Bài giảng Nhiệt kỹ thuật: Chương 1 - ThS. ThS. Phạm Thị Nụ

Bài giảng Nhiệt kỹ thuật: Chương 1 Một số khái niệm cơ bản và phương trình trạng thái của vật chất ở thể khí được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên trình bày được những khái niệm cơ bản và phương trình trạng thái khí; áp dụng được phương trình trạng thái khí vào giải các bài tập trong nhiệt kỹ thuật.

Trang 1

ThS PHẠM THỊ NỤ NHIỆT KỸ THUẬT

PVMTC

Gi ng viên: ả ThS. PH M TH N Ạ Ị Ụ

Email: nupt@pvmtc.edu.vn Mobile: 090.612.6254

NHI T K THU T Ệ Ỹ Ậ

CH ƯƠ NG 1: M T S KHÁI NI M C B N VÀ Ộ Ố Ệ Ơ Ả

PH ƯƠ NG TRÌNH TR NG THÁI C A V T Ạ Ủ Ậ

CH T TH KHÍ Ấ Ở Ể

Trang 2

Sau khi học xong chương 1, người học có khả năng:

ØTrình bày được những khái niệm cơ bản và phương trình trạng thái khí;

ØÁp dụng được phương trình trạng thái khí vào giải các bài tập trong nhiệt kỹ thuật

Trang 4

1.1.1 Đối tượng nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật

- Những quy luật về biến đổi năng lượng mà chủ yếu là nhiệt năng cơ năng

- Các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả của các sự biến đổi nhiệt năng cơ năng

- Cơ sở của nhiệt động lực học là 2 định luật thực nghiệm:

+ Định luật nhiệt động I

+ Định luật nhiệt động II

Trang 5

1.1.2 Hệ nhiệt động

a Hệ thống nhiệt động

- Là phần tách ra để nghiên cứu, phần còn lại gọi là môi trường

- Gồm có 4 loại: hệ kín, hệ hở, hệ đoạn nhiệt và hệ cô lập

- Khái niệm hệ nhiệt động mang tính tương đối, phụ thuộc vào quan điểm của người khảo sát

Trang 6

Hệ thống nhiệt động:

thống được duy trì không đổi, chất môi giới không thể đi xuyên qua bề mặt ngăn cách giữa hệ thống và môi trường Ví dụ: máy lạnh

hệ thống, có nghĩa là chất môi giới có thể đi xuyên qua bề mặt ranh giới Ví dụ: Động cơ đốt trong, động cơ phản lực, tua bin khí

Trang 7

Hệ thống nhiệt động:

thì chất môi giới hoàn toàn không nhả nhiệt ra môi trường cũng như không nhận nhiệt từ môi trường

hoàn toàn không bất kỳ sự trao đổi nhiệt lượng nào có nghĩa là

hệ thống không có sự trao đổi nhiệt và công với môi trường

Trang 8

b Nguồn nhiệt

- Bao gồm: nguồn nóng và nguồn lạnh

- Do ý nghĩa tương đối này nên với cùng 1 nguồn, có thể đối với

hệ thống này nó là nguồn nóng còn đối với hệ thống khác nó là nguồn lạnh

- Ví dụ: Đối với động cơ đốt trong, môi trường không khí xung quanh là nguồn lạnh; còn trong tủ lạnh thì môi trường không khí xung quanh là nguồn nóng

Trang 9

c Động cơ nhiệt, bơm nhiệt và máy lạnh

cơ năng

- Thuận chiều:

+ vì biểu diễn trên đồ thị, quá trình theo chiều kim đồng hồ

+ vì được phát minh ra trước

năng → nhiệt năng

Trang 10

Động cơ nhiệt

- Là loại máy nhiệt dùng để sinh

công

- Trong các loại máy này, chất

môi giới sẽ vận chuyển nhiệt

lượng theo chiều thuận từ

nguồn nóng đến nguồn lạnh và

giãn nở sinh công

Trang 11

Thiết bị hơi nước đầu tiên

- Do người Hy lạp phát minh vào thể kỷ thứ 1 sau công nguyên

- 700 năm trước đó, cũng người Hy lạp đã phát minh

ra xe chạy trên đường Ray nhưng mãi thế kỷ 18 loài người mới biết kết hợp 2 thiết bị đó với nhau

Trang 12

Động cơ nhiệt kiểu piston tịnh tiến (3 cấp)

Trang 13

Động cơ nhiệt kiểu Tuabin

Trang 14

Động cơ nhiệt kiểu hơi nước (Rankin)

Trang 15

- Động cơ phản lực tên lửa

- Pin nhiệt điện và nhiệt điện tử (biến đổi trực tiếp nhiệt năng

thành điện năng)

Trang 16

Bơm nhiệt, máy lạnh: là loại

máy nhiệt nhận công từ bên

ngoài để vận chuyển nhiệt

lượng theo chiều ngược từ

nguồn lạnh đến nguồn nóng

Trang 17

Tủ lạnh gia đình

Trang 18

Chu trình dùng hơi có máy nén

Trang 19

Máy nhiệt ngược chiều khác:

- Chu trình hơi - hấp thụ (không dùng máy nén để tăng áp, sử

dụng chất hấp thụ trung gian để “thu hồi” hơi ở áp suất thấp,

sau đó tăng áp dung dịch đặc bằng bơm rồi dùng nhiệt năng

để tách hơi áp suất cao khỏi dung dịch đặc)

- Chu trình máy lạnh nhiệt điện (biến đổi trực tiếp điện năng

thành nhiệt năng - ngược lại với pin nhiệt điện)

Trang 20

Ứng dụng máy nhiệt ngược chiều:

- Điều hoà không khí (làm lạnh, sưởi ấm), hút ẩm trong các

lĩnh vực: dân dụng, công nghiệp

- Tủ sấy quần áo, máy sấy nông sản, thực phẩm

- Kho lạnh, tủ lạnh bảo quản thực phẩm

- Kho lưu trữ tài liệu (sách báo, phim ảnh…)

Trang 21

d Chất môi giới

- Là chất trung gian thực hiện sự biến đổi giữa công và nhiệt

- Môi chất thường ở thể khí và hơi vì khả năng trao đổi công

của chất khí lớn (do thay đổi thể tích lớn)

- Môi chất trong tự nhiên đều là khí thực

- Trong một số trường hợp (vd: không khí, hyđrô, ôxy ở áp

suất thấp và nhiệt độ bình thường), môi chất có thể xem là

khí lý tưởng khi bỏ qua:

+ Thể tích phân tử (= 0)

+ Các phân tử chỉ là những chất điểm chuyển động (= 0)

+ Lực tương tác giữa chúng (= 0)

Trang 22

d Chất môi giới

Ví dụ:

+ Tuabin khí, động cơ đốt trong: sản phẩm cháy của nhiên liệu;

+ Động cơ hơi nước: hơi nước

+ Hệ thống lạnh: amonia, freon (tác nhân lạnh)

+ Hệ thống sấy: tác nhân sấy

Trang 23

- Đại lượng vật lý có giá trị xác định ở một trạng thái nhất định

(không phụ thuộc vào quá trình)

- Để xác định 1 trạng thái nào đó của chất môi giới, người ta

phải dùng ít nhất 2 thông số trạng thái độc lập với nhau

- Các thông số trạng thái cơ bản: Nhiệt độ, Áp suất, Thể tích

(đo được trực tiếp)

- Hàm trạng thái: phải tính qua các thông số trạng thái cơ bản

Trang 24

Trang 25

Trang 26

Trang 27

Bài tập 1: Hãy đổi 0oC, 100oC ra độ Kenvin, Farenheit và

Rankine? (thời gian làm bài 4 phút)

A. 273; 373oK; 32;212oF; 491,4;671,4oR

B. 273; 373oK; 30;210oF; 491,4;671,4oR

C. 273; 373oK; 32;212oF; 49;671,4oR

D. 270; 370oK; 32;212oF; 491,4;671,4oR

Trang 28

Trang 29

Bài tập 2: Áp suất dư trong lò hơi là 0,3at, chỉ số baromet là

725 mmHg Áp suất dư trong lò hơi sẽ thay đổi ra sao nếu

baromet nâng lên 785 mmHg Khi tính toán coi áp suất tuyệt

đối trong lò hơi không đổi và nhiệt độ ngoài trời là 0oC (thời

Trang 31

Áp suất

Bài tập 3: Xác định áp suất tuyệt đối của khí trong bình nếu

manomet của nó bằng 500mmHg và áp suất khí trời bằng

750mmHg, nhiệt độ không khí tại chỗ đặt dụng cụ đo là 0oC

(thời gian làm bài 3 phút)

A. 1200mmHg

B. 1250mmHg

C. 1300mmHg

D. 1350mmHg

Trang 33

Bài tập 4: Xác định áp suất tuyệt đối trong bình ngưng của

tuabin hơi nếu chỉ số của chân không kế trong bình ngưng

bằng 705mmHg và chỉ số baromet bằng 747mmHg, nhiệt độ

không khí tại chỗ đặt dụng cụ đo là 0oC

A. 42mmHg

B. 49mmHg

C. 1450mmHg

D. 1452mmHg

Trang 35

Trang 36

Entropi (S), (s): là một thông số trạng thái, đặc trưng cho quá

trình nhận nhiệt hoặc thải nhiệt: nhận nhiệt thì entropi tăng, thải

nhiệt thì entropi giảm

S = G.s

Nội năng U: của một vật là toàn bộ năng lượng bên trong vật

đó, gồm nội nhiệt năng, hóa năng và năng lượng nguyên tử

Đơn vị đo là: kJ, kcal, kwh, BTU

Ở trạng thái cân bằng ta có: U = G.u

+ U (kJ): nội năng tính cho G kg chất môi giới

+ u (kJ/kg): nội năng tính cho 1 kg chất môi giới

Trang 37

Entanpi (I), (i)

- Entanpi là loại thông số trạng thái không trực tiếp đo được

mà phải tính toán thông qua các thông số trạng thái cơ bản là

u, p

1 kg môi chất, ta có: i = u + p.ν

G kg môi chất, ta có: I = G.i = G.(u + p.ν)

Khí lý tưởng: Δi = Cp.(T-2 – T1)

Đơn vị đo: kJ, kcal, kwh

- Vì u, p, ν đều là thông số trạng thái nên I cũng là thông số

trạng thái Đối với khí lý tưởng u và pν chỉ phụ thuộc vào nhiệt

độ nên i cũng phụ thuộc vào nhiệt độ

Trang 38

1.2.1 Khái niệm

- Pha: cùng cấu trúc vật lý (rắn, lỏng, hơi hay khí) và thành

phần hóa học

- Khi cấp nhiệt hoặc thải nhiệt, tất cả các môi chất đều thay đổi

trạng thái và chuyển pha ở áp suất và nhiệt độ khác nhau

quá trình ngược lại chuyển từ pha lỏng sang pha rắn gọi là

đông đặc Môi chất nhận nhiệt khi nóng chảy và thải nhiệt khi

đông đặc.

ngược lại chuyển từ pha hơi sang pha lỏng gọi là ngưng tụ

Môi chất nhận nhiệt khi hóa hơi và thải nhiệt khi ngưng tụ.

Trang 39

- Quá trình hóa hơi có thể chia ra làm 2:

+ Quá trình bay hơi chỉ xảy ra trên mặt thoáng

+ Quá trình sôi xảy ra ở cả khối môi chất

Nhiệt độ ở quá trình hóa hơi hoặc ngưng tụ gọi là nhiệt độ bão

hòa (hoặc nhiệt độ sôi) Nhiệt độ bão hòa phụ thuộc vào áp

suất Nước ở áp suất khí quyển có nhiệt độ sôi xấp xỉ 100oC

ngược lại quá trình chuyển từ pha hơi sang pha rắn gọi là quá

trình ngưng kết Môi chất nhận nhiệt khi thăng hoa và thải

nhiệt khi ngưng kết

Trang 40

1.2.2 Các loại quá trình nhiệt động

- Quá trình thuận nghịch

- Quá trình không thuận nghịch

+ Mọi quá trình thuận nghịch đều là quá trình chuẩn cân bằng

+ Tất cả các quá trình diễn ra trong thực tế đều là quá trình

không thuận nghịch vì các trạng thái trung gian không thể thỏa

mãn điều kiện cân bằng như đã nói

Trang 41

+ µ: phân tử lượng của môi chất, µkg gọi là 1kilomol

+ Rµ: hằng số phổ biến của môi chất, tất cả khí lý tưởng đều

có Rµ = 8314 J/kmol.K)

- T: nhiệt độ tuyệt đối, K

- P: áp suất tuyệt đối, N/m2

- V: thể tích của môi chất ; m3

Trang 42

- Vµ: thể tích của 1 kilomol môi chất, thay đổi theo trạng thái,

ở điều kiện tiêu chuẩn (p = 760mmHg và t = 0oC),

- Tất cả khí lý tưởng đều có thể tích bằng 22,4m3, nghĩa là:

Vµ = 22,4m3tc/kmol

cân bằng, với khí thực hoặc trạng thái không cân bằng sẽ có

sai số, tùy theo yêu cầu về độ chính xác của bài tính mà xét

cho phép sử dụng hay không

Trang 43

Bài 5: Xác định thể tích riêng, khối lượng riêng của khí N2 ở

điều kiện tiêu chuẩn vật lý và ở điều kiện áp suất dư 0,2 at,

nhiệt độ 127oC Biết áp suất khí quyển là 760mmHg Biết µ=28

A. 0,8m3/kg; 1,25kg/m3; 0,98m3/kg; 1,02kg/m3

B. 0,93m3/kg; 1,2kg/m3; 1m3/kg; 0,9kg/m3

C. 0,73m3/kg; 1,2kg/m3; 1,01m3/kg; 0,9kg/m3

D. 0,63m3/kg; 1,2kg/m3; 1,01m3/kg; 0,9kg/m3

Trang 44

Trang 45

Bài 6: Xác định thể tích của 2kg khí O2 ở áp suất 4,157 bar,

nhiệt độ 47oC Biết µ=32 (thời gian làm bài 10 phút)

A. 0,3m3

B. 0,4m3

C. 0,5m3

D. 0,6m3

Trang 46

Trang 47

Bài 7: Xác định khối lượng của 2m3 khí O2 ở áp suất 4,157

bar, nhiệt độ 47oC (thời gian làm bài 5 phút)

A. 8kg

B. 9kg

C. 10kg

D. 11kg

Trang 48

Trang 50

D. Farenheit, kenvin, rankin

Câu 2: Trong hệ SI, đơn vị của nhiệt độ là:

E. Độ Celcius

F. Độ Rankine

G. Độ Kelvin

H. Độ Fahrenheit

Trang 51

Câu 3: Áp suất là lực của môi chất tác động lên

A. 1 đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc

Trang 54

Câu 9: Hãy tính áp suất tuyệt đối trong bình ngưng của tuabin hơi biết đồng hồ baromet chỉ giá trị 1bar, đồng hồ manonet chỉ giá trị 5bar?

Trang 55

12 trong giáo trình Nhiệt kỹ thuật

Trang 56

PVMTC

Gi ng viên: ả ThS. PH M TH N Ạ Ị Ụ

Email: nupt@pvmtc.edu.vn Mobile: 090.612.6254

Thank You!

WWW.PVMTC.EDU.VN

56

Tiêu đề	Chương 1: Một Số Khái Niệm Cơ Bản Và Phương Trình Trạng Thái Của Vật Chất Ở Thể Khí
Tác giả	ThS. Phạm Thị Nụ
Trường học	Trường Cao Đẳng Dầu Khí
Chuyên ngành	Nhiệt Kỹ Thuật
Thành phố	Việt Nam

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	732,55 KB