BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN HÀ NỘI ****************** GIÁO TRÌNH CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ( Lưu hành nội bộ ) Tác giả Th S Vương Toàn Tân (chủ biên[.]
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN HÀ NỘI ****************** GIÁO TRÌNH CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ ( Lưu hành nội ) Tác giả : Th.S Vương Toàn Tân (chủ biên) K.S Nguyễn Tiến Huy MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT……………………………………………… 1.1 Chất môi giới thông số trạng thái chất môi giới 1.1.1 Các khái niệm định nghĩa 1.1.2 Chất môi giới thông số trạng thái chất môi giới 1.1.3 Nhiệt dung riêng tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng 12 1.1.4 Công 14 1.2 Hơi thông số trạng thái 15 1.2.1 Các thể (pha) vật chất 15 1.2.2 Q trình hố đẳng áp 17 1.2.3 Các đường giới hạn miền trạng thái nước 18 1.2.4 Cách xác định thông số bảng đồ thị lgp-h 18 1.3 Các trình nhiệt động 20 1.3.1 Các trình nhiệt động đồ thị lgp-h 20 1.3.2 Quá trình lưu động tiết lưu 22 1.3.3 Quá trình lưu động 22 1.3.4 Quá trình tiết lưu 23 1.4 Chu trình nhiệt động máy lạnh bơm nhiệt 23 1.4.1 Khái niệm định nghĩa chu trình nhiệt động 23 1.4.2 Chu trình nhiệt động máy lạnh bơm nhiệt 27 1.4.3 Chu trình máy lạnh hấp thụ 28 TRUYỀN NHIỆT…………………………………………………… 30 2.1 Dẫn nhiệt 30 2.1.1 Các khái niệm định nghĩa 30 2.1.2 Dòng nhiệt ổn định dẫn qua vách phẳng vách trụ 34 2.1.3 Nhiệt trở vách phẳng vách trụ mỏng 39 2.2 Trao đổi nhiệt đối lưu 40 2.2.1 Các khái niệm định nghĩa 40 2.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới trao đổi nhiệt đối lưu 41 2.2.3 Một số hình thức trao đổi nhiệt đối lưu thường gặp 42 2.2.4 Tỏa nhiệt sôi ngưng 47 2.3 Trao đổi nhiệt xạ 49 2.3.1 Các khái niệm định nghĩa 49 2.3.2 Dòng nhiệt trao đổi xạ vật 53 2.3.3 Bức xạ mặt trời (nắng) 55 2.4 Truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt 56 2.4.1 Truyền nhiệt tổng hợp 56 2.4.2 Truyền nhiệt qua vách 57 2.4.3 Truyền nhiệt qua vách phẳng vách trụ 57 2.4.4 Truyền nhiệt qua vách có cánh 58 2.4.5 Tăng cường truyền nhiệt cách nhiệt 59 2.4.6 Thiết bị trao đổi nhiệt 60 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH 66 KHÁI NIỆM CHUNG………………………………………… 66 1.1 Ý nghĩa kỹ thuật lạnh đời sống kỹ thuật 66 1.2 Các phương pháp làm lạnh nhân tạo 67 MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH………………………… 70 2.1 Các môi chất lạnh thường dùng kỹ thuật lạnh 70 2.2 Chất tải lạnh 74 2.3 Bài tập môi chất lạnh chất tải lạnh 75 CÁC HỆ THỐNG LẠNH THÔNG DỤNG…………………………… 75 3.1 Hệ thống lạnh với cấp nén 76 3.1.1 Sơ đồ cấp nén đơn giản 76 3.1.2 Sơ đồ có nhiệt hút, lạnh lỏng hồi nhiệt 77 3.2 Sơ đồ cấp nén có làm mát trung gian 80 3.3 Các sơ đồ khác 86 3.4 Bài tập 88 MÁY NÉN LẠNH……………………………………………………… 88 4.1 Khái niệm 88 4.1.1 Vai trò máy nén lạnh 88 4.1.2 Phân loại máy nén lạnh 89 4.1.3 Các thông số đặc trưng máy nén lạnh 89 4.2 Máy nén pittông 93 4.2.1 Máy nén lí tưởng cấp nén (khơng có khơng gian thừa) 93 4.2.2 Cấu tạo chuyển vận 93 4.2.3 Các hành trình đồ thị P-V 94 4.2.4 Máy nén có không gian thừa 95 4.2.5 Năng suất nén V có không gian thừa 95 4.2.6 Máy nén nhiều cấp có làm mát trung gian 96 4.2.7 Cấu tạo nguyên lý làm việc 96 4.2.8 Đồ thị P-V 97 4.2.9 Tỉ số nén cấp 97 4.2.10 Lợi ích máy nén nhiều cấp 97 4.2.11 Bài tập tính tốn máy nén piston 98 4.3 Giới thiệu số chủng loại máy nén khác 98 4.3.1 Máy nén rô to 98 4.3.2 Máy nén scroll (đĩa xoắn): 100 4.3.3 Máy nén trục vít 101 CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG LẠNH………………… 102 5.1 Các thiết bị trao đổi nhiệt chủ yếu 102 5.1.1 Thiết bị ngưng tụ 102 5.1.2 Vai trò thiết bị hệ thống lạnh 102 5.1.3 Các kiểu thiết bị ngưng tụ thường gặp 102 5.1.4 Tháp giải nhiệt 111 5.1.5 Thiết bị bay 108 5.1.6 Vai trò thiết bị hệ thống lạnh 108 5.1.7 Các kiểu thiết bị bay thường gặp 108 5.2 Thiết bị tiết lưu (giảm áp) 113 5.2.1 Giảm áp ống mao 113 5.2.2 Van tiết lưu 113 5.3 Thiết bị phụ, dụng cụ đường ống hệ thống lạnh 117 5.3.1 Thiết bị phụ hệ thống lạnh 117 5.3.2 Dụng cụ hệ thống lạnh 121 5.3.3 Đường ống hệ thống lạnh 122 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ 126 KHƠNG KHÍ ẨM………………………………………………………… 126 1.1 Các thơng số trạng thái khơng khí ẩm 126 1.1.1 Thành phần khơng khí ẩm 126 1.1.2 Các thông số trạng thái khơng khí ẩm 127 1.2 Đồ thị I - d d - t khơng khí ẩm 130 1.2.1 Đồ thị I – d 130 1.2.2 Đồ thị t – d 131 1.3 Một số q trình khơng khí ẩm ĐHKK 131 1.4 Bài tập sử dụng đồ thị 136 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ……………………… 136 2.1 Khái niệm thơng gió ĐHKK 136 2.1.1 Thơng gió gì? 136 2.1.2 Khái niệm ĐHKK 137 2.1.3 Khái niệm nhiệt thừa tải lạnh cần thiết cơng trình 137 2.2 Bài tập tính tốn tải lạnh đơn giản 138 2.3 Các hệ thống ĐHKK 140 2.3.1 Các khâu hệ thống ĐHKK 140 2.3.2 Phân loại hệ thống ĐHKK 141 2.4 Các phương pháp thiết bị xử lý khơng khí 141 2.4.1 Làm lạnh không khí 143 2.4.2 Sưởi ấm 143 2.4.3 Khử ẩm 144 2.4.4 Tăng ẩm 145 2.4.5 Lọc bụi tiêu âm 145 HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VÀ PHÂN PHỐI KHƠNG KHÍ……… 147 3.1 Trao đổi khơng khí phịng 147 3.1.1 Các dòng khơng khí tham gia trao đổi khơng khí phịng 147 3.1.2 Các hình thức cấp gió thải gió 152 3.1.3 Các kiểu miệng cấp miệng hồi 155 3.2 Đường ống gió 155 3.2.1 Cấu trúc hệ thống 157 3.2.2 Các loại trở kháng thủy lực đường ống 158 3.3 Quạt gió 159 3.3.1 Phân loại quạt gió 159 3.3.2 Đường đặc tính quạt điểm làm việc mạng đường ống 159 3.4 Bài tập quạt gió trở kháng đường ống 165 CÁC PHẦN TỬ KHÁC CỦA HỆ THỐNG ĐHKK……………… 163 4.1 Khâu tự động điều chỉnh nhiệt độ độ ẩm phòng 163 4.1.1 Tự động điều chỉnh nhiệt độ 163 4.1.2 Tự động điều chỉnh độ ẩm số hệ thống ĐHKK công nghệ 165 4.2 Lọc bụi tiêu âm ĐHKK 166 4.2.1 Tác dụng lọc bụi 166 4.2.2 Tiếng ồn có ĐHKK- nguyên nhân tác hại 167 4.3 Cung cấp nước cho ĐHKK 169 4.3.1 Các sơ đồ cung cấp nước lạnh cho hệ thống Water Chiller 169 4.3.2 Cung cấp nước cho buồng phun 170 TÀI LIỆU THAM KHẢO 175 TÊN MÔN HỌC: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Mã mơn học: MH 10 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: Là môn học sở kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị kiến thức cần thiết cho phần học kỹ thuật chuyên môn Là môn học bắt buộc Mơn học thiên lý thuyết có kết hợp với tra bảng biểu Mục tiêu môn học: - Trình bày kiến thức kỹ thuật Nhiệt - Lạnh điều hịa khơng khí, cụ thể là: Các hiểu biết chất môi giới hệ thống máy lạnh ĐHKK, cấu tạo nguyên lý hoạt động máy lạnh, cấu trúc hệ thống máy lạnh ĐHKK; - Tra bảng thông số trạng thái môi chất, sử dụng đồ thị, biết chuyển đổi số đơn vị đo giải số tập đơn giản; - Rèn luyện khả tư logic sinh viên; ứng dụng thực tế vận dụng để tiếp thu kiến thức chuyên ngành Nội dung môn học: STT I II II Tên chương, mục Mở đầu Cơ sở nhiệt động kỹ thuật truyền nhiệt Nhiệt động kỹ thuật Truyền nhiệt Cơ sở kỹ thuật lạnh: Khái niệm chung Môi chất lạnh chất tải lạnh Các hệ thống lạnh dân dụng Máy nén lạnh Các thiết bị khác hệ thống lạnh Kiểm tra Thời gian Thực Tổng Lý hành số thuyết tập 54 32 29 25 35 3 Kiểm tra* (LT TH) 20 17 15 29 11 1 12 10 10 1 III Cơ sở kỹ thuật điều hồ khơng khí Khơng khí ẩm Khái niệm điều hịa khơng khí Hệ thống vận chuyển phân phối khơng khí Các phần tử khác hệ thống điều hịa khơng khí Kiểm tra Cộng 30 13 15 4 4 3 120 75 40 2 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT Mã chương: MH10 - 01 Giới thiệu: Chương cung cấp cho sinh viên học sinh kiến thức ban đầu sở nhiệt động truyền nhiệt: khái niệm nhiệt động bản, thông số hơi, chu trình nhiệt động quy luật hình thức truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt Mục tiêu: - Trình bày kiến thức chung kỹ thuật Nhiệt - Lạnh - Phân tích khái niệm nhiệt động lực học - Trình bày kiến thức thơng số trạng thái - Trình bày trình nhiệt động - Trình bày chu trình nhiệt động - Trình bày trình dẫn nhiệt truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt - Phân tích q trình, nguyên lý làm việc máy lạnh quy luật truyền nhiệt nói chung; - Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tư logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp dụng vào môn học cho HSSV Nội dung chính: NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT: Mục tiêu: - Trình bày khái niệm nhiệt động lực học - Hơi thông số trạng thái hơi, Các trình nhiệt động - Các chu trình nhiệt động 1.1 Chất môi giới thông số trạng thái chất môi giới: 1.1.1 Các khái niệm định nghĩa: a) Thiết bị nhiệt: Là loại thiết bị có chức chuyển đổi nhiệt Thiết bị nhiệt chia thành nhóm: động nhiệt máy lạnh * Động nhiệt: Có chức chuyển đổi nhiệt thành động nước, turbine khí, động xăng, động phản lực, v.v * Máy lạnh: Có chức chuyển nhiệt từ nguồn lạnh đến nguồn nóng b) Hệ nhiệt động (HNĐ): Là hệ gồm nhiều vật tách riêng khỏi vật khác để nghiên cứu tính chất nhiệt động chúng Tất vật ngồi HNĐ gọi mơi trường xung quanh 8 Hình 1.1: Nguyên lý làm việc động nhiệt máy lạnh, bơm nhiệt Vật thực tưởng tượng ngăn cách hệ nhiệt động với môi trường xung quanh gọi ranh giới HNĐ Hệ nhiệt động phân loại sau : Hình 1.2: Hệ nhiệt động a) HNĐ kín với thể tích khơng đổi b) HNĐ kín với thể tích thay đổi c) HNĐ hở * Hệ nhiệt động kín: HNĐ khơng có trao đổi vật chất hệ môi trường xung quanh * Hệ nhiệt động hở: HNĐ có trao đổi vật chất hệ môi trường xung quanh * Hệ nhiệt động lập: HNĐ cách ly hồn tồn với môi trường xung quanh 1.1.2 Chất môi giới thông số trạng thái chất môi giới: a) Khái niệm chất môi giới (CMG): * Chất môi giới hay môi chất công tác: Được sử dụng thiết bị nhiệt chất có vai trị trung gian trình biến đổi nhiệt * Thông số trạng thái CMG: Là đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt động CMG b) Các thông số trạng thái chất môi giới: * Nhiệt độ: Nhiệt độ (T) - số đo trạng thái nhiệt vật Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ số đo động trung bình phân tử m = kT [1-1] Trong đó: mμ - khối lượng phân tử ω - vận tốc trung bình phân tử k - số Bonzman , k = 1,3805.10 J/độ T - nhiệt độ tuyệt đối Nhiệt kế: Nhiệt kế hoạt động dựa thay đổi số tính chất vật lý vật thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ: chiều dài, thể tích, màu sắc, điện trở , v.v Thang nhiệt độ: 1) Thang nhiệt độ Celsius ( C) 2) Thang nhiệt độ Fahrenheit ( F) 3) Thang nhiệt độ Kelvin (K) 4) Thang nhiệt độ Rankine ( R) Mối quan hệ đơn vị đo nhiệt độ: o ( F – 32) o C= o C = K – 273 o C= Hình 1.3: Nhiệt kế o R – 273 * Áp suất: + Khái niệm: Áp suất lưu chất (p) - lực tác dụng phân tử theo phương pháp tuyến lên đơn vị diện tích thành chứa p= F A [1-2] Theo thuyết động học phân tử : p = n m [1-3] 10 : p - áp suất ; F - lực tác dụng phân tử ; A - diện tích thành bình chứa ; n - số phân tử đơn vị thể tích ; α - hệ số phụ thuộc vào kích thước lực tương tác phân tử + Đơn vị áp suất: 1) N/m 2) Pa (Pascal) ; ; 5) mm Hg (tor - Torricelli, 1068-1647) 6) mm H2O 3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch) 4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot) Mối quan hệ đơn vị đo áp suất: atm = 760 mm Hg (at C) = 10,13 10 Pa = 2116 psf (lbf/ft ) at = 2049 psf 1at = 0,981 bar = 9,81.104 N/m2 = 9,81.104 Pa = 10 mH20 = 735,5 mmHg = 14,7 psi + Phân loại áp suất: Áp suất khí (p 0): Áp suất khơng khí tác dụng lên bề mặt vật trái đất Áp suất dư (pd): Là phần áp suất tuyệt đối lớn áp suất khí p d= p - p [1-4] Áp suất tuyệt đối (p): Áp suất lưu chất so với chân không tuyệt đối p = p d+ p [1-5] Áp suất chân không (pck): Phần áp suất tuyệt đối nhỏ áp suất khí pck = p0 - p [1-6] Hình 1.4: Các loại áp suất + Áp kế: 11 Hình 1.5: Dụng cụ đo áp suất a) Barometer , b) Áp kế * Ghi chú: Khi đo áp suất áp kế thủy ngân, chiều cao cột thủy ngân cần hiệu chỉnh nhiệt độ C h0 = h (1 - 0,000172 t) [1-7] : t - nhiệt độ cột thủy ngân, C h0 - chiều cao cột thủy ngân hiệu chỉnh nhiệt độ C h - chiều cao cột thủy ngân nhiệt độ t C c) Thể tích riêng khối lượng riêng: Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng chất thể tích ứng với đơn vị khối lượng chất : = V m [m /kg] [1-8] Khối lượng riêng (ρ) - Khối lượng riêng - gọi mật độ - chất khối lượng ứng với đơn vị thể tích chất : ρ= m V [kg/m ] [1-9] d Nội năng: Nội nhiệt (u) - gọi tắt nội - lượng chuyển động phân tử bên vật lực tương tác chúng Nội gồm thành phần: nội động (ud) nội (up) - Nội động liên quan đến chuyển động phân tử nên phụ thuộc vào nhiệt độ vật - Nội liên quan đến lực tương tác phân tử nên phụ thuộc vào khoảng cách phân tử Như vậy, nội hàm nhiệt độ thể tích riêng: u = u (T, v) Đối với khí lý tưởng, lực tương tác phân tử nên nội phụ thuộc vào nhiệt độ Lượng thay đổi nội khí lý tưởng xác định biểu thức: du = CvdT Δu = Cv(T2 - T1) [1-10] 12 Đối với 1kg mơi chất, nội kí hiệu u, đơn vị J/kg; Đối với Gkg môi chất, nội kí hiệu U, đơn vị J Ngồi nội cịn có số đơn vị khác như: kCal; kWh; Btu… 1kJ = 0,239 kCal = 277,78.10-6 kWh = 0,948 Btu e Enthanpy: Enthalpy (i h) - đại lượng định nghĩa biểu thức : i = h = u + p.v [1-11] Như vậy, tương tự nội năng, enthalpy khí thực hàm thông số trạng thái Đối với khí lý tưởng, enthalpy phụ thuộc vào nhiệt độ f Entropy: Entropy (s) hàm trạng thái định nghĩa biểu thức : ds = dq T [J/K] [1-12] 1.1.3 Nhiệt dung riêng tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng: a) Các khái niệm chung: + Nhiệt (nhiệt lượng): dạng lượng truyền từ vật sang vật khác chênh lệch nhiệt độ Đơn vị đo nhiệt năng: Calorie (Cal) - Cal nhiệt cần thiết để làm nhiệt độ gam nước 0 tăng từ 14.5 C đến 15.5 C British thermal unit (Btu) - Btu nhiệt cần thiết để làm nhiệt độ 0 pound nước tăng từ 59.5 F lên 60.5 F Joule (J) - [J] Cal = 4.187 J Btu = 252 Cal = 1055 J Hình 1.6: Các hình thức truyền nhiệt + Nhiệt dung nhiệt dung riêng: Nhiệt dung vật lượng nhiệt cần cung cấp cho vật từ vật tỏa để nhiệt độ thay đổi C= dQ [J/độ] dt [1-13] Nhiệt dung riêng (NDR) - gọi Tỷ nhiệt - lượng nhiệt cần cung cấp tỏa từ đơn vị số lượng vật chất để nhiệt độ thay đổi 13 Phân loại NDR theo đơn vị đo lượng vật chất: Nhiệt dung riêng khối lượng c = Nhiệt dung riêng thể tích c’ = Nhiệt dung riêng mol c = C , [J/kg.độ] m [1-14] C , [J/m t c.độ ] Vtc C [J/kmol.độ] N [1-15] [1-16] Phân loại NDR theo trình nhiệt động: - NDR đẳng tích cv, cv’, cμv - NDR đẳng áp cp, cp’, cμp Công thức Maye : cp - cv = R [1-17] c - c = Rμ = 8314 [J/kmol.độ] μp [1-18] μv Chỉ số đoạn nhiệt: k= cp [1-19] cv Trị số k khí thực phụ thuộc vào loại chất khí nhiệt độ Đối với khí lý tưởng, k phụ thuộc vào loại chất khí Quan hệ c, k R: cv = k R R ; cp = k −1 k −1 [1-20] + Nhiệt dung riêng khí thực: NDR khí thực phụ thuộc vào chất chất khí, nhiệt độ, áp suất trình nhiệt động : c = f (T, p, trình) Trong phạm vi áp suất thơng dụng, áp suất có ảnh hưởng đến NDR Bởi biểu diễn NDR dạng hàm nhiệt độ sau : c = a0 + a1 t + a2 t + + an t n [1-21] + Nhiệt dung riêng khí lý tưởng: NDR khí lý tưởng phụ thuộc vào loại chất khí mà khơng phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất Bảng 1.1: Chỉ số đoạn nhiệt nhiệt dung riêng khí lý tưởng cμv [kJ/kmol.độ] cμp [kJ/kmol.độ] Loại khí k Khí nguyên tử Khí nguyên tử Khí nhiều nguyên tử 1,6 1,4 1,3 12,6 20,9 29,3 20,9 29,3 37,4 14 + Nhiệt dung riêng hỗn hợp khí: n n c = g i ci ; c = r i ci, ; c = i =1 i =1 n r c i i =1 [1-22] i b) Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng trung bình: * Tính NDR trung bình khoảng nhiệt độ t1 ÷ t2 biết NDR trung bình khong nhit ữ t : ã NDR trung bình khoảng nhiệt độ ÷ t: t c = a0 + a1 t • Theo định nghĩa NDR: c = dq/dt t2 • Nhiệt trao đổi trình - 2: t2 qt c dt c = = t1 (t2 – t1) t t1 • Mặt khác viết: t q t2 t t q 02 = q 01 - = c (t − 0) − c (t1 − 0) = c t − c t1 t2 t1 t2 t1 • Từ ta có: c 02 t − c 01 t t t2 ct = t t − t1 = a0 + a1.(t2 – t1) [1-23] * Tính nhiệt dung riêng trung bình khoảng nhiệt độ t1 ÷ t2 biết NDR thực c = a0 + a1.t: t2 t c t2 t t 22 t12 a0 t + a1 − a0 t1 + a1 2 2 t1 = = t − t1 t − t1 c.dt c t = a0 + a1 t + t1 [1-24] * Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng trung bình: t2 q = c.dt = t1 t c t2 (t2 – t1) [1-25] 1.1.4 Công: Công - gọi - dạng lượng hình thành trình biến đổi lượng có dịch chuyển lực tác dụng Về trị số, cơng 15 tích thành phần lực phương chuyển động quãng đường dịch chuyển: L = (F cosθ) S Hình 1.7 * Đơn vị: Cơng dạng lượng nên đơn vị công đơn vị lượng Đơn vị thông dụng Joule (J) 1J công lực 1N tác dụng quãng đường m * Phân loại công: Cơng thay đổi thể tích (l) - cịn gọi công học - công CMG sinh dãn nở nhận bị nén Công thay đổi thể tích gắn liền với dịch chuyển ranh giới HNĐ Cơng thay đổi thể tích xác định biểu thức : v2 l= p.dv => dl = p dv [1-26] v1 Công kỹ thuật (lkt) - cơng dịng khí chuyển động thực áp suất chất khí thay đổi Công kỹ thuật xác định biểu thức: p2 lkt = − v.dp => dlkt = - v dp [1-27] p1 Qui ước: Công HNĐ sinh mang dấu (+), công môi trường tác dụng lên HNĐ mang dấu (-) 1.2 Hơi thông số trạng thái hơi: 1.2.1 Các thể (pha) vật chất: Chất mơi giới chất có vai trị trung gian q trình biến đổi lượng thiết bị nhiệt Dạng đồng vật lý CMG gọi pha Ví dụ, nước tồn pha lỏng, pha rắn pha (khí) Thiết bị nhiệt thơng dụng thường sử dụng CMG pha khí chất khí có khả thay đổi thể tích lớn nên có khả thực cơng lớn 16 Hình 1.8: Đồ thị biểu diễn pha chất khiết * Ví dụ trình chuyển pha nước: + Sự hóa ngưng tụ: Hóa q trình chuyển từ pha lỏng sang pha Ngược lại, trình chuyển từ pha sang pha lỏng gọi ngưng tụ Để hóa hơi, phải cấp nhiệt cho CMG Ngược lại, ngưng tụ CMG nhả nhiệt Nhiệt lượng cấp cho 1kg CMG lỏng hóa hồn tồn gọi nhiệt ẩn hóa (rhh), nhiệt lượng tỏa 1kg CMG ngưng tụ gọi nhiệt ngưng tụ (rnt) Nhiệt ẩn hóa nhiệt ngưng tụ có trị số Ở áp suất khí quyển, nhiệt ẩn hóa nước 2257 kJ/kg + Sự nóng chảy đơng đặc: Nóng chảy q trình chuyển từ pha rắn sang pha lỏng, trình ngược lại gọi đông đặc Cần cung cấp nhiệt để làm nóng chảy CMG Ngược lại, đơng đặc CMG nhả nhiệt Nhiệt lượng cần cung cấp để kg CMG nóng chảy gọi nhiệt nóng chảy (rnc), nhiệt lượng tỏa kg CMG đơng đặc gọi nhiệt đơng đặc (rdd) Nhiệt nóng chảy nhiệt đơng đặc có trị số Ở áp suất khí quyển, nhiệt nóng chảy nước 333 kJ/kg Hình 1.9: Các trình chuyển pha nước + Sự thăng hoa ngưng kết: Thăng hoa trình chuyển trực tiếp từ pha rắn sang pha Ngược lại với trình thăng hoa ngưng kết CMG nhận nhiệt thăng hoa nhả nhiệt 17 ngưng kết Nhiệt thăng hoa (rth) nhiệt ngưng kết (rnk) có trị số Ở áp suất p = 0,006 bar, nhiệt thăng hoa nước 2818 kJ/kg 1.2.2 Q trình hố đẳng áp: Giả sử có kg nước xylanh, bề mặt nước có piston có khối lượng không đổi Như vậy, áp suất tác dụng lên nước khơng đổi q trình hóa Giả sử nhiệt độ ban đầu nước t0, ta cấp nhiệt cho nước, q trình hóa đẳng áp diễn Hình 1.10 thể q trình hóa đẳng áp, nhiệt độ phụ thuộc vào lượng nhiệt cấp: t = f(q) * Đoạn OA biểu diễn q trình đốt nóng nước từ nhiệt độ ban đầu t0 tến nhiệt độ sôi ts Nước nhiệt độ t < ts gọi nước chưa sôi Khi chưa sôi, nhiệt độ nước tăng tăng lượng nhiệt cấp vào * Đoạn AC thể trình sơi Trong q trình sơi, nhiệt độ nước không đổi (ts = const), nhiệt cấp vào sử dụng để biến đổi pha mà không làm tăng nhiệt độ chất lỏng Thông số trạng thái nước điểm A ký hiệu : i', s', u', v', Hơi điểm C gọi bão hịa khơ, thơng số trạng thái ký hiệu : i'', s'', u'', v'', Hơi trạng thái A C gọi bão hịa ẩm, thơng số trạng thái ký hiệu ix, sx, ux, vx, * Sau tồn lượng nước hóa hơi, tiếp tục cấp nhiệt nhiệt độ tăng (đoạn CD) Hơi có nhiệt độ t > ts gọi nhiệt Hơi bão hòa ẩm hỗn hợp nước sôi bão hịa khơ Hàm lượng bão hịa khơ bão hòa ẩm đánh giá đại lượng độ khô (x) độ ẩm (y): x= Gh Gh = Gx Gn + Gh [1-28] Trong đó: x - độ khô; y - độ ẩm; Gx - lượng bão hịa ẩm; Gh - lượng bão hịa khơ; Gn - lượng nước sơi Hình 1.10: Q trình hóa đẳng áp nước 18 1.2.3 Các đường giới hạn miền trạng thái nước hơi: Tương tự, tiến hành q trình hóa đẳng áp áp suất khác (p1, p2, p3, ) biểu diễn đồ thị trạng thái p - v, đường, điểm vùng đặc trưng biểu diễn trạng thái nước sau: + Đường trạng thái nước chưa sôi: đường nối điểm O0, O1, O2, O3 gần thẳng đứng thể tích nước thay đổi tăng giảm áp suất + Đường giới hạn dưới: đường nối điểm …A1, A2, A3 biểu diễn trạng thái nước sôi độ khô x = + Đường giới hạn trên: đường nối điểm …C1, C2, C3, biểu diễn trạng thái bão hịa khơ có độ khơ x = Hình 1.11: Q trình hóa đẳng áp nước đồ thị p-v + Điểm tới hạn K: điểm gặp đường giới hạn giới hạn Trạng thái K gọi trạng thái tới hạn, khơng cịn khác chất lỏng sơi bão hịa khơ Các thơng số trạng thái K gọi thông số trạng thái tới hạn Nước có thơng số trạng thái tới hạn: pk = 221 bar, tk = 374 C, vk = 0,00326 m3/kg + Vùng chất lỏng chưa sôi (x = 0): vùng bên trái đường giới hạn + Vùng bão hòa ẩm (0 < x < 1): vùng đường giới hạn + Vùng nhiệt (x = 1): vùng bên phải đường giới hạn 1.2.4 Cách xác định thông số bảng đồ thị lgp-h: Hơi chất lỏng thường phải xem khí thực, sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho sai số lớn Trong tính toán kỹ thuật cho người ta thường dùng bảng số đồ thị xây dựng sẵn cho loại a) Bảng nước: Trạng thái CMG xác định biết hai thông số trạng thái độc lập: 19 Đối với nước sôi (x = 0) bão hịa khơ (x = 1) cần biết áp suất (p) nhiệt độ (t) xác định trạng thái biết trước độ khô Đối với nước chưa sôi nhiệt người ta thường chọn áp suất (p) nhiệt độ (t) hai thông số độc lập để xây dựng bảng trạng thái Các bảng trạng thái nước (chưa sơi, nước sơi, bão hịa khơ, q nhiệt) số chất lỏng thông dụng thường cho phần phụ lục Đối với bão hòa ẩm, người ta không lập bảng trạng thái mà xác định trạng thái sở độ khơ thông số trạng thái nước sôi bão hịa khơ sau : vx = v' + x (v'' - v') [1-29] ix = i' + x (i'' - i') [1-30] sx = s' + x (s'' - s') [1-31] ux = u' + x (u'' - u') [1-32] Nội khơng có bẳng đồ thị Nội xác định theo enthalpy công thức sau : u = i – pv [1-33] b) Đồ thị lgp - h (hay lgp – i): Bên cạnh việc dùng bảng, người ta sử dụng đồ thị trạng thái để tính tốn cho Hình 1.12: Đồ thị lgp-h nước Trên đồ thị lgp-h đường đẳng áp đường thẳng song song với trục hoành Các đường đẳng nhiệt vùng bão hòa ẩm trùng với đường đẳng áp tương ứng, vùng nhiệt đường cong hướng xuống gần thẳng đứng vùng lỏng chưa sơi xem đường thẳng đứng song song với trục tung Chiều tăng nhiệt độ với chiều tăng áp suất Các đường đẳng entropy đẳng tích đường cong có bề lồi quay phía đường đẳng entropy dốc so với đường đẳng tích Các đường có độ khơ khơng đổi (x = const) xuất phát từ điểm tới hạn K tỏa xuống phía ... 20 17 15 29 11 1 12 10 10 1 III Cơ sở kỹ thuật điều hồ khơng khí Khơng khí ẩm Khái niệm điều hịa khơng khí Hệ thống vận chuyển phân phối khơng khí Các phần tử khác hệ thống điều hịa khơng khí. .. trạng thái không khí ẩm 12 6 1. 1 .1 Thành phần khơng khí ẩm 12 6 1. 1.2 Các thông số trạng thái khơng khí ẩm 12 7 1. 2 Đồ thị I - d d - t khơng khí ẩm 13 0 1. 2 .1 Đồ thị I.. .1 MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT