Bài giảng Nhiệt động kỹ thuật chương 3

CHƯƠNG III. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG NỘI DUNG BÀI I. GIỚI THIỆU VỀ CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG BÀI II. CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG BÀI III. CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC THIẾT BỊ LẠNH BÀI I. GIỚI THIỆU VỀ CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG (CTNĐ) 1. Định nghĩa chu trình nhiệt động - Để biến nhiệt thành công trong các máy nhiệt phải dùng chất môi giới và cho chất môi giới giãn nở. - Muốn nhận được công liên tục chất môi giới phải giãn nở liên tục. Nhưng môi chất không thể giãn nở mãi vì kích thước máy có hạn. → Vì vậy muốn nhận được công liên tục sau khi giãn nở phải nén môi chất để nó trở về trạng thái ban đầu và tiếp tục giãn nở, nén lần thứ hai…  Chu trình nhiệt động là chu trình trong đó chất môi giới thay đổi trạng thái một cách liên tục rồi lại trở về trạng thái ban đầu. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 2. Phân loại chu trình nhiệt động a. Chu trình thuận chiều: Chu trình tiến hành theo chiều kim đồng hồ (trên các đồ thị trạng thái) gọi là chu trình thuận chiều (hình 1).  Chu trình này biến nhiệt thành công (công sinh ra mang dấu dương), đường cong giãn nở (1a2) nằm phía trên đường cong nén (2b1).  Máy nhiệt làm việc theo chu trình này gọi là động cơ nhiệt. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG p a’ v b’ 2’1’ a b l 0 >0 2 1 Hình 1. Chu trình thuận chiều 2. Phân loại chu trình nhiệt động b.Chu trình ngược chiều: Chu trình làm việc theo chiều ngược kim đồng hồ gọi là chu trình ngược chiều (hình 2). Chu trình này tiêu hao công (công đưa vào mang dấu âm), đường cong nén (2b1) nằm trên đường cong giãn nở (1a2). Máy nhiệt làm việc theo chu trình này gọi là máy lạnh và bơm nhiệt. - Chu trình thuận nghịch: Là chu trình gồm những quá trình thuận nghịch. - Chu trình không thuận nghịch: Nếu trong chu trình chỉ cần có một quá trình không thuận nghịch. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG p b’ v a’ 2’1’ b a l 0 <0 2 1 Hình 2. Chu trình ngược chiều   3. Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt 3.1 Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt Động cơ nhiệt là máy nhiệt làm việc theo chu trình thuận chiều thực hiện việc biến đổi nhiệt thành công. - Ví dụ: Máy hơi nước, tuabin hơi, tuabin khí, động cơ đốt trong và động cơ phản lực CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG  Nguyên lý làm việc Môi chất nhận nhiệt Q 1 từ nguồn nóng có nhiệt độ T 1 giãn nở để biến một phần nhiệt này thành công L o . Sau đó môi chất nhả phần nhiệt còn lại Q 2 cho nguồn lạnh ở nhiệt độ T 2 (ví dụ nước làm mát, khí quyển). Q 1 – |Q 2 | = L o ; L o < Q 1 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 3. Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt 3.1 Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt Q 1 – |Q 2 | = L o > 0 ; L o < Q 1 Hình 3. Nguyên lý làm việc của đông cơ nhiệt Q 1 T 1 T 2 Q 2 L 0 3. Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt 3.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh và bơm nhiệt: Máy lạnh và bơm nhiệt là máy nhiệt làm việc theo chu trình ngược chiều.  Nguyên lý làm việc: Tiêu hao công L o (hoặc nhiệt năng) để môi chất nhận nhiệt Q 2 từ nguồn lạnh có nhiệt độ T 2 rồi truyền lượng nhiệt Q 2 cùng với công L o cho nguồn nóng có nhiệt độ T 1. + Máy lạnh sử dụng nhiệt Q 2 để làm lạnh các vật. + Bơm nhiệt sử dụng nhiệt Q 1 để sưởi, sấy các vật. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 1 2 0 Q Q L   3. Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt 3.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh và bơm nhiệt: CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 1 2 0 Q Q L   Hình 4. Nguyên lý làm việc của Máy lạnh và Bơm nhiệt Q 1 T 1 T 2 Q 2 L 0 4. Công của chu trình Công của chu trình là công của môi chất tác dụng tới môi trường khi chất môi giới thực hiện một chu trình. Ký hiệu: L o (J) hoặc l o (J/kg). 4.1 Công của chu trình tính theo công của các QT: - Vì d(pv) = pdv + vdp, chu trình là quá trình khép kín : - Vì tích số pv là một hàm trạng thái : và   d pv pdv vdp           d pv 0    n i i 1 pdv l      n i i 1 vdp vdp lkt            CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG [...]... chu trình + 1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt + 2 -3: Quá trình cấp nhiệt đẳng áp với nhiệt lượng cấp vào là q1 + 3- 4: Quá trình giãn nở đoạn nhiệt + 4-1: Quá trình nhả nhiệt đẳng tích với nhiệt lượng nhả ra là q2 p q1 2 T p = const 3 3 dq = 0 4 q dq = 0 1 2 v 2 1 4 v = const s CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3 Chu trình lý tưởng của ĐCĐT cấp nhiệt đẳng áp 3. 3 Các đại lượng đặc trưng của chu... quá trình đẳng áp 2 -3: k 1  2 T v    T v 3 1 T  T T  k1 3 3 2 k1 T v  v v        T v  v v   4 3 3 k1 2 k1 3 4 2 1  1 1   1 k    1  k p 1 2 k1  Hiệu suất của chu trình : k 1 2 2 + Trong quá trình đoạn nhiệt 3- 4: T  T k 1  T  T k 4 1 CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3 Chu trình lý tưởng của ĐCĐT cấp nhiệt đẳng áp 3. 3 Các đại lượng đặc trưng... trình cấp nhiệt) :   v 1 2 3 2  Nhiệt lượng cấp cho chu trình: q1 = Cp(T3 - T2)  Nhiệt lượng nhả ra trong chu trình: |q2| = Cv(T4 - T1)  Hiệu suất nhiệt của chu trình:   p q T  T  l  1 1 q q k T  T  0 1 2 1 4 1 3 2 CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 3 Chu trình lý tưởng của ĐCĐT cấp nhiệt đẳng áp 3. 3 Các đại lượng đặc trưng của chu trình : k 1   + Trong quá trình đoạn nhiệt. .. trình + 1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt + 2 -3: Quá trình cấp nhiệt đẳng tích với nhiệt lượng cấp vào là q1 + 3- 4: Quá trình giãn nở đoạn nhiệt + 4-1: Quá trình nhả nhiệt đẳng tích với nhiệt lượng nhả ra là q2 p T q1 3 v = const 3 dq = 0 4 2 dq = 0 2 4 1 v q2 1 v = const s CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2 Chu trình lý tưởng của ĐCĐT cấp nhiệt đẳng tích 2 .3 Các đại lượng đặc trưng của chu... (trong quá trình cấp nhiệt) : 1 2 3 2 v  Độ giãn nở sớm (trong quá trình cấp nhiệt) :   v 4 3  Nhiệt lượng cấp cho chu trình: q  q  q  C  T  T   C  T  T  q  C  T  T   kC  T  T  , 1 1  Nhiệt lượng nhả ra trong chu trình: ,, 1 1 v 3 v 3 2 2 v p 4 q  C T  T  2 v 5 1 3 4 3 CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 4 Chu trình lý tưởng của ĐCĐT cấp nhiệt hỗn hợp 4 .3 Các đại lượng... T  T   Hiệu suất nhiệt của chu trình:   1  1 q  T  T   k T  T  + Trong quá trình đoạn nhiệt 1-2: T   v     T  T  5 2 1 hh 1   v  2 1 T 1 + Trong quá trình đẳng tích 2 -3: 3 k 1 2 4 3 k 1 k 1 2 1 2 T p     T  T   T  T p 3 k 1 3 3 2 1 2 T v   T v + Trong quá trình đẳng áp 3- 4: 2 4 4 3  T  T   T   k 1 4 3 1 3 + Trong quá trình đoạn nhiệt 4-5: k 1 k 1... đẳng tích với nhiệt lượng cấp vào là q1’ + 3- 4: Quá trình cấp nhiệt đẳng áp với nhiệt lượng cấp vào là q1’’ + 4-5: Quá trình giãn nở đoạn nhiệt + 5-1: Quá trình nhả nhiệt đẳng tích với nhiệt lượng nhả ra là q2 q '' p 1 q' 3 T 4 1 2 dq = 0 dq = 0 5 1 q2 v p = const 4 v = const 3 5 2 1 v = const s CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 4 Chu trình lý tưởng của ĐCĐT cấp nhiệt hỗn hợp 4 .3 Các đại lượng... Trong quá trình đẳng tích 2 -3:  k 1 2 k 1 1 2 T p   T p 3 3 2  T  T   T  k 1 3 2 1 2 k1 k1 T v  v  1 + Trong quá trình đoạn nhiệt 3- 4:        T v  v   3 4 2 k1 3  Hiệu suất của chu trình : T  T 4  T  T 4 1 q l 1    1 1 q q  0 2 k 1 t 1 1 1 CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2 Chu trình lý tưởng của ĐCĐT cấp nhiệt đẳng tích 2 .3 Các đại lượng đặc trưng... là quá trình đoạn nhiệt + Quá trình cháy thay bằng quá trình cấp nhiệt và quá trình thải sản phẩm cháy bằng quá trình nhả nhiệt đẳng tích CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1 Khái niệm chung 1.1 Phân loại theo nhiên liệu sử dụng : + Động cơ dùng nhiên liệu lỏng loại nhẹ – động cơ xăng + Động cơ dùng nhiên liệu lỏng loại nặng – động cơ điêzen + Động cơ dùng nhiên liệu khí – động cơ gaz 1.2... (trong quá trình cấp nhiệt) : 1 2 3 2  Nhiệt lượng cấp cho chu trình: q1 = Cv(T3-T2)  Nhiệt lượng nhả ra trong chu trình: |q2| = Cv(T4-T1)  Hiệu suất của quá trình: q T  T  l    1  1 q q T  T  0 2 4 1 1 3 2 t 1 CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 2 Chu trình lý tưởng của ĐCĐT cấp nhiệt đẳng tích 2 .3 Các đại lượng đặc trưng của chu trình k 1 + Trong quá trình đoạn nhiệt 1-2: T   . CHƯƠNG III. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG NỘI DUNG BÀI I. GIỚI THIỆU VỀ CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG BÀI II. CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG BÀI III. CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA CÁC THIẾT BỊ LẠNH BÀI. TRÌNH NHIỆT ĐỘNG p b’ v a’ 2’1’ b a l 0 <0 2 1 Hình 2. Chu trình ngược chiều   3. Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt 3. 1 Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt Động cơ nhiệt là máy nhiệt làm. bị nhiệt 3. 1 Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt Q 1 – |Q 2 | = L o > 0 ; L o < Q 1 Hình 3. Nguyên lý làm việc của đông cơ nhiệt Q 1 T 1 T 2 Q 2 L 0 3. Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt 3. 2