Kỹ thuật nhiệt - Chương 1

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

384
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. HỆ NHIỆT ĐỘNG 1.1.1. ĐỊNH NGHĨA Hệ nhiệt động (HNĐ) là một vật hoặc nhiều vật được tách riêng ra khỏi các vật khác để nghiên cứu những tính chất nhiệt động của chúng. Tất cả những 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. 1.1.2. PHÂN LOẠI

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật nhiệt - Chương 1

Chương 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. HỆ NHIỆT ĐỘNG 1.1.1. ĐỊNH NGHĨA Hệ nhiệt động (HNĐ) là một vật hoặc nhiều vật được tách riêng ra khỏi các vật khác để nghiên cứu những tính chất nhiệt động của chúng. Tất cả những 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. 1.1.2. PHÂN LOẠI a) b) Cylinder Rigid vessel Water System vapor System boundaries boundaries Piston Liquid water c) Fig. 1.1 - Thermodynamic Systems a) Closed system with constant volume, b) Closed system with nonconstant volume, c) Open system Pump Electrical power in • Hệ nhiệt động kín - HNĐ trong đó không có sự trao đổi vật chất giữa hệ và MTXQ. • Hệ nhiệt động hở - HNĐ trong đó có sự trao đổi vật chất giữa hệ và MTXQ. • Hệ nhiệt động cô lập - HNĐ được cách ly hoàn toàn với MTXQ. Assoc. Prof. NguyÔn V¨n NhËn - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
-4- 1.1.3. LỰA CHỌN RANH GIỚI HỆ NHIỆT ĐỘNG 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 a) b) Fig. 1-2. Choice of c) d) System Boundary Qout Qin Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
-5- 1.2. CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MCCT Môi chất công tác (MCCT) - chất có vai trò trung gian trong quá trình biến đổi năng lượng. Thông số trạng thái của MCCT - đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt động của MCCT. 1.2.1. NHIỆT ĐỘ Khái niệm 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 . mµ ⋅ω 2 = k .T (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/deg ; 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. 120 80 Fig. 1-3. Thermometer 40 0 Thang nhiệt độ • Thang nhiệt độ (0C) - (Anders Celsius - 1701 - 1744 - Sweden scientist) • Thang nhiệt 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) 50 C= ( F − 32 ) ; C = K − 273 0 0 9 9 F = ⋅ 0 C + 32 ; K = 0 C + 273 0 5 0 9 5 R= K K= 0 R ; 5 9 0 0 R= 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 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= (1.2a) A Theo thuyết động học phân tử : mµ ⋅ ω 2 p =α ⋅n⋅ (1.2b) 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) mm Hg (at 0 0C) at Pa mm H2O 9,80665.10 4 1.10 4 1 at 1 735,559 1,01972.10 -5 7,50062.10 -3 1 Pa 1 0,101972 1.10 -4 73,5559.10 -3 1 mm H2O 9,80665 1 1,35951.10 -3 1 mm Hg 133,322 13,5951 1 1 atm = 760 mm Hg (at 0 0C) = 10,13 . 10 4 Pa = 2116 psf (lbf/ft2) 1 at = 2049 psf 1 psi (lbf/in2) = 144 psf = 6894,8 Pa 1lbf/ft2 (psf) = 47,88 Pa Phân loại áp suất • Áp suất khí quyển (p0) - • Áp suất dư (pd) - áp suất của lưu chất so với môi trường xung quanh pd = p - p 0 • Áp suất tuyệt đối (p) - áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt đối. p = pd +p0 • Độ chân không (pck) - phần áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển. pck = p0 - p Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
-7- pd p pck p0 p0 p Fig. 1-4. Pressures Áp kế a) b) Vacuum pd Hg p p0 p0 Fig. 1-5. Methods used to measure the pressure a) Barometer , b) Pressure gause Ghi chú : Khi đo áp suất bằng áp kế thủy ngân, chiều cao cột thủy ngân cần được hiệu chỉnh về nhiệt độ 0 0C. h0 = h (1 - 0,000172. t) (1.3) 0 trong đó : t - nhiệt độ cột thủy ngân, [ C] ; h0 - chiều 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. THỂ TÍCH RIÊNG VÀ KHỐI LƯỢNG RIÊNG • Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một V v= [m3/kg] đơn vị khối lượng chất đó : m • Khối lượng riêng (ρ) - Khối lượng riêng - còn gọi là mật độ - của một chất m ρ= [kg/m3] là khối lượng ứng với một đơn vị thể tích của chất đó : V Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
-8- 1.2.4. 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, 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 = cv . dT (1.4a) ∆u = u2 - u1 = cv. ∆T (1.4b) 1.2.5. ENTHALPY Enthalpy (I) - là đại lượng được định nghĩa bằng biểu thức : I = U + p ⋅V [J] (1.5a) 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 và lượng thay đổi enthalpy của khí lý tưởng trong mọi quá trình được xác định bằng biểu thức (xem chương 2, 3) : di = cp . dT (1.5b) ∆i = i2 - i1 = cp. ∆T (1.5c) 1.2.6. ENTROPY Entropy (S) - là một hàm trạng thái được định nghĩa bằng biểu thức (xem chương 4) : dQ dS = [J/0K] (1.6) T Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
-9- 1.3. EQUILIBRIUM 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. F a) b) B Qin A 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. 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 Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 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. 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 quasi-static or quasi- 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. 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. Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 11 - 1.4. KHÍ LÝ TƯỞNG 1.4.1. ĐẶT VẤN ĐỀ MCCT có thể ở trạng thái khí, lỏng hoặc rắn. Thiết bị năng lượng thông dụng thường sử dụng MCCT ở trạng thái khí vì chất khí có khả năng thay đổi thể tích rất lớn nên có khả năng thực hiện công lớn. Chất khí trong tự nhiên là khí thực, chúng được tạo nên từ các phân tử, mỗi phân tử chất khí đều có kích thước và khối lượng nhất định, đồng thời chúng tương tác với nhau. Để đơn giản cho việc nghiên cứu, người ta đưa ra khái niệm khí lý tưởng. Khí lý tưởng - chất khí được cấu thành từ các phân tử, nhưng thể tích của bản thân các phân tử bằng không và không có lực tương tác giữa các phân tử. Trong thực tế, khi tính toán nhiệt động học với các chất khí như oxy (O2), hydro (H2), nitơ (N2), không khí, v.v. ở điều kiện áp suất và nhiệt độ không quá lớn, có thể xem chúng như là khí lý tưởng. 1.4.2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI Phương trình trạng thái - phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số trạng thái. f(T, p, v, ...) = 0 Phương trình trạng thái của khí lý tưởng Từ (1.1) và (1.2b) ta có : p=α.n.k.T (1.7a) • Đối với khí lý tưởng : α = 1 N Nµ Số phân tử trong một đơn vị thể tích : n = = • V Vµ trong đó : V - thể tích của chất khí, [m3] ; N - số phân tử có trong thể tích V ; Nµ - số phân tử có trong 1 kmol chất khí ; Vµ - thể tích của 1 kmol chất khí, [m3/kmol]. Thế α và n vào (1.7a) : Nµ p= ⋅ k ⋅T (1.7b) Vµ p ⋅ Vµ = N µ ⋅ k ⋅ T (1.7c) • Theo Avogadro, 1 kmol của bất kỳ chất khí nào đều có số phân tử : Nµ = 6,0228.10 26 . • Hằng số phổ biến của chất khí : Rµ = k. Nµ = 1,3805. 10 - 23 . 6,0228. 10 26 = 8314 J/kmol. deg (1.8) R R= µ • Hằng số của chất khí : (1.9) µ Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 12 - • Phương trình trạng thái của khí lý tưởng : p. v = R. T (1.10a) p. V = m. R. T (1.10b) p .Vµ = M. Rµ . T (1.10c) trong đó : m - khối lượng chất khí, [kg] ; M - lượng chất khí tính bằng kmol, [kmol] ; V - thể tích của chất khí, [m3] ; v - thể tích riêng, [m3/kg] ; Rµ = 8314 J/kmol.deg - hằng số phổ biến của chất khí ; R = 8341/µ - hằng số của chất khí , [J/kg.deg] ; µ - khối lượng của 1 kmol khí, [kg/kmol] ; p - áp suất, [N/m2] ; T - nhiệt độ tuyệt đối, [K]. Phương trình trạng thái của khí thực Cho đến nay, bằng lý thuyết cũng như thực nghiệm, người ta chưa tìm được phương trình trạng thái dùng cho mọi khí thực ở mọi trạng thái mà mới chỉ xác định được một số phương trình trạng thái gần đúng cho một hoặc một nhóm khí ở những phạm vi áp suất và nhiệt độ nhất định. • Phương trình Wan der Walls (1893) :  a  p + 2  ⋅ (v − b) = R ⋅T (1.11)  v trong đó a và b là các hệ số được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào từng chất khí. Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 13 - 1.4.3.. HỖN HỢP KHÍ LÝ THƯỞNG 1.4.3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ In order to work examples and problems involving 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. 1.4.3.2. GIẢ ĐỊNH 1) Thể tích của khí thành phần trong HHK bằng thể tích của bình chứa. V1 = V2 = V3 = ...... = V (1.11) 2) Nhiệt độ của khí thành phần bằng nhiệt độ của HHK. T1 = T2 = T3 = ...... = T (1.12) 3) Phân áp suất ( p i )- áp suất của khí thành phần. Tổng phân áp suất của các khí thành phần bằng áp suất của HHK, tức là áp suất của khí thành phần tuân theo định luật Dalton. p 1 + p 2 + p 3 + ...... p n = p (1.13) 4) Hỗn hợp của các khí lý tưởng cũng ứng xử như là một khí lý tưởng, tức là các khí thành phần và HHK đều tuân theo phương trình trạng thái của khí lý tưởng : p1 . V1 = m1 . R1 . T1 → p1 . V = m1 .R1 . T p2 . V2 = m2 . R2 . T2 → p2 . V = m2 .R2 . T ........................................................................ (1.14) p i . V i = m i . R i . T i → p i . V = m i .R i . T p . V = m .R.T n m = m1 + m2 + m3 + ..... + mn = ∑ mi (1.15) i =1 5) Phân thể tích ( V 'i ) - thể tích của khí thành phần ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bằng nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp. p ⋅Vi ' = mi ⋅ Ri ⋅ T (1.16) Thế m i . R i . Th = p i . Vh từ (1.14) ta có : p ⋅Vi ' = pi ⋅V (1.17) Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 14 - pi Vi ' = ⋅V (1.18a) p n p ∑ Vi ' = pi ⋅V và (1.18b) i =1 1.4.3.3. CÁC LOẠI THÀNH PHẦN CỦA HHK 1) Thành phần khối lượng ( g i ) mi gi = (1.19a) m Từ (1.19a) và (1.15) ta có : g1 + g2 + g3 + .... + gn = 1 n ∑g =1 or (1.19b) i i =1 2) Thành phần thể tích ( r i ) Vi ' ri = (1.20a) V Từ định nghĩa phân thể tích (1.18) ta có : n V ⋅ ∑ pi pi ⋅ V n ∑r =1 n n ∑V = ∑ = =V i =1 ' → (1.20b) i i p p i =1 i =1 i =1 3) Thành phần mole ( r i ) Ni ri = (1.21a) N n ∑r =1 n N = ∑ Ni m Ni = i → ; (1.21b) i µi i =1 i =1 Ghi chú : 1) Thành phần thể tích và thành phần mole có trị số bằng nhau. 2) Mối quan hệ giữa các loại thành phần µi ⋅ ri gi = (1.22a) µ 1g ri = ⋅ i (1.22b) µ µi Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 15 - 1.4.3.4. XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG CỦA HHK Khi tính toán HHK, người ta xem HHK như 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 tử lượng tương đương ( µ) µi n n ∑ ∑ gi = 1 → ⋅ ri = 1 µ i =1 i =1 n µ = ∑ µi ⋅ ri → (1.23a) i =1 m m m 1 µ= = = = n n n or mi mi ∑N ∑µ ∑ N m ⋅ µi i i =1 i =1 i =1 i 1 µ= → n gi ∑ (1.23b) µi i =1 2) Hằng số chất khí tương đương ( R) • Xác định theo phân tử lượng tương đương : 8314 R= (1.24a) µ • Xác định theo thành phần và hằng số chất khí thành phần : mi ⋅ Ri ⋅ T m ⋅ R ⋅T pi = p= , V V n ∑p =p Vì i i =1 mi ⋅ Ri ⋅ T m ⋅ R ⋅ T n n ∑p =∑ = nên (1.24b) i V V i =1 i =1 V Nhân 2 vế phương trình (1.24b) với , ta có : T ⋅m n mi ∑ m ⋅ Ri = R i =1 h n R = ∑ g i ⋅ Ri → (1.24c) i =1 Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 16 - 3) Thể tích riêng và mật độ tương đương (v ,ρ) (v và ρ được xác định ở nhiệt độ T và áp suất p) n n mi ∑ρ ∑V ' i n mi V =∑ i =1 v= = = i =1 i m ⋅ ρi m m m i =1 n gi v=∑ → ρi (1.25) i =1 1 ρ= → (1.26a) v n n ∑ m ∑V ⋅ ρi ' i i m ρ= h = = i =1 i =1 or V V V n ρ = ∑ ri ⋅ ρ i → (1.26b) i =1 4) Phân áp suất (pi ) mi ⋅ Ri ⋅ T Ni ⋅ µi ⋅ Ri ⋅ T pi = = V V m ⋅ R ⋅T N ⋅ µ ⋅ R ⋅T p= = V V Chia từng về hai phương trình trên : pi N i ⋅ µi ⋅ Ri = N ⋅µ ⋅R p µi ⋅ Ri = µ ⋅ R = 8314 Vì J/ kmol.deg, nên pi N i = = ri pN pi = ri ⋅ p → (1.27) Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 17 - 1.5. ĐƠN VỊ Đại lượng Hệ đơn vị quốc tế (SI) Hệ đơn vị Anh Biến đổi TT Khối lượng 1 Kilogram [kg] Pound Mass [lbm] 1 lbm = 0,454 kg Khoảng cách 2 Meter [m] Foot [ft] 1 ft = 0,305 m Thời gian 3 Second [s] Second [s] Degree [0C] Degree [0F] Nhiệt độ 4 Lực 5 Newton [N] Pound Force [lbf] 1 lbf = 4,448 N 6 10 - 9 n (nano) ; da (deka) 10 µ (micro) 10 - 6 10 2 ; h (hecto) 10 - 3 10 3 m (mili) ; k (kilo) 10 - 2 10 6 c (centi) ; M (mega) 10 - 1 10 9 d (deci) ; G (giga) 1 kg = 2,2046 lbm 1 inch [in] = 2,54 mm 1 m = 3,281 ft 1 ft = 12 in 1 N = 10 5 dynes = 0,2248 lbf 1 m/s = 3,281 fps (ft/s) 1 mph (mi/h) = 1,467 fps = 0,447 m/s = 1,609 km/h Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 18 - BÀI TẬP CHƯƠNG 1 Bài tập 1.1 Áp suất của không khí trong bình có khả 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, khối lượng riêng của thủy ngân bằng 13,6.103 kg/m3. Bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều cao cột thủy ngân. 50 mm H20 A p0 FA A G p=? B 180 mm Hg C B FB HBT. 1-1 HBT. 1-2 Bài tập 1.2 Chỉ số áp suất dư trong phòng (A) là 50 mm H2O (HBT. 1-2). Trong phòng A đặt bình đo áp suất (B) có độ chân không là 180 mm Hg. Áp suất ngoài trời là 750 mm Hg ở nhiệt độ 30 0C. Xác định áp suất tuyệt đối của bình đo áp suất . Bài tập 1.3 Một bình kín có thể tích V = 0,625 m3 chứa oxy có áp suất tuyệt đối p = 23 bar và nhiệt độ t = 280 0C. Áp suất khí quyển p0 = 750 mmHg ở 0 0C. Xác định : 1) Áp suất dư của oxy tính theo các đơn vị : [bar], [N/m2], [mmHg], [mmH2O], [at] ? 2) Nhiệt độ của oxy tính theo 0F, 0R và K ? 3) Thể tích riêng và khối lượng riêng của oxy ở trạng thái thực tế (v, ρ) và trạng thái tiêu chuẩn (vtc, ρtc) ? 4) Khối lượng của oxy có trong bình (m) ? 5) Thể tích của oxy ở điều kiện tiêu chuẩn (Vtc) ? Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 19 - Bài tập 1.4 Một khinh khí cầu có thể tích V = 1000 m3 chứa hydro (H2) được thả vào khí quyển. Áp suất và nhiệt độ của hydro trong khinh khí cầu bằng có áp suất và nhiệt độ khí quyển : p0 = 1 bar, t0 = 27 0C. Biết µH = 2 , µkk = 29 .Tính lực nâng khinh khí cầu ? Bài tập 1.5 Không khí khô có thành phần khối lượng là g N2 = 76,8% và g O2 = 23, 2% và áp suất p = 760 mmHg. Xác định thành phần thể tích (ri), hằng số chất khí (RKK), khối lượng phân tử của không khí (µKK) và phân áp suất của N2 và O2 ? Coi N2, O2 và không khí là khí lý tưởng. Bài tập 1.6 Trong bình A chứa khí O2 có khối lượng mO2 = 7,98 kg ở áp suât tuyệt đối pO2 = 5 at và nhiệt độ tO2 = 200 0C. Trong bình B chứa khí N2 có khối lượng mN2 = 26,1 kg với áp suất tuyệt đối pN2 = 10 at và nhiệt độ tN2 = 150 0C. A và B được nối với nhau bằng van C. Xác định áp suất và nhiệt độ của hỗn hợp sau khi mở van C ? Xem O2 và N2 là khí lý tưởng và bỏ qua sự trao đổi nhiệt với môi trường. Bài tập 1.7 Áp suất dư trong lò hơi là 0,3 at và áp suất khí quyển là 725 mm Hg. Áp suất 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 H2, bên trái chứa 1 kg khí CO2. 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. CO2 H2 HBT. 1-8 Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
- 20 - Bài tập 1.9 Trong một bình chứa hai chất khí A và B được ngăn cách bởi một tấm chắn (HBT. 1-9). Khí A có thể tích V1 = 0,5 m3 và khối lượng mA = 1,44 kg ; khí B có thể 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. A B V1 V2 HBT. 1-9 Bài tập 1.10 Một bóng đèn điện có thể tích phần hình cầu VA = 90 cm3, phần hình trụ VB = 15 cm3. Trong bóng đèn chứa khí N2 (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 N2 là khí lý thưởng. Tính áp suất trong bóng đèn ở chế độ ổn định p2 ? VA t A2 HBT. 1-10 VB t B2 Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com