Giáo trình nhiệt kỹ thuật (nghề công nghệ ô tô)

CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI II GIÁO TRÌNH NHIỆT KỸ THUẬT NGHỀ CƠNG NGHỆ Ơ TÔ (Ban hành theo định số 820/QĐ-CĐHHII, ngày 22 tháng 12 năm 2020 Hiệu trưởng Trường Cao Đẳng Hàng Hải II) (Lưu hành nội bộ) TP.HCM, năm 2020 LI NểI U Hiện nay, nhu cầu giáo trình dạy nghề để phục vụ cho tr ờng Trung học chuyên nghiệp Dạy nghề toàn quốc ngày tăng, đặc biệt giáo trình đảm bảo tính khoa học, hệ thống, ổn định phù hợp với điều kiện thực tế công tác dạy nghề n ớc ta Tr ớc nhu cầu đó, tr ờng Cao đẳng nghề Công nghiệp Thanh Hóa thực biên soạn giáo trình phục vụ cho việc giảng dạy học tập sở tập hợp chọn lọc giáo trình tiên tiến đ ợc giảng dạy số tr ờng có bề dày truyền thống thuộc ngành nghề khác Cuốn Giáo trình nhiệt kỹ thuật đ ợc biên soạn sở đúc rút kinh nghiệm giáo trình kinh nghiệm giảng dạy giáo viên Ni dung mụn học Nhiệt kỹ thuật nghiên cứu quy luật nhiệt động khí, nước đại lượng đặc trưng nó, chu trình động đốt v cỏc dng truyn nhit Giáo trình giỳp sinh viên có điều kiện tự học, tự nghiên cứu mơn học trình học tập vận dụng để giải tập môn học thực tế sản xuất Các kiến thức giáo trình trình bày ngắn gọn, đảm bảo thể kiến thức chính, quan trọng mơn học Các cơng thức trình bày có hệ thống, đầy đủ, rõ ràng, bám sát chương trình mơn học MỈc dù đà có nhiều cố gắng trình biên soạn nh ng tránh khỏi thiếu sót định, mong đợc bạn đọc góp ý để giáo trình đ ợc hoàn thiện lần tái b¶n sau Tổ mơn Chương I KHÁI NIỆM VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN Những khái niệm thông số 1.1 Nhiệt động học phương pháp nghiên cứu nhiệt động học Nhiệt động học môn khoa học nghiên cứu quy luật biến đổi lượng trình biến đổi nhiệt thành công Môn nhiệt động học xây dựng sở hai định luật thực nghiệm: Định luật nhiệt động thứ định luật nhiệt động thứ hai Định luật nhiệt động thứ thực chất định luật bảo tồn biến hố lượng ứng dụng phạm vi nhiệt, đặc trưng mặt số lượng trình biến đổi lượng - Định luật nhiệt thứ hai xác định chiều hướng mức độ tiến hành trình xảy tự nhiên Đặc trưng cho mặt chất lượng q trình biến hố lượng - Dựa hai định luật này, phương pháp tốn học rút kết luận nhiệt động học 1.2 Những khái niệm 1.2.1 Công nhiệt lượng Khi vật tác dụng lẫn nhau, chúng truyền cho lượng Sự truyền lượng thực hai cách: a Thực công vật vật kia, lượng vật tăng lên lượng công nhận từ vật Công nhiệt động kỹ thuật ký hiệu l(j/kg) 1kg môi chất L(j) G(kg) Quy ước công vật sinh dương, công vật nhận vào âm b Năng lượng truyền từ vật nóng sang vật lạnh chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau, lượng trao đổi dạng gọi nhiệt lượng Nhiệt lượng ký hiệu q(j/kg) 1(kg) môi chất Q(j) G(kg), quy ước nhiệt lượng vật nhận dương, nhiệt lượng vật toả âm Đơn vị đo cơng nhiệt lượng ngồi jun cịn đo Calo (ký hiệu Cal) Cal = 4,1868 J, bội số Cal KCal 1KCal = 10 Cal 1.2.2 Chất môi giới trạng thái chất mơi giới - Để thực q trình biến hố lượng nhiệt công kỹ thuật người ta phải dùng chất trung gian gọi chất mơi giới - Chất mơi giới thể khí, lỏng hay rắn - Trong động nhiệt chất mơi giới thường thể khí, thể khí có khả thay đổi thể tích lớn, có khả sinh cơng lớn - Ở điều kiện khác nhau, chất môi giới trạng thái khác Các đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái chất môi giới gọi thông số trạng thái chất môi giới ë trạng thái xác định thông số trạng thái đại lượng xác định - Các thông số trạng thái: áp suất, nhiệt độ thể tích riêng 1.2.3 Cân nhiệt động - Nếu trạng thái hệ nhiệt động không thay đổi theo thời gian nghĩa hai thời điểm khác tính chất hệ nhau, ta nói hệ trạng thái cân nhiệt động đơn giản trạng thái cân - Khi trạng thái cân khơng có trao đổi nhiệt dịch chuyển học, nghĩa nhiệt độ áp suất thời điểm hệ (Không có cân tuyệt đối) Hệ nhiệt động thông số trạng thái chất môi giới 2.1 Hệ nhiệt động - Tập hợp tất vật có trao đổi nhiệt, cơng lẫn với môi trường xung quanh gọi hệ nhiệt động - Nếu hệ nhiệt động không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh gọi hệ đoản nhiệt, hệ không trao đổi nhiệt công với môi trường xung quanh gọi hệ lập - Hệ kín hệ không trao đổi chất với môi trưêng xung quanh - Hệ hở hệ có trao đổi chất với mơi trưêng xung quanh 2.2 Các thông số trạng thái 2.2.1 Áp suất - Áp suất lực tác dụng phân tử chất khí theo phương pháp tuyến lên đơn vị diện tích thành bình chứa chất khí P=F/S (1.1) Trong F: Tổng lực tác dụng lên phân tử khí lên thành bình chứa (N) S: Diện tích thành bình chứa chất khí (m ) P: Áp suất chất khí Đơn vị đo áp suất N/m , bar (1bar = 10 N/m ) Ngồi người ta cịn đo áp suất atmotfe (at), chiều cao cột thuỷ ngân (mm Hg) milimét nước (mm H2O) - Quan hệ đơn vị đo: at = 0,981 bar = 735,6 mm Hg = 10 mm H 2O bar = 750 mm Hg + Đo áp suất dùng loại dụng cụ đo: Manomet: Đo phần áp suất chất khí lớn áp suất khí trời, gọi áp suất Pk P t Pt thừa tức hiệu áp suất tuyệt đối áp suất khí trời, ký hiệu P t + Baromet: Dùng để đo áp suất khí trời, ký hiệu Pkt + Chân khơng kế: Đo phần áp suất chất khí nhỏ áp suất khí trời, ký hiệu P Cck - Áp suất tuyệt đối: P = Pkt + Pt (1.2) Trị số áp suất tuyệt đối tổng số đo dụng cụ Baromet Manomet - ck Nếu áp suất bé áp suất khí trời dùng Baromet chân không kế kt P Áp suất tuyệt đối là: P = Pkt Pck P P (1.3) 2.2.2 Nhiệt độ - Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt vật chất, biểu thị tốc độ chuyển động (hay động năng) phần tử vật chất - Có nhiều nguyên tắc đo nhiệt độ khác nhau: Giãn nở chất lỏng (nhiệt kế thủy ngân, nhiệt kế rượu ) Nhiệt tiếp xúc (cặp nhiệt) - Hiện sử dụng thang đo nhiệt độ bách phân nhiệt độ tuyệt đối + Nhiệt độ bách phân gọi nhiệt độ Censius, ký hiệu t, đơn vịC (0 tương ứng với nước đá tan; 100 tương ứng với nước sôi áp suất tiêu chuẩn P = 760 mmHg) Từ 0C 100C chia 100 phần nhau, phần tương ứng với 1C + Nhiệt độ tuyệt đối gọi nhiệt độ Kenvin, ký hiệu T, đơn vị làK - Quan hệ hai thang nhiệt độ: T(K) = t(C) + 273 (1.4) Chú ý: Một độ nhiệt độ bách phân tương ứng với độ nhiệt độ tuyệt đối 2.2.3 Thể tích riêng - Thể tích riêng thể tích đơn vị khối lượng Ký hiệu v đơn vị (m /kg) - Nếu lượng khí có khối lượng G kg thể tích V(m3), thể tích riêng là:v - V m3 kg G (1.5) Đại lượng nghịch đảo thể tích riêng khối lượng riêng: 1  G kg m v V (1.6) 2.2.4 Nội - Bất kỳ hệ nhiệt động bao gồm nhiều vật tác dụng lẫn có lượng tổng (E) động toàn hệ đặc trưng cho chuyển động toàn hệ (Eđ), tồn hệ đặc trưng cho vị trí tồn hệ trường (Et) nội toàn hệ U đặc trưng lượng phần tử nhỏ bế cấu tạo nên hệ: E + = Eđ + Et + U Nội U = Uđ + Ut Nội động Uđ tổng động tịnh tiến với động quay nguyên tử phân tử lượng chuyển động dao động nguyên tử phân tử Theo thuyết động học phân tử, nội động phụ thuộc vào nhiệt độ tăng lên nhiệt độ tăng (𝑈đ0 = 𝑖𝑅𝑇 , 𝑈đ0 nội Kmol khí, i số bậc tự phân tử khí, R số chất khí, T nhiệt độ tuyệt đối chất khí) + Nội Ut lực liên kết phân tử nguyên tử, nội phụ thuộc vào khoảng cách phân tử, tức phụ thuộc vào thể tích riêng khối khí, thể tích riêng khối khí thay đổi, khoảng cách phân tử thay đổi, thay đổi + Nội chất khí phụ thuộc P vào nhiệt độ thể tích riêng chất khí đó, tức phụ thuộc vào thông số a b c nội thông số trạng thái + d Nếu ký hiệu U nội kg chất khí ta viết: U = f(T, V) (1.7) Đối với chất khí lý tưởng, khơng V có lực tương tác phân tử nên nội khơng (Ut = 0) Do nội khí lý tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ U = f(T) (1.8) Nội thông số trạng thái nên độ biến thiên nội khơng phụ thuộc vào đặc tính q trình thay đổi trạng thái Độ biến thiên nội chất khí theo q trình khác nhau, có trạng thái đầu trạng thái cuối Trên đồ thị, hình vẽ trình: 1b2, 1c2, 1d2 có trạng thái đầu trạng thái cuối có lượng thay đổi nội UaUbUcUd∫1 𝑑𝑈 U2 U1 fP2 , V2 fP1, V1 Trong nhiệt động học không yêu cầu xác định giá trị tuyệt đối nội mà cần tính độ biến thiên nội U Giá trị nội cho sổ tay kỹ thuật thực hiệu số U - U0, với U0 quy ước điều kiện đó, thí dụ nước, theo quy ước Quốc tế chọn U0 = 0,01C áp suất 0,006228 at (trạng thái điểm ba nước) Giá trị U0 chọn tùy ý không ảnh hưởng đến trị số biến thiên U 2.2.5 Entanpi Đối với 1kg, entanpi kí hiệu i, Gkg kí hiệu I, định nghĩa biểu thức: i = u + pv (j/kg) I = G.i = G(u + pv) = U + pV (J) Đối với khí thực entanpi nội hàm trạng thái phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích I = f(T,v) Đối với khí lý tưởng, lực tương tác phân tử khơng, entanpi phụ thuộc vào nhiệt độ T, nghĩa I = f(T) Trong trình, entanpi xác định bằng: di = CP dT vài = Cp(T – T1 ) 2.2.6 Entropi Theo nhiệt động học thường gặp tỷ số: ds dq T (1.9) Trong dq nhiệt lượng tham gia vào q trình vơ bé đó, S gọi Entrơpi đơn vị đo KJ/Kg.độ P a b c d V Entrơpi thơng số trạng thái cịn gọi hàm số trạng thái Độ biến thiên Entrơpi khơng phụ thuộc vào đặc tính q trình thay đổi trạng thái chất khí mà phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối trình Trên đồ thị biến thiên Entrôpi từ trạng thái sang trạng thái theo trình 1a2, 1b2, S = (S2 S1)a = (S2 S1)b = (S2 S1)c = = S2 - S1 2.2.7 Execgi Là lượng có ích tối đa mà mơi chất nhận để tiến đến trạng thái cân với môi trường bên Ký hiệu: e với e = (i i0) T0 (S S0) i: entanpi trạng thái cần xác định i0: entanpi trạng thái cân T0: Nhiệt độ tuyệt đối trạng thái cân S : entrôpi trạng thái cần xác định S0: entrôpi trạng thái cân 3.1 Phơng trình trạng thái chất khí Khí thực khí lý tởng Mọi chất khí có tự nhiên khí thực, chúng phân tử, nguyên tử tạo thành Các nguyên tử, phân tử tích thân chúng có lực t ơng tác lẫn Chất khí kích th ớc thân phân tử nguyên tử bé so với khoảng cách chúng Để tiện việc nghiên cứu bỏ qua lực t ơng tác phân tử, nguyên tử chất khí thể tích thân chúng, chất khí nh gọi khí lý t ởng 3.2 Định luật Avôgađrô - điều kiện nhiệt độ áp suất, thể tích Kmol tất khí lý t ởng - Một Kilomon (viết tắt Kmol) đại l ợng có M kg Trong M trị số phân tử l ợng chất khí Thể tích Kmol thể tích M kg khÝ 10 + HiƯu st nhiƯt cđa chu tr×nh: + Nhiệt l ợng cấp cho chu trình: q1 = q1’ + q1” = Cv(T3 - T2) + Cp(T4 - T3) q1 = Cv(T3 - T2) + K.Cp(T4 - T3) + Nhiệt l ợng nhả chu trình: |q2| = Cv(T5 - T1) Khi ®ã hiƯu st nhiƯt chu trình viết : - Các giá trÞ T2, T3, T4, T5 cã thĨ tÝnh theo T1 + Trong trình đoạn nhiệt 1-2 + Trong trình đẳng tích 2-3: + Trong trình đẳng áp 3-4: 3.4 So sánh hiệu suất nhiệt chu trình động đốt - Cùng tỷ lệ nén cïng nhiƯt lư ỵng q1 66 + NhiƯt lư ỵng nhả chu trình + q2v< q2hh< q2p mà q1 nh nên v > hh > + Nh chu trình làm việc với cïng tû lƯ nÐn η p th× chu tr×nh cÊp nhiệt đẳng tích có hiệu suất cao Cùng nhiệt độ áp suất lớn Nhiệt l ợng cấp vào chu trình q1p < q1hh < q1v mà q2 nh nên có: p > hh > v Hơi nớc 4.1 Khái niệm Trong công nghiệp nh đời sống hàng ngày n ớc ®ư ỵc dïng rÊt réng r·i víi mơc ®Ých Làm chất môi giới để biến nhiệt thành công máy nhiệt, ví dụ tuabin nhà máy nhiệt điện, điện nguyên tử, máy n ớc xe lửa, tàu thuỷ Làm chất mang nhiệt để nung nóng vật khác Ví dụ công nghiệp hoá chất, kỹ thuật Ngoài n ớc đ ợc sử dụng làm chất làm chậm nơtơron lò phản ứng Hơi n ớc cã tÝnh chÊt kh¸c xa tÝnh chÊt khÝ lý tư ởng lực tác dụng phân tử thể tích thân phân tử lớn nên bỏ qua đ ợc coi n ớc khí thực tất ph ơng trình công thức dùng cho khí lý t ởng không dùng đ ợc cho n ớc Hơi n ớc đ ợc sản suất lò áp suất không đổi, tuỳ theo mục đích, yêu cầu cụ thể mà có giá trị khác khoảng 2at at 300 Quá trình biến n ớc (pha lỏng) thành (pha hơi) cách gọi chung hoá Theo cách tạo thành mà hóa chia thành bay sôi + Bay trình tạo tiến hành bề mặt thoáng chất lỏng nhiệt độ Sở dĩ có bay số phân tử chất lỏng chuyển động đến bề mặt thoáng va chạm với phân tử khác nên có động cao đến mức thắng đ ợc lực tác dụng phân tử bay C ờng độ bay tăng Bay nhiệt độ chất lỏng lớn - Bề mặt thoáng bề mặt thoáng không bị Sôi hạn chế trình bay tiến hành liên tục Bề mặt đốt nóng Tiếp tục cấp nhiệt cho chất lỏng, nhiệt độ chất lỏng tăng, đến lúc nhiệt độ định phụ thuộc vào áp suất chất lỏng, bay xảy bề mặt đốt nóng thân chất lỏng, trình tạo nh gọi sôi Nhiệt độ chất lỏng sôi gọi nhiệt độ sôi, nhiệt độ sôi ký hiệu ts Trong trình sôi áp suất không đổi ts = const Nói cách khác nhiệt độ sôi hàm áp suất 4.2 Quá trình hoá đẳng áp n ớc 4.2.1 Các trạng thái P P0 ưư ư ưư ư t0C P0 P0 P0 A ư ưư ưưư ưư ưư ưư ưư ưư ưư ưư ưư ưư ưư ưư B ưư ư ư ưư ưư ưư ưưư ưư ư ư ưư ưư D C P0 =const O q Gi¶ sư ta cã xi lanh chứa 1kg n ớc nhiệt độ ban đầu t0 = 00C, bề mặt có đậy pít tông có trọng l ợng không đổi có áp suất n ớc có giá trị không đổi P0 = const Trong trình cấp nhiệt cho 68 n ớc để làm n ớc hóa hơi, pít tông đè lên mặt n ớc nên bề mặt thoáng, tức không xảy bay mà có xảy sô i Quá trình biến n ớc thành Đoạn OA biểu diễn trình đốt nãng tõ t0 + T¹i “0” : V0, u0, i0, t0, ts Tại A nhiệt độ nước đạt tới nhiệt độ (ts) bắt đầu xảy sôi, bọt xuất hiện, nghĩa cần cấp thêm nhiệt n ớc sôi đ ợc tạo thành thông sôi ký hiệu ’ ” + VÝ dô : V’, u’, i’, t’, ts Đoạn AC biểu diễn trình sôi Trong đoạn cấp nhiệt nh ng nhiệt độ n ớc giữ nguyên ts = const Nhiệt cấp cho n ớc đoạn AC mà không làm tăng nhiệt độ Quá trình gọi nhiệt hoá Ký hiệu dấu Ví dụ Hơi n ớc điểm B hỗn hợp n ớc sôi bÃo hòa khô, n ớc trạng thái gọi bÃo hòa ẩm Các thông số bÃo hòa ẩm ký hiệu x Ví dụ : Vx, ux , tx Để xác định trạng thái bÃo hoà ẩm ng ời ta đ a vào thông số gọi độ khô ký hiệu x: Gkg bÃo hoà khô x= Gkg bÃo hoà ẩm + Đối với bÃo hoà khô: x = + Đối với n ớc sôi: x = Và + Độ ẩm ký hiệu y : x G(kg) nư c sôi y = 1- x = G(kg) hơ i bão hòa ẩ m - 69 Đoạn CD biểu diễn trình đ a bÃo hoà khô thành nhiệt Sau toàn n ớc đà biến thành (điểm C) ta tiếp tục cấp nhiệt, lúc nhiệt độ tăng lên tức t > t s Hơi bÃo hòa khô nh ng nhiệt độ lớn nhiệt độ sôi gọi nhiệt Các thông số nhiệt ký hiệu kh«ng cã chØ sè, vÝ dơ V, U, t 4.2.2 Các đ ờng giới hạn n ớc O A2 K C2 P O1 B1 C O A X=0 C P0 P1 X=1 Ta biĨu diƠn điểm O, A, C đồ thị P V Với áp suất P0 ta có điểm O, A, C Víi ¸p st P1 > P0 ta cã c¸c ®iĨm O1, A1, C1 Víi ¸p st P2 > P1 ta có điểm O2, A2, C2 - Nối ®iĨm O, O1, O2 ta ®ư ỵc dư êng biĨu diƠn sù thay ®ỉi thĨ tÝch cđa nư íc chư a sôi (t < ts) phụ thuộc vào áp suất Đ ờng hầu nh thẳng đứng thể thích n ớc ch a sôi hầu nh không thay ®ỉi theo ¸p st - Nèi c¸c ®iĨm C, C1, C2 ta đ ợc đ ờng cong d ới hạn x = biểu thị trạng thái bÃo hoà khô - Hai đ ờng giới hạn giới hạn d ới gặp điểm K gọi điểm tới hạn Điểm tới hạn K không khác n ớc Các thông sè ë tíi h¹n, ký hiƯu chØ sè “K” VÝ dơ : P k, tk, Vk Víi nư íc ta cã Pk 225at, tk = 3740C, Vk 0,003 mm/kg Trªn đồ thị P V 70 Phía trái x = 0, trạng thái n ớc ch a sôi Trên đ ờng x = thạng thái n ớc sôi P Nư íc chư a s«i K Nư íc sôi Hơi bÃo hoà khô Hơi nhiệt Hơi bÃo hoà ẩm X=0 X=1 V Phần hai đ ờng giới hạn x = 0, x = bÃo hoà ẩm Trên đ ờng x = bÃo hoà Bên phải đ ờng = nhiệt Bài tập Bài Xác định hiệu st nhiƯt cđa chu tr×nh Carno thn chiỊu biÕt nhiƯt ®é ngn nãng t1 = 9270C, nhiƯt ®é ngn lạnh t2 = 270C Xác định hệ số làm lạnh chu trình Carno ng ợc chiều biết nhiệt ®é ngn nãng t1 = 370C, nhiƯt ®é ngn l¹nh t2 = -30C? Bà i Chu trình Các nơ thuận chiều thuận nghịch dùng khơng khí tiến hành phạm vi nhiệt độ; T max = 1000 K; Tmin = 200 K phạm vi áp suất; Pmax = 80bar, Pmin = 1,2 bar a) Biểu diễn chu trình đồ thị P – v T – s? b) Xác định thông số đỉnh chu trình? c) Hiệu suất nhiệt chu trình? d) Cơng mơi chất c chu trỡnh? Bài Xác định thông số: entanpi, thể tích riêng, nội kg n ớc 300 kg/h n ớc áp suất p = 10 bar, độ khô x = 0,9 Bài kg n ớc áp suất bar, nhiệt độ 200C đ ợc đốt nóng đến 2000C điều kiện áp suất không đổi đến 1270C Xác định nhiệt l ợng q1 đốt nóng n ớc đến nhiệt độ sôi, nhiệt l ợng q2 biến n ớc sôi thành bÃo hòa khô, nhiệt l ợng q3 biến bÃo hòa khô thành nhiệt nhiệt l ợng q biến n ớc ban đầu thành nhiệt trạng thái cuối Bài Hơi n ớc bÃo hòa ẩm có độ khô x = 0,3, áp suất bar, entanpi thể tích riêng bÃo hòa khô 2749 kJ/kg 0,3747 m3/kg; entanpi thể tích riêng n ớc sôi 640 kJ/kg 0,0011 m3/kg Xác định entanpi, thể tích riêng n ớc bÃo hòa ẩm? Bài kg không khí áp suất đầu p = at, thÓ tÝch v1 = 0,8 m3/kg nhËn l ợng nhiệt 100kcal/kg điều kiện áp suất không đổi Xác định nhiệt độ đầu cuối, thể tích cuối trình? Trả lời t1 = 00C ; t2 = 416 0C ; v2 = 2,202 m3/kg Bµi Không khí xy lanh dÃn nở đẳng nhiệt ë nhiƯt ®é t = 20 0C, tõ thĨ tÝch V1 = 1,5 m3, ¸p suÊt p1 = bar đến thể tích V2 = 5,4 m3 Xác định l ợng nhiệt cần cung cấp, công thay đổi thể tích, l ợng biến đổi entrôpi không khí xilanh? Tr¶ lêi Q = L12 = 9,6 kJ; Δ s = 3,28 kJ/0K Bài Xác định hiệu suất nhiệt cơng chu trình lý tưởng động đốt kiểu pít tơng cấp nhiệt đẳng áp mơi chất 1kg khơng khí, nhiệt dung riêng số làm việc điều kiện áp suất P = 1bar, t1 = 270C; p3 = 50bar; p4 = 5bar Bài Cho chu trình động đốt cấp nhiệt hỗn hợp , mơi chất khơng khí có nhiệt dung riêng số, thơng số nạp P = 760mmHg, t1 = 270C, tỷ số nén tỷ số tăng áp hệ số dãn nở sớm 1,5 a) Biểu diễn chu trình đồ thị Pưv Tưs? Xác định thông số trạng thái đỉnh chu trình? 72 b) Tính hiệu suất nhiệt chu trỡnh? B i 10 Một phích đựng n ớc đá cã ®ư êng kÝnh d = 100mm cã líp thuỷ tinh tráng bạc diện tích bề mặt lớp F1 F2 = 0,15m2 Giữa lớp vỏ đ ợc rút chân không gần nh hết không khí Nút phích làm nhựa rỗng dày =20mm Nhiệt độ môi tr ờng bên tf1 = 35 C, nhiệt độ n ớc đá tf2 = C Độ đen thuỷ tinh tráng bạc = 0,02 B i 11 Tính l ợng nhiệt truyền từ vào phích xạ vỏ phích dẫn nhiệt qua nút phích (bỏ qua chiều dày lớp thuỷ tinh tráng bạc, nhiệt độ môi tr ờng nhiệt độ mặt t ơng đ ơng) Nếu phích đựng 1kg n ớc đá thời gian n ớc đá tan hết (nhiệt nóng chảy n ớc đá r=334KJ/kg? Bài 12 Một chu trình động đốt cấp nhiệt đẳng tích, mơi chất khí ngun tử có R = 287j/kg 0K k = 1,4 Trong chu trình áp suất thấp 1bar, nhiệt độ thấp 3200K, tỷ số nén tỷ số tăng áp cấp nhiệt a) Biểu diễn chu trình đồ thị P-v T-s? b) Xác định thơng số trạng thái cịn lại đỉnh chu trình? c) 73 Xác định hiệu suất nhiệt cơng chu trình? TÀI LIỆ U THAM KHẢO 1) NhiƯt kü tht - §HBK Hà nội - 1984 2) Cơ sở kỹ thuật nhiệt - Nhà xuất CNKT Hà nội 1983 3) Nhiệt kỹ thuật - ĐHBK Hà nội - 1993 4) Lò luyện kim - ĐHBK Hà nội- 1980 5) Kỹ thuật nhiệt - ĐHBK Hà nội - 1993 6) nhiệt kü thuËt - NXB KHKT - 1997 7) Kü thuËt nhiệt - NXB Giáo dục - 1999 8) Cơ sở kü tht nhiƯt - NXB Gi¸o dơc - 2000 9) Kỹ thuật nhiệt -Lê Công Cát - 2003 10) Kỹ thuật nhiệt -Bùi Hải -2004 11) Bài tập kỹ thuật nhiƯt - Häc viƯn KTQS - 2003 Mơc lơc LỜI NểI U Ch ơng I Khái niệm thông số 1.Những khái niệm thông số 1.1 Nhiệt động học phương pháp nghiên cứu nhiệt động học 1.2 Những khái niệm bản…………………………………… 2.Hệ nhiệt động thông số trạng thái chất môi giới 2.1.Hệ nhiệt động 2.2.C¸c thông số trạng thái 3.Ph ơng trình trạng thái chất khí 10 3.1.KhÝ thùc vµ khÝ lý tư ëng 10 3.2.Định luật Avôgađrô 10 3.3.Phư ơng trình trạng thái chất khí 10 Câu hỏi tập 12 Bµi tËp 13 Ch ơng II Môi chất truyền nhiệt 14 1.Khái niệm, phân loại khí lý t ởng khí thực 14 1.1.KhÝ lý tư ëng 14 1.2.KhÝ thùc 14 1.3.Hỗn hợp khí lý t ởng 14 2.Khái niệm, phân loại trun nhiƯt 15 2.1.Trư êng nhiƯt ®é 16 2.2.Mặt đẳng nhiệt .17 2.3.Građiên nhiệt độ 17 2.4.Vetơ dòng nhiệt 17 2.5.C«ng st dßng nhiƯt 18 3.Khái niệm chuyển pha đơn chất 18 3.1.Nóng chảy đông ®Ỉc 20 75 3.2.Hóa ng ng tụ 20 3.3.Thăng hoa ng ng kết 21 3.4.Mét sè định nghĩa khác 21 3.5.Quá trình hóa đẳng áp 22 Ch ơng III Các trình nhiệt động môi chất 27 1.Định luật nhiệt động thứ nhất30 1.1.Định luật nhiệt động thứ nhất.30 1.2.Nội chất khí.31 1.3 Công dÃn nở chất khí.32 1.4 Ph ơng trình định luật nhiệt động thứ nhất34 2.Nhiệt dung riêng cách tính nhiệt l ợng 35 2.1.Nhiệt dung riêng.35 2.2.Định nghĩa, phân loại nhiệt dung riêng 31 2.3.Quan hệ loại nhiệt dung riêng 32 2.4.Quan hệ nhiệt dung riêng nhiệt độ 33 2.5.Nhiệt dung riêng hỗn hỵp khÝ 34 3.TÝnh nhiƯt l ợng theo nhiệt dung riêng.38 3.1.Tính nhiệt l ợng theo nhiƯt dung riªng 35 3.2.TÝnh nhiệt l ợng theo nhiệt dung riêng trung bình 35 3.3 TÝnh nhiƯt lư ỵng theo nhiƯt dung riêng số 36 3.4.Công thức để tính nhiệt dung riêng trung bình 36 4.Các trình nhiệt động môi chất 37 4.1.Các khái niệm b¶n 37 4.2.Các trình nhiệt động 40 4.2.1.Kh¸i niƯm 40 4.2.2.Quá trình đa biến 40 4.2.3.Quá trình đẳng tích .42 4.2.4.Quá trình đẳng áp 44 4.2.5.Quá trình đẳng nhiệt 46 4.2.6.Quá trình đoạn nhiệt 47 Bµi tËp ……51 Ch ơng IV Định luật nhiệt động hai, n ớc l u động tiết l u 1.Định lt nhiƯt ®éng thø hai 53 1.1.Nội dung cách phát biểu định luật nhiệt động thứ hai 53 1.2.Chu trình nhiệt động52 1.3.Công chu trình 57 1.4.Hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh hệ số bơm nhiệt.59 1.5 Chu trình Carnot59 1.6 Biến đổi entrôpi trình thuận nghịch, không thuận nghịch lập hệ cô 2.Hơi n ớc.67 2.1.Khái niệm.67 2.2.Quá trình hoá đẳng áp n ớc68 2.3.Giải trình nhiệt động n ớc đồ thị i - s L u động tiết l u khí 3.1.KháI niệm 3.2.Những giả thiết nghiên cứu l u động khí (hơi) 63 3.3.ống tăng hợp tốc nhỏ dần hỗn động 4.Không khí ẩm 4.1.Định nghĩa khí (hơi) ®iỊu kiƯn thùc ………………… 3.4.Lư u ph©n Èm……………………… 4.3.Èm kế ………………………………………………………… Bµi tËp ……… 85 Chư ¬ng V Chu trình động đốt dạng truyền nhiệt .53 1.Khái niệm, yêu cầu phận loại chu trình nhiệt động 53 1.1.Khái niệm chung.61 1.2 Phân loại.88 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động động nhiệt.62 1.1.Chu trình lý t ởng động đốt cấp nhiệt đẳng tích89 1.2.Chu trình lý t ởng động đốt cấp nhiệt đẳng áp.90 1.3.Chu trình lý t ởng động đốt cấp nhiệt hỗn hợp.92 1.4.So sánh hiệu suất nhiệt chu trình động đốt trong96 2.Trao đổi nhiƯt b»ng dÉn nhiƯt………………………………………97 2.1.Kh¸i niƯm vỊ dÉn nhiƯt…………………………………………98 2.2.Trư ờng nhiệt độ100 2.3.Mặt đẳng nhiệt Gradian nhiệt độ 101 2.4.Mật độ dòng nhiệt, dòng nhiệt101 2.5.Định luật Furier dẫn nhiệt.102 2.6.Dẫn nhiệt ổn định, nguồn nhiệt bên trong102 2.7.Sự dẫn nhiệt qua vách trụ102 3.Trao ®ỉi nhiƯt b»ng ®èi lư u…………………………………… 103 3.1.Kh¸i niƯm vỊ trao đổi nhiệt đối l u103 3.2.Những nhân tố ảnh hư ëng ®Õn trao ®ỉi nhiƯt ®èi lư u………….104 4.ThiÕt bị trao đổi nhiệt104 4.1 Định nghĩa phân loại105 4.2 Thiết bị trao đổi nhiệt ngăn cách.106 4.3 Thiết bị trao đổi nhiệt ống nhiệt 106 4.4 Thiết bị trao đổi nhiệt hồi nhiệt107 4.5 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hỗn hợp.108 Bài tập108 Tài liệu tham khảo 111 Môc lôc…………………………………………………………………112 80