Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt (Nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí Trình độ Trung cấp)

SỞ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI ĐỒNG THÁP TRƯỜNG TRUNG CẤP THÁP MƯỜI  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT NGHỀ:KỸ THUÂT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày…….tháng….năm ………… của……………………………… Đồng tháp 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 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt giáo trình biên soạn dạng tổng quát cho học sinh, sinh viên ngành lạnh từ kiến thức kiến thức chuyên sâu Giáo trình biên soạn từ tháng năm 2018 Giáo trình mơn học sở chương trình đào tạo nghề kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Giáo trình chia làm chương: Chương Nhiệt động kỹ thuật Chương Truyền nhiệt Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo Sở lao động thương binh xã hội Đồng Tháp tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành giáo trình Đặc biệt giúp đỡ hỗ trợ nhiệt tình bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến trình biên soạn Tham gia biên soạn Trịnh Văn Hùng Lê Chí Tâm MỤC LỤC GIÁO TRÌNH LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC .4 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC CHƯƠNG NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT .7 Bài Các khái niệm mở đầu nhiệt động 1.1 Các khái niệm .7 1.2 Phương trình trạng thái chất khí .11 Bài Định luật nhiệt động I trình nhiệt động khí lý tưởng 13 2.1 Nhiệt, nhiệt dung riêng công .13 2.2 Định luật nhiệt động I .17 2.3 Các q trình nhiệt động khí lý tưởng .19 Bài 3: Định luật nhiệt động II 24 3.1 Chu trình Carnot thuận chiều 24 3.2 Chu trình carno thuận nghịch ngược chiều 25 Bài 4: Các trình nhiệt động thực tế 27 4.1 Quá trình lưu động tiết lưu 27 4.2 Quá trình nén khí 28 4.3 Q trình khơng khí ẩm 31 4.4 Chu trình máy lạnh 41 CHƯƠNG 2: TRUYỀN NHIỆT 45 Bài 1: Dẫn nhiệt ổn định 45 1.1 Dẫn nhiệt 45 1.2 Dẫn nhiệt ổn định dẫn qua vách phẳng 50 1.3 Dẫn nhiệt ổn định qua vách trụ 54 Bài 2: Trao đổi nhiệt đối lưu 58 2.1 Các khái niệm .58 2.3 Công thức thực nghiệm xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu .61 Bài 3.Truyền nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt 72 3.1 Truyền nhiệt qua vách phẳng vách trụ 72 3.2 Truyền nhiệt qua vách có cánh .73 3.3 Thiết bị trao đổi nhiệt .75 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Cơ sở kỹ thuật nhiệt Mã mơn học: MH09 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học Cơ sở kỹ thuật nhiệt bố trí học sau mơn học chung học trước mơn học, mơ đun chun mơn - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở, trang bị cho người học kiến thức định luật, tượng tính tốn thơng số tổn thất chu trình lạnh - Ý nghĩa vai trị môn học: Là môn học sở kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị kiến thức cần thiết cho phần học kỹ thuật chuyên môn Mục tiêu mơn học: - Về kiến thức: + Trình bày khái niệm, định luật, trình nhiệt động truyền nhiệt + Giải thích tượng trình nhiệt + So sánh ưu nhược điểm chu trình nhiệt - Về kỹ năng: + Vận dụng lý thuyết để tính tốn tổn thất nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt +Xác định thông số trạng thái chu trình nhiệt + Xác định trình chu trình nhiệt -Về lực tự chủ trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ tính tốn Nội dung mơn học: CHƯƠNG NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT Giới thiệu: Chương cung cấp cho sinh viên học sinh kiến thức ban đầu sở nhiệt động: khái niệm nhiệt động bản, thông số hơi, chu trình nhiệt động Mục tiêu: - 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 - Phân tích trình, nguyên lý làm việc máy lạnh - Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tư logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp dụng vào mơn học cho HSSV Nội dung chính: Bài Các khái niệm mở đầu nhiệt động (4h) 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Công nhiệt lượng Khi vật tác động lẫn nhau, chúng trao đổi cho lượng Sự truyền lượng thực hai cách Thực công vật vật Lúc lượng vật tăng lên lượng lượng vật Công nhiệt động kỹ thuật kí hiệu L qui ước cơng vật sinh dương, ngược lai công vật nhận công âm Năng lượng truyền từ vật nóng sang vật lạnh chúng tiếp xúc trực tiếp với Năng lượng trao đổi dạng gọi nhiệt lượng Nhiệt lượng nhiệt động kỹ thuật ký hiệu Q qui ước nhiệt lượng vật nhận đươc nhiệt dương vật nhả âm Đơn vị đo công niệt lượng Joul (J), trước lượng đo đơn vị calo (cal), giửa cal va J có quan hệ sau: 1cal= 4,1868 J 1.1.2 Hệ nhiệt động Tập hợp tất vật có trao đổi nhiệt lẫn với mơi trường xung quanh gọi hệ nhiệt động Nếu hệ nhệt động không trao đổi nhiệt với môi trương xung quanh gọi hệ đoạn nhiệt Hệ không trao đổi nhiệt công với môi trường xung quanh gọi hệ cô lập 1.1.3 Động nhiệt, bơm nhiệt máy lạnh Động nhiệt: loại máy nhận nhiệt sinh công Các máy nhận nhiệt từ nguồn nóng để biến phần nhiệt lượng thành cơng nhả phần nhiệt cịn lại cho nguồn lạnh Ví dụ động đốt trong, động phản lực, thiết bị động lực nước Bơm nhiệt máy lạnh: vế nguyên lý bơm nhiệt máy lạnh giống Các máy nhận công từ bên ngồi để chuyển nhiệt lượng từ mơi trường có nhiệt độ thấp đến mơi trường có nhiệt độ cao Như mục đích bơm nhiệt máy lạnh có khác Về bơm nhiệt người ta quan tâm đến nhiệt lượng mà nguồn nóng nhận được, máy lạnh ngưới ta quan tâm lượng nhiệt nhận từ nguồn lạnh 1.1.4 Chất môi giới trạng thái chất môi giới Để thực trình chuyển hố nhiệt cơng chuyển tải lượng hệ nhiệt động người ta phải dùng chất trung gian gọi chất môi giới Chất môi giới thường gặp kỹ thuật dạng khí hoặt hơi, ví thể khí có khả thay đổi thể tích lớn có khả sinh công lớn Ơ điều kiện khác chất mơi giới có trạng thái khác nhaubiểu thị đại lượng vật lý thường đặt trưng nhiệt độ (T), áp suất (P), thể tích riêng (v) Các thông số dùng để xác định trang thái chất môi giới gọi thông số trạng thái Ở trang thái xác định thơng sốtrạng thái có giá trị xác định Ở trạng thái mà thơng số trạng thái có giá trị giống điểm toàn khối khí thí ta gọi trạng thaí cân bằng, ngược lại ta gọi trạng thái không cân 1.1.5 Các thông số trạng thái chất môi giới a áp suất Áp suất lực tác dụng vật chất lên đơn vị diện tích thành bình chứa Áp suất ký hiệu P, đơn vị N/m2 P F N  S m Khi ta đặt vật rắn lên diện tích áp suất phân đường diện tích Khi ta chứa nước bình áp suất đáy bình áp suất thành bên giảm dần theo chiều cao cột nước Khi nén khí (hoặc hơi) vào bình kín, tác dụng lên phía bình với giá trị áp suất giống Trong kỹ thuật có số khái niệm áp suất sau: áp suất khí quyển, áp suất chân không, áp suất dư áp suất tuyệt đối p Pd (áp suất dư) Ptd (as tuyệt đối) Pck as chân khơng P0 (as khí quyển) - Áp suất khí (P0): đo Barometer atm vật lý biểu thị qua cột thuỷ ngân Baromer cao 760mmHg, diện tích ống đo 1cm (Baromer đặt mặt nứơc biển oC) Trọng lượng thủy ngân: 13,6x0,076 = 1,033kg Vậy áp suất khí Po = atm = 1,033 kg/cm3 (atmosphe vật lý) Áp suất chân không (Pck): áp suất đo Vacummeter, Trị số áp kế nhỏ - áp suất khí Pck < Po Áp suất dư (Pd): áp suất đo Manometer, trị số áp kế lớn áp suất - khí Pd > Po - Áp suất tuyệt đối: không đo đạt mà tính tốn đựơc từ áp suất khí quyển, áp suất chân khơng Ptd = Po + Pd Ptd = Po – Pck b Nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lý, biểu thị mức độ nóng lạnh vật chất Nhiệt độ mức độ vận động rung động trung bình phân tử nội vật chất thời điểm Nếu làm lạnh vật chất đến nhiệt độ -273,15oC tất rung động phân tử biến Nhiệt độ t = -273.15oC gọi “nhiệt độ không tuyệt đối” Hệ đơn vị quốc tế SI sử dụng nhiệt độ bách phân (Celcius) nhiệt độ Kelvin o K làm đơn vị đo nhiệt độ  Thang nhiệt độ Celcius xây dựng sở lấy điểm nước đá tan oC nước sôi 100oC điều kiện chuẩn (P = 1atm = 760mmHg)  Trong kỹ thuật người ta sử dụng nhiệt độ Kelvin oK oK ứng với nhiệt độ khơng tuyệt đối 0oK = -273.15oC Do đó: T0K = toC +273.15  Hệ đơn vị Anh – Mỹ sử dụng nhiệt độ Fahrenheit ( oF) Quan hệ nhiệt độ toF toC sau: toC = 5/9(toF – 32) toF = 32 + 9/5toC c Thể tích riêng 10