Đang tải... (xem toàn văn)
Untitled 1 GIÁO TRÌNH NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT LÊ KIM DƯỠNG ĐẶNG THÀNH TRUNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******************* LÊ KIM DƢỠNG ĐẶNG THÀNH[.]
LÊ KIM DƯỠNG - ĐẶNG THÀNH TRUNG GIÁO TRÌNH NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******************* LÊ KIM DƢỠNG ĐẶNG THÀNH TRUNG GIÁO TRÌNH NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LỜI NĨI ĐẦU Nhiệt động lực kỹ thuật môn học nghiên cứu chuyển hóa lượng nhiệt Nó mơn học tảng lĩnh vực vật lý khoa học kỹ thuật, đặc biệt nhóm ngành kỹ thuật khí Hầu hết, tượng khoa học kỹ thuật liên quan nhiều đến nhiệt động lực học Nhằm xây dựng chương trình đào tạo theo hướng cơng nghệ hướng tới áp dụng học chế tín cách triệt để, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM xây dựng chương trình đào tạo 150 tín theo hướng tiếp cận CDIO Để thực tốt công việc giảng dạy chương trình này, yêu cầu cấp thiết đặt phải biên soạn lại giáo trình mơn học phù hợp với chương trình Nắm bắt điều này, dựa giáo trình nhiệt động lực học kỹ thuật viết vào năm 2005, tác giả chỉnh sửa, bổ sung, cập nhật số nội dung tăng số lượng tập giúp sinh viên có điều kiện tự học nhà bổ sung số bảng phụ lục Giáo trình sử dụng chủ yếu cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Nhiệt Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM sinh viên nhóm ngành Cơ khí Tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Chƣơng I:NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.Nguyên lý làm việc máy nhiệt 1.2.Hệ nhiệt động loại 1.2.1.Hệ kín hệ hở 1.2.2.Hệ cô lập hệ đoạn nhiệt 10 1.3.Chất môi giới 10 1.4.Trạng thái thông số trạng thái 10 1.4.1.Thông số trạng thái 10 1.4.2.Phương trình trạng thái 15 Chƣơng II:CHẤT MÔI GIỚI 17 2.1.Định nghĩa 17 2.2.Hỗn hợp khí lý tưởng 17 2.2.1.Định luật Gip – Dalton 17 2.2.2.Biểu thị thành phần hỗn hợp 18 2.2.3.Xác định đại lượng vật lý hỗn hợp 20 2.2.4.Phân áp suất thành phần 22 2.3.Khí thực 23 2.3.1.Khái niệm 23 2.3.2.Q trình hóa đẳng áp 23 2.3.3.Phương pháp xác định thông số trạng thái nước 27 2.4.Không khí ẩm 30 2.4.1.Định nghĩa 30 2.4.2.Phân loại 31 2.4.3.Các thơng số đặc trưng khơng khí ẩm 31 2.4.4.Đồ thị i – d khơng khí ẩm 34 2.4.5.Cách xác định thơng số khơng khí ẩm 35 2.4.6.Các trình nhiệt động khơng khí ẩm 36 Chƣơng III:NHIỆT VÀ CÔNG 37 3.1.Quá trình nhiệt động 37 3.1.1.Khái niệm 37 3.2.Nhiệt lượng cách tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng 37 3.2.1.Định nghĩa 37 3.2.2.Phân loại 38 3.2.3.Sự phụ thuộc nhiệt dung riêng vào nhiệt độ 39 3.2.4.Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng 39 3.2.5.Nhiệt dung riêng hỗn hợp khí lý tưởng 41 3.3.Các loại công 42 3.3.1.Công thay đổi thể tích 42 3.3.2.Công kỹ thuật 43 Chƣơng IV:ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT 45 4.1.Nội dung ý nghĩa 45 4.2.Phương trình định luật nhiệt động thứ 45 4.2.1.Phương trình cân lượng tổng quát 45 4.2.2.Phương trình định luật nhiệt động thứ cho hệ kín hở 45 4.2.3.Phương trình định luật nhiệt động thứ cho trình lưu động 46 4.2.4.Phương trình định luật nhiệt động thứ cho trình hỗn hợp 47 4.3.Ứng dụng định luật nhiệt động thứ để tính biến thiên hàm trạng thái thơng số q trình 47 4.3.1.Các trình nhiệt động khí lý tưởng 47 4.3.2.Các q trình nhiệt động khí thực 60 Chƣơng V:CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA KHÍ VÀ HƠI 69 5.1.Q trình nén khí 69 5.1.1.Khái niệm 69 5.1.2.Q trình nén khí máy nén piston cấp 69 5.1.3.Quá trình nén khí máy nén piston nhiều cấp 72 5.2.Quá trình lưu động 77 5.2.1.Khái niệm 77 5.2.2.Các giả thuyết 77 5.2.3.Các công thức 79 5.2.4.Sự phụ thuộc hình dạng ống dẫn vào tốc độ lưu động 83 5.3.Quá trình tiết lưu 85 5.3.1.Khái niệm 85 5.3.2.Hiệu ứng Joule – Thomson 87 Chƣơng VI:ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI 89 6.1.Chu trình nhiệt động 89 6.1.1.Định nghĩa chu trình 89 6.1.2.Phân loại 89 6.1.3.Công chu trình 90 6.1.4.Hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh, hệ số bơm nhiệt 91 6.1.5.Chu trình Carnot 92 6.2.Định luật nhiệt động thứ hai 94 6.2.1.Nội dung cách phát biểu 94 6.2.2.Độ biến thiên entropy hệ nhiệt động 95 6.3.Exergy 97 6.3.1.Khái niệm 97 6.3.2.Các biểu thức exergy 98 Chƣơng VII:CHU TRÌNH THUẬN CHIỀU 101 7.1.Định nghĩa phân loại 101 7.1.1.Định nghĩa 101 7.1.2.Phân loại 101 7.2.Chu trình động đốt kiểu piston 101 7.2.1.Chu trình động đốt cấp nhiệt đẳng tích 102 7.2.2.Chu trình động đốt cấp nhiệt đẳng áp 105 7.2.3.Chu trình động đốt cấp nhiệt hỗn hợp 107 7.2.4.So sánh hiệu suất nhiệt 109 7.3.Chu trình turbine khí 111 7.3.1.Chu trình lý thuyết turbine khí cấp nhiệt đẳng áp 111 7.3.2.Chu trình lý thuyết turbine khí cấp nhiệt đẳng áp có hồi nhiệt 114 7.3.3.Chu trình lý thuyết turbine khí cấp nhiệt đẳng tích 116 7.3.4.Chu trình lý thuyết turbine khí cấp nhiệt đẳng tích có hồi nhiệt 119 7.4.Chu trình lý thuyết động phản lực 120 7.4.1.Chu trình lý thuyết động phản lực trực lưu 120 7.4.2.Chu trình lý thuyết động phản lực turbine máy nén 121 7.4.3.Chu trình động tên lửa 123 7.5.Chu trình thiết bị động lực nước 126 7.5.1.Chu trình Carnot khí thực 126 7.5.2.Chu trình Rankine 127 7.5.3.Các biện pháp nâng cao hiệu suất nhiệt chu trình khí thực 129 7.5.4.Chu trình nhiệt trung gian 131 7.5.5.Chu trình hồi nhiệt 134 7.5.6.Chu trình ghép 140 7.5.7.Chu trình cấp nhiệt, cấp điện 142 Chƣơng VIII:CHU TRÌNH NGƢỢC CHIỀU 151 8.1.Định nghĩa phân loại 151 8.1.1.Định nghĩa 151 8.1.2.Phân loại 151 8.2.Chu trình máy lạnh dùng khơng khí 152 8.3.Chu trình máy lạnh dùng 155 8.3.1.Chu trình máy lạnh có máy nén 155 8.3.2.Chu trình máy lạnh ejector 157 8.3.3.Chu trình máy lạnh kiểu hấp thụ 160 8.3.4.Chu trình máy lạnh bơm nhiệt 161 PHỤ LỤC 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO 196 Chƣơng I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY NHIỆT Máy nhiệt thiết bị thực q trình chuyển hóa lượng nhiệt hai nguồn nóng (T1) lạnh (T2) Máy nhiệt chia làm hai nhóm: Nhóm động nhiệt nhóm máy lạnh, bơm nhiệt Động nhiệt: Gồm máy nước, động đốt trong, động phản lực, turbine hơi, turbine khí loại làm việc theo nguyên lý chất môi giới nhận nhiệt (Q1) từ nguồn nóng (q trình cháy nhiên liệu), giãn nở để biến phần nhiệt thành cơng (L0), sau chất mơi giới nhả phần nhiệt (Q2) cho nguồn lạnh Q1 - Q2 = L0 Máy lạnh bơm nhiệt: Làm việc theo nguyên lý máy tiêu hao lượng L0, chất môi giới nhận nhiệt (Q2) từ nguồn lạnh để làm lạnh vật, truyền (Q2) (L0) cho nguồn nóng Máy lạnh sử dụng nhiệt (Q2) để làm lạnh vật bơm nhiệt sử dụng (Q1) để sưởi ấm sấy Nhiệt công dạng lượng, đại lượng vật lý phụ thuộc vào trình Qui ước: Nhiệt nhận Q>0 Nhiệt nhả Q Công tiêu hao L< 1.2.HỆ NHIỆT ĐỘNG VÀ CÁC LOẠI Hệ nhiệt động vật nhiều vật tách để nghiên cứu tính chất nhiệt động có liên quan với vềnhiệt năng, hệ nhiệt động bao gồm: 1.2.1.Hệ kín hệ hở Đối với hệ kín chất mơi giới không xuyên qua bề mặt ranh giới ngăn cách hệ thống với môi trường, lúc khối lượng chất môi giới xem không đổi (mơi chất máy lạnh…) Bảng A10:Tính chất nhiệt động nhiệt R-134a (tiếp theo) (Trích từ tài liệu tham khảo [1]) 184 Bảng A11: Tính chất nhiệt động NH3 trạng thái bão hòa theo nhiệt độ (Trích từ tài liệu tham khảo [1]) 185 Bảng A12: Tính chất nhiệt động NH3 trạng thái bão hịa theo áp suất (Trích từ tài liệu tham khảo [1]) 186 Bảng A13:Tính chất nhiệt động nhiệt NH3 187 Bảng A13:Tính chất nhiệt động nhiệt NH3 (tiếp theo) 188 Bảng A13:Tính chất nhiệt động nhiệt NH3 (tiếp theo) 189 Bảng A13:Tính chất nhiệt động nhiệt NH3 (tiếp theo) (Trích từ tài liệu tham khảo [1]) 190 B CÁC LOẠI ĐỒ THỊ B1:Đồ thị i-d không khí ẩm 191 B2:Đồ thị i-s nước 192 B3:Đồ thị logp - i NH3 193 B4:Đồ thị logp - i R-12 194 B5:Đồ thị logp - i R-22 195 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Michael J.Moran, Howard N.Shapiro_Fundamentals of Engineering Thermodynamics_The Ohio State University, Iowa State University of Science and Technology 2006 [2] Phạm Lê Dần, Bùi Hải_Nhiệt động kỹ thuật_Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 2000 [3] Hồng Đình Tín, Lê Chí Hiệp_ Nhiệt động kỹ thuật_ĐHBK TP.HCM 1993 [4] Trần Thế Sơn, Bùi Hải_ Nhiệt động kỹ thuật_ĐHBK Hà Nội [5] Lê Xuân Hòa_ Kỹ thuật nhiệt_Nhà xuất ĐHQG TP.HCM 2004 [6] Nguồn từ internet [7] Lê Kim Dưỡng_Nhiệt động kỹ thuật_ĐHSPKT TP.HCM 2005 196 Giáo trình NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT ThS Lê Kim Dưỡng – TS Đặng Thành Trung NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Khu phố 6, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, TPHCM Số Công trường Quốc tế, Quận 3, TP HCM ĐT: 38 239 172 - 38 239 170 Fax: 38 239 172 E-mail: vnuhp@vnuhcm.edu.vn Chịu trách nhiệm xuất TS HUỲNH BÁ LÂN Tổ chức thảo chịu trách nhiệm tác quyền TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Biên tập NGUYỄN ĐỨC MAI LÂM Sửa in THUỲ DƯƠNG Thiết kế bìa TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM GT.01.KT(V) ĐHQG.HCM-13 494-2013/CXB/04-25/ĐHQGTPHCM KT.GT.405 – 13 (T) In 300 khổ 16 x 24cm, Cơng ty TNHH In Bao bì Hưng Phú Số đăng ký kế hoạch xuất bản: 494-2013/CXB/0425/ĐHQGTPHCM Quyết định xuất số: 118/QĐ-ĐHQGTPHCM cấp ngày 17/6/2013 Nhà xuất ĐHQGTPHCM In xong nộp lưu chiểu Quí III năm 2013 ISBN: 978-604-73-1775-2 786047 317752