Kỹ thuật nhiệt

Chương 1

KHÁI NIỆM CƠ BẢN

ĐỊNH NGHĨA

1.1. HỆ NHIỆT ĐỘNG 1.1.1. Hệ nhiệt động (HNĐ) là một vật hoặc nhiều vật được tách riêng ra khỏi các vật khác để nghiên c ứu nh ững tính ch ất nhi ệt động của chúng. T ất cả nh ững vật ngoài HNĐ được gọi là môi trường xung quanh (MTXQ). Vật thực hoặc tưởng tượng ngăn cách hệ nhiệt động và MTXQ được gọi là ranh giới của HNĐ.

ẠI

a)b)

Cylinder

Rigid vessel

Water vapor

System boundaries

Piston

Liquid water

Fig. 1.1 - Thermodynamic Systems

a) Closed system with constant volume, b) Closed system with nonconstant volume, c) Open system

Pump

Electrical power in

1.1.2. PHÂN LO

• Hệ nhiệt động kín - HN Đ trong đó không có s ự trao đổi vật chất gi ữa hệ

và MTXQ.

• Hệ nhi ệt động hở - HN Đ trong đó có s ự trao đổi vật ch ất gi ữa hệ và

MTXQ.

• Hệ nhiệt động cô lập - HNĐ được cách ly hoàn toàn với MTXQ.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

Assoc. Prof. NguyÔn V¨n NhËn - Engineering Thermodynamics - 2007

- 4 -

a)b)

c)d)

Fig. 1-2. Choice of System Boundary

Qout

Qin

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

ỰA CHỌN RANH GIỚI HỆ NHIỆT ĐỘNG 1.1.3. L In working examples, one must first choose the boundaries of the system to be analyzed. Sometimes the choice will be quite obvious, but at other times it must be carefully chosen to provide the desired answer. The importance of the choice of system boundaries can be seen from the following example. Consider the case of two bricks, one hot and other cold, that are placed so that two sides are in contact. Insulation material is wrapped around both bricks, as shown in Fig. 1-2a. First choose the system to include both bricks and insulation (Fig. 1-2b). Because of the insulation, no heat crosses the boundaries of the system. Next choose the system to include the hot brick and part of the insulation (Fig. 1-2c). In this case, heat is transferred across the system boundary out of the system. Finally, choose the system to include the cold brick and the insulation (Fig. 1- 2d). In this case, heat crosses the system boundary and is transferred into the system

- 5 -

ất công tác (MCCT) - chất có vai trò trung gian trong quá trình bi ến đổi

Thông số trạng thái của MCCT - đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt

1.2. CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MCCT Môi ch năng lượng. động của MCCT.

ỆT ĐỘ

Khái niệm

ệt độ (T) - s ố đo trạng thái nhi ệt của vật. Theo thuy ết động học phân tử,

k T .

1.2.1. NHI Nhi nhiệt độ là số đo động năng trung bình của các phân tử .

(1.1)

m w(cid:215) 3 trong đó : mm - kh ối lượng phân tử ; w hằng số Bonzman , k = 1,3805 . 105 J/deg ; T - nhiệt độ tuyệt đối..

- vận tốc trung bình c ủa các phân t ử ; k -

Nhiệt kế

ệt kế hoạt động dựa trên sự thay đổi một số tính chất vật lý của vật thay đổi

120

Fig. 1-3. Thermometer

Nhi theo nhiệt độ, ví dụ : chiều dài, thể tích, màu sắc, điện trở , v.v.

Thang nhiệt độ • Thang nhiệt độ (0C) - (Anders Celsius - 1701 - 1744 - Sweden scientist) • Thang nhi ệt độ Fahrenheit Scale (0F) - (Daniel Fahrenheit - 1686 -

1736 - Gdansk inhabitant) .

• Thang nhiệt độ Kelvin (K) - (Kelvin - 1824 - 1907 - English Physicist ). • Thang nhiệt độ Rankine (0R)

)32

= K

273

- - ;

= C

273

(cid:215) ;

5 0 ( 9 9 0 5 9 5

5= 9

0 R = 0 F + 459,67

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

;

- 6 -

1.2.2. ÁP SUẤT Khái niệm

ất của lưu chất (p) - lực tác dụng của các phân tử theo phương pháp tuyến

p =

Áp su lên một đơn vị diện tích thành chứa.

F A

(1.2a)

Theo thuy

=(cid:215)

(cid:215) (cid:215) (1.2b) ết động học phân tử : m w 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 ; a - hệ số phụ thuộc vào kích thước và lực tương tác của các phân tử.

Đơn vị áp suất ; 5) mm Hg (tor - Torricelli, 1068-1647)

; 6) mm H

0C)

2O mm Hg (at 0

1) N/m2 2) Pa (Pascal) 3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch) 4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot)

-5

-3

-4

-3

735,559

0C) = 10,13 . 10 4 Pa = 2116 psf (lbf/ft2)

2) = 144 psf = 6894,8 Pa

at Pa mm H 1 at 1 9,80665.10 1 Pa 1,01972.10 1 mm H2O 1.10 1 mm Hg 1,35951.10 1.10 4 1 0,101972 7,50062.10 9,80665 1 73,5559.10 133,322 13,5951 1

2 (psf) = 47,88 Pa

d = p - p 0

p = p

d + p 0

1 atm = 760 mm Hg (at 0 1 at = 2049 psf 1 psi (lbf/in 1lbf/ft

pck = p0 - p

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

Phân loại áp suất • Áp suất khí quyển (p0) - • Áp suất dư (pd) - áp suất của lưu chất so với môi trường xung quanh • Áp suất tuyệt đối (p) - áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt đối. • Độ chân không (pck) - phần áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển.

pck

Fig. 1-4. Pressures

- 7 -

a)b)

Vacuum

Fig. 1-5. Methods used to measure the pressure

a) Barometer , b) Pressure gause

Áp kế

: Khi đo áp su ất bằng áp kế th ủy ngân, chi ều cao c ột th ủy ngân cần

(1.3) h0 = h (1 - 0,000172. t)

Ghi chú được hiệu chỉnh về nhiệt độ 0 0C. trong đó : t - nhi ệt độ cột thủy ngân, [0C] ; h0 - chi ều cao cột thủy ngân hiệu chỉnh về nhiệt độ 0 0C ; h - chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t 0C.

1.2.3. TH Ể TÍCH RIÊNG VÀ KHỐI LƯỢNG RIÊNG

v =

• Thể tích riêng (v) - Th ể tích riêng c ủa một ch ất là th ể tích ứng với một

3/kg]

V m

đơn vị khối lượng chất đó : [m

• Khối lượng riêng (r ) - Khối lượng riêng - còn gọi là mật độ - của một chất

m=r V

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

là khối lượng ứng với một đơn vị thể tích của chất đó : [kg/m

- 8 -

ỘI NĂNG

Nội nhiệt năng (U) - g ọi tắt là nội năng - là n ăng lượng do chuy ển động của

1.2.4. N các phân tử bên trong vật và lực tương tác giữa chúng. Nội năng gồm 2 thành ph ần : n ội động năng (U d) và n ội th ế năng (U p). Nội động năng liên quan đến chuyển động của các phân tử nên nó ph ụ thuộc vào nhiệt độ của vật. Nội thế năng liên quan đến lực tương tác gi ữa các phân t ử nên nó ph ụ 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, nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Lượng thay đổi nội

năng của khí lý tưởng được xác định bằng các biểu thức (xem chương 2, 3) :

du = c

v . dT D u = u2 - u1 = cv. D T 1.2.5. ENTHALPY

(1.4a) (1.4b)

(cid:215)+

VpUI

Enthalpy (I) - là đại lượng được định nghĩa bằng biểu thức :

[J] (1.5a)

p . dT

ư vậy, cũng tương tự như nội năng , enthalpy c ủa khí th ực là hàm c ủa các Nh thông số tr ạng thái. Đối với khí lý t ưởng, enthalpy ch ỉ ph ụ thu ộc vào nhi ệt độ và lượng thay đổi enthalpy của khí lý tưởng trong mọi quá trình được xác định bằng biểu thức (xem chương 2, 3) :

di = c

i = i2 - i1 = cp. D T

D (1.5b) (1.5c)

Entropy (S) - là m ột hàm tr ạng thái được định ngh ĩa bằng bi ểu th ức (xem

1.2.6. ENTROPY chương 4) :

0K]

dQ T

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

[J/ (1.6)

- 9 -

1.3. EQUILIBRIUM

a)b)

Qin

Mechanical Equilibrium - by mechanical equilibrium, we mean that there are no unbalanced forces present, either internal to the system or between the system and its surroundings. For example, consider the gas contained within a piston-cylinder arrangement as shown in Fig. 1-6a. Let the mass of gas be the thermodynamic system. Take the external pressure applied on the gas to be 30 psia caused by the action of atmospheric pressure on the topside of the piston, the weight of the piston, and the force F applied to the piston rod. If the gas pressure is also 30 psia, there will exist a state of mechanical equilibrium, with no unbalanced forces. If now the external force F is removed, there will be an unbalanced force across the piston, and the piston will accelerate upward. During the period of acceleration, the gas pressure and density throughout the gas volume will not be uniform; for example, there will be a greater number of molecules near the bottom part of the cylinder than near the accelerating piston. It is hence impossible to specify a single pressure for the entire system. In fact, only when there is mechanical equilibrium can a single system pressure be specified.

Fig. 1-6. Thermal Equilibrium - Thermal equilibrium means that there is no

temperature imbalance either within the system or between the system and its surroundings.

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

For example, suppose that a hot frame is brought into contact with the gas in the cylinder, with the piston fixed, as shown in Fig. 1-6b. The flame temperature is much greater than the gas temperature. Heat therefore flows from the flame to the gas, bringing about an increase of gas temperature. The temperature of the gas will not be

- 10 -

uniform, however, since the part of the gas nearest the flame , part A, is hotter than that near the piston, part B. Again, a single temperature cannot be specified for the system when the system is not in thermal equilibrium.

quasi-static or quasi-

A thermodynamic state of a system is defined by the thermodynamic properties of the system at that state. Thus, a single thermodynamic state of a system can be defined only if that system is in thermodynamic equilibrium. It becomes evident that it is impossible to define the thermodynamic state of a substance at each point in a process if that process is brought about by unbalanced forces or unbalanced temperatures. Whereas this represents, in a sense, a limitation on the type of situation that we can deal with in equilibrium thermodynamics, there are many types of problems where we need be concerned only with the end states of a process, at which points equilibrium does exist. Further, in a desire to describe the states of a system during a process, we will use an ideal process, called a equilibrium process , in which changes are brought about by infinitesimal forces or infinitesimal temperature differences. In our example of the gas contained in the piston and cylinder of Fig. 1.6a, we showed that if the force F were completely removed suddenly, the piston would accelerate upward, and it would be impossible to specify a single thermodynamic state of the gas. Now, let us suppose that the force F is gradually released from the piston in small increments. We will perform the process very slowly, so that the gas has a change to reach an equilibrium state after each increment is removed. We can now specify a thermodynamic state after each force increment has been released.

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

If these increments are made infinitesimally small, also implying that the piston is allowed to move upward infinitesimally slowly in the cylinder, then each state of the gas can be defined by thermodynamic properties. We will use this quasi-static process many times throughout the text, but remember that it is an idealization.

- 11 -

ĐẶT VẤN ĐỀ

ưởng - chất khí được cấu thành từ các phân t ử, nhưng thể tích của bản

ƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI

ương trình tr ạng thái - ph ương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các thông

1.4. KHÍ LÝ TƯỞNG 1.4.1. MCCT có th ể ở trạng thái khí, lỏng hoặc rắn. Thiết bị năng lượng thông dụng thường sử dụng MCCT ở trạng thái khí vì ch ất khí có kh ả năng thay đổi thể tích rất lớn nên có khả năng thực hiện công lớn. Ch ất khí trong t ự nhiên là khí th ực, chúng được tạo nên t ừ các phân t ử, mỗi phân tử chất khí đều có kích th ước và kh ối lượng nhất định, đồng thời chúng t ương tác với nhau. Để đơn gi ản cho vi ệc nghiên c ứu, ng ười ta đưa ra khái ni ệm khí lý tưởng. Khí lý t thân các phân tử bằng không và không có lực tương tác giữa các phân tử. ực tế, khi tính toán nhi ệt động học với các ch ất khí nh ư oxy (O 2), Trong th hydro (H 2), nitơ (N 2), không khí, v.v. ở điều kiện áp su ất và nhi ệt độ không quá l ớn, có thể xem chúng như là khí lý tưởng. 1.4.2. PH Ph số trạng thái.

f(T, p, v, ...) = 0

Ph ương trình trạng thái của khí lý tưởng

a . n . k . T (1.7a)

Từ (1.1) và (1.2b) ta có : p = • Đối với khí lý tưởng : a = 1

N V

• Số phân tử trong một đơn vị thể tích :

trong đó : V - th ể tích của chất khí, [m3] ; N - số phân tử có trong thể tích V ; N m - số phân tử có trong 1 kmol chất khí ; Vm - thể tích của 1 kmol chất khí, [m3/kmol]. Th và n vào (1.7a) : ế a

V m =

(cid:215) (cid:215) (1.7b)

TkN

(cid:215) (cid:215) (cid:215) (1.7c)

Nm = 6,0228.10 26 .

R =

• Theo Avogadro, 1 kmol của bất kỳ chất khí nào đều có số phân tử : • Hằng số phổ biến của chất khí : Rm = k. Nm = 1,3805. 10 - 23 . 6,0228. 10 26 = 8314 J/kmol. deg (1.8)

mR m

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

(1.9) • Hằng số của chất khí :

- 12 -

Phương trình trạng thái của khí lý tưởng : (1.10a)

m = M. Rm . T

• p. v = R. T p. V = m. R. T p .V (1.10c) (1.10b)

- h ằng số của chất khí , [J/kg.deg] ; m

ương trình trạng thái của khí thực

trong đó : m - khối lượng chất khí, [kg] ; M - l ượng chất khí tính bằng kmol, [kmol] ; V - th ể tích của chất khí, [m 3] ; v - th ể tích riêng, [m 3/kg] ; R m = 8314 J/kmol.deg - hằng số phổ biến của chất khí ; R = 8341/ m - khối lượng của 1 kmol khí, [kg/kmol] ; p - áp suất, [N/m2] ; T - nhiệt độ tuyệt đối, [K]. Ph Cho đến nay, b ằng lý thuy ết cũng nh ư th ực nghi ệm, người ta ch ưa tìm được phương trình tr ạng thái dùng cho m ọi khí th ực ở mọi trạng thái mà m ới chỉ xác định được một số phương trình tr ạng thái gần đúng cho một hoặc một nhóm khí ở những phạm vi áp suất và nhiệt độ nhất định.

•

+(cid:215)

(cid:230) (cid:246) Phương trình Wan der Walls (1893) : )

(

a -= (cid:215) pvbR T 2 v

(cid:231) (cid:247) (1.11) Ł ł

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

trong đó a và b là các h ệ số được xác định bằng thực nghiệm và ph ụ thuộc vào từng chất khí.

- 13 -

ỖN HỢP KHÍ LÝ THƯỞNG

ĐẶT VẤN ĐỀ 1.4.3.1.

the first law , one must know the

values of thermo properties of substance at given states. In this and the following chapter,

such data will be provided in the specification of the problem or example. In actual practice,

the engineer is not given values of thermo properties at different states in the process. Rather,

he must refer to tables of thermo data that have been accumulated for substances of interest.

Since non-reacting gases can be mixed in any proportion, it becomes impractical to

tabulate the thermo properties of such mixtures. Therefore, we will develop a method for

calculating the thermo properties of a mixture from the thermo properties of the component

gases. We will apply the procedure to obtain the properties of gaseous mixtures as well as

gas-vapor mixtures, such as moist atmospheric air.

1.4.3.. H In order to work examples and problems involving

1.4.3.2. GI Ả ĐỊNH

ể tích của khí thành phần trong HHK bằng thể tích của bình chứa.

1) Th (1.11) V1 = V2 = V3 = ...... = V

2) Nhi ệt độ của khí thành phần bằng nhiệt độ của HHK. (1.12) T1 = T2 = T3 = ...... = T

1 + p 2 + p 3 + ...... p n = p

3) Phân áp suất ( p i )- áp suất của khí thành phần. Tổng phân áp suất của các khí thành ph ần bằng áp su ất của HHK, t ức là áp su ất của khí thành ph ần tuân theo định luật Dalton. p (1.13)

ỗn hợp của các khí lý t ưởng cũng ứng xử như là một khí lý t ưởng, tức là 4) H các khí thành ph ần và HHK đều tuân theo ph ương trình tr ạng thái của khí lý t ưởng : p1 . V = m1 .R1 . T

p1 . V1 = m1 . R1 . T1 ﬁ p2 . V2 = m2 . R2 . T2 ﬁ

i . V i = m i . R i . T i ﬁ

p2 . V = m2 .R2 . T (1.14)

p i . V = m i .R i . T

.....

........................................................................ p p . V = m . R . T

=++++ mmmmm 12

= 1

(cid:229) (1.15)

(cid:215)=(cid:215)

Phân thể tích ( V 'i ) - thể tích của khí thành ph ần ở điều kiện nhiệt độ và áp

(cid:215) (1.16) 5) suất bằng nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp. ' pVmR T ii i

(cid:215)=

Th ế m i . R i . Th = p i . Vh từ (1.14) ta có :

' pVp V i

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

(cid:215) (1.17)

- 14 -

V i

p i p

(cid:215) (1.18a)

V i

p i p

= 1

(cid:215) (cid:229) (1.18b) và

1.4.3.3. CÁC LO ẠI THÀNH PHẦN CỦA HHK

1) Thành ph ần khối lượng ( g i )

m i m

(1.19a)

Từ (1.19a) và (1.15) ta có : g1 + g2 + g3 + .... + gn = 1

= 1

(cid:229) or (1.19b)

2) Thành ph

i ần thể tích ( r i ) '

r i

V i V Từ định nghĩa phân thể tích (1.18) ta có :

(1.20a)

p i

V i

p V i p

= 1 i p

= 1

(cid:215) (cid:229) (cid:215) (cid:229) (cid:229) (cid:229) ﬁ (1.20b)

r i

3) Thành ph

(1.21a) ần mole ( r i ) N i N

= (cid:229)

m i m

= 1

(cid:229) ﬁ ; (1.21b)

ần thể tích và thành phần mole có trị số bằng nhau.

r i

Ghi chú : 1) Thành ph 2) M ối quan hệ giữa các loại thành phần (cid:215)

(1.22a)

r i

i m g 1 i m m

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

(cid:215) (1.22b)

- 15 -

1.4.3.4. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG CỦA HHK

Khi tính toán HHK, ng ười ta xem HHK nh ư là một chất khí tương đương và sử dụng các biểu thức như đối với chất khí đơn. Bởi vậy, cần phải xác định được các đại lượng tương đương của HHK.

1) Phân t ử lượng tương đương ( m)

(cid:215) = r i

m i m= 1

= 1

(cid:229) (cid:229) ﬁ

r i

(cid:215) (cid:229) ﬁ (1.23a)

= 1 i mm === N

m i m

1 m i m

== 11 ii

= 1

or (cid:229) (cid:229) (cid:229) (cid:215)

g m= 1

ﬁ (1.23b) (cid:229)

2) H

ằng số chất khí tương đương ( R) • Xác định theo phân tử lượng tương đương :

8314 m

(1.24a)

p i

mR T i V

mR T V

• Xác định theo thành phần và hằng số chất khí thành phần : (cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215) ,

p i

= 1

(cid:229) Vì

mR T i V

mR T V

= 1

(cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:229) (cid:229) nên (1.24b)

V T m(cid:215)

Nhân 2 v ế phương trình (1.24b) với , ta có :

R i

m i m= 1

(cid:215) (cid:229)

h n = Rg R = 1

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

(cid:215) (cid:229) ﬁ (1.24c)

- 16 -

ể tích riêng và mật độ tương đương (v ,r)

3) Th (v và r được xác định ở nhiệt độ T và áp suất p)

m i r

V i =

(cid:229) (cid:229)

V === = ii 1 mmm

= 1

= 1 i m n

(cid:229) (cid:215)

v

= (cid:229)

ﬁ (1.25)

g r= 1

r =

1 v

ﬁ (1.26a)

i = 1

m ii = = 1 i

(cid:215) (cid:229) (cid:229)

m hi VV n

=

(cid:215)

r

(cid:229)

r i

= 1

ﬁ (1.26b)

4) Phân áp su ất (pi )

iiii

mRTNR T = i

p i

m V

(cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215)

V mRTNR T =

m V

(cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215)

Chia t ừng về hai phương trình trên : (cid:215) (cid:215)

8314

R m i R m R

(cid:215) (cid:215)

pN = ii pN (cid:215)=(cid:215) = iR

p i p

J/ kmol.deg, nên Vì

m N = i r i N pr p= (cid:215)

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

ﬁ (1.27)

- 17 -

1.5. ĐƠN VỊ

Hệ đơn vị quốc tế (SI)

Hệ đơn vị Anh Bi

ến đổi

Đại lượng ối lượng Kilogram [kg] Pound Mass [lbm] 1 lbm = 0,454 kg

ảng cách Meter [m] Foot [ft] 1 ft = 0,305 m

0C] Degree [

0F] Lực Newton [N] Pound Force [lbf] 1 lbf = 4,448 N

TT 1 Kh 2 Kho 3 Th 4 Nhi 5 6

- 9

- 6

ời gian Second [s] Second [s] ệt độ Degree [

- 3 ; k (kilo) 10 - 2

m (micro) 10 h (hecto) 10 ; da (deka) 10 ;

2 3 6 9

- 1 ; G (giga) 10

; M (mega) 10

5 dynes = 0,2248 lbf

n (nano) 10 m (mili) 10 c (centi) 10 d (deci) 10

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

1 kg = 2,2046 lbm 1 inch [in] = 2,54 mm 1 m = 3,281 ft 1 ft = 12 in 1 N = 10 1 m/s = 3,281 fps (ft/s) 1 mph (mi/h) = 1,467 fps = 0,447 m/s = 1,609 km/h

- 18 - BÀI TẬP CHƯƠNG 1

50 mm H20

p = ?

180 mm Hg

Bài tập 1.1 Áp su ất của không khí trong bình có kh ả năng đỡ cột thủy ngân cao 500 mm (HBT.1-3). Xác định áp suất tuyệt đối trong bình. Biết rằng áp suất khí quyển bằng 95 kPa, kh ối lượng riêng c ủa th ủy ngân b ằng 13,6.10 3 kg/m3. B ỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều cao cột thủy ngân.

Một bình kín có thể tích V = 0,625 m 3 chứa oxy có áp suất tuyệt đối p = 23 bar

ất dư của oxy tính theo các đơn vị : [bar], [N/m2], [mmHg], [mmH2O],

tc) ?

ệt độ của oxy tính theo 0F, 0R và K ? ể tích riêng và kh ối lượng riêng c ủa oxy ở tr ạng thái th ực tế (v, r ) và

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

ối lượng của oxy có trong bình (m) ? ể tích của oxy ở điều kiện tiêu chuẩn (Vtc) ? HBT. 1-1 HBT. 1-2 Bài tập 1.2 ỉ số áp suất dư trong phòng (A) là 50 mm H 2O (HBT. 1-2). Trong phòng A Ch đặt bình đo áp su ất (B) có độ chân không là 180 mm Hg. Áp su ất ngoài tr ời là 750 mm Hg ở nhiệt độ 30 0C. Xác định áp suất tuyệt đối của bình đo áp suất . Bài tập 1.3 và nhiệt độ t = 280 0C. Áp suất khí quyển p0 = 750 mmHg ở 0 0C. Xác định : 1) Áp su [at] ? 2) Nhi 3) Th trạng thái tiêu chuẩn (vtc, r 4) Kh 5) Th

23,2%

76,8%

- 19 -

Og =

Bài tập 1.4 Một khinh khí c ầu có th ể tích V = 1000 m 3 chứa hydro (H 2) được thả vào khí quyển. Áp suất và nhiệt độ của hydro trong khinh khí c ầu bằng có áp su ất và nhiệt độ khí quyển : p0 = 1 bar, t0 = 27 0C. Biết m H = 2 , m kk = 29 .Tính lực nâng khinh khí cầu ? Bài tập 1.5 Không khí khô có thành ph ần khối lượng là và

CO2

định áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp sau khi mở van C ? Xem O2 và N2 là

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

và áp suất p = 760 mmHg. Xác định thành ph ần th ể tích (r i), hằng số ch ất khí (R KK), khối lượng phân t ử của không khí (m KK) và phân áp su ất của N2 và O2 ? Coi N2, O2 và không khí là khí lý tưởng. Bài tập 1.6 Trong bình A ch ứa khí O2 có khối lượng mO2 = 7,98 kg ở áp suât tuy ệt đối pO2 = 5 at và nhi ệt độ tO2 = 200 0C. Trong bình B ch ứa khí N2 có kh ối lượng mN2 = 26,1 kg với áp su ất tuy ệt đối pN2 = 10 at và nhi ệt độ tN2 = 150 0C. A và B được nối với nhau bằng van C. Xác khí lý tưởng và bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường. Bài tập 1.7 Áp suất dư trong lò h ơi là 0,3 at và áp su ất khí quy ển là 725 mm Hg. Áp su ất dư trong lò hơi sẽ thay đổi ra sao nếu áp suất khí quyển tăng lên 785 mm Hg nếu xem áp suất tuyệt đối trong lò hơi là không đổi và nhiệt độ khí quyển là 0 0C. Bài tập 1.8 Ở giữa xylanh kín đặt một piston có thể chuyển động không ma sát (HBT. 1-6). Bên phải xylanh chứa 1 kg khí H 2, bên trái chứa 1 kg khí CO 2. Hãy xác định tỷ số thể tích của 2 chất khí khi piston ở trạng thái cân bằng. Xem H2 và CO2 là khí lý tưởng. HBT. 1-8

- 20 -

Bài tập 1.9 Trong m ột bình ch ứa hai ch ất khí A và B được ngăn cách b ởi một tấm chắn (HBT. 1-9). Khí A có th ể tích V1 = 0,5 m 3 và khối lượng mA = 1,44 kg ; khí B có th ể tích V2 = 0,25 m3 và khối lượng mB = 0,464 kg. Chất khí B có thể đi qua tấm chắn còn chất khí A không qua được.

2 là khí lý thưởng. Tính áp suất trong bóng đèn ở chế độ ổn định p2 ?

VA t A2

VB t B2

HBT. 1-9

Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

Bài tập 1.10 Một bóng đèn điện có thể tích phần hình cầu VA = 90 cm 3, phần hình trụ VB = 15 cm3. Trong bóng đèn chứa khí N 2 (HBT.1-10). Độ chân không trong bóng đèn khi nhiệt độ trung bình t1 = 25 0C và áp suất khí trời p0 = 760 mmHg là pCK = 200 mmHg. Khi đóng điện và đạt đến chế độ ổn định thì phần hình cầu của đèn có nhiệt độ t2A = 160 0C, còn phần hình trụ có nhiệt độ t2B = 70 0C. Coi N HBT. 1-10