Nhiệt động học kỹ thuật P5

Chia sẻ: Tieu Lac | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

104
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

• • Năng lượng toàn phần của HNĐ kín E=EP+EK+U+EC+EA (3.1-1) Định luật bảo toàn năng lượng áp dụng cho HNĐ kín khi thay đổi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 : Tr¹ng th¸i 1 Q Tr¹ng th¸i 2 E1 E2 W H. 3.1-1 E1 + Q - W = E2 hoặc Q = W + ∆U +∆Ep + ∆Ek + ∆Ec +∆EA (3.1-2b) (3.1-2a) trong đó : E 1 - Năng lượng toàn phần ở trạng thái 1; E 2 - Năng lượng toàn phần ở trạng thái 2 ; Q - Lượng nhiệt cấp cho HNĐ; W - Công do HNĐ thực...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nhiệt động học kỹ thuật P5

- 1 - Chương 3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT 3.1. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG 1 CHO HỆ NHIỆT ĐỘNG KÍN • Năng lượng toàn phần của HNĐ kín E=EP+EK+U+EC+EA (3.1-1) • Định luật bảo toàn năng lượng áp dụng cho HNĐ kín khi thay đổi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 : Tr¹ng th¸i 1 Q Tr¹ng th¸i 2 E1 E2 W H. 3.1-1 E1 + Q - W = E2 (3.1-2a) hoặc Q = W + ∆U +∆Ep + ∆Ek + ∆Ec +∆EA (3.1-2b) trong đó : E 1 - Năng lượng toàn phần ở trạng thái 1; E 2 - Năng lượng toàn phần ở trạng thái 2 ; Q - Lượng nhiệt cấp cho HNĐ; W - Công do HNĐ thực hiện; ∆U - Lượng thay đổi nội năng ; ∆Ep - Lượng thay đổi thế năng ; ∆Ek - Lượng thay đổi động năng ; ∆Ec - Lượng thay đổi hóa năng ; ∆EA - Lượng thay đổi nguyên tử năng. • Các phương trình định luật nhiệt động 1 áp dụng cho HNĐ kín : Trong nhiệt động học, nếu không có các phản ứng hóa học và phản ứng hạt nhân thì : ∆Ec = 0 , ∆EA = 0. Đối với HNĐ kín, sự biến đổi thế năng và động năng thường rất nhỏ so với các dạng năng lượng khác, nên có thể xem ∆Ep = Ep1 - Ep2 = 0 và ∆Ẹk = Ek1 - Ek2 = 0, khi đó : Q = ∆U + W (3.1-3a) q = ∆u + w (3.1-3b) dq = du + dw (3.1-3c) Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007
- 2 - 3.2. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG 2 CHO HỆ NHIỆT ĐỘNG HỞ mout m1 m2 min Initial State During Process Final State m in enters system m out exits system H. 3.2-1. Bảo toàn khối lượng cho HNĐ hở 3.2.1. NGUYÊN LÝ BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG • Nguyên lý bảo toàn khối lượng áp dụng cho HNĐ hở : m 1 + m in - m out = m 2 (3.2-1a) hoặc tính theo lưu lượng : * * dm min − m out = (3.2-1b) dt * * trong đó : m in - lưu lượng môi chất đi vào HNĐ, [kg/s] ; m out - lưu lượng môi chất đi ra khỏi HNĐ, [kg/s] ; dm / dt - tốc độ thay đổi lượng môi chất trong HNĐ, [kg/s]. • Biểu diễn phương trình (3.2) theo thông số trạng thái của môi chất : Xét phần tử môi chất chuyển động qua tiết diện lưu thông A với vận tốc ω theo phương vuông góc với bề mặt ranh giới của HNĐ. Lưu lượng môi chất sẽ là : A H. 3.2-2 * A ⋅ω m= = A ⋅ω ⋅ ρ v Ain ⋅ ω in Aout ⋅ ω out dm − = (3.2-1c) v in v out dt Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007
- 3 - dm hoặc ρ in ⋅ Ain ⋅ ω in − ρ out ⋅ Aout ⋅ ω out = (3.2-1d) dt • Phương trình lưu động ổn định : Trường hợp môi chất lưu động trong điều kiện các thông số trạng thái không đổi theo thời gian được gọi là lưu động ổn định. Khi đó dm/dt = 0 và phương trình (3.2-1c) và (3.2-1d) có dạng : Ain ⋅ ω in A ⋅ω = out out (3.2-1e) vin vout ρ in ⋅ Ain ⋅ ω in = ρ out ⋅ Aout ⋅ ω out (3.2-1f) 3.2.2. CÔNG CƠ HỌC VÀ NĂNG LƯỢNG ĐẨY • Công đẩy phần tử môi chất vào HNĐ : Khi được đẩy vào HNĐ, phần tử môi chất di chuyển một đoạn l in. Năng lượng đẩy phần tử môi chất vào HNĐ sẽ bằng : F in . l in = p in . A in . l in = p in . V in trong đó : Fin - lực đẩy phần tử môi chất từ ngoài vào trong HNĐ, lin - đoạn đường mà phần tử môi chất dịch chuyển, pin - áp suất, Ain - tiết diện lưu thông, V in - thể tích của phần tử môi chất. • Năng lượng đẩy phần tử môi chất ra khỏi HNĐ : p out . V out . • Công thực hiện ở HNĐ hở : Công thực hiện trong quá trình nhiệt động ở HNĐ hở có thể biểu diễn như sau : W' = W + p out . V out - p in . V in (3.2-2) trong đó : W' - tổng số công thực hiện, W - công cơ học liên quan đến sự dịch chuyển của ranh giới của HNĐ, pin.Vin và pout. Vout - năng lượng đẩy. Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007
- 4 - Surroundings Surroundings System F in F out l in l out H. 3.2-3. 3.2.3. PHƯƠNG TRÌNH ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG 2 CHO HỆ NHIỆT ĐỘNG HỞ W mout E1 E2 min Initial State Q Final State During Process m in enters system with energy Ein m out exits system with energy Eout H. 3.2-4. Bảo toàn năng lượng cho HNĐ hở • Định luật bảo toàn năng lượng áp dụng cho HNĐ hở khi thay đổi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 : E1 + Ein + Q = E2 + Eout +W' (3.2-3a) hoặc Q - W' = E2 - E1 + Eout + Ein (3.2-3b) • Thay W' từ (3.2-2) và Evào (3.2-3b) : Q - (W + p out . V out - p in . V in) = E out - E in + E 2 - E 1 (3.2-3c) Q - (W + p out . V out - p in . V in) = (Ep.out + Ek.out + Uout) - (Ep.in + Ek.in + Uin) + E 2 - E 1 (3.2-3d) Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007
- 5 - • Enthalpy : Đặt U + p.V = I I là một hàm của các thông số trạng thái và được gọi là Enthalpy. • Phương trình tổng quát của định luật nhiệt động 2 cho HNĐ hở : Thay Iin = Uin + pin.Vin và Iout = Uout + pout.Vout vào (3.2-3d) ta có : Q - W = I out - I in + E P out - E P in + E K out - E K in + E 2 - E 1 (3.2-4) • Phương trình định luật nhiệt động 2 cho lưu động ổn định : Khi lưu động ổn định thì min = mout = m và E 2 = E 1. Thay Ep = m.g.z và ω 2 Ek = m ⋅ cùng các điều kiện lưu động ổn định vào (3.2-4) ta có : 2 Q − W = I out − I in + m⋅ (ω 2 out − ωin ) 2 + m ⋅ g ⋅ ( zout − zin ) (3.2-5a) 2 q − w = iout − iin + (ω 2 out − ωin ) 2 + g ⋅ ( zout − zin ) hoặc (3.2-5b) 2 * * m⋅ q − m w = m(iout − iin * )+m (ω* 2 out − ωin ) 2 * + m g ⋅ ( zout − zin ) hoặc 2 * * Q − W = m(iout − iin * )+m (ω * 2 out − ωin ) 2 * + m g ⋅ ( zout − zin ) (3.2-5c) 2 BÀI TẬP CHƯƠNG 2 Bài tập 3.1 Một bình kín có thể tích V = 300 lít chứa không khí (µkk = 28,9) với áp suất p1 = 3 at và nhiệt độ t1 = 20 0C. Sau khi cấp lượng nhiệt Q, nhiệt độ của không khí tăng lên t2 = 120 0C . 1) Tính Q trong trường hợp nhiệt dung riêng µcv = 20,9 kJ/kmol.deg. 2) Tính Q trong trường hợp nhiệt dung riêng phụ thuộc nhiệt độ : cv |1500 = 0, 7088 + 0, 00009299 ⋅ t 0 [kJ/kg.deg] 3) Tính sai số tương đối trong hai trường hợp trên ? Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007
- 6 - Bài tập 3.2 Bom nhiệt lượng thể tích V = 300 cm3 chứa đầy oxy ở áp suất p = 25 bar và nhiệt độ T = 293 0K. Người ta đốt m = 0,3 kg nhiên liệu có nhiệt trị H = 25,1 MJ/kg. Xác định áp suất và nhiệt độ cuối quá trình cháy, bỏ qua trao đổi nhiệt với thành bom ? Bài tập 3.3 Một bình kín chứa m = 1,5 kg không khí có nhiệt độ T1. Sau khi được cấp lượng nhiệt Q = 5 Btu, nhiệt độ của không khí là T2. Nội năng của không khí trong phạm vi nhiệt độ đang xét được thể hiện bằng biểu thức : u - u 0 = 0.171 (T - T 0) trong đó : u - nội năng của không khí, [Btu/kg] ; T - nhiệt độ của không khí, [0 F] ; u0, T0 - các hằng số. Tính lượng thay đổi nhiệt độ ∆T = T2 - T1 = ? Bài tập 3.4 in out W in HBT. 3-4 Một máy nén không khí có lưu lượng m = 1,2 kg/min. Các thông số nhiệt động của không khí ở đầu vào và đầu ra như sau (HBT 3-4) : • Áp suất : pin = 100 kPa, pout = 200 kPa • Nhiệt độ : tin = 0 0C, tout = 50 0C • Thể tích riêng : v in = 0,7841 m3 /kg , v out = 0,4640 m3 /kg • Nội năng : u in = 330,49 kJ/kg , u out = 366,26 kJ/kg Bỏ qua tổn thất nhiệt và sự thay đổi động năng của không khí. Xác định công suất của máy nén ? Bài tập 3.5 Bỏ qua tổn thất ma sát, tổn thất nhiệt và sự thay đổi nội năng giữa đầu vào và đầu ra của bơm nước. Xác định công suất của bơm nước với các điều kiện cho trên HBT 3-5. Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007
- 7 - v in = v out = 0,001 m3/kg d out = 40 mm p out = 101 kPa p in = 70 kPa ω in = 2 m/s Water Pump d in = 60 mm N = ? HBT. 3-5 Assoc. Prof. Nguyễn Văn Nhận - Engineering Thermodynamics - 2007