó: T : Nhiệt độ tuyệt đối, K m : Khối lượng phân tử, kg : Vận tốc trung bình các phân tử, m/s k : Hằng số Boltzmann. k = 1,3805 .1023 (J/độ) Để xác định nhiệt độ người ta thường dùng 2 thang đo nhiệt độ: Nhiệt độ bách phân. ( Nhiệt độ Celcius : t, 0C ) Nhiệt độ tuyệt đối. ( Nhiệt độ Kelvin : T, K ) Mối quan hệ : T(K) = t(0C) + 273,15 Ngoài ra còn có các thang nhiệt độ khác như : Nhiệt độ Fahrenheit t(0F), Rankine T(0R). Mối quan hệ : 5 o t oC t F 32 (12) 9 5 o t oC T R 273,15 (13) 9 b/ Áp suất: Ap suất là lực tác dụng các phân tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành bình chứa. F p (N/m2) (14) S Ở đây: p : áp suất tuyệt đối (N/m2) F : lực tác dụng (N) (1 N = 1 kgm/s2) S : diện tích thành bình (m2) Để đo áp suất người ta dùng nhiều đơn vị đo khác nhau, ta có mối quan hệ giữa các đơn vị đo áp suất như sau : 1at = 9,81 . 104 (N/m2) 0,981bar 9,81 . 104 Pa = 1 kG/cm2 = 14,7 psi = 10 mH2O = 735,5 mmHg Ngoài ra ta có các khái niệm khác về áp suất như: Trong đó: Pk p : áp suất tuyệt đối t pd : áp suất dư P Pck Pkt pKT : áp suất khí trời P pCK : áp suất chân không 2
* Khi đo áp suất bằng chiều cao cột thủy ngân phải qui về điều kiện 00C trước khi chuyển đổi đơn vị, theo công thức: h00C = h (1 0,000172.t) Trong đó : h00C : chiều cao cột thuỷ ngân ở 00C . h : chiều cao cột thuỷ ngân ở t 0C. c/ Thể tích riêng: Thể tích riêng là thể tích của một đơn vị khối lượng. Nếu một lượng khí có khối lượng là G kg, thể tích là V m3 thì thể tích riêng sẽ là: V v = , (m3/kg) (15) G Khối lượng riêng là đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng. 1 , (kg/m3) (16) v d/ Nội năng: ( ký hiệu: u, J/kg) Nội năng của một vật bao gồm: nhiệt năng, hoá năng, năng lượng nguyên tử. Đối với quá trình nhiệt động hoá năng và năng lượng nguyên tử không thay đổi nên sự thay đổi nội năng của vật chỉ là sự thay đổi nhiệt năng. Nội năng bao gồm: Nội động năng và nội thế năng. Nội động năng sinh ra là do chuyển động tịnh tiến, chuyển động dao động, chuyển động quay của các phân tử. Nội thế năng sinh ra là do lực tương tác các phân tử. Theo thuyết động học phân tử thì nội động năng phụ thuộc vào nhiệt độ, nội thế năng phụ thuộc vào khoảng cách các phân tử, là hàm đơn trị của thể tích, do vậy: u = f (T, v) Đối với khí lý tưởng thì: u = f (T) Mặt khác nội năng là một thông số trạng thái, chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối, không phụ thuộc vào quá trình tiến hành. du = cv dT. Khi cho quá trình tiến hành từ trạng thái 1đến trạng thái 2 độ biến thiên nội năng sẽ là: u = cv ( T2 – T1) (17) Ở đây: cv là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích(J/kg.độ) e/ Năng lượng đẩy: (d : J/kg) Đối với dòng khí hoặc chất lỏng chuyển động, ngoài động năng và thế năng bên ngoài còn một năng lượng giúp khối khí dịch chuyển, gọi là năng lượng đẩy. Năng lượng đẩy được xác định bằng biểu thức : d = pv (18) 3
Năng lượng đẩy là một thông số trạng thái và chỉ có ở hệ hở, khi dòng khí chuyển động thì năng lượng đẩy thay đổi và tạo ra công lưu động để đẩy dòng khí dịch chuyển. f/ Enthalpy: (i, h: J/kg) Enthalpy là một thông số trạng thái. Trong nhiệt động enthalpy được định nghĩa bằng biểu thức: i = u + pv (19) Đối với khí thực enthalpy phụ thuộc vào 2 trong 3 thông số trạng thái cơ bản, còn đối với khí lý tưởng thì: (19) di = du + d(R.T) di = cvdt + RdT di = cpdT. Độ biến thiên enthalpy giữa hai trạng thái 1 và 2 sẽ là: i = cp (T2 – T1) (110) g/ Entropy: (s: J/kg.độ) Entropy là một đại lượng vật lý mà sự thay đổi của nó chứng tỏ có sự trao đổi nhiệt. Phương trình vi phân entropy có dạng : dq ds ( 111) T dq : nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường trong quá trình vô cùng bé. 1.2.3: Phương trình trạng thái : Phương trình trạng thái của chất khí một cách tổng quát được biểu diễn theo mối quan hệ hàm số như sau: F ( p,v,T) = 0 (112) Nó cho phép ta xác định được một trạng thái bất kỳ khi biết 2 trong 3 thông số trạng thái. a/ Phương trình trạng thái của khí lý tưởng: + Phương trình trạng thái khi viết cho 1 kg khí có dạng : p.v = R.T (113) Trong đó : p : áp suất tuyệt đối (N/m ) 2 v : Thể tích riêng (m3/kg) R : Hằng số chất khí (J/kg.độ) T : Nhiệt độ tuyệt đối (K) + Phương trình trạng thái đối với G kg khí : p.v.G = G.R.T p.V = G.R.T (114) + Phương trình khi viết cho 1 kmol chất khí: Từ (113) 4
p.v. = .R.T pV = .R.T với : V = v. : Thể tích 1 kmol khí. (m3/kmol) Đặt : R = .R : Hằng số phổ biến chất khí (J/kmol.độ) pV = R T (115) pV R = (116) T Theo Avogadro – Ampere: ở điều kiện tiêu chuẩn : p = 760 mmHg, t = 00C = 273,15 K, thể tích 1 kmol khí lý tưởng V = 22,4 m3 vậy : 760 5 .10 .22,4 R = 750 101332.22,4 273,15 273,15 R = 8314 (J/kmol.độ) R 8314 R = . b/ Phương trình trạng thái khí thực: Trong thực tế các khí sử dụng đều là khí thực và việc tính toán nó rất phức tạp. Để thiết lập phương trình cho khí thực người ta dựa vào phương trình của khí lý tưởng rồi thêm vào một số hệ số điều chỉnh được rút ra từ thực nghiệm. Theo Vander Waals phương trình có dạng: a p .v b R.T (117) v2 Trong đó: a/v2: Hệ số điều chỉnh về áp suất nội bộ, khi kể đến lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử. b : Hệ số điều chỉnh về thể tích bản thân phân tử. a,b: Còn gọi là các hằng số cá biệt biến thiên theo các loại chất khí. 1.3 Nhiệt dung riêng: 1.3.1. Định nghĩa: Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt lượng cần thiết để đưa một đơn vị chất môi giới lên 1 độ theo một quá trình nào đó. Ký hiệu c . Nếu ta có 1 đơn vị chất môi giới là 1 kg, cần một nhiệt lượng là dq làm cho nó thay đổi nhiệt độ là dt thì: dq c = : Nhiệt dung riêng thực (118) dt Còn nếu ta cung cấp cho 1 kg chất môi giới một nhiệt lượng là q làm cho nó thay đổi nhiệt độ từ t1 đến t2 thì: 5
q gọi là nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ từ t1 đến t2. t2 t1 t2 Ký hiệu nhiệt dung riêng trung bình từ t1 đến t2 là: c t1 t2 q c = (119) t1 t2 t1 1.3.2: Phân loại Có nhiều cách phân loại nhiệt dung riêng, nếu dựa vào đơn vị đo và đặc tính quá trình ta có các loại sau: a) Khi lấy đơn vị đo là kg: gọi là nhiệt dung riêng khối lượng, ký hiệu c (kJ/kg.độ) Nếu quá trình tiến hành trong điều kiện áp suất không đổi, gọi là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp ký hiệu : cp Nếu quá trình tiến hành trong điều kiện thể tích không đổi, gọi là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích ký hiệu: cv b) Khi l ấy đơn vị đo là m 3 tiêu chuẩn : gọi là nhiệt dung riêng thể tích, ký hiệu c’ (kJ/m3tc.độ) (m3tc đo ở điều kiện: p = 760 mmHg, t = 0 oC). Tương tự ta cũng có c’p và c’v,lần lượt là nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp và nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích. c) Khi lấy đơn vị đo là kmol: gọi là nhiệt dung riêng kmol, ký hiệu c (kJ/kmol.độ). Tương tự ta cũng có c p và c v, ký hiệu cho nhiệt dung riêng kmol đẳng áp và nhiệt dung riêng kmol đẳng tích. * Mối quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng: Khi biết nhiệt dung riêng này cần xác định nhiệt dung riêng kia ta dùng các mối quan hệ sau: c + c = c'.vtc (a) + cp – cv = R (b) cp + k (c) cv Trong đó k là số mũ đoạn nhiệt: k > 1 Từ ( 33b) và (33c) R cv = (d) k 1 k .R cp = (e) k 1 1.3.3: Sự phụ thuộc nhiệt dung riêng vào nhiệt độ. 6
a) Quan hệ hằng số: Trong kỹ thuật khi tính toán không cần độ chính xác cao ta coi nhiệt dung riêng không phụ thuộc vào nhiệt độ, chỉ phụ thuộc vào tính chất của chất môi giới, để xác định ta có bảng sau: kcal/kmol.độ Loại khí k c v c p Khí 1 nguyên tử 1,6 3 5 Khí 2 nguyên tử 1,4 5 7 Khí từ 3 nguyên tử trở lên 1,3 7 9 b) Quan hệ đường thẳng: Ở mức độ chính xác vừa phải nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ theo quan hệ đường thẳng như sau: c = a + bt (120) c) Quan hệ đường cong:Khi mức độ chính xác cao nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ theo quan hệ đường cong: c = a’+ b’t + dt2 (121) Trong đó: a, b, a’, b’, d là những hằng số xác định từ thực nghiệm. 1.3.4. Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng. a) Theo nhiệt dung riêng thực: dq Từ định nghĩa (31): c = dt dq = c.dt Khi cho quá trình tiến hành từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 tích phân ta được 2 q = c dt 1 q = c(t2 – t1) (122) b) Theo nhiệt dung riêng quan hệ là đường thẳng: Ta có: c = a + bt dq = ( a + bt )dt Tích phân: 2 q = a bt dt 1 1 2 q = a.t + b t 2 2 1 1 2 2 q = a(t2 t1) + b t 2 t 1 2 t t1 hay: q = [a + b 2 ] .(t2 t1) (123) 2 7
c) Theo quan hệ là đường cong: Từ (35): c = a’+ b’t + dt2 2 q = a ' b' t dt 2 dt 1 Tương tự tích phân theo t và đặt (t2 – t1) làm thừa số chung: t2 t1 t 12 t 22 t 1 t 2 q = [a + b d ].(t2 t1) (124) 2 3 d) Theo nhiệt dung riêng trung bình. Từ định nghĩa: t2 q c = t1 t2 t1 t2 q = c (t2 – t1) (f) t1 Các bảng không cho nhiệt dung riêng trung bình từ t 1 t2, chỉ có từ 0 t nào đó mà thôi, do vậy nhiệt dung riêng trung bình từ t1 t2 được xác định: t t t2 c 02 t 2 c 01 t 1 c = (g) t1 t2 t1 Thay (g) vào (f) và đơn giản ta được: t2 t2 q = c t2 – c t1 (125) 0 0 1.4. Định luật nhiệt động thứ nhất. 1.4.1. Nội dung định luật: Thực chất của định luật nhiệt động thứ nhất là định luật bảo toàn và biến hoá năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt, định luật được phát biểu: “ Năng lượng không tự mất đi cũng không tự tạo ra, mà nó chỉ có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác trong các quá trình lý hóa khác nhau mà thôi”. Hay nói cách khác: tổng năng lượng toàn phần trong hệ cô lập là không đổi. Trong phạm vi nhiệt động, một lượng nhiệt năng nào đó bị mất đi tất yếu sẽ sinh ra một lượng cơ năng xác định và ngược lại. 1.4.2. Phương trình định luật nhiệt động thứ nhất Xét 1 khối khí bất kỳ khi ta cung cấp cho nó một nhiệt lượng vô cùng nhỏ dQ thì nó sẽ thay đổi nội năng dU và sinh ra một công tương ứng là dL. Theo định luật bảo toàn: dQ = dU + dL (126) Khi tính cho 1 kg: dq = du +dl 8
dq = du + pdv (127) dq = du + d(pv) – vdp Hay dq = d(u + pv) vdp với i = u + pv :enthalpy dq = di – vdp (128) Từ (44) suy ra: dq = cvdT + pdv Tích phân: q = u + l (l: công thay đổi thể tích) (129) Từ (45) suy ra: dq = cpdT vdp Tích phân: q = i +lkt , ( lkt :công kỹ thuật) (130) Công thức (129) và (130) là phương trình của định luật nhiệt động thứ nhất cho hệ kín và hệ hở. 1.4.3. Công thay đổi thể tích: Là công sinh ra khi thể tích chất môi giới thay đổi. Ký hiệu l (J/kg) xilanh p 1 kg p p dx dv v Piston có diện tích S v1 v2 Cho 1kg chất môi giới vào trong xilanh với áp suất p, trên đó đặt một piston có diện tích S. Khi ta cung cấp cho chất môi giới một nhiệt lượng vô cùng bé là dp, chất môi giới giãn nở làm piston dịch chuyển một đoạn nhỏ dx. Vậy công sinh ra tương ứng lúc này sẽ là: dl = p.S.dx dl = p.dv Khi quá trình tiến hành từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 thì: 2 l = pdv , (J/kg) (131) 1 l > 0 khi chất môi giới giãn nở l
2 L = G.l = G pdv , (J) (132) 1 1.5: Các quá trình nhiệt động cơ bản cũa khí ly tưởng: 1.5.1: Khái niệm: Trong thực tế kỹ thuật xảy ra rất nhiều các quá trình nhiệt động khác nhau, những quá trình nhiệt động cơ bản thường gặp là: quá trình đẳng tích, quá trình đẳng áp, quá trình đẳng nhiệt, quá trình đoạn nhiệt, quá trình đa biến. Các quá trình đó xảy ra sự biến hóa năng lượng dưới dạng nhiệt, công, nội năng,… Ở đây ta nghiên cứu đặc tính các quá trình, xác lập biểu thức quan hệ các thông số, tính toán các dạng năng lượng cho từng quá trình. 1.5.2: Độ biến thiên enthalpy: i (J/kg) Định nghĩa: i = u + pv Hay: i = u + RT Vi phân: di = du + RdT di = cvdT + RdT di = cpdT Tích phân 2 vế từ trạng thái 1 2, ta được: i = cp(T2 – T1) (133) 1.5.3. Độ biến thiên entropy: s (J/kg.độ) Định nghĩa: dq ds = T du pdv p R Hay : ds = , với pv = RT T T v dT dv ds = c v R T v Tích phân 2 vế đi từ trạng thái 1 2, ta được: T2 v2 s = c v ln R ln (134) T1 v1 1.5.4. Quá trình đẳng tích: (v = const) Quan hệ các thông số: T2 P2 (1) p1v = RT1 (a) (135) T1 P1 (2) p2v = RT2 (b) Độ biến thiên entropy: Tổng quát: 10
T2 v2 s = c v ln R ln T1 v1 Vì quá trình đẳng tích có :v2 = v1 T2 s = c v ln (136) T1 Công giãn nở: l (J/kg) 2 Ta có: l = pdv , vì : v2 = v1 1 l = 0 Công kỹ thuật: lkt (J/kg) 2 Ta có: lkt = vdp 1 Tích phân: p T lkt = v(p1p2) Hay: lkt = R(T1 – T2) Nhiệt lượng: q (J/kg) Từ định luật 1: q = u + l mà l = 0 v s q = u = cv(T2 – T1) Hệ số biến hóa năng lượng : là tỉ số giữa độ biến thiên nội năng và nhiệt lượng tham gia quá trình (biết tỉ lệ các dạng năng lượng trong quá trình) u v = = 1 (137) q Giá trị 1: Nói lên quá trình đẳng tích nhiệt lượng tham gia chỉ để biến thiên nội năng, hoàn toàn không sinh công. 1.5.5. Quá trình đẳng áp: (p = const) Quan hệ các thông số: (1) pv1 = RT1 (a) T2 v 2 (138) (2) pv2 = RT2 (b) T1 v1 Độ biến thiên entropy: Tổng quát: T2 v2 s = c v ln R ln T1 v1 T2 v2 Vì quá trình đẳng áp có: T1 v1 11
T2 s = ( cv + R) ln T1 T2 s = c p ln (139) T1 Công giãn nở: l (J/kg) 2 Ta có: l = pdv 1 l = p(v2 v1) hay l = R(T2 – T1) (140) Công kỹ thuật: lkt (J/kg) 2 Ta có: lkt = vdp , vì : p1 = p2 1 lkt = 0 Nhiệt lượng: q (J/kg) Từ định luật 1: q = u + l q = cv(T2 – T1) + R(T2 – T1) q = cp(T2 – T1) (141) p T 2v v s ệ số biến hóa năng lượng : H u cv T2 T1 1 Ta có: = q c p T2 T1 k 7 Nếu chất môi giới là khí 2 nguyên tử thì : k=1,4 5 5 5 = : để biến thiên nội năng. 7 7 12
2 : để sinh công. 7 1.5.6. Quá trình đẳng nhiệt: (T = const) Đối với quá trình đẳng nhiệt: u = 0 i = 0 vì : T2 = T1 Quan hệ các thông số: p2 v1 (1) p1v1 = RT = const (142) p1 v2 (2) p2v2 = RT = const Tổng quát: pv = const (143) Độ biến thiên entropy: Tổng quát: T2 v2 s = c v ln R ln T1 v1 T2 Vì quá trình đẳng nhiệt có: cv.ln = 0 T1 v2 s = R ln (144) v1 p1 Hay : s = R ln p2 Công giãn nở: l (J/kg) 2 Ta có: l = pdv 1 RT const pv = RT p = = v v 2 dv l = RT 1 v v2 p1 Tích phân: l = RT ln RT ln v1 p2 v2 p1 Hay: l = p1v1 ln p 2 v 2 ln (145) v1 p2 Công kỹ thuật: lkt (J/kg) 2 Ta có: lkt = vdp 1 13
RT pv = RT v = p p2 p1 lkt = RT ln RT ln p1 p2 v2 Hay lkt = RT ln (146) v1 Vậy đối với quá trình đẳng nhiệt ta có: lkt = l. Nhiệt lượng: q (J/kg) Từ định luật 1: q = u + l mà: ( u = 0) v2 p1 q = l = RT ln RT ln (147) v1 p2 p T v s 1.5.7. Quá trình đoạn nhiệt: là quá trình chất môi giới tiến hành hoàn toàn không trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài. Tổng quát : q = 0 và dq = 0 Phương trình của quá trình: Từ định luật 1: dq = cvdT + pdv = 0 (a) Từ phương trình trạng thái: pv = RT Vi phân 2 vế: pdv + vdp = RdT pdv vdp dT = R Thay dT vào (a): cv (pdv+vdp) + pdv = 0 R c c hay pdv( v +1) + v vdp = 0 R R 14
cppdv + cvvdp = 0 Chia tất cả cho : cv k.p.dv + vdp = 0 (b) Tích phân 2 vế: Phương trình của quá trình đoạn nhiệt sẽ là: pvk = const (148) (b) k.pdv = vdp Tích phân: k pdv = vdp Hay : k.l = lkt (149) Điều này cho thấy rằng đối với quá trình đoạn nhiệt công kỹ thuật sẽ bằng k lần công thay đổi thể tích. Độ biến thiên entropy: ( s) dq Định nghĩa ds = (mà dq = 0) T ds = 0 s = const s = 0 Quá trình đoạn nhiệt còn gọi là quá trình đẳng entropy. Độ biến thiên nội năng: ( u) u = cv (T2 T1) Độ biến thiên enthanpy: ( i) i = cp (T2 T1) Quan hệ các thông số: (1) p1v1 = RT1 ; p1 v1k = const (c) (2) p2v2 = RT2 ;p2 v 2k = const (d) k 1 p2 v1 , v2 p1 k (c) và (d) (e) p1 v2 v1 p2 1 k 1 (c)(d) và (e) T2 p2 v2 p2 p1 k p2 k T1 p1 v1 p1 p2 p1 k k 1 T v 2 v1 v1 2 T1 v1 v 2 v2 k 1 k 1 T2 p2 k v1 (150) T1 p1 v2 15
Công giãn nở: l (J/kg) 2 Ta có: l = pdv (f) 1 Từ (224) và (c): p1v1k const p = vk vk 2 k (f) l = p1v1k v dv 1 Tích phân: p1v1k k 1 2 l = v k 1 1 p1v1k k 1 l = v1 v2 k 1 k 1 1 l = p1v1 p2 v2 (151) k 1 R Hay l = T1 T2 (152) k 1 l = cv (T1 – T2) = u k 1 p T p1v1 p2 k Từ (427) l = 1 (429) k 1 p1 1.5.8. Quá trình đa biến: v s Trong trường hợp tổng quát ta nghiên cứu quá trình có = const, quá trình như vậy được gọi là quá trình đa biến, với mỗi giá trị ta có một quá trình đa biến tương ứng. Phương trình của quá trình: u Ta có: = = const q u q = cv Vi phân: dq = dT cv Đặt: cn = : nhiệt dung riêng đa biến dq = cn.dT (a) 16
Từ định luật 1: dq = cvdT + pdv (b) Và: dq = cpdT – vdp (c) Từ (a) và (c) (cn – cp) dT = vdp (d) Từ (a) và (b) (cn – cv) dT = pdv (e) Chia (d) cho (e): cn c p vdp cn cv pdv cn cp Đặt n = : số mũ đa biến cn cv n.pdv + vdp = 0 (g) Tích phân: pvn = const (153) (153) là phương trình của quá trình đa biến Quan hệ các thông số: Tương tự quá trình đoạn nhiệt ta cũng có : n 1 n 1 T2 p2 n v1 (154) T1 p1 v2 Công giãn nở: l (J/kg) 1 l = p1v1 p2 v2 n 1 R l = T1 T2 n 1 (155) n 1 RT1 p2 n 1 l = n 1 p1 Công kỹ thuật: lkt = n.l (156) Vậy công kỹ thuật bằng n lần công thay đổi thể tích. Nhiệt lượng: 2 q = c n dT 1 q = cn(T2 – T1) cn c p mà n = cn cv n k cn = cv n 1 17
n k nên : q = cv (T2 – T1) (157) n 1 Độ biến thiên entropy: dq dT ds = cn T T T2 s = c n ln (158) T1 p n= T n= n=± n= ± n= n= k 1 k 0 n= n= 0 1 v s Khi n = 0 (153) có: p = const quá trình đẳng áp Khi n =1 (153) có: T = const quá trình đẳng nhiệt Khi n = k (153) có: pvk = const quá trình đoạn nhiệt Khi n (153) có: v = const quá trình đẳng tích 1.6. Định luật nhiệt động thứ hai: Định luật nhiệt động thứ hai là định luật xác định khả năng (điều kiện) và chiều hướng xảy ra của các quá trình. A Xác định rằng: Mọi quá trình tự nhiên đều là các quá trình tự phát (quá trình không thuận nghịch) biến đổi từ trạng thái không cân bằng đến trạng thái cân bằng. Trong quá trình biến đổi này cho phép ta nhận năng lượng có ích và khi đã ở trạng thái cân bằng rồi tự nó không thể biến B đổi ngược lại. Muốn đổi ngược lại nó phải tiêu tốn một năng lượng từ bên ngoài. A: Trạng thái không cân bằng B: Trạng thái cân bằng Đi từ A đến B: tự nhiên Đi từ B đến A: cần năng lượng từ ngoài. Định luật được rút ra từ thực nghiệm và có thể phát biểu bằng các cách như sau: + Nhiệt lượng luôn đi từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. (Muốn làm ngược điều này ta phải tiêu hao một năng lượng) + Không thể có máy nhiệt chạy tuần hoàn có khả năng biến đổi toàn bộ nhiệt cấp cho máy thành công mà không mất một phần nhiệt truyền cho vật khác. (l
Trong các máy nhiệt để sinh công một cách liên tục, chất môi gới sau khi giãn nở cần phải tạo ra quá trình để đưa chất môi giới về trạng thái ban đầu. Nó có nghĩa là chất môi giới phải tạo các quá trình kín, hay nói cách khác là nó thực hiện một chu trình. a) Chu trình thuận chiều. Chu trình thuận chiều là chu trình bao gồm các quá trình có chiều tiến hành theo chiều kim đồng hồ. (Hình 1. a). q1 p 1 a p 1 a q1 l>0 2 l 0). Các động cơ nhiệt đều làm việc theo kiểu này. b) Chu trình nghịch chiều. Chu trình nghịch chiều là chu trình bao gồm các quá trình có chiều tiến hành ngược chiều kim đồng hồ. (Hình 1. b). Chu trình này có đường cong giãn nở nằm dưới đường cong nén nên công của chu trình này có giá trị âm (l
Công của chu trình thuận chiều ở hình 1 a lCT = l1a2 – l2b1 hay : lCT = dt(1.a.2.v2,v1) – dt(1.b.2.v2.v1) lCT = dt(1a2b1) > 0 Công của chu trình nghịch chiều ở hình 1 b lCT = l1b2 – l2a1 hay : lCT = dt(1.b.2.v2,v1) – dt(2.a.1v1.v2) mà : dt(2.a.1.v1.v2) > dt(1.b.v2.v1) lCT = dt(1b2a)