intTypePromotion=3

Giáo trình nhiệt động lực học kyc thuật - Chương 6

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

0
58
lượt xem
18
download

Giáo trình nhiệt động lực học kyc thuật - Chương 6

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

a ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI 6.1: CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG. 6.1.1: Định nghĩa về chu trình. Trong các máy nhiệt để sinh công một cá ch liên tục, chấ t môi gớ i sau khi giã n nở cần phải tạo ra quá trình để đưa chấ t môi giới về trạng thái ban đầ u. Nó có nghĩa là chất môi giới phải tạ o cá c quá trình kín, hay nói cách khác là nó thực hiện một chu trình.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình nhiệt động lực học kyc thuật - Chương 6

  1. Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn - 63 - CHÖÔNG 6 ÑÒNH LUAÄT NHIEÄT ÑOÄNG THÖÙ HAI 6.1: CHU TRÌNH NHIEÄT ÑOÄNG. 6.1.1: Ñònh nghóa veà chu trình. Trong caùc maùy nhieät ñeå sinh coâng moät caù ch lieân tuïc, chaá t moâi gôù i sau khi giaõ n nôû caàn phaûi taïo ra quaù trình ñeå ñöa chaá t moâi giôùi veà traïng thaùi ban ñaà u. Noù coù nghóa laø chaát moâi giôùi phaûi taï o caù c quaù trình kín, hay noùi caùch khaùc laø noù thöïc hieän moät chu trình. 6.1.2: Chu trình thuaän chieàu. Chu trình thuaän chieàu laø chu trình bao goàm caùc quaù trình coù chieàu tieán haønh theo chieàu kim ñoàng hoà. (Hình 6.1. a). p p q1 a a 1 1 M P1 HC q. uat T l>0 l 0). Caùc ñoä ng cô nhieät ñeàu laøm vieä c theo kieåu naø y. 6.1.3: Chu trình nghòch chieàu. Chu trình nghòch chieàu laø chu trình bao goàm caù c quaù trình coù chieàu tieán haønh ngöôï c chieàu kim ñoàng hoà. (Hình 6.1 b). Chu trình naøy coù ñöôøng cong giaõn nôû naèm döôùi ñöôøng cong neù n neâ n coâng cuûa chu trình naø y coù giaù trò aâm (l < 0). Caùc loaï i maùy laïnh, bôm nhieät laøm vieäc theo kieåu naøy. 6.1.4: Coâng cuûa chu trình. (lct: J/kg) Coù theå tính coâ ng chu trình baèng caùc caùch sau: a) Caùch 1: Ta coù: d(pv) = pdv + vdp   d ( pv)   pdv   vdp Trong ñoù tích soá pv laø haøm traï ng thaùi neân:  d ( pv) = 0 0 =  pdv   vdp  Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
  2. Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn - 64 - Vôùi n quaù trình: n n 0=  l  l  i KTi i 1 i 1 n n lCT =  li = (6-1) l  KTi i 1 i 1 Coâng cuûa chu trình baèng toång coâng caùc quaù trình.Coù theå xaù c ñònh theo toång coâng thay ñoåi theå tích hoaëc toång coâng kyõ thuaät  Coâng cuûa chu trình thuaän chieà u ôû hình 6.1 a lCT = l1a2 – l 2b1 hay : lCT = dt(1.a.2.v2,v1) – dt(1.b.2.v2.v1) lCT = dt(1a2b1) > 0   Coâng cuûa chu trình nghòch chieàu ôû hình 6.1 b lCT = l1b2 – l2a1 hay : lCT = dt(1.b.2.v2,v1) – dt(2.a.1v1.v2) M P. HC maø : dt(2.a.1.v1.v2) > dt(1.b.v2.v1) uat T y th lCT = dt(1b2a) < 0 K  pham H Su b) Caùch 2: ng D ruo ©T yen Coâng chu trình tính theo nhieät löôïng: n qu Ta coù: dq = du Bapdv +   dq   du   pdv Vôùi chu trình   du  0 n lCT = (6-2) q  i i 1 - Ñoái vôùi chu trình thuaän: lCT = q1 -  q2  - Ñoái vôùi chu trình nghòch: lCT = q1 - q2  6.1.5: Hieäu suaát nhieät, heä soá laøm laïnh, heä soá bôm nhieät. a) Hieäu suaát nhieät: Ñeå ñaùnh giaù möùc ñoä hoaø n thieä n cuûa chu trình thuaän chieàu, ngöôøi ta ñöa ra ñaïi löôïng goïi laø hieäu suaát nhieät, kí hieäu : t lCT q1  q 2 t =  q1 q1 q2 t = 1  , (6-3)  q1 ( 0 ≤ t ≤ 1 ) Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
  3. Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn - 65 - b) Heä soá laøm laïnh: Ñoái vôùi chu trình ngöôïc chieàu,chu trình maùy laï nh ñeå ñaùnh giaù möùc ñoä hoaøn thieän ngöôøi ta ñöa ra ñaïi löôïng  goï i laø heä soá laøm laïnh. Coøn ñoái vôù i chu trình bôm nhieät ta coù heä soá bôm nhieät . q2 q2 = (6-4)  lCT q1  q 2 ( : Coù theå lôùn hôn 1) q1 q1 = (6-5)  lCT q1  q 2 Moái quan heä giöõa  vaø  = +1 (6-6) 6.1.6: Chu trình Carnot. a) Chu trình carnot thuaän nghòch thuaän chieàu: Laø chu trình bao goàm 2 quaù trình ñaúng nhieät vaø ñoaïn nhieät xen keõ nhau. (coù chieàu theo chieàu kim ñoàng hoà). - Quaù trình ñaàu tieân laø quaù trình giaõn nôû ñaúng nhieät, chaátPmoâiM i hoaøn toaøn tieáp . HC giôù uat T noùng. (T1 = const) töø h xuùc vôù i nguoàn noù ng neân chaá t moâi giôùi nhaän nhieät q1Ky tnguoàn am - Quaù trình thöù hai seõ laø quaù trình giaõ n u phñoaïn nhieät, chaá t moâi giôùi ñi töø nguoàn H S nôû ng D noùng T1 ñeán nguoà n laïnh coù nhieä©t Truo 2. ñoä T n quye trình neù n ñaúng nhieät chaá t moâi giôùi tieáp xuùc hoaøn toaø n Ban - Quaù trình tieáp theo laø quaù vôùi nguoàn laï nh (T2 = const) ñoàng thôøi nhaû nhieät löôïng q2 cho nguoà n laïnh. - Quaù trình cuoái seõ laø quaù trình neùn ñoaïn nhieät chaá t moâi giôùi ñi töø nguoàn laï nh ñeå trôû veà nguoàn noùng öùng vôù i traï ng thaùi ban ñaàu. q1 T1=c T p a b a q1 T1 Y b dq=0 T2 c T2 =c d q2 d cv  s q2 s Hình 6.2: Ñoà thò p-v vaø T-s chu trình Carnot thuaän. Hieäu suaát nhieät: q2 Ta coù: t = 1  q1 q1 = T1 (sb – sa) = T1(s) q2= T2 sd -sc = T2s T2 Vaäy: t = 1  (6-7) T1 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
  4. Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn - 66 - Nhaän xeù t: - Hieäu suaát nhieät cuûa chu trình Carnot chæ phuï thuoä c vaøo nhieät ñoä cuûa 2 nguoàn noùng vaø laïnh, khoâng phuï thuoäc vaøo tính chaá t cuû a chaát moâi giôùi. - Hieäu suaát nhieät caøng lôùn khi ñoä cheânh nhieät ñoä giöõ a hai nguoàn noùng vaø laïnh caø ng cao. - Hieäu suaát nhieä t  1 khi hoaëc T2  0 hoaëc T1   (ñieàu naøy khoâng theå xaû y ra). - Hieäu suaát nhieät = 0 khi T2 = T1 h ay noùi caù ch khaùc khi chæ coù moät nguoàn nhieät duy nhaát. b/ Chu trình Carnot thuaän nghòch ngöôïc chieàu: Töông töï chu trình carnot thuaä n, chu trình naøy cuõng bao goàm 2 quaù trình ñaúng nhieät vaø ñoaïn nhieät xen keõ nhau. (coù chieàu ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà) q1 T1=c T p a b a q1 T1 Y M P. HC uat T b y th dq=0 T2ham K Su p d q2 c T2 =c DH d g c ruon  s q2 n©T v s uye an q B Hình 6.3: Ñoà thò p-v vaø T-s chu trình Carnot ngöôïc. Heä soá laøm laïnh: q2 Ta coù: =  q1  q 2 Töông töï :  q1 = T1s q2 = T2 s T2 Vaäy: = (6-8) T1  T2 Nhaän xeùt:  cuûa chu trình Carnot ngöôïc cuõng chæ phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä T1, T2 khoâng phuï thuoäc vaøo tính chaát cuûa chaát moâi giôùi. Heä soá bôm nhieät: Ta coù: q1 = q1  q 2 T1 Töông töï : = (6-9) T1  T2 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
  5. Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn - 67 - 6.2: ÑÒNH LUAÄT NHIEÄT ÑOÄNG THÖÙ HAI. 6.2.1: Noäi dung vaø caùch phaù t bieåu. Ñònh luaät nhieät ñoäng thöù hai laø ñònh luaä t xaù c ñònh khaû naêng (ñieàu kieän) vaø chieàu höôùng xaûy ra cuûa caùc quaù trình. Xaùc ñònh raèng: Moïi quaù trình töï nhieân ñeàu laø caùc quaù trình töï phaù t (quaù trình khoâng thuaän nghòch) bieán ñoå i töø traï ng thaùi khoâng caân baèng ñeá n traïng thaùi caân baèng. Trong quaù trình bieán ñoåi naøy cho pheùp ta nhaän naêng löôïng coù ích vaø khi ñaõ ôû traïng thaùi caâ n baèng roài töï noù khoâng theå bieán ñoåi ngöôïc laï i. Muoán ñoåi ngöôïc laïi noù phaû i tieâu toán moät naêng löôïng töø beân ngoaøi. A M P. HC uat T B y th K pham Su g DH nbaèng A: Traï ng thaùi khoâng caâo u © Tr n yen u B: Traï ng an q caân baèng Bthaùi Ñi töø A ñeán B: töï nhieân Ñi töø B ñeán A: caàn naêng löôïng töø ngoaøi. Ñònh luaä t ñöôï c ruùt ra töø thöï c nghieäm vaø coù theå phaùt bieåu baèng caùc caù ch nhö sau: + Nhieät löôïng luoân ñi töø nôi coù nhieät ñoä cao ñeán nôi coù nhieät ñoä thaáp. (Muoá n laøm ngöôïc ñieàu naøy ta phaû i tieâ u hao moät naê ng löôïng) + Khoâng theå coù maùy nhieät chaï y tuaàn hoaøn coù khaû naêng bieán ñoåi toaøn boä nhieät caá p cho maùy thaønh coâng maø khoâng maát moät phaàn nhieät truyeàn cho vaät khaùc. (l < q1) 6.2.2: Ñoä bieán thieân entropy cuûa heä nhieät ñoäng. Chieàu höôùng xaûy ra cuûa caùc quaù trình laø söï bieán ñoåi töø traïng thaùi khoâng caâ n baèng ñeán traïng thaù i caân baèng. Khi quaù trình bieán ñoåi laø thuaä n nghòch coâng thu ñöôïc seõ lôùn nhaát. Ngöôï c laïi quaù trình tieán haø nh caøng xa söï thuaän nghòch thì coâng nhaän ñöôï c caø ng nhoû (do coâng tieâu hao lôùn). Ñaïi löôïng bieåu thò ñoä khoâng thuaä n nghòch cuûa quaù trình laø entropy. Ñoái vôùi chu trình Carnot thuaän nghòch ta coù: q1  q 2 T  T2 1 t  q1 T1 q2 T Hay: t  1   1 2 q1 T1 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
  6. Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn - 68 - q 2 T2   q1 T1 q 2 q1  =0  T2 T1 ÔÛ ñaâ y q2 laø nhieät nhaû coù giaù trò aâm - q 2 = q2  q1 q 2 Vaäy: =0 (a)  T1 T2 Töø (a) cho thaá y raèng moä t chu trình thuaä n nghòch baát kyø seõ laø toå ng cuûa nhieàu chu trình Carnot thuaä n nghòch: dq11 dq12 dq 21 dq 22 dq n1 dq n 2 + +…+ =0     T11 T12 T21 T22 Tn1 Tn 2 dq Hay: =0 (b) T laø vi phaân toaøn phaàn moä t haøm traïng thaù i naø oPñoùCMa p vaø v. dq . H cuû ÔÛ ñaâ y uat T T y th am K u ph dq  T =  ds = 0 DH S  g ruon n©T quye dq Hay: ds = T Ban Vaäy ta coùø coâ ng thöùc ñònh nghóa veà entropy: dq ds = T a/ Ñoái vôùi quaù trình thuaän nghòch: Luùc naøy vaät nhaä n nhieät laø thuaän nghòch, quaù trình xaûy ra trong vaät laø thuaän nghòch, do vaäy bieán ñoåi entropy seõ laø: dq ds = (6-10) T - Coøn ñoái vôùi chu trình thuaän nghòch: dq =0 (6-11) T b/ Ñoái vôùi quaù trình khoâng thuaän nghòch: Vì laø quaù trình khoâng thuaän nghòch neân luoân toàn taï i moät phaàn coâng tieâu hao (do ma saùt,…) neâ n ñoä bieán ñoå i entropy seõ laø: dq (6-12) ds > T - Ñoái vôùi chu trình khoâng thuaän nghòch: dq
  7. Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn - 69 - Toång quaùt: dq ds > (6-14) T dq vaø: ds >  T Daáu “ =” ñoái vôùi quaù trình hay chu trình thuaän nghòch. Daáu “ >” ñoái vôùi quaù trình hay chu trình khoâng thuaän nghòch. c/ Trong heä coâ laäp: Vì ds > 0, do ñoù entropy trong heä coâ laäp seõ baèng 0 neáu laø quaù trình thuaän nghòch vaø lôù n hôn 0 khi quaù trình laø khoâng thuaän nghòch. Vaä y entropy trong heä coâ laäp chæ coù theå taêng khoâng bao giôø giaûm. Söï gia taêng naøy chaám döùt khi entropy cuû a heä ñaï t ñeán giaù trò lôùn nhaát, luù c naøy heä ñaït ñeán traï ng thaùi caân baèng. 6.3: Exergy. 6.3.1: Khaùi nieäm. Naêng löôïng laø möùc ño chuyeån ñoäng cuû a vaät chaát, öùng vôùi moãi loaïi chuyeån ñoäng HCM coù moät daïng naêng löôïng nhaát ñònh. Khaû naêng maø naê ng löôïng bieán ñoåi thaønh coâng cô TP. t thua hoïc goï i laø exergy. (lôùn nhaát) y mK phah coâng cô hoïc ( ñieän naêng, cô naêng, Coù daïng naêng löôïng bieán hoaø n toaøn u n thaø HS ng Dnaê ng bieán ñoå i moät phaàn, cuõng coù daïng naêng theá naêng,…), coù daïng naêng löôïngTcoùokhaû u ©r yenn ñoåi thaønh coâng (nhieät naêng cuûa moâi tröôøng) goïi laø löôïng khoâng coù khaû naêngubieá q Ban anergy. 6.3.2: Caùc bieåu thöùc veà exergy. a/ Exergy cuûa doøng chuyeån ñoäng: Khi doøng moâi chaát chuyeån ñoäng coù caùc thoâng soá ôû traïng thaù i ban ñaàu laø: T, i,s,… ñeán traïng thaùi caân baèng vôùi moâi tröôøng coù: T0, i0, s0,… (thuaän nghòch), doøng moâi chaá t coù khaû naêng sinh coâng lôù n nhaá t. Coâng naø y chính laø giaù trò exergy cuûa naê ng löôïng nhieät seõ laø: e = i – i0 – T0(s – s0) , (J/kg) (6-15) e =  i – T0s (6-15)  b/ Exergy cuûa nhieät löôïng q: Coâng lôùn nhaát sinh ra cuûa nhieät löôïng q cuõng chính laø exergy cuûa nhieät löôïng q. (eq) T0 eq = q (1 - ) , (J/kg) (6-17) T Trong ñoù: T: Nhieät ñoä ban ñaàu cuûa nhieät löôïng q T0: Nhieät ñoä moâ i tröôøng. Giaù trò cuûa exergy coù theå döông hoaë c aâm, ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä ban ñaàu so vôù i nhieät ñoä moâi tröôøng. - Vaät chöa ôû traïng thaùi caân baèng moâi tröôøng: e  0 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
  8. Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn - 70 - - Vaät ôû traïng thaùi caân baèng moâi tröôøng: e = 0 c/ Khaû naêng sinh coâng lôùn nhaát exergy: Khi doøng moâi chaát bieán ñoå i töø traïng thaùi 1 ñeá n traï ng thaùi 2 maø vaãn chöa caâ n baèng vôùi moâ i tröôøng (quaù trình thuaä n nghòch) thì coâng trong quaù trình naøy seõ lôù n nhaá t. lmax1-2 = e1 – e2 (6-18)  hay: lmax1-2 = i1 – i2 – To(s1 – s2) (6-19) - Neáu laø quaù trình khoâng thuaän nghòch do coù toån thaá t exergy (et ) neân: lmax1-2 > l12 Möùc ñoä toån thaát exergy: et = T0.sh (6-20) T0 : Nhieät ñoä moâi tröôøng sh: Ñoä bieá n ñoåi exergy cuû a heä. Ñoái vôùi quaù trình truyeàn nhieät, möù c ñoä toån thaát naøy seõ laø: M P. HC T T  T  uat T et =q01 2 (6-21) h yt am K T1 .T2 u ph n DH S Trong ñoù: q: Nhieät toû a töø nguoàngnoùng Truo © uy n T1, T2: Nhieätqñoäenguoàn noùng vaø laïnh. Ban To: Nhieät ñoä moâ i tröôøng. d/ Hieäu suaát exergy: Hieäu suaát exergy ñöôï c xaù c ñònh theo coâ ng thöùc sau: Coâng thöùc: er e = (6-22) ev er: Toång exergy laá y ra (coâng höõu ích) ev:Toång exergy ñem vaøo (coâng caáp vaøo). Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản