Bài giảng nhiệt động kỹ thuật chương 2

• CÁC ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG HỌC CƠ BẢN • CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA MÔI CHẤT Ở PHA KHÍ CHƯƠNG II BÀI I: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT BÀI II: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI BÀI III. HƠI NƯỚC BÀI IV. QUÁ TRÌNH LƯU ĐỘNG & TIẾT LƯU CỦA KHÍ HOẶC HƠI VÀ CÁC ỨNG DỤNG NỘI DUNG NỘI DUNG BÀI I. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I 1. Nội dung và Ý nghĩa - Định luật nhiệt động thứ I thực chất là định luật bảo toàn và biến hoá năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt. - Nội dung định luật I: “Nhiệt có thể biến thành công và ngược lại công có thể biến thành nhiệt”. - Ý nghĩa: Định luật nhiệt động thứ nhất là định luật quan trọng vì nó là cơ sở để phân tích, tính toán và lập cân bằng về năng lượng trong các quá trình nhiệt động. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I 2. Phương trình định luật nhiệt động thứ I 2.1 Dạng tổng quát của phương trình định luật I - Giả sử môi chất trong hệ nhận lượng nhiệt Q từ môi trường, năng lượng toàn phần của hệ sẽ biến đổi một lượng ∆W = W 2 – W 1 và hệ sinh công ngoài L n12 tác dụng tới môi trường. Định luật bảo toàn năng lượng: Q = ΔW + L n12 (2.1) q = Δw + l n12 (2.2) - Phương trình (2.1) và (2.2) gọi là dạng tổng quát của phương trình định luật. - Các dạng trên đúng cho cả khí lý tưởng lẫn khí thực và cho cả hệ kín lẫn hệ hở. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I 2. Phương trình định luật nhiệt động thứ I 2.2 Phương trình định luật I đối với hệ kín và hệ hở a. Hệ kín. Vì  w =  u và l 12 = l n12 → q =  u + l 12 (2.3) Dạng vi phân: dq = du + pdv (2.4) Định nghĩa enthanpy: i = u + pv → u = i – pv Dạng vi phân: du = di – pdv – vdp PT (2.4) sẽ cho: dq = di – vdp (2.5) Ta sẽ chứng minh các PT (2.3, 2.4, 2.5) cũng đúng cho hệ hở. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I 2. Phương trình định luật nhiệt động thứ I 2.2 Phương trình định luật I đối với hệ kín và hệ hở a. Hệ hở. Vì → PT (2.2) Mặt khác: Ta có thể viết nhiệt lượng: q =  i + l kt12 (2.6) Dạng vi phân: dq = di –dl kt (2.7) PT (2.6, 2.7) chỉ đúng cho hệ hở vì hệ này mới có công kỹ thuật ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I 2 w 2 i g h         2 n12 l 2 q i g h         2 12 n12 l 2 kt l g h       2. Phương trình định luật nhiệt động thứ I 2.2 Phương trình định luật I đối với hệ kín và hệ hở a. Hệ hở (tiếp). Mặt khác: dl kt = -vdp → Từ (2.7) : dq = di-vdp Vì i = u + pv → di = du + pdv + vdp, từ (2.7) : dq = du + pdv →→ (2.3), (2.4), (2.5) đúng cho cả hệ kín lẫn hệ hở. - Với khí lý tưởng: du = C v dT và di = C p dT, từ (2.4), (2.5) ta có các dạng phương trình định luật I đối với hệ kín và hệ hở : dq = C v dT + pdv (2.4’) dq = C p dT – vdp (2.5’) ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I 2. Phương trình định luật nhiệt động thứ I 2.3 Phương trình ĐL I cho dòng khí chuyển động Dòng khí lưu động trong ống là hệ hở và giả sử không thực hiện công ngoài với môi trường (l n12 = 0). Trong đó:  h: Là hiệu số chiều cao của đoạn ống khi vào và khi ra của dòng khí.  h = h 2 – h 1 Vì  h nhỏ nên (g  h) là rất nhỏ vì vậy có thể bỏ qua. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I 2 w 2 i g h         2 2 q i g h        2. Phương trình định luật nhiệt động thứ I 2.3 Phương trình ĐL I cho dòng khí chuyển động (tiếp) Suy ra PT định luật I cho dòng khí chuyển động : (2.8) (2.9) Lưu ý: Công thức: dq = du + pdv và dq = di – vdp → vẫn đúng cho sự lưu động của dòng khí với điều kiện là không có công ngoài (l n12 = 0 ). ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I 2 2 q i      2 2 dq di d          [...]... tích: Cn  Cv suy ra n =0 T2 v2  T1 v1 v2 (2. 37) l 12   pdv  p  v2  v1  (2. 38) - Công kỹ thuật: lkt = -vdp = 0 (2. 39) - Nhiệt trao đổi : Q = GCp(T2 – T1) (2. 40) v1 2. 3 QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP - Biến thiên entrôpi được xác định từ (2. 22) khi Cn = Cp: T v (2. 41) s  s2 s1  Cp ln 2  Cp ln 2 T v1 1 - Biểu diễn trên đồ thị p-v và T-s: p T 1 2 p1=p2 T1 v1 v2 2 T2 v 1 s1 s2 s 2. 4 QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH Cn...  l 12  1   p1   k 1       k 1 p1v1   v1   1     l 12  k  1   v2     (2. 28); (2. 29) 2. 1 QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT - Công kỹ thuật : lkt 12 = k l 12 (2. 30) - Biến thiên entropi khi thế Cn = Ck = 0 : dq CkdT ds   và T T T2 s  Ck ln  0 T1 s1  s2  const hay (2. 31) - Đồ thị: P-v và T-s: p T p1 1 T1 p2 T2 2 v1 v2 v 1 2 s1=s2 s 2. 2 QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT  dq  CT     - Nhiệt. .. pv = const hay v2 (2. 32) p 2 v1  p1 v 2 - Quan hệ giữa các thông số: - Công thay đổi thể tích  n = 1 (2. 33) v2 v 2 RT dv l 12   pdv   dv  RT  v v v1 v1 v1 v2 p1 l 12  RTln  RTln v1 p2 (2. 34) 2. 2 QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT - Công kỹ thuật : lkt 12 = l 12 (2. 35) - Nhiệt trao đổi: tính từ PT ĐLND I Vì T = const → du = di= 0: Do đó: dq = du + pdv = di - vdp  q  l 12  l kt 12 (2. 36) - Nhiệt xác định theo... 2  v1    p1  v 2  k và v 2  p1    v1  p 2  (2. 23) 1 k (2. 24) 2. 1 QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT - Quan hệ giữa các thông số của quá trình, thay n = k: v 2  p1  p 2  v1       và v1  p 2  p1  v 2  k T2  v1    T1  v 2  k 1  p2     p1  1 k k 1 k (2. 25) (2. 26) - Công thay đổi thể tích khi thế n = k sẽ là: l 12  RT1  T2  1  (2. 27); k 1  T1  k 1   p1 v1   p 2. .. các thông số : T2 p 2  T1 p1 - Công thay đổi thể tích: dl = pdv → - Công kỹ thuật với n = : dlkt = -vdp hay Cn  Cv  n   (2. 44) l 12 = 0 (2. 45) p2 lkt 12   vdp  v  p1  p2  p1 - Nhiệt trao đổi xác định từ (2. 22) với Cn = Cv: Q = GCv(T2 – T1) (2. 46) (2. 47) 2. 4 QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH - Biến thiên entrôpi của QT từ PT (2. 22) khi Cn = Cv: T2 p2 s  s 2  s1  C v ln  C v ln T1 p1 (2. 48) - Đồ thị... riêng: - PT định luật nhiệt động I: nk Cn  Cv n 1 q = u + l 12 - Nhiệt trao đổi với môi trường (trừ quá trình đẳng nhiệt) q = Cn(T2 – T1) u = u2 – u1 = Cv(T2 – T1), - Nội năng: → l 12 = q – u = Cn(T2 – T1) – Cv(T2 – T1) l 12 = (Cn – Cv)(T2 – T1) -Thay nhiệt dung riêng Cn và Cv vào PT trên: RT1  T2  l 12  1   n 1  T1  (2. 17) n  d l kt dl CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KLT 2 Quá trình đa biến... -Thay PT (2. 16) vào PT (2. 17): l1 2 n 1   p2  n R T1   1    n 1 p1     + Công kỹ thuật - Từ biểu thức: n     p1v1  n 1   n 1  n 1   p 2     p1          (2. 18) d lkt dl (2. 19) →lkt 12 = n l 12 (2. 20) + Nhiệt trao đổi trong quá trình đa biến (trừ quá trình đẳng nhiệt) : Q = Gq = GCn(T2 – T1) (2. 21) + Biến thiên entropi trong quá trình đa biến (trừ đẳng nhiệt) : ds... (tiếp) - Từ (2. 14) → quan hệ giữa p và v: p 2  v1    p1  v 2  n 1 n  p1  v2 (2. 15)    v1 p2   - Quan hệ giữa nhiệt độ, áp suất, thể tích riêng: Dựa vào phương trình trạng thái đầu và cuối: và p1v1 = RT1 và p2v2 = RT2 → T2  v1    T1  v 2  n 1  p2     p1  n 1 n (2. 16) CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KLT 2 Quá trình đa biến (tiếp) + Công thay đổi thể tích - Nhiệt dung riêng:...  q  T. s2  s1  - Biến thiên entrôpi của quá trình như sau: dq pdv R ds    dv T T v suy ra s  s2  s1  R ln v2  R ln p1 v1 p2 2. 2 QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT - Biểu diễn trên đồ thị: Trên đồ thị p-v quá trình đẳng nhiệt được biểu thị bằng đường cong hypecbol cân, trên đồ thị T-s là đường thẳng nằm ngang p T p1 1 T1=T2 p2 1 2 s1 s2 2 v1 v2 v Đồ thị p-v và T-s của quá trình đẳng nhiệt s 2. 3 QUÁ TRÌNH... QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KLT 1 Xác định biến thiên nội năng và entanpi của khí lý tưởng - Với khí lý tưởng : du = CvdT; di = CpdT Vì Cv = const; Cp = const → biến thiên nội năng và biến thiên entanpi của khí lý tưởng trong mọi quá trình: u = u2 – u1 = Cv(T2 – T1) i = i2 – i1 = Cp(T2 – T1) (2. 11) (2. 12) - Riêng quá trình đẳng nhiệt, vì T2 = T1 nên u = 0 và i = 0 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ . (2. 25) (2. 26) - Công thay đổi thể tích khi thế n = k sẽ là: (2. 27); (2. 28); (2. 29) k 1 k 1 k 2 1 2 1 2 1 T v p T v p                 1 k 2 1 1 2 v p v p        k 2 1 1 2 p. THỨ I ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I 2 w 2 i g h         2 n 12 l 2 q i g h         2 12 n 12 l 2 kt l g h       2. Phương trình định luật nhiệt động thứ I 2. 2 Phương trình định. LUẬT NHIỆT ĐỘNG HỌC CƠ BẢN • CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA MÔI CHẤT Ở PHA KHÍ CHƯƠNG II BÀI I: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT BÀI II: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI BÀI III. HƠI NƯỚC BÀI