ĐÁP ÁN ĐỀ THI MÔN NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KĨ THUẬT 2021 2022 Bài 1 Xác định trạng thái hơi nước trong không khí ẩm ở các điều kiện sau a Không khí có nhiệt độ T = 25oC, phân áp suất của hơi nước trong khôn.
ĐÁP ÁN ĐỀ THI MÔN NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KĨ THUẬT 2021-2022 Bài 1: Xác định trạng thái nước khơng khí ẩm điều kiện sau: a Khơng khí có nhiệt độ T = 25oC, phân áp suất nước khơng khí ph = 22.5 mmHg b Khơng khí có nhiệt độ T = 25oC, phân áp suất nước khơng khí ph = 36 mmHg Bài giải Kiến thức cần lưu ý: - Biết tra bảng từ nhiệt độ suy áp suất bão hòa - Nếu ph < phbh : Hơi nước trạng thái nhiệt - Nếu ph = phbh : Hơi nước trạng thái bão hịa khơ - Nếu ph > phbh : Hơi nước trạng thái bão hòa ẩm a Từ bảng “Nước nước bão hòa theo nhiệt độ” ta tra T = 25oC có pbhb = 0.03166 bar đổi 0.03166 bar = 0.03166 x 105 = 3166 Pa ( bấm máy tính chế độ CONVERT: Pa mmHg ) ta phbh = 23.74 mmHg Ta so sánh ph với phbh : ph < phbh trạng thái nước Hơi nhiệt b Từ bảng “Nước nước bão hòa theo nhiệt độ” ta tra T = 25oC có pbhb = 0.03166 bar đổi 0.03166 bar = 0.03166 x 105 = 3166 Pa ( bấm máy tính chế độ CONVERT: Pa mmHg ) ta phbh = 23.74 mmHg Ta so sánh ph với phbh : ph > phbh trạng thái nước Hơi bão hịa ẩm Bài 2: Khói thải từ buồng đốt lị phịng thí nghiệm có nhiệt độ 200oC Cho biết thành phần thể tích chất có khói thải sau: 12% CO2, 5% O2; 83%N2 Nếu người ta làm nguội khói thải đến 30oC theo q trình đẳng áp p = 100 kpa a Xác định thể tích riêng hỗn hợp khí đầu q trình ? b Xác định thể tích riêng hỗn hợp khí cuối q trình ? Bài giải Kiến thức cần lưu ý: - Phương trình trạng thái khí lý tưởng cho hỗn hợp khí: p.Vhh = Ghh Rhh T p.vhh = Rhh T - Trong đó: + p ( Pa or N/m3 ): áp suất tuyệt đối Nếu cho áp suất dư p = pd + pkk ( pkk = bar ) + Vhh ( m3 ): thể tích hỗn hợp + vhh ( m3/kg ): thể tích riêng hỗ hợp Tính Vhh / Ghh + Ghh ( kg ): khối lượng hỗn hợp + Rhh ( J/kg.độ ): số chất khí Tính Rhh = phân tử lượng hỗn hợp (giống phân tử khối M hóa học, xét đơn chất = M chất đó) Cơng thức tính phân tử lượng hỗ hợp: = gi (%) thành phần khối lượng chất; ri (%) thành phần thể tích chất hỗn hợp + T (oK): nhiệt độ chất a Tại thời điểm ban đầu: T = 300oC = 573oK; p = 100kpa = 100000pa - Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có: p.vhh = Rhh T - Trong p = 100000pa; T = 573oK; Rhh = = = = 276.03 - Suy vhh = 1.58 m3 b Tại thời điểm sau: T = 30oC = 303oK; p = 100000pa Tương tự ta tính vhh = 0.84 m3 Bài 3: Đốt nóng 10kg khơng khí điều kiện áp suất tuyệt đối không đối p = bar từ 20 oC đến 120 oC a Biểu diễn q trình p-v T-S b Tính thể tích riêng trạng thái cuối trình c Xác định đại lượng U,I,S,Q,Wtt,Wkts (cho nhiệt dung riêng C số) Bài giải Kiến thức cần lưu ý: * Nhiệt dung riêng : + Nhiệt dung riêng khối lượng C : gồm Cv ( đẳng tích ) Cp ( đẳng áp ) , kJ/kg.độ + Nhiệt dung riêng thể tích C’, kJ/m3.độ + Nhiệt dung riêng kmol C: giống C, kJ/kmol.độ - Công thức: Cv = C / Cp = C / ; C’ = C / 22,4 + C C tra bảng “Nhiệt dung riêng số” * Định luật nhiệt động lực học với hệ kín: + Xét cho G kg chất khí, nhiệt lượng Q = U + Wtt = I + Wkt , kJ + Với khí lý tưởng biến thiên nội U = G.Cv.t biến thiên Entanpi I = G.Cp.t + Quy ước dấu: Hệ nhận nhiệt Q(+), thải nhiệt Q(-) nhận công W(-), sinh công W(+) - Đối với q trình đẳng tích, V = const: p2/p1 = T2/T1 + Đồ thị P-V T-S q trình đẳng tích + Cơng thể tích Wtt = Nhiệt lượng Q = U = G.Cv.t + Công kĩ thuật Wtk = -V (p2 – p1) + Biến thiên Entropi S = = , kJ/kg.K - Đối với trình đẳng áp, p = const: T2/T1 = V2/V1 + Đồ thị P-V T-S trình đẳng áp ứng với T1 = 20oC T2 = 120oC + Công kĩ thuật Wkt = Nhiệt lượng Q = I = G.Cp.t + Công thể tích Wtt = p (V2 – V1) = R.G.(T2 – T1) + Biến thiên Entropi S = = - Đối với trình đẳng nhiệt, T = const: p2/p1 = V1/V2 + Đồ thị P-V T-S trình đẳng nhiệt + Biên thiên nội entanpi + Nhiệt lượng Q = Wtt = Wkt = P1.V1 + Biên thiên Entropi S = = - Đối với trình đoản nhiệt, Q = + Đồ thị P-V T-S : +Ta có p2/p1 = (v1/v2)^k k hệ số đoản nhiệt ( tra bảng ) + Ta có T2/T1 = ( V1/V2)^(k-1) = (p2/p1)^[(k-1)/k] + Nhiệt lượng Q = suy Biến thiên nội = - Wtt + Cơng thể tích Wtt = [1/(k-1)] (p1.V1 – p2.V2) = [R/(k-1)] (T1 – T2) = + Công kĩ thuật Wkt = k.Wtt a Đồ thị hình b Vì trình đẳng áp nên T2/T1 = V2/V1 Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có: p.V1 = G.R.T1 => V1 = G.R.T1 / p = (10.8314/29.20)/2.105 = 0.29 m3 => V2 = T2/T1 V1 = 120/20 0,29 = 1.74 m3 c Vì trình đẳng áp nên Wkt = Nhiệt lượng biến thiên entanpi Q = = G.Cp = 10 Cp 100 Cách tính Cp = ; = 20.9 cịn Bài 4: Cho khối khơng khí ẩm tích 50m3 áp suất p = 300 kPa, nhiệt độ T = 25oC có độ ẩm tương đối = 70% Hãy xác định: a Độ chưa d, Entanpi I khối khơng khí ẩm ? b Khối lượng nước Gh khối khơng khí ẩm ? Kiến thức cần lưu ý: * Biết cách tra bảng “B1- Nước nước bão hòa” “B2 - Nước chưa sôi nhiệt” * Các thông số : + v’ – i’ – s’ : nước sôi + v’’ – i’’ – s’’ : nước bão hịa khơ + v – t – s: bão hịa ẩm * Tính độ khơ: x = Gh / G = Gh / ( Gh + Gn ) ; ts : Hơi nhiệt Tra v,i,s bảng - Đã biết thông số p (hoặc t) x Nếu: + x = 0: Nước sôi Dựa vào p (t) tra bảng i = i’ ; v = v’ ; s = s’ + x = 1: Hơi bão hịa khơ Dựa vào p (t) tra bảng i = i’’ ; v = v’’; s = s’’ + < x < : Hơi bão hòa ẩm Dựa vào p (t) tra bảng i ; v ; s * Các thơng số khơng khí ẩm - Độ ẩm tương đối: ph; khối lượng hơi; phbh áp suất bão hòa ( tra bảng – Theo nhiệt độ ) - Gh phân áp suất hơi: ph.V = Gh.Rh.T với Rh = 8314/18 - Độ chứa nước: , kghơi/kgkk - Entanpi: I t (oC) + (2500 + 2.t).d , kJ/kgkk a Dựa vào bảng “Nước nước bão hòa theo nhiệt độ” ta tra 25 oC phbh = 0.03166 bar = 3166 Pa Vì độ ẩm tương đối = 60% nên Ph = 1899.6 Pa Suy độ chứa nước = 0.004 kghơi/kgkk = ghơi/kgkk Entanpi: I t (oC) + (2500 + 2.t).d = 35.2 kJ/kgkk b Khối lượng khơng khí nước : ph.V = Gh.Rh.T Gh = ph.V / Rh.T = (1899,6 50) / (8314/18 298) = 0.69 kg