BỘ LAO ĐỘN TỔ GI Môn họ NGHỀ C TRÌN (Ban hành 1 NG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI ỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH ọc Nhiệt kỹ thuật CÔNG NGHỆ Ô TÔ TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG hành kèm theo Quyết định số ) HÀ NỘI 2012 2 TUYÊ.
1 BỘ LAO ĐỘN NG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔ ỔNG CỤC DẠY NGHỀ GI GIÁO TRÌNH Mơn họọc: Nhiệt kỹ thuật NGHỀ:: C CƠNG NGHỆ Ơ TƠ TRÌN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: ) HÀ NỘI 2012 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm MÃ TÀI LIỆU: MH 14 MỤC LỤC CHƯƠNG KHÁI NIỆM VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 10 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 10 1.1.1 Nguồn nhiệt 10 1.1.2 Môi chất 10 1.1.3 Trạng thái - 10 1.1.4 Thông số trạng thái 10 1.1.5 Máy nhiệt - 10 1.1.6 Động nhiệt 10 1.1.7 Máy lạnh 10 1.1.8 Bơm nhiệt - 10 1.1.9 Quá trình nhiệt động 11 1.1.10 Nước sôi - 11 1.1.11 Hơi bão hịa khơ 11 1.1.12 Hơi bão hòa ẩm 11 1.1.13 Nước chưa sôi 11 1.1.14 Hơi nhiệt - 11 1.1.15 Công - 11 1.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN - 13 1.2.1 Thể tích riêng v 13 1.2.2 Áp suất p 13 1.2.3 Nhiệt độ T 13 1.2.4 Entropy s 13 1.3 HỆ NHIỆT ĐỘNG VÀ CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI. - 14 1.3.1 Hệ nhiệt động 14 1.3.2 Các thông số trạng thái. - 14 1.4 PHƯƠNG TRÌNH NHIỆT ĐỘNG - 15 1.4.1 Phương trình nhiệt động I: - 15 1.4.2 Phương trình nhiệt động II: 16 1.5 NHẬN DẠNG VÀ PHÂN BIỆT CÁC THÔNG SỐ VÀ TRẠNG THÁI 17 1.5.1 Nhận dạng thông số trạng thái 17 1.5.2 Nhận dạng trạng thái - 18 CHƯƠNG MÔI CHẤT VÀ SỰ TRUYỀN NHIỆT 19 2.1 KHÁI NIỆM KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ KHÍ THỰC 19 2.1.1 Khái niệm khí lý tưởng 19 2.1.2 Khái niệm khí thực 20 2.2 KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI SỰ TRUYỀN NHIỆT 20 2.2.1 Khái niệm truyền nhiệt 20 2.2.2 Phân loại truyền nhiệt 20 2.3 KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI SỰ CHUYỂN PHA CỦA CÁC ĐƠN CHẤT 22 2.3.1 Khái niệm chuyển pha 22 2.3.2 Phân loại chuyển pha 22 2.4 NHẬN DẠNG VÀ PHÂN BIỆT SỰ CHUYỂN PHA, SỰ TRUYỀN NHIỆT CỦA MÔI CHẤT - 23 2.4.1 Nhận dạng phân biệt trình chuyển pha 23 2.4.1.1 Q trình hóa đẳng áp 23 2.4.1.2 Bảng đồ thị 25 2.4.2 Nhận dạng phân biệt truyền nhiệt - 27 CHƯƠNG CÁC Q TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MƠI CHẤT 30 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ KHẢO SÁT MỘT QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 30 3.2 NỘI DUNG KHẢO SÁT 31 3.3 CÁC QUÁ TRÌNH CĨ MỘT THƠNG SỐ BẤT BIẾN. - 31 3.3.1 Quá trình đẳng nhiệt 31 3.3.2 Quá trình đẳng áp - 33 3.3.3 Q trình đẳng tích - 34 3.3.4 Quá trình đoạn nhiệt 35 3.3.5 Quá trình đa biến - 37 3.4 CÁC Q TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA KHÍ THỰC 39 3.4.1 Hơi nước khí thực 39 3.4.2 Q trình hóa ngưng tụ nước 40 3.4.3 Các trình nhiệt động thực tế 41 3.5 QUÁ TRÌNH HỖN HỢP CỦA KHÍ VÀ HƠI (KHƠNG KHÍ ẨM) 45 3.5.1 Khái niệm, tính chất phân loại 45 3.5.2 Các đại lượng đặc trưng - 47 3.5.3 Các q trình khơng khí ẩm 48 CHƯƠNG CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ NHIỆT 50 4.1 KHÁI NIỆM VÀ YÊU CẦU 50 4.1.1 Khái niệm 50 4.1.2 Yêu cầu 51 4.2 PHÂN LOẠI CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 51 4.2.1 Chu trình động đốt 51 4.2.2 Chu trình tua-bin khí 55 4.2.3 Chu trình động phản lực 58 4.2.4 Chu trình nhà máy nhiệt điện 60 4.2.5 Chu trình thiết bị làm lạnh (chạy Amoniac, Frêon) 63 4.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ NHIỆT 66 4.2.1 Sơ đồ cấu tạo động nhiệt 66 4.2.2 Nguyên lý hoạt động động nhiệt - 66 Hình 2.1 Các phương thức trao đổi nhiệt 21 Hình 2.2 Quá trình hóa đẳng áp 24 Hình 2.3 Đồ thị T - s nước 26 Hình 2.4 Đồ thị i - s nước 26 Hình 2.5 Các đại lượng đặc trưng cho xạ 29 Hình 3.1 Đồ thị p -v T - s trình đẳng nhiệt 32 Hình 3.2 Đồ thị p -v T - s trình đẳng áp 34 Hình 3.3 Đồ thị p -v T - s q trình đẳng tích 35 Hình 3.4 Đồ thị p -v T - s trình đoạn nhiệt 37 Hình 3.5 Đồ thị p -v T - s trình đa biến 39 Hình 3.6 Quá trình tiết lưu 42 Hình 3.7 Các trình máy nén khí cấp lý tưởng 44 Hình 3.8 Đồ thị T-s nước 46 Hình 3.9 Quá trình sấy 48 Hình 4.1 Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp đồ thị p-V T-s 52 Hình 4.2 Chu trình cấp nhiệt đẳng tích 53 Hình 4.3 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp 54 Hình 4.4 So sánh chu trình có ε q1 55 Hình 4.5 So sánh chu trình có cùng Tmax pmax 55 Hình 4.6 Sơ đồ ngun lý tua-bin khí 56 Hình 4.7 Đồ thị p-v T-s tua- bin khí cấp nhiệt đẳng áp 57 Hình 4.8 Sơ đồ cấu tạo 58 Hình 4.9 Đồ thị T-s 58 Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý 59 Hình 4.11 Đồ thị P-v 59 Hình 4.12 Đồ thị T-s chu trình Các -nơ nước 60 Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý 61 Hình 4.14 Đồ thị T-s 61 Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý đồ thị T-s 62 Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý 64 Hình 4.17 Đồ thị T-s chu trình 64 Hình 4.18 Sơ đồ máy lạnh-bơm nhiệt 65 Hình 4.19 Sơ đồ cấu tạo động kỳ 66 Hình 4.20 Sơ đồ cấu tạo động kỳ 66 Hình 4.21 Nguyên lý làm việc chu trình động đốt 68 MÔN HỌC:NHIỆT KỸ THUẬT Vị trí, ý nghĩa, vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí giảng dạy sau môn học: MH 07, MH 08, MH 09, MH 10, MH 11, MH 12, MH13 - Ý nghĩa: Nhiệt kỹ thuật tên môn học Chương trình đào tạo, bao gồm kiến thức nhiệt động học (hoặc nhiệt động lực học) Sau học xong môn học người học cung cấp kiến thức nhiệt động cơnhiệt (nhiệt động học cổ điển) hệ thống trạng thái cân (nhiệt động học cân bằng) Các nguyên lý nhiệt động học áp dụng cho nhiều hệ vật lý, cần biết trao đổi lượng với môi trường mà không phụ thuộc vào chi tiết tương tác hệ Do đó, người học có khả phân tích giải thích số nguyên lý động đốt số tượng xảy tự nhiên - Vai trị: Là mơn học kỹ thuật sở bắt buộc Mục tiêu môn học: + Trình bày khái niệm, thơng số bản, q trình nhiệt động mơi chất + Giải thích nguyên lý hoạt động kể tên phận, chi tiết sơ đồ cấu tạo động đốt + Nhận dạng chi tiết, phận động nhiệt ô tô + Tuân thủ quy định, quy phạm nhiệt kỹ thuật + Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, cẩn thận Loại Thời lượng Địa Mã Tên chương, mục điểm T.số LT TH KT dạy MH14-01 Chương Khái niệm 11 11 thông số 1.1 Các khái niệm thông 2 số 1.2 Hệ nhiệt động 3 thông số trạng thái 1.3 Phương trình nhiệt động 3 1.4 Nhận dạng phân biệt 3 thông số trạng thái MH14-02 Chương Môi chất 12 11 truyền nhiệt 2.1 Khái niệm, phân loại khí 3 lý tưởng khí thực 2.2 Khái niệm, phân loại truyền nhiệt 2.3 Khái niệm chuyển 3 pha đơn chất 2.4 Nhận dạng phân biệt 3 chuyển pha, truyền nhiệt môi chất MH14-03 Chương Các q trình 12 11 nhiệt động mơi chất 3.1 Các trình nhiệt động 4 bản: Quá trình đa biến, đoạn nhiệt, đẳng nhiệt, đẳng áp đẳng tích 3.2 Các q trình nhiệt động khí thực 3.3 Q trình hỗn hợp 4 khí MH14-04 Chương Chu trình nhiệt 10 động động nhiệt 4.1 Khái niệm, yêu cầu 4 phân loại chu trình nhiệt động 4.2 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động động nhiệt Cộng 45 42 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔN HỌC Phương pháp kiểm tra, đánh giá thực hiện: Được đánh giá qua viết, kiểm tra, vấn đáp trắc nghiệm, tự luận trình thực học có mơn học kiến thức, kỹ thái độ Có đầy đủ kiểm tra hồ sơ học tập đạt yêu cầu Nội dung kiểm tra, đánh giá thực hiện: - Về kiến thức: + Trình bày đầy đủ khái niệm, thông số bản, q trình nhiệt động mơi chất + Giải thích nguyên lý hoạt động kể tên phận, chi tiết sơ đồ cấu tạo động đốt + Qua kiểm tra viết trắc nghiệm đạt yêu cầu 60% - Về kỹ năng: + Nhận dạng chi tiết, phận động nhiệt ô tô - Về thái độ: +Chấp hành nghiêm túc quy định học, nội qui làm đầy đủ tập nhà + Rèn luyện tính xác, chủ động tác phong công nghiệp 10 CHƯƠNG KHÁI NIỆM VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN Mã số chương: MH 14 - 01 Mục tiêu: - Trình bày khái niệm thông số q trình nhiệt động - Giải thích ý nghĩa khái niệm thông số - Tuân thủ quy định, quy phạm lĩnh vực nhiệt kỹ thuật Nội dung chính: 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Trong phạm vi chương trình môn học Kỹ thuật nhiệt, nghiên cứu số khái niệm sau 1.1.1Nguồn nhiệt: vật trao đổi nhiệt với môi chất; nguồn nhiệt có nhiệt độ cao gọi nguồn nóng, nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp gọi nguồn lạnh 1.1.2 Môi chất: chất mà thiết bị dùng để truyền tải chuyển hóa nhiệt với dạng lượng khác Mơi chất vật chất pha nào, thường dùng pha (khí) có khả co dãn lớn Mơi chất đơn chất hỗn hợp 1.1.3 Trạng thái:là tập hợp thông số xác định tính chất vật lý mơi chất hay hệ thời điểm Các đại lượng vật lý gọi thơng số trạng thái 1.1.4 Thông số trạng thái: đại lượng vật lý có giá trị trạng thái Thông số trạng thái hàm đơn trị trạng thái Nghĩa làđộ biến thiên thông số trạng thái trình phụ thuộc vào điểm đầu điểm cuối q trình mà khơng phụ thuộc vào trình (đường đi) đạt đến trạng thái 1.1.5Máy nhiệt: hệ thống thiết bị thực chuyển hố nhiệt cơng nói chung 1.1.6Động nhiệt: loại máy nhiệt tiêu thụ nhiệt lượng để sản sinh cho tương ứng VD: ô tô, xe máy, nhà máy nhiệt điện v.v 1.1.7Máy lạnh: loại máy nhiệt sử dụng nhiệt lượng lấy để làm lạnh vật VD: tủ lạnh, điều hồ nhiệt độ v.v loại máy lạnh 1.1.8Bơm nhiệt: loại máy nhiệt sử dụng nhiệt lượng toả nguồn nóng để đốt nóng sấy, sưởi vật VD: tủ lạnh “hai chiều”: mùa hè làm việc theo chế độ máy lạnh, mùa đông làm việc theo chế độ bơm nhiệt 54 Hiện người taa khôn không chế tạo động theo nguyên lý n v Hình 4.3 Chu ttrình cấp nhiệt đẳng áp d Nhận xét - Hiệu suất nhiệt chuu trình động cấp nhiệt hỗn hợp phụ thuộcc vào v k - Động cấp nhiệt đẳng ng áp cấp nhiệt hỗn hợp làm việcc với v tỷ số nén cao Tuy nhiên chiều dài xy lanh phải tăng ăng lên lê gặp khó khăn vấn đề chế ttạo, đồng thời tổn thất ma sát động ng tăng làm giảm hiệu suất củaa - Trong động cấp nhiệtt đđẳng tích q trình cháy cưỡng bứcc (nhờ (nh bugi), ε tăng cao trị số gi giới hạn hỗn hợp cháy tự bốc cháy bugi chưa đánh lửa, ảnh hưởng ng xxấu đến chế độ làm việc bình thường ng c động Ngoài tỷ số nén llớn tốc độ cháy tăng lên mộtt cách đột ngột gây tượng kích nnổ (vì hỗn hợp nén hỗn hợp cháy)) phá hỏng h chi tiết động Vì tỷ số nén cần lựa chọn phù hợp vớii t loại nhiên liệu e So sánh hiệu suất nhiệt củủa chu trình động đốt Để đánh giá hiệu suấất nhiệt động đốt làm việcc theo chu trình khác nhau, ta so sánh chu trình với điều kiện sau: - Khi có tỉ số nén ε nhi nhiệt lượng q1 cấp vào cho chu trình: Trên đồ thị T-s hình 44.4 biểu diễn chu trình: 123v4v1 làà chu trình t cấp nhiệt đẳng tích, 122’3411 ch chu trình cấp nhiệt hỗn hợp 123p4p1 chu trình cấp nhiệt đẳng áp Ba chu trì trình có tỷ số nén ε nhiệtt lượng l q1, nghĩa v1, v2 di diện tích a23vd; a22’3c a23pb g nhau Từ (44) ta thấy: chu trìnhh có ccùng q1, chu trình có q2 nhỏ ơn s có hiệu suất nhiệt cao q2 chu trình cấp nhiệt đẳẳng tích diện tích a14vb nhỏ t q2 chu trình cấp nhiệt đẳẳng áp diện tích a14pd lớn q2 chu trình cấp nhiệt hỗỗn hợp diện tích a14c có giá trị trung gian so với hai chu trình 55 Vậy hiệu suất củaa chu ttrình cấp nhiệt đẳng tích lớn nhấtt hiệu hi suất chu trình cấp nhiệt đẳng ng ááp nhỏ nhất: ηctv>ηct>ηctp (4-10) 10) Hình 4.4 So sánh chu trình có ε q1 -Khi có áp suất nhiệệt độ lớn nhỏ nhất: Hình 4.5 So sánh nh chu trìn trình có cùng Tmax pmax pmax Ở ta so sánh hiệuu su suất nhiệt chu trình nhả mộtt nhiệt nhi lượng q2 giống nhau, làm việcc vvới ứng suất nhiệt (cùng Tmax pmax) Với điều kiện đó, ch chu trình biểu diễn đồ thị T-ss hình h 4.5 12p34 chu trình cấp nhiệtt đđẳng áp; 122’341 chu trình cấp nhiệtt hỗn h hợp 12v34 chu trình cấp nhiệtt đđẳng tích Trên đồ thị, ba chu trình h có p1, T1 p3, T3 nghĩa ĩa llà nhả lượng nhiệt q2 (diện n tích tí 14ab) đó: nhiệt lượng q1 cấấp vào cho chu trình cấp nhiệt đẳng ng áp b diện tích a2p3b lớn nhất, nhiệtt llượng q1 cấp vào cho chu trình cấp nhiệtt đẳng đ tích diện tích a2v3b nhỏ nh Vậy theo (4-4) ta thấy hiệuu su suất chu trình cấp nhiệt đẳng áp p lớn l nhấtvà hiệu suất chu trình cấpp nhi nhiệt đẳng tích nhỏ nhất: ηctp>ηct>ηctv (4-11 11) Giới hạn p3, T3 phụ thuộc vào sức bền chi tiết củaa động đ 4.2.2 Chu trình tua-bin khí Ưu điểm độngg đđốt có hiệu suất cao.Tuy nhiên, động đốt có cấu tạo phứcc ttạp phải có cấu để biến chuyển động thẳng 56 thành chuyển động quay, y, nên công suất bị hạn chế Để khắc phụcc cá nhược điểm trên, người ta dùng tuaa- bin khí Tua- bin khí cho phép chế tạo o với v công suất lớn, sinh công liên tục, c, thi thiết bị gọn nhẹ nên sử dụng rộng ng rãi rã để kéo máy phát điện, sử dụng giao thơng vận tải Dựa vào q trình cháy c nhiên liệu, chia thành hhai loại: tua- bin khí cháy đẳng áp tuốc tu bin khí cháy đẳng tích a Sơ đồ nguyên lý nguyên yên ttắc hoạt động tua-bin khí Sơ đồ thiết bị nguyê nguyên lý hoạt động tua -bin khí đượcc biểu bi diễn hình 4.6 Khơng khí hí đư nén đoạn nhiệt máy nén khí I, phần ph lớn đưa vào buồng đốtt III, m phần nhỏ đưa phía sau buồ ồng đốt để hoà trộn với sản phẩm cháy nh nhằm làm giảm nhiệt độ sản phẩm cháy trước tr vào tua -bin Nhiên liệu bơm ho máy nén II đưa vào buồng đốt III Nhiên liệu khơng ơng kh khí tạo thành hỗn hợp cháy cháy ch buồng đốt III Sản phẩm m chá cháy có áp suất nhiệt độ cao ( khoảảng 13000 1500 C) pha trộn vớii khơ khơng khí trích từ máy nén, tạo thành nh hỗn h hợp có nhiệt độ cónhiệt độ khoảng ng 900 900-1100 C Sau đó, sản phẩm cháyđượ ợc đưa qua ống tăng tốc IV, tốc độ tăng lên vào tua -bin, biến động thành cánh tua -bin,, làm qu quay tuốc bin kéo máy phát quay theo heo Sản S phẩm cháy sau khỏi tua -bin bin thải mơi trường Hình 4.6 S Sơ đồ ngun lý tua-bin khí Q trình cháy là: - Cháy đẳng áp p = const môi chất vào khỏi buồng đốtt m cách liên tục, cấu tạo buồng đốtt đơn giản - Cháy đẳng tích v = const nst Ở cháy, van buồng g đót phải ph đóng lại để thể tích hỗn hợp khơng đổi, nhằm thực q trình cháy đẳng ng tích, sản phẩm cháy khỏỏi buồng đốt không liên tục Muốn sản n phẩm p cháy vào khỏi buồng đốt mộột cách liên tục cần có nhiều buồng ng đốt, đ cấu tạo phức tạp tổn thấtt qqua van lớn Vì vậy, thự ực tế người ta thường chế tạo tua- bin in chá cháy đẳng áp 57 b Chu trình tua- bin khí cấpp nhi nhiệt đẳng áp Chu trình tua - bin in khí ccấp nhiệt đẳng áp biểu diễn đồ đ thị p-v T-s hình 4.7 + -2 q trìnhh nén đoan nhiệt mơi chất buồng đốt + -3 trình cấpp nnhiệt đẳng áp buồng đốt + -4 trình giãn nnở đoạn nhiệt ống tăng tốc(trong tuatu bin) + -1 trình nhảả nhiệt đẳng áp (thải sản phẩm cháy) - Tỷ số nén: β= (4-12) 12) - Hệ số giãn nở sớm ng trình cấp nhiệt: ρ= (4-13) 13) - Hiệu suất chu trình: ηct = (4-14) Trong đó: q1 nhiệt lượng sinh trình cháy đẳng áp; q1 = q23 = Cp(T2 - T2’) q2 nhiệt lượng thải mơi trường q trình 41; q2 = Cp(T4 - T1) Từ ta có hiệu suất củ chu trình là: ηct = Hình 4.7 Đồ thị p-vv vvà T-s tua- bin khí cấp nhiệt đẳng ng áp Tương tự đối vớii cchu trình động đốt trong, thay giá gi trị vào ta được: ηct = (4-15) Ta thấy hiệu suất nhiệệt chu trình tuốc bin khí cấp nhiệt đẳẳng áp phụ thuộc vào β k Khi tăng β k hiệu suất nhiệt chu trình rình s tăng ngược lại 58 4.2.3 Chu trình động phản n llực Đối với động đốtt tr trong, muốn có cơng suất lớn kích thước th trọng lượng lớn, khôn sử dụng kỹ thuật hàng g khơng khơn Động phản lực đạạt cơng suất tốc độ lớn mà kích thước th trọng lượng thiết bị lại nhỏ,, ddo sử dụng nhiều kỹ thuật thu hàng không, tên lửa vũũ tr trụ Nguyên lý động ng ccơ phản lực là: nhiên liệu đốtt cháy, chá nhiệt biến thành động ăng ccủa dịng khí, phun qua ống phun ngồi với vận tốc lớn, tạo phản lực mạnh nh đẩy thiết bị chuyển động phía trước c Động phản lựcc đư chia thành hai loại: động máy y bay động tên lửa Động máy bayy đđộng tên lửa khác chỗ:: Oxy cấp cho máy bay lấy từ không khí xun xung quanh, cịn động tên lửa oxy đ chứa sẵn dạng lỏng ngayy động cơ, tên lửa có tốc độ lớn n h bay chân khơng a Động máy bay Việc tăng áp suấtt khôn khơng khí động máy bay có thểể nhờ ống tăng áp, nhờ máyy nén Hiện máy bay chế tạo theo kiểu ki tăng áp phần nhờ ống tăng ááp, phần chủ yếu nhờ máy áy nén, né ta khảo sát loạii nnày Hình 4.8 Sơ đồ cấu u ttạo Hình 4.9 Đồ thị T-s s Sơ đồ cấu tạo củaa độn động máy bay có máy nén biểu diễn di hình 4.8 Cấu tạo động gồm phận sau: ống tăng tă áp 1, máy nén 2, vòi phun nhiên li liệu 3, tua- bin khí 4, ống tăng tốc vàà buồng bu đốt Chu trình động máy bay biểu diễn hình 4.9, 4.9 gồm trình: + 1-2 q trình nén đoan nhiệt khơng khí ống tăng ng áp + 2-3 trình nén đoan nhiệt khơng khí máy nén + 3-4 q trìnhh cháy đẳng áp hỗn hợp Khơng khí-nhiên hiên liệu buồng đốt, cấp cho chu trình m lượng nhiệt q1 59 + 4-5 trình sản ản ph phẩm cháy giãn nở đoạn nhiệt g tuốc bin khí, sinh cơng để chạy máy nén, + 5-6 trình giãn nnở đoạn nhiệt sản phẩm cháy ong ống tăng t tốc, + 6-1 trình thải ải ssản phẩm cháy đẳng áp, nhả mơi trườn ờng lượng nhiệtq2 Chu trình động ng máy bay có máy nén cháy đẳng áp hồn ho tồn giống chu trình tua- bin khí cấp nhiệt đẳng áp Hiệu suất củaa chu c trình xác định theo (7-15): ηct = (1-16) Ta thấy hiệu suấtt nhi nhiệtηct tăng khiβ tăng (β tỷ số tăng g áp tr trình nén 1-2 ống ng tăn tăng tốc lẫn máy nén) Rõ ràng ng tỷ t số β lớn β chu trình đđộng máy bay khơng có máy nén, độ ộng có hiệu suất so với độngcơ ngcơ khơng có máy nén b Động tên lửa Sơ đồ cấu tạo độộng tên lửa biểu diễn hình 4.10 Cấu tạo động gồm phận sau: Bình chứa nhiên liệệu A, bình chứa oxy lỏng B, bơm nhiên liệu C, bơm oxy lỏng D, buồng đốtt E ống tăng tốc F Chu trình động ng máy bay biểu diễn đồ thịị p-v hình 4.11, gồm trình: C D Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý lý Hình 4.11 Đồ thị P-v v + 1-2 trìnhh nén đoan nhiệt nhiên liệu oxy g bơm (vì chất lỏng khơng chịu nén nênn có th thể coi q trình đẳng tích) + 2-3 q trìnhh cháy đẳng áp hỗn hợp Khơng khí-nhiên hiên liệu buồng đốt, cấp cho chu trình m lượng nhiệt q1 + 3-4 trình giãn nnở đoạn nhiệt sản phẩm cháy ống ng tăng t tốc +4-1 trình thảii ssản phẩm cháy đẳng áp môi trường, ng, nhả nh lượng nhiệt q2 Hiệu suất chu hu trình xác định: ηct = (4-17) 60 Ở cơng kỹ thuậtt ccủa q trình giãn nở đoạn nhiệt 3-4 (bỏ ỏ qua công bơm trình 1-2) 4.2.4 Chu trình nhà máy nhiệệt điện a Chu trình các-nơ nước ớc Chu trình Các - nơ thu thuận chiều chu trình có hiệu suất nhiệtt cao c Về mặt kỹ thuật, dùng khí th thực phạm vi bão hịa thựcc hi chu trình Các - nơ vẫnn đđạt hiệu suất nhiệt lớn cùn phạm vi nhiệt độ Chu trình Các - nơ áp dụng cho khí thực vùng ng bão hịa biểu diễn hình ình 4.1 4.12.Tuy nhiên, khí thực vàà nước n việc thực chu trình Các -nơ khó khăn, lý sau u đây: - Quá trình nhả nhiệt đẳng ng áp, ngưng tụ thành nước (q trình 3) thực khơng hồn tồn Muốốn nén đoạn nhiệt ẩm theo qúa trình 3-4, cần phải có máy nén kích thướcc rrất lớn tiêu hao công lớn - Nhiệt độ tới hạn nướcc th thấp (374,150C) nên độchênh nhiệt độ gi nguồn nóng nguồn lạnh củaa chu trình khơng lớn lắm, cơng củaa chu c trình nhỏ - Các giọt ẩm va đđập vào cánh tua- bin gây tổn thất lượng l ăn mòn màimòn nhanh nh cán cánh tua- bin Hình 4.12 Đồồ thị T-s chu trình Các -nơ nước b Chu trình Renkin (chu trình nhà máy điện) Như phân tích trên, có hiệu suất nhiệt cao chu trình t Các - nơ có số nhược điểm m kh áp dụng cho khí thực, nên thự ực tế người ta khơng áp dụng chu trình rình nà mà áp dụng chu trình cải tiến gầần với chu trình gọi chu trình nh Ren Renkin Chu trình Renkin chu trình h thuận thu chiều, biến nhiệt thành cơng 61 Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý lý Hình 4.14 Đồ thị T-s s Chu trình Renkin ch chu trình nhiệt áp dụng tấtt c lọai nhà máy nhiệt điện, môi ôi ch chất nước Tất thiết bị củaa nhà n máy nhiệt điện giống au tr trừ thiết bị sinh I Trong thiết bị sinh hơi, h nước nhận nhiệt để biến thànhh Đối với nhà máy nhi nhiệt điện thiết bị sinh lị hơi, nước nhận nhiệt từ trình đốtt ccháy nhiên liệu Đối với nhà máy điện n mặt m trời địa nhiệt, nước nhậnn nhi nhiệt từ lượng mặt trời từ nhiệt nhi lòng đất Đối với nhà máy điệnn nguyên tử, thiết bị sinh thiếtt bị b trao đổi nhiệt, nước nhậnn nhi nhiệt từ chất tải nhiệt lò phản ứng hạạt nhân Sơ đồ thiết bị chu trình rình Re Renkin trình bày hình 4.13 Đồ thị T-s chu trình biểu diễnn ttrên hình 4.14 Nước ngưng ng bình ngưng IV (ở trạng thái 2’ đồ thị)) có thơng số p2, t2, i2, bơm V bơm vào thiết bị sinh I với áp suất p1 (quá trình 2’-3) Trong thiết bị sinhh hơi, nước ống sinh nhận nhiệệt đẳng áp đến sơi (q trình 3-4), hố hơ (quá trình 4-5) thành nhiệệt nhiệt II (quá trình 5-1) 1) Q Quá trình 3-4-5-1 q trình hóa đẳng đ áp áp suất p1 = const Hơi kh khỏi nhiệt II (ở trạng thái 1) có thông thôn số p1, t1 vào tuốc bin III, hơ giãn nở đoạn nhiệt đến trạng thái (q (q trình 1-2) sinh cơng tuốốc bin Hơi khỏi tuốc bin có thơng số ố p2, t2, vào bình ng-ng IV, ngưng ng ttụ thành nước (quá trình 2-2’), lại đư ược bơm V bơm trở lị Q trình nh nén đoạn nhiệt bơm xem em q qu trình nén đẳng tích nước khơng hơng ch chịu nén (thể tích thay đổi) c Chu trình hỗn hợp tua- bin khí - Chu trình hỗn hợpp m chu trình ghép, gồm chu trình nh Renkin Re nước chu trình Tua- bin kkhí Sơ đồ thiết bị đồ thị T-s củaa chu c trình thể hình 4.15 Hệ thống thiết bị bao gồm: thiết bị sinh sin (buồng đốt); tua- bin hơii nư nước 2; bình ngưng 3; bơm nước cấp p 4; hâm nước 5; tua-bin khí máy áy nén khơng khí 62 Hình 4.15 S Sơ đồ ngun lý đồ thị T-s Nguyên lý làm việc củủa chu trình thiết bị sau: Khơng ng khí đ nén đoạn nhiệt máy nén én đđến áp suất nhiệt độ cao, đưaa vào buồng đốt với nhiên liệu cháy buồng đốt áp suấtt cao, cao không đổi Sau nhả phầnn nhi nhiệt cho nước dàn ống buồng ng đốt đ 1, sản phẩm cháy vào tuốc bin kh khí 6, giãn nở sinh cơng Ra khỏi tuốcc bin khí, sản phẩm cháy có nhiệt độ ca cao, tiếp tục qua hâm nước 5,, gia nhiệt n cho nước thải Nước bơm bơm qua hâm nước 5, vào dàn ống củaa buồng bu đốt 1.Ở nước nhận nhiệtt biến thành nhiệt Hơi quáá nhiệt nhi vào tuốc bin 2, giãn nở đoạnn nhiệt sinh công Ra khỏi tuốc bin, hơ vào bình ngưng nhả nhiệt đẳng ng ááp, ngưng tụ thành nước bơm bơm trở lị, lặp lại chu trình cũ Đồ thị T-s chu trìn trình nhiệt biểu diễn hình 15 Nhiệt lượng nhiên liệu cháy tỏỏa trình b-e chia thành hai phần: ph phần dùng để sản xuất nnước thiết bị sinh 1, phầần cấp cho tuốc bin khí + a-b: q trình nén đo đoạn nhiệt khơng khí máy nén khí 7; + b-c: trình cấpp nhi nhiệt (cháy) đẳng áp buồng đốt 1; + c-d: trình giãn iãn nnở đoạn nhiệt sinh cơng tuốc bin khí 6; + d-a: trình nhả nhi nhiệt đẳng áp hâm nước 5; + 3-1’-1”-1: trình nước nhận nhiệt đẳng áp hâm buồng đốt 1; + 1-2; 2-2’; 2’-3 trình giãn nở đoạn nhiệt rong tuốc tu bin, ngưng đẳng áp bình ình ng ngưng, nén đoạn nhiệt bơm nh- chu trình Renkin Hiệu suất chu trình nh là: ηct = (4-17) Trong đó: l: cơng tua-bin in nnước tua-bin khí, l = lh + lk 63 q1: nhiệt lượng nhiên liệu tỏa cháy buồng đốt 4.2.5 Chu trình thiết bị làm lạnh (chạy Amoniac, Frêon) Chu trình thiết bị lạnh chạy chu trình ngược chiều, nhận nhiệt từ nguồn có nhiệt độ thấp, nhả nhiệt cho nguồn có nhiệt độ cao Mơi chất sử dụng làm thiết bị lạnh thực tế thường số chất lỏng có nhiệt độ sơi thấp áp suất bình thường, hệ số toả nhiệt lớn, rẻ tiền, không độc hại Tuỳ theo phương pháp tăng áp suất môi chất ta chia hai loại: chu trình thiết bị lạnh có máy nén chu trình thiết bị lạnh hấp thụ (khơng có máy nén) a Chu trình thiết bị lạnh có máy nén Mơi chất thường dùng máy lạnh có máy nén Amoniac (NH3) hay Frêon F12, F22 (có cơng thức: CmHxFyClz) Amơnian thường dùng máy lạnh công nghiệp để sản xuất nước đá làm lạnh thực phẩm, nhiệt ẩn hố lớn nên chế tạo với cơng suất lớn.Frêon thường dùng máy lạnh gia đình tủ kem, tủ lạnh gia đình khơng địi hỏi công suất lớn, không mùi không độc hại Sơ đồ nguyên lý máy lạnh có máy nén thể hình 416.Hơi mơi chất trạng thái bảo hồ khơ từ buồng lạnh IV có áp suất p1 máy nén hút vào nén đoạn nhiệt đến áp suất p2, nhiệt độ t2.Sau vào bình ngưng II ngưng tụ đẳng áp áp suất p2, nhả lượng nhiệt q1 cho khơng khí hay nước làm mát.Chất lỏng ngưng tụ từ dàn ngưng II qua van tiết lưu III, giảm áp suất từ p2 xuống p1 chuyển từ dạng lỏng sang dạng ẩm Hơi ẩm tiếp tục vào buồng lạnh IV nhận nhiệt lương q2 vật cần làm lạnh áp suất p1 = const biến thành hơibão hồ khơ chu trình lặp lại cũ Các trình máy lạnh dùng có máy nén biểu thị đồ thị hình 4-17 + 1-2 trình nén đoạn nhiệt máy nén, trình áp suất tăng từ p1 đến p2 + 2-3 trình ngưng tụ đẳng áp áp suất p2 = const, nhả lượng nhiệt q1cho khơng khí hay nước làm mát + 3-4 trình tiết lưu van tiết lưu, trình áp suất giảm từ p2xuống p1 + 4-1 trình bốc dàn bốc buồng lạnh, môi chất nhiệt lượng q2 áp suất p1 = const 64 Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý Hình 4.17 Đồ thị T-s chu trình - Hệ số làm lạnh: ηct = = = | | = ( ) ( ) (4-36) Vì trình tiết lưu i4 = i3, đó: Năng suất máy lạnh: Q0 = G.q2 (4-37) Công suất máy nén: N = G.| | (4-38) Ở đây: G lưu lượng môi chất chu trình, kg/s b Bơm nhiệt Bơm nhiệt cịn gọi máy điều hồ hai chiều.Bơm nhiệt làm lạnh, hút ẩm sưởi ấm, dùng phổ biến miền Bắcnước ta.Khi dùng với chức sưởi ấm, bơm nhiệt tiết kiệm điện nhiều so với dùng lò sưởi điện trở Nguyên lý làm việc bơm nhiệt sau: Mơi chất trạng thái bảo hồ khô từ buồng lạnh IV máy nén hút vào nén đoạn nhiệt từ áp suất p1 đếnáp suất p2, nhiệt độ t2 Sau vào dàn ngưng II ngưng tụ đẳng áp áp suất p2, nhả lượng nhiệt q1 biến thàng lỏng.Chất lỏng từ dàn ngưng II qua van tiết ưu III, giảm áp suất từ p2 xuống p1 chuyển từ dạng lỏng sang dạng ẩm, vào dàn bay để nhận nhiệt lương q2 Nếu sử dụng lượng hữu ích từ dàn bay (dàn lạnh, bố trí phịng) máy làm việc theo chế độ làm lạnh; Nếu sử dụng lượng hữu ích từ dàn ngưng (dàn nóng, bố trí phịng) máy làm việc theo chế độ sưởi ấm (bơm nhiệt) Trong thực tế dàn bố trí cố định, cần đổi chiều chuyển động cuả dịng mơi chất nhờ van đổi chiều Sơ đồ nguyên lý bơm nhiệt thể hình 4-18.Chỉ cần thay đổi vai trị đóng, mở van, thiết bị làm lạnh sưởi 65 ấm.Thiết bị gồm máy nnén C, hai dàn trao đổi nhiệt A B, hai dàn thay làm dàn lạnh (dàn bbốc hơi) dàn nóng (dàn ngưng tụ ụ); van tiết lưu D van đóng mở từ 1-8 để thay đổi chức làm việcc c máy Môi chất Frêonn ho Amơniac.Để xét ngun lý vận hành c thiết bị, ta coi dàn A đặt trongg phòn phòng + Máy làm việc với chứcc sưởi ấm: Mở van 2, 4, 6, vvà đóng van 1, 3, 5, 7, mơi chất từ máy má nén C theo chiều C4A6D8B2C B2C M Môi chất máy nén hút vào nén đến áp suất nhiệt độ cao, quaa van vào dàn ngưng A, nhả lượng nhiệtt cho khơng khí phịng Bản thân hân m mơi chất nhiệt, ngưng tụ, đii qua van v van tiết lưu D, biến thành nh bảo hoà ẩm nhiệt độ áp suất thấp, p, qua van vào dàn bay B để nh nhận nhiệt từ môi trường xung quanh, nh, bốc b hút máy nén, hoàn ch chỉnh chu trình ngược chiều Hình 4.18 S Sơ đồ máy lạnh-bơm nhiệt + Máy làm việc với chứcc làm mát Đóng van 2, 4, 6, mở van 1, 3, 5, 7, môi chất từ máy má nén C theo chiều C1B7D5A3C A3C Môi chất máy nén hút vào nén đến áp suất nhiệt độ cao, qua van vào dàn ngưng B, nhả lượng nhiệệt cho môi trường xung quanh Bảnn thân môi chất nhiệt, ngưng tụ, đii qua van van tiết lưu D, biến thành nh bảo hoà ẩm nhiệt độ áp suất thấp, p, qua van vào dàn bay A để nhậận nhiệt từ khơng khí phịng, làm cho c nhiệt độ phịng giảm xuống, ng, mơi chất bốc hut máy nén, n hoàn chỉnh chu trình ngượcc chi chiều để làm mát phịng 66 4.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUY NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA A ĐỘNG Đ CƠ NHIỆT 4.2.1 Sơ đồ cấu tạo động ng ccơ nhiệt a Sơ đồ cấu tạo độngg kỳ Trục (trục khuỷu) ỷu) Thanh truyền (tay ay bi biên) Píttơng Xy lanh Đường hút Xupáp hút Bugi Xupáp xả Đường xả 10 Các-te (đáy máy) 10 Hình 4.19 S Sơ đồ cấu tạo động kỳ b Sơ đồ cấu tạo độngg kỳ Mặt máy Thân máy Cửa xả Chế hịa khí Buồng trục Cửa thổi Piston Bugi Hình 4.20 20 Sơ đồ cấu tạo động kỳ 4.2.2 Nguyên lý hoạt động củ động nhiệt Do hạn chế thờii gia gian nên sau ta nghiên cứu nguyên lý hoạt động chu trìnhh làm việc động nhiệt kỳ xy y lanh 67 Để nghiên cứu nguyên lý hoạt động động nhiệt theo quan điểm nhiệt động kỹ thuật, phần xem xét môi chất động nhiệt trước hết nhiên liệu khơng khí Nhiên liệu ơxy khơng khí thực q trình cháy, sau sản phẩm cháy thực q trình nhiệt động để cuối thải sản phẩm cháy vào mơi trường Để thiết lập chu trình động nhiệt ta giả thiết: - Coi nhiên liệu, khơng khí, hỗn hợp nhiên liệu với khơng khí sản phẩm cháy đồng với đồng với chất khí lý tưởng hai nguyên tử (k = 1,4) - Coi chu trình thuận nghịch, q trình giãn nở nén trình đoạn nhiệt thuận nghịch - Thay trình cháy trình cung cấp nhiệt trình thải sản phẩm cháy vào mơi trường q trình nhả nhiệt - Coi q trình nạp nhiên liệu khơng khí (hoặc ôxy) trình thải sản phẩm cháy triệt tiêu mặt công để biến hệ hở thành hệ kín Do đó: Khi pít tơng từ điểm chết bắt đầu dịch chuyển xuống van nạp mở, van xả đóng (kỳ 1) Khi đó, hỗn hợp nhiên liệu khơng khí đưa vào xi lanh theo q trình a-b-1 Khi pít tơng quay lại từ điểm chết bắt đầu dịch chuyển lên van nạp van xả đóng nên hỗn hợp nhiên liệu khơng khí nén đoạn nhiệt thuận nghịch theo đường 12 (kỳ 2) Giả sử pít tơng đến điểm chết trạng thái hỗn hợp nhiên liệu khơng khí bắt đầu bốc cháy Quá trình cháy xảy đoạn đẳng tích 2-3’ (vì pít tơng chưa kịp dịch chuyển xuống dưới) đoạn đẳng áp 3’-3” (lúc pít tông kịp dịch chuyển xuống dưới) Sản phẩm cháy trạng thái 3” có áp suất nhiệt độ cao tiếp tục giãn nở đến điểm chết theo đường đoạn nhiệt sinh cơng 3”-4 (kỳ 3) Khi pít tông đến điểm chết tương ứng với trạng thái van xả mở áp suất giảm đột ngột Khi pít tơng chưa kịp dịch chuyển lên nên xem trình giảm áp đột ngột sản phẩm cháy xảy theo q trình đẳng tích 4-1 Sau đó, pít tơng dịch chuyển từ điểm chết lên điểm chết trên, van nạp đóng van xả mở sản phẩm cháy bị thải vào môi trường theo đường 1-c-a (kỳ 4) Đến van xả đóng, van nạp mở pít tơng lại tiếp tục dịch chuyển từ điểm chết xuống dưới, nhiên liệu khơng khí hút vào xi lanh chu trình lại bắt đầu Quá trình cháy xảy nhanh pít tơng chưa kịp dịch chuyển Khi tồn q trình cháy xảy q trình đẳng tích 2-3’ 68 Ngược lại, trình cháy xảy chậm pít tơng đủ thời gian để dịch chuyển tồn q trình cháy xảy điều kiện đẳng áp 2-3” a b c Hình 4.21 Nguyên lý làm việc chu trình động đốt a Chu trình cấp nhiệt đẳng tích; b Chu trình cấp nhiệt đẳng áp; c Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp Với giả thiết ta thấy trình hút nhiên liệu khơng khí a-b-1 q trình thải sản phẩm cháy 1-c-a tự triệt tiêu mặt cơng Do đó, động đốt xem máy nhiệt làm việc với chu trình thuận từ trạng thái qua trạng thái 2, 3’, 3”, khép kín trạng thái Trong đó: + Q trình 1-2 q trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch (mất cơng) + Q trình 2-3’ q trình cấp nhiệt đẳng tích q1v (cháy đẳng tích) + Q trình 3’-3” q trình cấp nhiệt đẳng áp q1p (cháy đẳng áp) + Quá trình 3”-4 trình giãn nở đoạn nhiệt thuận nghịch (đây q trình sinh cơng) + Q trình 4-1 q trình thải nhiệt lượng vào mơi trường q2 (thải sản phẩm cháy) ... hướng lực Trong nhiệt kỹ thuật thường gặp loại công sau: công thay đổi thể tích; cơng lưu động (cơng thay đổi vị trí); công kỹ thuật (công thay đổi áp suất) công Trong nhiệt động kỹ thuật tồn loại... nghĩa: Nhiệt kỹ thuật tên mơn học Chương trình đào tạo, bao gồm kiến thức nhiệt động học (hoặc nhiệt động lực học) Sau học xong môn học người học cung cấp kiến thức nhiệt động c? ?nhiệt (nhiệt động... giảm, công kỹ thuật lấy giá trị dương ngược lại, áp suất tăng công kỹ thuật âm Cơng kỹ thuật hàm q trình dlkt = -vdp (1-3) Nếu trình tiến hành từ áp suất p1 đến áp suất p2 cơng kỹ thuật tính