NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TRUYỀN NHIỆT (Thermodynamics and Heat Transfer

Mục tiêu môn học :công và truyền nhiệt điện, hệ thống lạnh và điều hoà không khí, thiết bị sấy, thiết bị trao đổi nhiệt ,... Khoảng không gian không nằm trong hệ thống nhiệt động và khôn

NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ TRUYỀN NHIỆT

(Thermodynamics and Heat Transfer )

Số tiết Tổng: 60 LT: 30 TH: 15 TN: 15 BTL/TL:

x

Tỉ lệ đánh giá BT: 15% TN: 15% KT: 20% BTL/TL:10% Thi: 40% Hình thức đánh giá - Bài tập: kiểm tra trắc nghiệm 30 phút, phần Nhiệt động

- Thí nghiệm: đánh giá qua 4 bài thí nghiệm và kiểm tra

- Kiểm tra: Thi giữa kỳ trắc nghiệm – 45 phút

- Bài tập lớn: trắc nghiệm 30 phút phần Truyền nhiệt

- Thi: Thi cuối kỳ trắc nghiệm – 90 phút

Note: Bài giảng này có sử dụng một số hình ảnh minh hoạ sưu tầm trên internet và thuật ngữ tiếng Anh

1/39

Nhiệt động lực học kỹ thuật – NXB

ĐHQG Tp.HCM

2 Hoàng Đình Tín, Đỗ Hữu Hoàng,

Hoàng Thị Nam Hương– Bài tập

nhiệt động lực học kỹ thuật và

3 Hoàng Đình Tín – Truyền nhiệt và

tính toán thiết bị trao đổi nhiệt –

– Thermodynamics: An

engineering approach – McGraw

Hill

6 Yunus A Cengel – Heat transfer:

A practical approach – McGraw

Hill

Tuần 5  Chương 3: Các quá trình cơ bản của khí lý tưởng

Thi trắc nghiệm nhiệt động

(15% tổng điểm)

Tuần 6  Chương 4: Chất thuần khiết (6 tiết)

Tuần 7, 8  Chương 5: Chu trình thiết bị động lực hơi nước

Thi giữa kỳ Chương 6: Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt Tuần 9, 10  Chương 7: Không khí ẩm

PHẦN II: TRUYỀN NHIỆT

Tuần 11  Chương 8: Những khái niệm cơ bản

Tuần 12  Chương 9: Dẫn nhiệt

Tuần 13  Chương 10: Trao đổi nhiệt đối lưu

Tuần 14  Chương 11: Trao đổi nhiệt bằng bức xạ

Tuần 15  Chương 12: Thiết bị trao đổi nhiệt

Mục tiêu môn học :

công) và truyền nhiệt

điện, hệ thống lạnh và điều hoà không khí, thiết bị sấy,

thiết bị trao đổi nhiệt ,

1.1 Các vấn đề chung

1.2 Một số khái niệm và định nghĩa

1.3 Thông số trạng thái của môi chất

7/39

Q  W  hiệu quả nhất

Ngành học nghiên cứu sự biến đổi qua lại giữa nhiệt và công để có hiệu quả nhất.

Q  W  hiệu quả nhất

Schematic diagram of a shipboard nuclear propulsion system 9/39

là khoảng không gian trong đó có chứa 1 lượng chất môi giới đang được khảo sát Khoảng không gian không nằm trong hệ thống nhiệt động và không thuộc phạm vi khảo sát gọi là môi trường ( Surroundings ).

Mặt ranh giới là mặt ngăn cách giữa chất môi giới và môi trường.

1.2.1 Hệ thống nhiệt động (Thermodynamic system):

Có 4 loại hệ nhiệt động:

1) Hệ kín (closed system)

2) Hệ hở (open system)

3) Hệ đoạn nhiệt (adiabatic system)

4) Hệ cô lập (isolated system)

11/39

(1) Hệ kín (closed system)

chất môi giới không đi xuyên qua bề mặt ranh giới

 Lượng chất môi giới duy trì không đổi

Hệ thống lạnh

1.2.1 Hệ thống nhiệt động (Thermodynamic system):

(2) Hệ hở (open system)

chất môi giới có thể đi qua (vào, ra) bề mặt ranh giới

13/39

(3) Hệ đoạn nhiệt (adiabatic system)

(4) Hệ cô lập (isolated system)

Hệ không có trao đổi bất kỳ dạng năng lượng nào với môi trường (trong nhiệt động học: không có sự trao đổi nhiệt và công).

Chất môi giới và môi trường không có sự trao đổi nhiệt với nhau, trong quá tình hoạt động chất môi giới không nhận nhiệt cũng như nhả nhiệt ra môi trường.

1.2.2 Nguồn nhiệt và máy nhiệt:

A heat source is something that makes it’s own heat!

Máy nhiệt

Động cơ nhiệt (Heat engine)

Máy lạnh (Refrigeration system) Bơm nhiệt (Heat pump)

Thuận chiều: biểu diễn các quá trình trên đồ thị theo chiều kim đồng hồ

15/39

a) Động cơ nhiệt: biến đổi nhiệt năng → cơ năng

Đây là máy nhiệt dùng để sinh công, chất môi giới sẽ vận chuyển nhiệt lượng theo chiều thuận từ nguồn nóng đến nguồn lạnh và giãn nở sinh công.

VD: Động cơ đốt trong, động cơ phản lực, thiết bị động lực hơi nước, turbine…

Q1: nhiệt lượng mà chất môi giới nhận vào

Q2: nhiệt lượng mà chất môi giới nhả ra cho

nguồn lạnh W: công sinh ra

1.2.2 Nguồn nhiệt và máy nhiệt:

a) Động cơ nhiệt

1 2

1 2 1

Q 1

Q Q Q

Q

W

η     

12

q q 1

Để đánh giá mức độ hoàn hảo của động cơ nhiệt, tức

mức độ biến đổi từ nhiệt lượng ra công, người ta sử dụng

khái niệm hiệu suất nhiệt  :

a) Động cơ nhiệt

1.2.2 Nguồn nhiệt và máy nhiệt:

b) Máy nhiệt ngược chiều (máy lạnh, bơm nhiệt): cơ năng → nhiệt năng

nhận công từ bên bên ngoài để vận chuyển nhiệt lượng theo chiều ngược từ nguồn lạnh đến nguồn nóng.

Máy lạnh

Bơm nhiệt

19/39

b) Máy nhiệt ngược chiều

Máy lạnh

Theo nguyên tắc bảo tồn năng lượng ta cĩ:

W Q

Q1  2 

Nguồn lạnhNguồn nóng

Bơm nhiệt,Máy làm lạnh W

Q 1

Q 2

2 1

2 2

Q Q

Q W

2

q q ε

1.2.2 Nguồn nhiệt và máy nhiệt:

b) Máy nhiệt ngược chiều

21/39

Là chất trung gian thực hiện sự biến đổi và chuyển tải năng lượng trong các hệ thống nhiệt động.

Chất môi giới thường là dạng khí và hơi.

Môi chất khí  các quy luật hiện tượng có thể thể hiện bằng các công thức tính toán

Môi chất hơi  sử dụng bảng tra hay đồ thị

* Khí lý tưởng : chất môi giới có thể là khí lý tưởng khi thỏa 2 điều kiện:

+ Thể tích bản thân các phân tử bằng không

+ Lực tương tác giữa các phân tử bằng không

1.3.2 Thông số trạng thái

* Trạng thái: tổng hợp tất cả các đặc trưng vật lý của chất môi giới tại 1 thời điểm nào

đó và 1 vị trí nào đó trong hệ thống nhiệt động.

Các thông số dùng để xác định trạng thái gọi là thông số trạng thái

Để xác định 1 trạng thái của chất môi giới ta phải biết ít nhất 2 thông số trạng thái độc lập với nhau

Các thông số trạng thái: nhiệt độ, áp suất, thể tích riêng (khối lượng riêng), nội năng, enthalpy, entropy, exergy.

Trong đó nhiệt độ, áp suất và thể tích riêng là các thông số trạng thái cơ bản

23/39

Là thông số biểu thị mức độ nóng hay lạnh của một vật Nhiệt độ là yếu tố quyết định hướng chuyển động của dòng nhiệt

Dụng cụ đo: nhiệt kế Đơn vị: độ

* SI (System International):

+ Thang đo bách phân – Celcius 0C, t (100 vạch)

+ Thang đo tuyệt đối: Kelvin K, T

T(K) = t(oC) + 273

* Anh, Mỹ: (English system, Inch Pound System)

+ Thang đo Fareinheit, 0F (180 vạch)

t0F = 1,8 x t0C + 32

Nhiệt độ:

Maximum Temp ? Absolute zero Temp.

25/39

Áp suất:

Là lực tác dụng lên 1 đơn vị diện tích bề mặt ranh giới theo phương pháp tuyến với

bề mặt đó.

P = F/A Dụng cụ đo: áp kế

Đơn vị đo: N/m2 = pa

Các loại áp suất:

+ Áp suất khí quyển: Pkq ( barometer)

+ Áp suất dư: Pd (manometer)

+ Áp suất chân không: Pck ( vacumeter)

+ Áp suất tuyệt đối: P

* Chú ý: chỉ có áp suất tuyệt đối mới là thông số trạng thái

Manometer (áp kế): Dùng để đo áp suất dư

Barometer: Dùng để đo áp suất khí quyển

Vacumeter (Chân không kế): Dùng để đo áp suất chân không

27/39

Barometer: Dùng để đo áp suất khí quyển Manometer (áp kế): Dùng để đo áp suất dư

Nếu P > Pkq: Nếu P < Pkq

P = P kq - P ck P = P kq + P d

Áp suất: Tính áp suất tuyệt đối

29/39

Nếu P > P

Áp suất: Tính áp suất tuyệt đối

31/39

Áp suất: Tính áp suất tuyệt đối

a) Xác định áp suất máu nếu áp suất máu = áp suất bình ở độ cao 1.2m?

b) Để truyền dịch, áp suất dịch truyền cần lớn hơn áp suất máu 20kPa Hỏi độ

cao cần thiết của bình? Khối lượng riêng của máu 1020kg/m3?

a) Pd = Pflood =  gh

b) h=Pd /  g

Thể tích riêng:

v = V/G (m 3 /kg) Khối lượng riêng:

 = G/V = 1/v (kg/m 3 )

G: Khối lượng của môi chất đang khảo sát V: Thể tích chiếm chổ của môi chất khảo sát

Lưu ý: chỉ có v (thể tích riêng mới là thông số trạng thái)

+ Hai thông số này vừa giống vừa khác nhau, giống là phản ảnh giữa V và G, khác ở chổ chỉ số v và  là 2 thông số phụ thuộc nhau.

35/39

Nội năng (u)

+ Là tất cả năng lượng có trong vật chất tại trạng thái đang khảo sát

E = Eđ + Et + U

+ là lượng biến đổi năng lượng của hệ thống khi không xét đến các biến đổi động năng

và thế năng

+ Là thông số trạng thái không đo trực tiếp được mà thông qua tính toán

+ Nội năng gồm 2 thành phần: Nội động năng và thế năng

Đối với khí lý tưởng nội năng chỉ có 1 thành phần nội động năng và chỉ phụ

thuộc vào nhiệt độ.

Enthalpy is a measurement of energy in a thermodynamic

system It is equal to the internal energy of the system plus the

product of pressure and volume.

+ Being a property, a state or point function

i = u + pv (kJ/kg)

Entropy (s)

Entropy is a thermodynamic property which provides a

thermodynamic state.

+ Entropy of a reversible process is defined as

+ Entropy of a irreversible process

39/39