Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh và điều hoà không khí (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hoà không khí - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2019)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:154

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh và điều hoà không khí (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hoà không khí - Trung cấp) được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên trình bày được kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật Nhiệt - Lạnh và điều hòa không khí; Trình bày tính chất của chất môi giới trong hệ thống máy lạnh và ĐHKK, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy lạnh, cấu trúc cơ bản của hệ thống máy lạnh và ĐHKK. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh và điều hoà không khí (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hoà không khí - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2019)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT-LẠNH & ĐHKK NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: / QĐ-CĐCG ngày … tháng.... năm…… của Trường cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi, năm 2019 (Lưu hành nội bộ) 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình ‘’CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT- LẠNH & ĐHKK’’ được biên soạn để giảng dạy và học tập cho môn học “Cơ sở kỹ thuật nhiệt-lạnh và điều hòa không khí” với thời lượng đào tạo là 120 giờ thuộc chương trình đào tạo ngành/nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí trình độ đào tạo Trung cấp đã được bộ môn “Kỹ tuật máy lạnh và điều hòa không khí” thông qua. Giáo trình phục vụ chủ yếu cho sinh viên ngành “KỸ THUẬT MÁY LẠNH & ĐHKK” của trường Cao Đẳng Cơ Giới; cũng có thể làm tài liệu cũng cấp kiến thức cơ sở cho các sinh viên ngành khác. Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun MH09 của chương trình đào tạo nghề kỹ thuật máy lạnh và đhkk ở cấp trình độ trung cấp nghề và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo, sau khi học tập xong mô đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp các môn học, mô đun khác của nghề. Chúng tôi đã cố gắng nghiên cứu kế thừa kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm của bản thân, của các đồng nghiệp, cũng như đã tham khảo nhiều sách báo nước ngoài trong quá trình biên soạn, nhưng khó tránh khỏi những nhầm lẫn và thiếu sót. Chúng tôi thực sự vui mừng khi được bạn đọc sử dụng và đóng góp ý kiến cho giáo trình. Xin chân thành cảm ơn bạn đọc. Quảng Ngãi, ngày 15 tháng 04 năm 2022 Tham gia biên soạn 1. Hồ Văn Tịnh Chủ biên 2. ………….............. 3. ……….............…. 3
MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN..................................................................................... 2 LỜI GIỚI THIỆU....................................................................................................3 MỤC LỤC................................................................................................................ 4 BÀI MỞ ĐẦU........................................................................................................ 11 CHƯƠNG I: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT......13 1. NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT:..................................................................................... 14 1.1. Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới:.............................................. 14 1.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi:...........................................................................23 1.3. Chu trình nhiệt động của máy lạnh và bơm nhiệt:............................................................. 24 1.4 Chu trình nhiệt động............................................................................................................27 2. TRUYỀN NHIỆT:...................................................................................................... 30 2.1. Dẫn nhiệt:........................................................................................................................... 30 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH.......................................................... 55 1. KHÁI NIỆM CHUNG: ............................................................................................. 56 1.1. Ý nghĩa của kỹ thuật lạnh trong đời sống và kỹ thuật:.......................................................56 1.2. Các phương pháp làm lạnh nhân tạo:................................................................................ 57 2. MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH:............................................................ 59 2.2. Chất tải lạnh:.......................................................................................................................63 2.2.2 . Các chất tải lạnh thường dùng:.......................................................................................63 3. CÁC HỆ THỐNG LẠNH THÔNG DỤNG:............................................................. 63 3.1. Hệ thống lạnh với một cấp nén:..........................................................................................64 3.2. Sơ đồ 2 cấp nén có làm mát trung gian:............................................................................. 67 4. MÁY NÉN LẠNH:..................................................................................................... 73 4.1. Khái niệm:.......................................................................................................................... 73 4.2. Máy nén pittông:.................................................................................................................77 4.3. Giới thiệu một số chủng loại máy nén khác:......................................................................81 5. CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG LẠNH:................................................ 85 5.1. Các thiết bị trao đổi nhiệt chủ yếu:.....................................................................................85 5.2. Thiết bị tiết lưu (giảm áp):................................................................................................116 5.3. Thiết bị phụ, dụng cụ và đường ống của hệ thống lạnh:.................................................. 119 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ.......................128 1. KHÔNG KHÍ ẨM:................................................................................................... 129 1.1. Các thông số trạng thái của không khí ẩm:...................................................................... 129 4
2. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ: ....................................................... 138 2.1. Khái niệm về thông gió và ĐHKK:..................................................................................138 2.2. Các hệ thống ĐHKK:....................................................................................................... 142 2.3. Các phương pháp và thiết bị xử lý không khí:................................................................. 143 3. HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VÀ PHÂN PHỐI KHÔNG KHÍ:........................... 147 3.1. Trao đổi không khí trong phòng:......................................................................................147 3.2. Đường ống gió:.................................................................................................................155 3.3. Quạt gió:........................................................................................................................... 157 4. CÁC PHẦN TỬ KHÁC CỦA HỆ THỐNG ĐHKK: ............................................ 160 4.1. Khâu tự động điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong phòng:............................................... 161 4.2. Cung cấp nước cho ĐHKK:............................................................................................. 166 TÀI LIỆU THAM KHẢO:................................................................................. 172 5
TÊN MÔN HỌC: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Mã môn học: MH 09 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: Là môn học cơ sở kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị các kiến thức cần thiết cho các phần học kỹ thuật chuyên môn tiếp theo. Là môn học bắt buộc. Môn học thiên về lý thuyết có kết hợp với tra bảng biểu. Mục tiêu của môn học: -Kiến thức A1 Trình bày được kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật Nhiệt - Lạnh và điều hòa không khí A2. Trình bày tính chất của chất môi giới trong hệ thống máy lạnh và ĐHKK, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy lạnh, cấu trúc cơ bản của hệ thống máy lạnh và ĐHKK. - Kỹ năng B1. Tra bảng được các thông số trạng thái của môi chất, sử dụng được đồ thị, biết chuyển đổi một số đơn vị đo và giải được một số bài tập đơn giản. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm C1 Rèn luyện khả năng tư duy logic của sinh viên. C2 các ứng dụng trong thực tế vận dụng để tiếp thu các kiến thức chuyên ngành. 1. Chương trình khung nghề kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí Thời gian học tập (giờ) Số Trong đó Mã Tên môn học, mô đun tín Tổng Thực MH/MĐ Lý Kiểm chỉ số hành/ bài thuyết tra tập I Các môn học chung/đại cương 12 255 94 148 13 MH 01 Chính trị 2 30 15 13 2 MH 02 Pháp luật 1 15 9 5 1 MH 03 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 2 MH 04 Giáo dục quốc phòng - An ninh 2 45 21 21 3 MH 05 Tin học 2 45 15 29 1 MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) 4 90 30 56 4 II Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề 68 1645 450 1103 92 II.1 Môn học, mô đun cơ sở MH 07 Vẽ kỹ thuật 2 30 18 10 2 MH 08 Cơ sở kỹ thuật điện 3 45 33 9 3 Cơ sở kỹ thuật nhiệt - lạnh và MH 09 4 75 56 16 3 điều hoà không khí MH 10 Vật liệu điện lạnh 2 30 24 4 2 An toàn lao động và vệ sinh MH 11 2 30 23 5 2 công nghiệp 6
MĐ 12 Máy điện 4 90 24 60 6 MĐ 13 Trang bị điện hệ thống lạnh 5 120 30 82 8 MĐ 14 Thực tập gò – hàn 3 70 12 52 6 MĐ 15 Kỹ thuật điện tử 2 45 11 31 3 II.2 Môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề MĐ 16 Đo lường điện - lạnh 2 45 17 26 2 MĐ 17 Lạnh cơ bản 5 120 30 84 6 MĐ 18 Hệ thống máy lạnh dân dụng 4 120 13 103 4 Hệ thống điều hoà không khí MĐ 19 5 120 28 84 8 cục bộ MĐ20 PLC 3 60 19 35 6 MĐ 21 Hệ thống máy lạnh công nghiệp 4 90 38 48 4 Hệ thống điều hoà không khí MĐ 22 3 75 15 57 3 trung tâm MĐ 23 Sửa chữa board mạch 5 120 44 69 7 MĐ 24 Chuyên đề điều hòa không khí 3 60 15 43 2 MĐ 25 Thực tập tốt nghiệp 7 300 285 15 Tổng cộng 80 1900 544 1251 105 7
2. Chương trình mô đun chi tiết Thời gian (giờ) Số Tên chương, mục Tổng Thực hành/ Kiểm TT Lý thuyết số bài tập tra* Bài mở đầu 1 1 Chương I: Cơ sở nhiệt 1 động kỹ thuật và truyền 14 9 4 1 nhiệt 1. Nhiệt động kỹ thuật 7 5 2 2. Truyền nhiệt 7 4 2 1 Chương II: Cơ sở kỹ 30 24 5 1 thuật lạnh 1. Khái niệm chung 5 5 2. Môi chất lạnh và chất 5 4 1 tải lạnh 2 3. Các hệ thống lạnh dân 7 6 1 dụng 4. Máy nén lạnh 7 5 2 5. Các thiết bị khác của 6 4 1 1 hệ thống lạnh Chương III: Cơ sở kỹ thuật điều hoà không 30 22 7 1 khí 1. Không khí ẩm 4 3 1 2. Khái niệm về điều hòa 4 3 1 3 không khí 3. Hệ thống vận chuyển 10 8 2 và phân phối không khí. 4. Các phần tử khác của hệ thống điều hòa không 12 8 3 1 khí Tổng cộng: 75 56 16 3 3. Điều kiện thực hiện môn học: 3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ.... 3.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình thực hành, bộ dụng cụ nghề điện, điện tử,… 3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các mạch điện tử công suất trong nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. 4. Nội dung và phương pháp đánh giá: 4.1. Nội dung: 8
- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 4.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 4.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 4.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Thường xuyên Viết/ Tự luận/ A1, C1, C2 1 Sau 20 giờ. Thuyết trình Trắc nghiệm/ Báo cáo Định kỳ Viết và Tự luận/ A2, B1, C1, C2 3 Sau 40 giờ thực hành Trắc nghiệm/ thực hành Kết thúc môn Vấn đáp và Vấn đáp và A1, A2, A3, B1, 1 Sau 75 giờ học thực hành thực hành B2, C1, C2, trên mô hình 4.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ. 5. Hướng dẫn thực hiện môn học 5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí 5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 5.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm…. 9
* Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra. - Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học. - Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng các hệ truyền động dùng điện tử công suất, các loại thiết bị điều khiển. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả - Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc môn học. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 6. Tài liệu tham khảo: [1] Hoàng Đình Tín – Lê Chí Hiệp – Nhiệt động lực học kỹ thuật – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003. [2] Hoàng Đình Tín – Bùi Hải – Bài tập Nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003. [3] Hoàng Đình Tín – Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003. [4] Nguyễn Bốn – Hoàng Ngọc Đồng - Nhiệt kỹ thuật – NXB Giáo Dục [5] Nguyễn Đức Lợi – Kỹ thuật lạnh Cơ sở – NXB Giáo Dục, 2006 [6] Trần Thanh Kỳ – Máy lạnh – NXB Giáo Dục, 2006 [7] Võ Chí Chính – Máy và thiết bị lạnh – NXB khoa học và kỹ thuật [8] Võ Chí Chính – Thông gió và Điều hòa không khí – NXB khoa học và kỹ thuật. [10] TS Hà Đăng Trung – ThS Nguyễn Quân – Cơ sở kỹ thuật điều tiết không khí – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 1997 [11] Nguyễn Đức Lợi – Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hòa không khí – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2007 10
BÀI MỞ ĐẦU Mã bài: MH09-01 Giới thiệu: Bài học này giúp cho người học hiểu được Tầm quan trọng của những kiến thức, kỹ năng tra bảng trong chuyên nghành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm về kỹ thuật lạnh - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học. Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp:  Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có  Kiểm tra định kỳ thực hành: không có 11
Nội dung chính 1. Tầm quan trọng của những kiến thức, kỹ năng tra bảng trong chuyên nghành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí Ngành Kỹ thuật máy lạnh và Điều hòa không khí là ngành học nghiên cứu về các hệ thống lạnh. Nó được ứng dụng rộng rãi trong trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Điều hòa không khí, thông gió; quá trình làm lạnh, cấp và trữ đông trong các nhà máy thủy hải sản; quá trình làm lạnh và gia nhiệt trong nhà máy sản xuất dược phẩm, sữa, bia và nước giải khát, nhà máy đường; quá trình sấy trong các nhà máy sản xuất giấy, cao su, gỗ, … Những kiến thức và kỹ năng tra bảng trong môn học này là kiến thức chuyên sâu về ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí, tìm thông số để tính toán và so sánh nhằm đưa ra một hệ thống lạnh hoàn hảo nhất 2. Tài liệu tham khảo: [1] Hoàng Đình Tín – Lê Chí Hiệp – Nhiệt động lực học kỹ thuật – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003. [2] Hoàng Đình Tín – Bùi Hải – Bài tập Nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003. [3] Hoàng Đình Tín – Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt – NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003. [4] Nguyễn Bốn – Hoàng Ngọc Đồng - Nhiệt kỹ thuật – NXB Giáo Dục [5] Nguyễn Đức Lợi – Kỹ thuật lạnh Cơ sở – NXB Giáo Dục, 2006 [6] Trần Thanh Kỳ – Máy lạnh – NXB Giáo Dục, 2006 [7] Võ Chí Chính – Máy và thiết bị lạnh – NXB khoa học và kỹ thuật [8] Võ Chí Chính – Thông gió và Điều hòa không khí – NXB khoa học và kỹ thuật. [10] TS Hà Đăng Trung – ThS Nguyễn Quân – Cơ sở kỹ thuật điều tiết không khí – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 1997 [11] Nguyễn Đức Lợi – Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hòa không khí – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2007 12
CHƯƠNG I: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT Mã chương: MH09 – 02 Giới thiệu: Chương này cung cấp cho sinh viên học sinh những kiến thức cơ bản ban đầu về cơ sở nhiệt động và truyền nhiệt: các khái niệm nhiệt động cơ bản, thông số của hơi, các chu trình nhiệt động cũng như quy luật của các hình thức truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt. Mục tiêu: - Trình bày được các kiến thức chung nhất về kỹ thuật Nhiệt - Lạnh. - Phân tích được các khái niệm về nhiệt động lực học. - Trình bày được các kiến thức về hơi và thông số trạng thái hơi. - Trình bày được các quá trình nhiệt động của hơi. - Trình bày được các chu trình nhiệt động. - Trình bày được các quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt và các thiết bị trao đổi nhiệt. - Phân tích được các quá trình, nguyên lý làm việc của máy lạnh và các quy luật truyền nhiệt nói chung. - Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tư duy logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp dụng vào môn học cho HSSV. Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị của các đại lượng. - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. 13
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp:  Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có  Kiểm tra định kỳ thực hành: không có Nội dung chính: 1. NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT: Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm về nhiệt động lực học. - Hơi và thông số trạng thái hơi, Các quá trình nhiệt động của hơi. - Các chu trình nhiệt động. 1.1. Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới: 1.1.1. Các khái niệm và định nghĩa: a) Khái niệm chất môi giới (CMG): * Chất môi giới hay môi chất công tác: Được sử dụng trong thiết bị nhiệt là chất có vai trò trung gian trong quá trình biến đổi giữa nhiệt năng và cơ năng. * Thông số trạng thái của CMG: Là các đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt động của CMG. b) Các thông số trạng thái của chất môi giới: * Nhiệt độ: Nhiệt độ (T) - số đo trạng thái nhiệt của vật. Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ là số đo động năng trung bình của các phân tử . m . 2 kT [1-1] 3 Trong đó: mμ - khối lượng phân tử ω - vận tốc trung bình của các phân tử k - hằng số Bonzman , k = 1,3805.105 J/độ T - nhiệt độ tuyệt đối. Nhiệt kế: Nhiệt kế hoạt động dựa trên sự thay đổi một số tính chất vật lý của vật thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ: chiều dài, thể tích, màu sắc, điện trở , v.v. Thang nhiệt độ: 1) Thang nhiệt độ Celsius (0C) 2) Thang nhiệt độ Fahrenheit (0F) 3) Thang nhiệt độ Kelvin (K) 4) Thang nhiệt độ Rankine (0R) Mối quan hệ giữa các đơn vị đo nhiệt độ: o 5 o C= ( F – 32) 9 o C = K – 273 Hình 1.3: Nhiệt kế o 5 o C= . R – 273 9 14
* Áp suất: + Khái niệm: Áp suất của lưu chất (p) - lực tác dụng của các phân tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành chứa. F p= [1-2] A Theo thuyết động học phân tử : 2 m p = .n. [1-3] 3 trong đó : p - áp suất ; F - lực tác dụng của các phân tử ; A - diện tích thành bình chứa ; n - số phân tử trong một đơn vị thể tích ; α - hệ số phụ thuộc vào kích thước và lực tương tác của các phân tử. + Đơn vị áp suất: 1) N/m2 ; 5) mm Hg (tor - Torricelli, 1068-1647) 2) Pa (Pascal) ; 6) mm H2O 3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch) 4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot) Mối quan hệ giữa các đơn vị đo áp suất: 1 atm = 760 mm Hg (at 0 0C) = 10,13 . 10 4 Pa = 2116 psf (lbf/ft2) 1 at = 2049 psf 1at = 0,981 bar = 9,81.104 N/m2 = 9,81.104 Pa = 10 mH20 = 735,5 mmHg = 14,7 psi + Phân loại áp suất: Áp suất khí quyển (p 0): Áp suất của không khí tác dụng lên bề mặt các vật trên trái đất. Áp suất dư (pd): Là phần áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển p d= p - p 0 [1-4] Áp suất tuyệt đối (p): Áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt đối. p = p d+ p 0 [1-5] Áp suất chân không (pck): Phần áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển. pck = p0 - p [1-6] Hình 1.4: Các loại áp suất + Áp kế: 15
Hình 1.5: Dụng cụ đo áp suất Barometer , b) Áp kế * Ghi chú: Khi đo áp suất bằng áp kế thủy ngân, chiều cao cột thủy ngân cần được hiệu chỉnh về nhiệt độ 00C. h0 = h (1 - 0,000172. t) [1-7] 0 trong đó : t - nhiệt độ cột thủy ngân, C h0 - chiều cao cột thủy ngân hiệu chỉnh về nhiệt độ 00C h - chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t0C c) Thể tích riêng và khối lượng riêng: Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một đơn vị khối lượng V chất đó : [m3/kg] [1-8] m Khối lượng riêng (ρ) - Khối lượng riêng - còn gọi là mật độ - của một chất là khối lượng ứng với một đơn vị thể tích của chất đó : m ρ= [kg/m3] [1-9] V d. Nội năng: Nội nhiệt năng (u) - gọi tắt là nội năng - là năng lượng do chuyển động của các phân tử bên trong vật và lực tương tác giữa chúng. Nội năng gồm 2 thành phần: nội động năng (ud) và nội thế năng (up). - Nội động năng liên quan đến chuyển động của các phân tử nên nó phụ thuộc vào nhiệt độ của vật. - Nội thế năng liên quan đến lực tương tác giữa các phân tử nên nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử. Như vậy, nội năng là một hàm của nhiệt độ và thể tích riêng: u = u (T, v) Đối với khí lý tưởng, lực tương tác giữa các phân tử bằng 0 nên nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Lượng thay đổi nội năng của khí lý tưởng được xác định bằng các biểu thức: du = CvdT và Δu = Cv(T2 - T1) [1-10] Đối với 1kg môi chất, nội năng kí hiệu là u, đơn vị là J/kg ; Đối với Gkg môi chất, nội năng kí hiệu là U, đơn vị là J. Ngoài ra nội năng còn có một số đơn vị khác như: kCal; kWh; Btu… 1kJ = 0,239 kCal = 277,78.10-6 kWh = 0,948 Btu e. Enthanpy: Enthalpy (i hoặc h) - là đại lượng được định nghĩa bằng biểu thức : i = h = u + p.v [1-11] Như vậy, cũng tương tự như nội năng, enthalpy của khí thực là hàm của các thông số trạng thái. Đối với khí lý tưởng, enthalpy chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. f. Entropy: 16
Entropy (s) là một hàm trạng thái được định nghĩa bằng biểu thức : dq ds = [J/K] [1-12] T 1.1.2. Hơi và các thông số trạng thái của hơi a) Các khái niệm chung: + Nhiệt năng (nhiệt lượng): là dạng năng lượng truyền từ vật này sang vật khác do sự chênh lệch nhiệt độ. Đơn vị đo nhiệt năng: Calorie (Cal) - 1 Cal là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của 1 gam nước tăng từ 14.50C đến 15.50C. British thermal unit (Btu) - 1 Btu là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của 1 pound nước tăng từ 59.50F lên 60.50F. Joule (J) - 1 [J] 1 Cal = 4.187 J 1 Btu = 252 Cal = 1055 J Hình 1.6: Các hình thức truyền nhiệt + Nhiệt dung và nhiệt dung riêng: Nhiệt dung của một vật là lượng nhiệt cần cung cấp cho vật hoặc từ vật tỏa ra để nhiệt độ của nó thay đổi 10. dQ C= [J/độ] [1-13] dt Nhiệt dung riêng (NDR) - còn gọi là Tỷ nhiệt - là lượng nhiệt cần cung cấp hoặc tỏa ra từ 1 đơn vị số lượng vật chất để nhiệt độ của nó thay đổi 10. Phân loại NDR theo đơn vị đo lượng vật chất: C Nhiệt dung riêng khối lượng c = , [J/kg.độ] [1-14] m C Nhiệt dung riêng thể tích c’ = , [J/m3t c.độ ] [1-15] Vtc C Nhiệt dung riêng mol c = [J/kmol.độ] [1-16] N Phân loại NDR theo quá trình nhiệt động: - NDR đẳng tích cv, cv’, cμv - NDR đẳng áp cp, cp’, cμp Công thức Maye : cp - cv = R [1-17] cμp - cμv = Rμ = 8314 [J/kmol.độ] [1-18] Chỉ số đoạn nhiệt: cp k= [1-19] cv 17
Trị số k của khí thực phụ thuộc vào loại chất khí và nhiệt độ. Đối với khí lý tưởng, k chỉ phụ thuộc vào loại chất khí. Quan hệ giữa c, k và R: 1 k cv = .R ; cp = .R [1-20] k 1 k 1 + Nhiệt dung riêng của khí thực: NDR của khí thực phụ thuộc vào bản chất của chất khí, nhiệt độ, áp suất và quá trình nhiệt động : c = f (T, p, quá trình). Trong phạm vi áp suất thông dụng, áp suất có ảnh hưởng rất ít đến NDR. Bởi vậy có thể biểu diễn NDR dưới dạng một hàm của nhiệt độ như sau : c = a0 + a1. t + a2. t 2 + ..... + an. tn [1-21] + Nhiệt dung riêng của khí lý tưởng: NDR của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào loại chất khí mà không phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Bảng 1.1: Chỉ số đoạn nhiệt và nhiệt dung riêng của khí lý tưởng Loại khí k cμv [kJ/kmol.độ] cμp [kJ/kmol.độ] Khí 1 nguyên tử 1,6 12,6 20,9 Khí 2 nguyên tử 1,4 20,9 29,3 Khí nhiều nguyên tử 1,3 29,3 37,4 + Nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí: n n n c= g i .ci ;c= r i .ci, ; c = r i .c i [1-22] i 1 i 1 i 1 b) Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng trung bình: * Tính NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ t1 ÷ t2 khi biết NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ 0 ÷ t : • NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ 0 ÷ t: t c 0 = a0 + a1. t • Theo định nghĩa NDR: c = dq/dt t2 t2 t • Nhiệt trao đổi trong quá trình 1 - 2: qt 1 = c.dt = c t2 . (t2 – t1) 1 t1 • Mặt khác có thể viết: t t t q t2 = q 02 - q 01 = t c 02 .(t 2 0) c 01 .(t1 0) t t c 02 .t 2 c 01 .t1 t 1 • Từ đó ta có: t t t2 c 02 .t 2 c 01 .t ct = = a0 + a1.(t2 – t1) [1-23] 1 t 2 t1 * Tính nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ t1 ÷ t2 khi biết NDR thực c = a0 + a1.t: 18
t2 2 t2 t12 t2 c.dt a0 .t 2 a1 . a0 .t1 a1 . ct = t1 2 2 1 t 2 t1 t 2 t1 t t 2 t1 c t 2 = a0 + a1. [1-24] 1 2 * Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng trung bình: t2 t q= c.dt = c t2 . (t2 – t1) [1-25] t1 1 c. Công : Công - còn gọi là cơ năng - là dạng năng lượng hình thành trong quá trình biến đổi năng lượng trong đó có sự dịch chuyển của lực tác dụng. Về trị số, công bằng tích của thành phần lực cùng phương chuyển động và quãng đường dịch chuyển: L = (F. cosθ). S Hình 1.7 * Đơn vị: Công là một dạng năng lượng nên đơn vị của công là đơn vị của năng lượng. Đơn vị thông dụng là Joule (J). 1J là công của lực 1N tác dụng trên quãng đường 1 m. * Phân loại công: Công thay đổi thể tích (l) - còn gọi là công cơ học - là công do CMG sinh ra khi dãn nở hoặc nhận được khi bị nén. Công thay đổi thể tích gắn liền với sự dịch chuyển ranh giới của HNĐ. Công thay đổi thể tích được xác định bằng biểu thức : v2 l= p.dv => dl = p . dv [1-26] v1 Công kỹ thuật (lkt) - là công của dòng khí chuyển động được thực hiện khi áp suất của chất khí thay đổi. Công kỹ thuật được xác định bằng biểu thức: p2 lkt = v.dp => dlkt = - v . dp [1-27] p1 Qui ước: Công do HNĐ sinh ra mang dấu (+), công do môi trường tác dụng lên HNĐ mang dấu (-). 1.1.3. Các thể (pha) của vật chất: Chất môi giới là chất có vai trò trung gian trong các quá trình biến đổi năng lượng trong các thiết bị nhiệt. Dạng đồng nhất về vật lý của CMG được gọi là pha. Ví dụ, nước có thể 19
tồn tại ở pha lỏng, pha rắn và pha hơi (khí). Thiết bị nhiệt thông dụng thường sử dụng CMG ở pha khí vì chất khí có khả năng thay đổi thể tích rất lớn nên có khả năng thực hiện công lớn. Hình 1.8: Đồ thị biểu diễn pha của chất thuần khiết * Ví dụ các quá trình chuyển pha của nước: + Sự hóa hơi và ngưng tụ: Hóa hơi là quá trình chuyển từ pha lỏng sang pha hơi. Ngược lại, quá trình chuyển từ pha hơi sang pha lỏng gọi là ngưng tụ. Để hóa hơi, phải cấp nhiệt cho CMG. Ngược lại, khi ngưng tụ CMG sẽ nhả nhiệt. Nhiệt lượng cấp cho 1kg CMG lỏng hóa hơi hoàn toàn gọi là nhiệt ẩn hóa hơi (rhh), nhiệt lượng tỏa ra khi 1kg CMG ngưng tụ gọi là nhiệt ngưng tụ (rnt). Nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt ngưng tụ có trị số bằng nhau. Ở áp suất khí quyển, nhiệt ẩn hóa hơi của nước là 2257 kJ/kg. + Sự nóng chảy và đông đặc: Nóng chảy là quá trình chuyển từ pha rắn sang pha lỏng, quá trình ngược lại được gọi là đông đặc. Cần cung cấp nhiệt để làm nóng chảy CMG. Ngược lại, khi đông đặc CMG sẽ nhả nhiệt. Nhiệt lượng cần cung cấp để 1 kg CMG nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy (r nc), nhiệt lượng tỏa ra khi 1 kg CMG đông đặc gọi là nhiệt đông đặc (rdd). Nhiệt nóng chảy và nhiệt đông đặc có trị số bằng nhau. Ở áp suất khí quyển, nhiệt nóng chảy của nước bằng 333 kJ/kg. Hình 1.9: Các quá trình chuyển pha của nước + Sự thăng hoa và ngưng kết: Thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ pha rắn sang pha hơi. Ngược lại với quá trình thăng hoa là ngưng kết. CMG nhận nhiệt khi thăng hoa và nhả nhiệt khi ngưng kết. Nhiệt thăng hoa (rth) và nhiệt ngưng kết (rnk) có trị số bằng nhau. Ở áp suất p = 0,006 bar, nhiệt thăng hoa của nước bằng 2818 kJ/kg. 20