TS LE NGUYEN MINH
BAI TAP
NHIET DONG KY THUAT
(Dùng cho các trường Đại học khối Kỹ thuật Công trình)
Trang 3Công ty Cổ phần sách Đại học - Dạy nghề — Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam giữ quyển công bố tác phẩm
Trang 4
Chương 1 a fwrd ~ 6 Bang 1.1 Bang 1.2 Bang 1.3 Bang 1.4 Bang 1.5 Bang 1.6 Bang 1.7 Bang 1.8 ° Bang 1.9 Bang1.10 B c Chương 2 Dwns Chuong 3 Dep Chương 4 2 WN > MUC LUC
Lời nói đầu
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT
TÓM TẮT LÝ THUYẾT
Nhiệt đệ
Độ dãn nở dài của vật rắn ^ khi nhiệt độ thay đổi từ t, đến t; Độ dãn nở thể tích AV khi nhiệt độ thay đổi từ t đến ty Ap suat Nhiệt dung riêng Nhiệt và công Đổi đơn vị hệ SI — hệ Anh/Mỹ Đổi nhiệt độ 0F «» °C Hệ số dãn nở dài của vật rắn
Hệ số dãn nở thể tích ñ của chất lồng ở áp suất 1 bar nhiệt độ 20%C Nhiệt dung riêng và số mũ đoạn nhiệt của khí lý tưởng
Nhiệt dung riêng trung bình phụ thuộc vào nhiệt độ (trong khoảng 0°C = 1500°C)
Thông số kỹ thuặt bộ dãn nở DHE.J—5000 Thông số kỹ thuật bò dan nd XF Thông số kỹ thuật bư dãn nở thể tích Thơng số vặt lý của không khí khô theo nhiệt độ (p = 760 mmHạ) BÀI TẬP BÀI GIẢ! VÍ DỤ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA KHÍ VÀ HƠI TÓM TẮT LÝ THUYẾT Bảng cöng thức các quá trình nhiệt động cơ bản của khi lý tưởng Mày nén piston Các quả trình lưu đông của khí và hơi BÀI TẬP BÀI GIẢI VÍ DỤ CHU TRÌNH CỦA CHẤT KHÍ TĨM TẮT LÝ THUYẾT Công và nhiệt trong chu trình Hàm trạng thái entropi Cơng thức tinh tốn các chư trình động cơ đốt trong BÀI TẬP BÀI GIẢI VÍ DỤ
CHU TRÌNH THUẬN CHIỀU CỦA KHÍ THỰC
TOM TAT LÝ THUYẾT
Nhiệt cung cấp cho quá trình hoá hơi đẳng áp
Thöng số của hơi bão hoà ẩm Chu trình Rankine
Bảng số và đố thị của hơi nước
Trang 52 Chỉ số hiệu quả năng lượng lý thuyết của máy lạnh 63
3 Chu trình bơm nhiệt 64
4, Sơ đồ kỹ thuật máy lạnh — bơm nhiệt 84 5, Ghu trình máy lạnh hấp thụ B5 Các đồ thị lgp — ¡ của các môi chất lạnh 68 8 BAI TAP 75 Cc BÀI GIẢI VÍ DỤ 77 Chương 6 KHƠNG KHÍ ẨM 80 A TÓM TẮT LÝ THUYẾT 80 1 Đồ thị ¡— d của không khí ẩm 80
2 Các công thức xác định thông số không khi ẩm 80
3 Công thức quá trình hòa trộn 80
Đổ thị ¡ ~ d của không khi ẩm (L = 09C - 200°C) 83
Đồ thị ¡ — đ Mollier của không khí ẩm B2
B BÀI TẬP 84
C BÀI GIẢI Ví DỤ 86
Chương 7 TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CƠNG TRÌNH 91
A TOM TAT LY THUYET 91
1 Hiệu suất toàn bó quá trình biển đổi từ nguồn năng lương sơ cấp đến dang nàng lượng năng 91
lương cuối cùng
2 Chỉ số hiệu quả năng lượng thực của mày lanh 91
3 Chỉ sở tiêu thụ điện non tải tích hợp năm của chiller theo ARI 550/590 2003 (Hoa ky) 92
4 Công thức xác định tiêu thụ điện của hệ thống điều hoà không khí 93
5 Tiêu thu điện của hệ thống điều hoà không khi sử dụng Chiller 93
6 Tiêu thu điện của hệ thống điều hố khơng khi sử dụng máy làm lạnh trực tiếp 94
Phụ tuc 7.1 Mức phụ tải nhiệt cho sinh hoạt 95
Phụ luc 7.2 Hệ số sử dụng đồng thời k 95
Phu luc 7.3 Day công suất động cơ 95
Phu lục 7.4 Thông số kỹ thuật bình đun nước nóng bằng điện của 1 số hãng 95
Phụ lục 7.5 Thông số kỹ thuät của 1 số loại bình đun nước nóng bằng gas 98
Phụ lục 7.6 Thông số cơ bản của lò hơi đốt than 96
Phụ lục 7.7 Thông số cơ bản của loại lò hoi true lưu ; 97
Phụ lục 7.8 Thông số kỹ thuật của bơm nhiệt dán dụng cung cấp nước nóng 97 Phụ lục 7.9 Công suất các loại bơm nhiệt công nghiệp THR 040—100, 50Hz 98 Phu luc 7.10 a Thóng số kỹ thuât máy làm lạnh nước — bơm nhiét cing nghiép (Chiller — 101
Heatpump) cung cấp nước lanh 7°C hoặc nước nóng 45°C
Phu lục 7.10b Thông số vận hành máy làm lạnh nước — bơm nhiệt khi chạy ở chế độ làm lạnh 102
Phu lục 7.10c Thống số vận hành máy làm lạnh nước — bơm nhiệt khi chạy ở chế độ bơm nhiêt 104
Phụ lục 7.11a Thông số kỹ thuật của máy làm lạnh nước giải nhiệt gió 106 (Air cooled chiller}
Phụ lực 7.11b Thóng số vận hành của máy làm lanh nước giải nhiệt gió 10? Phu luc 7.12 Thông sổ kỹ thuật mày làm lanh nước giải nhiệt nước 109
(Water cooied chiller) cung cấp nước lạnh 7°C
Phụ lục 7.13 Thông số kỹ thậi của tháp giải nhiệt 144
Trang 6LOI NOI DGC
Cuốn “Bai tap nhiệt động kỹ thuật” được biên soạn dựa trên nội dung giáo trình “Nhiệt động kỳ thuật" do Nhà xuất bản Giáo dục xuất bản tháng 5 — 2008, đang được sử dụng trong chương trình đào tạo bỳ sự ở Trường Đại học Xây dựng
của các ngành: Xây dựng, Hệ thống thiết bị công trình, Năng lương ồ mơi trường, Cấp thốt nước, Cơng nghệ uật liệu xôy dựng
Để đáp ứng được yêu cầu học tộp của sinh oiên uà đổi mới nội dung đào tạo hệ ˆ
Đại học, sách có cấu trúc các chương tương ứng uới cuốn lý thuyết nhằm góp phần tăng cường hiệu qud trong viéc trang bị các biến thức nhiệt động bÿ thuật Ngoài
ra, nội dụng sách còn có phần tôm tắt lý thuyết, tài liệu tra cứu vad các bài tập có giải săn để sinh vién co thé lam bai tap một cách dé dùng hơn Sinh uiên có thể sử dụng cuốn bời tập này làm tài liệu trong khi thị, từ đó có thể nông-cao uàờ mở rộng
nột dụng phần lý thuyết Các số liệu trong bài tập đã được lựa chọn phù hợp uới các
tài liệu kỹ thuật giúp sunh 0iên có thể làm quen uới những tính toán tiết biệm năng
tượng của môn Nhiệt động kỹ thuật
Tóc gia xin chân thành cam ơn sự giúp đỡ của bộ môn Năng lượng uà môi
trường để có thể hoàn thành cuốn sách này
Trong quá trình biên soạn không trúnh khỏi những sai sói, rất mong nhận
được sự góp ý của bạn đọc Những ý hiến góp ý xina gửi uê dia chi email: nhattrung@fpt.vn, hode Céng ty Cổ phần Sách Đại học - Dạy nghề, 2ã Hòn Thuyên,
Hà Nội
Trang 7Chương | NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT A — TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1 Nhiệt độ T(K) - t(°C)+ 273,15 ~ t(°C)+ 273 T (K) - Nhiệt độ tuyệt đối t(°C) — Nhiệt độ Celsius ö 5 " ũ CC) - 9 [TẺP) -32] T (°F) — Nhiét độ Fahrenheit At(°C) = AT(K) 2 Độ dãn nở dài của vật rắn AI khi nhiệt độ thay đổi từ t, đến t; AI ~1.a„[F(, - t) (m) !, - Chiều dài vật rắn ở I, Oy h — Hệ số dãn nở dài của vật rắn trong khoảng nhiệt độ t, — t, được xác định như sau: be ù „| = #e |¿ 1; Ow sh (1/K) t, -t, 3 Độ dãn nở thể tích AV khi nhiệt độ thay déi tw t, dén t, AV = VBeo (t, ~ t,) (m) V, ~ Thể tích chất lỏng ở t, By | › — Hệ số dãn nở thể tích trung bình trong khoảng nhiệt độ t, —› t, được xác định như sau: t Bret ~ Bost B„|t (1/K) tt 4 Áp suất P = Đa † Đa P = Pyq — Pex
p — Ap suat tuyệt đối của chất khí; p„— Áp suất khí quyển;
p.— Ap suất dư; Pa— Độ chân không
Khi sử dụng các công thức thiết lập theo phương trình trạng thái khí lý tưởng thì áp suất được
Trang 85 Nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng thực: C= a
Nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ t, > t, : C, su = x¡(€ inte -Cy 4, 4)
Cyn, « Co a, là nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ từ 0 — t, và Ô — (;
C, — Nniét dung riêng đẳng áp
Đối với khí lý tưởng: a =k P " grieng dang ap
_R C, — Nhiét dung riéng dang tich
‘"k-1
Đơn vị của nhiệt dung riêng: nhiệt dung riêng khối lượng (.J/kg.K), nhiệt dung riêng thể tích
(d/mŠ„.K), nhiệt dung riêng kilômot (J/kmol.K) C 6 Nhiệt và công Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng: Q=G.C.AI= Vựạ.C'.At = M.C, Át Trong đó: Q_ : Nhiệt lượng (J)
C_ : Nhiệt dung riêng khối lượng (J/kg.K) `
C' : Nhiệt dung riêng thể tích (J/ m'.K)
C, : Nhiệt dung riêng kilômol (J/kmol.K)
G : Khối lượng chat khi (kg)
V„ : Thể tích ở điều kiện tiêu chuẩn (t, = 0°C, p„ = 760 mmHg) (m,„); M_ : Số kiômol At=t, -t, - Sự thay đổi nhiệt độ (°C) 2 2 - Công thay đổi thể tích của chất khí: 7 = Jar = Jpav = 1 1 2 - J
- Công kỹ thuật; f= [-vdp (— ông kỹ thuật ¡„ J-vdp (3)
- Quy ước đấu của nhiệt lượng và công thay đối thé tích như sau:
» CMG nhận nhiệt: Q > 0
« CMG nha mhiét: Q< 0
» CMG dãn nở (sinh công): L >0
Trang 9Bảng 1.1 Đổi đơn vị hệ SI - hệ Anh / Mỹ CHIEU DAI l1 cm = 0,3937 in (inch) 1 in (inch) = 25400 cm `| 1 m = 3,2808 ft + Ft=12in = 0,3048 m = 1,0936 yard 4 Yard=53ft = 0,9144 m 1 km = 0,6214 mile(statute) 1 mile(statute) = 1,60934 km = 0,5396 Seemeile 1 Seemeile = 1,85318 km DIEN TICH 1 cm = 01550 sain 1 sqin ” = 64516 cm’ 1 m’ = 10,7639 sq ft 1 Salt = 0,0929 mì THỂ TÍCH 1 cm = 008102 cuin 1 cuin _ = 16.387 cm | 1 dm = 61,024 cuin 3 cuft = 28,317 dm? 1 í = 003531 cu ft 1 cu yard = 0,7646 m?
= 61,026 cuin 1 gal (brit.) = 4546 |
= 0,21998 gai (brit) 1 gal (am.) = 3,785 Ị SỐ = 0,26428 gal (USA) _ -—] KHỐI LƯỢNG 10 = 0.03527 oz | gần = 00648 g | = 15,432 grain 1 02 = 28,35 g 1 kg = 2,2046 Ib (av) tb = 16 oz = 0.4536 kg = 7000 grains 1 t = 0,984 ong tons
= 1,102 short tons 1 long tons (brit) = 1016 kg
Trang 10AP SUAT VALUC
1 N (Newton) = 0,248 — Ib(f) 4 ib(force) —- 4,448 N 1 (Nim?) = 0,0209 Ibíff + Ib/in? (psi) 6895 Nim? (Pascal) 68,95 mbar 703,1 mmH,O 1 bar = 100000 Pa 4 lb/f 47,88 N/m? | = 14504 psi 0,4788 = mbar = 29530 inHg 0,0470 mmH,O
= 0,987 atm 1 inH,O 249,08 Nim?
: 1 mbar(100Pa) = 0,0145 psi 2,4908 mbar
= 0,0285 inHg 25,4 mmH,O
= 04019 inH,O 1 inHg 33,864 = mbar
Trang 1616 Bang 1.7 Thông số kỹ thuật b6 dan no DHEJ-5000° Hoc
: | Chiều nae › Chiểu ye gs
Đườn ` rn Độ dân Đường : -, | DO dan dai kính " Dày dài bộ dãn đải max kính Day dal be dan max
Trang 17Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật bộ dãn nở XF *AJ oh ow’ ok
Đường kính Áp suất Độ dãn Luc day Tổng chiều
Trang 19: Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật bộ dãn nở thể tích Tích nước vào bình khi bơm chay Ngững cấp nước khi bơm tắt | Kích thước (mm) m Mức sụt áp L._ Thê tích Model > 1,3/2,7 2,0/3,3 2,7/4,0
Đường kính Cao tong (A
Trang 20t p Cc, À t p Cp r (°C) kgim? | kJ/kg.độ | W/m.độ (°C) kgim? | kJíkg.độ | W/m.độ [40 | 1128 | 1005 | 278 | 500 | 0.456 1,093 574 | 50 1,093 1,005 283 600 0,404 1,114 622 | 60 1,06 1,005 29 700 0,362 1,135 6,71 | 70 1,029 1,005 2,96 800 | 0,329 1,156 7,18 80 1 1,005 3,05 900 0,301 1172 | 7,63 | 90 0,972 1,005 3,13 1000 0,277 1,185 8,07 100 0,946 1,009 3.21 1100 0,257 1,197 8.5 B — BAI TAP 4.1 Trong 1 bình có thể tích 0,25 mì chứa oxy ở áp suất tuyệt đối là 18 bar và nhiệt độ 2B°C Xác định:
a) Áp suất dư theo các đơn vị khác nhau: bar, N/m”, mmHg, atm, mH;O biết áp suất khí
quyển bang 760 mmHg & 0°C
b) Nhiệt độ oxy tính theo độ Kenvin, Farenhet
c) Thể tích riêng và khối lượng riêng của oxy ở trạng thái trong bình
d)ỳ_ Khối lượng oxy chứa trong bình
e) Nếu khí trong bình được gia nhiệt tới 250°C Tính nhiệt lượng cần thiết để gia nhiệt
1.2 Đường ống dẫn nước lạnh của hệ thống điều hồ khơng khí đường kính - DN200 làm bằng thép có chiều dài 100 m lắp cố định 2 đầu Xác định số lượng bộ dãn nở cần thiết để đường ống không hư hỏng khi nhiệt độ thay đổi từ t = (7 : 40)°C (hệ số dãn nở dài trung binh của thép và của bộ dãn nở tra bang)
1.3 Đường ống nước lạnh của hệ thống điểu hồ khơng khí có đường kính — DN200 làm bằng vật liệu Polyetylen (PE) có chiều dài 84 m lắp cố định 2 đầu Xác định số lượng bộ dãn nở cần thiết để đường ống không hư hỏng khi nhiệt độ thay đổi từ t = (5 : 40)°C, (hệ số dãn nở dài
trung bình của PE và của bộ dãn nở tra bảng)
4.4 Đường ống nước giải nhiệt của hệ thống điều hồ khơng khí có đường kính - DN150 làm bằng Polypropylen (PPR) có chiều dài 60 m lắp cố định 2 đầu Xác định số lượng bộ dãn nở cần thiết để đường ống không bị hư hỏng khi nhiệt độ thay đối tử t = (10+ 50)°C, (hé sé dan nở
dài trung bình của ống PPR và của bộ dãn nở tra bảng)
Trang 214.5 Một đập bê tông có chiều dài 40 m, nhiệt độ khối bê tông sau khi đổ t, = 50°C Sau một thời gian nhiệt độ khối bê tông giảm xuống t; = 30°C Xac định độ giảm chiều dài đập bê tông là
nguyên nhân gây hiện tượng nứt vỡ, (hệ số dãn nở dài trung binh của bê tông tra bảng)
1.6 Tổng thể tích nước lạnh trong hệ thống điều hồ khơng khí là 40 mỶ Xác định độ thay đối thể tích của khối nước trên khi nhiệt độ thay đổi từ t = (20 : 60)°C để xác định thể tích bình dân
nở với khoảng áp suất làm việc của bình là 1,3/2,7 (bar), (hệ số dãn nở thể tích của nước tra bảng)
4.7 Một bình chứa xăng có dung tích 10 m2 làm việc trong môi trường có nhiệt độ thay đổi t= (10+ 50)°C Xác định thể tích xăng tối đa nên chứa trong bình để đảm bảo an toàn, (hệ số
dãn nở thể tích của xăng tra bảng)
1.8 Một bình thép chứa không khí có thể tích 0,05 m? 4 ap suất tuyệt đối 9 bar được gia nhiệt từ nhiệt độ 25°C đến 400°C
— Xác định nhiệt dung riêng trung bình của không khí trong khoảng từ 25°C đến 400°C theo bảng Nhiệt dung riêng 1.6
~ _ Tính nhiệt lượng cần thiết cho quả trình gia nhiệt
4.8 Một bình có thể tích 0,45 m3, chứa không khí ở áp suất dư 5 bar, nhiệt độ 25°C Lượng khơng khí cần thốt ra khỏi bình là bao nhiêu để áp suất trong binh có độ chân không là 450 mmHg,
trong điều kiện nhiệt độ không khí xem như khỏng đổi Biết áp suất khí quyển 760 mmHg 1.10 Một khinh khí cầu có thể tích 1200 mŠ chứa hydro được thả vào khí quyển có áp suất 1 bar và
Trang 22= 16,987.750 = 12740 mmHg = 16,987.0,987 = 16,766 atm = 16,987.10,2 = 173,267 mH,0 b) Nhiệt độ của Oxy: T=28+273 =301K = s28 +32 = 82,4 °F c) Ap dung phương trình trạng thái cho 1kg khí lý tưởng: pv = RT 8314 8314 ~ Hằng số chất khí của khí O;: R = —— = — /kg.K H 32 — Ở điều kiện trong bình: 8314 ao a RT Ta 301 ; + Thế tích riêng: v = —- = “4 -— = 0,043 m’*/kg p 18.10 +.Khdi luang riéng: p = 41.1 „ 23 kg/m° , v 0,043 d) Khối lượng oxy chứa trong bình: V025 = ==—-=8,754 k v 0,043 9
Trang 23‹ Tính toán: — Khi nhiệt độ thay đổi từ 7°C + 40°C, tra bang 1.3 có hệ số dãn nở dài của thép là: a, ~115.10° 1K — Độ tăng chiều dài của ống thép khi nhiệt độ thay đổi từ 7°C + 40°C là: AI = 1œ, (ty — t,) = 100.1/15.10 ° (40 - 7) = 0,03795 m Tra bảng với ống DN = 200, sử dụng bộ dãn nở loại DHE.J -5000 (bảng 1.7) có chiều dai 440 mm và độ dãn nở dài của 1 bộ: Ax = +32mm ~ Số bộ dãn nở cần thiết để đường ống không bị hư hỏng khi nhiệt độ thay đổi từ 7°C + 40°C Al 0,03795 “KAX 13.32.10 ° k: Hệ số lựa chọn của thiết bị (k = 1—1,5) ~1 Vậy cần 1 bộ dãn nở 1.5 Tom tat = 40m Xác định: t, = 50°C ~ AI (m) tạ = 30°C +» Tính toán: - Khi nhiệt độ thay đổi từ 50°C : 30°C, tra bảng 1.3 có hệ số dãn nở dài của bê tông là: a, =115.10° 1K — Độ giảm chiều dài của khối bê tông khi nhiệt độ thay đối từ 50°C + 30°C là: Al = lo (t, ~t,) = 40.118.10 " (30 — 50) = -0,0092 m 1.6 Tóm tắt Vị= 40 m° HO Xác định: t, = 20°C AV(mˆ) t, = 60°C “ Tinh toán: — Khi nhiệt độ thay đổi tly 20°C + 60°C, tra bảng 1.4 có hệ số dãn nở thể tích của nước là: B„ =0,30.10 1/K ~ Độ dãn nở thể tích của nước khi nhiệt độ thay đổi từ 20°C + 60°C là: AV = V,8,,(t, —t,) = 40.0,30.107 (60 - 20) = 0,48 m? Để an toàn sử dụng bình có độ dãn nở là: AV.k = 0,48.1,2 = 0,576m’ k: Hệ số lựa chọn của thiết bị (k = 1 : 1,5)
Với khoảng áp suất làm việc của bình là 1,3/2,7 (bar), tra bang 1.9 cd thé chon bình dãn nở có thể tích dãn nở 617,0 tức loại AT- 426
Trang 24CHưƯƠNG 2
QUA TRINH NHIET DONG CUA KHi VA HƠI
A — TOM TAT LY THUYET
1 Bảng công thức các quá trình nhiệt động cơ bản của khí ly tưởng Quá trình
7 ping » | pan so , - Đoạn nhiệt Đa biến
ang tic gap | Đăng nhiệt pv* = const pv" = const
Trang 252 May nén piston
a) Máy nén piston 1 cấp lý tưởng
2
— Công tiêu tốn trong quá trình nén đa biến:L„„ = L„„; = -JVdp =nly (W)
Trong đó: n - Số mũ đa biến
L;; - Công thay đối thể tích của quá trình 1—2 (W) Len ==" GRT| (Ey | (M) n-1 p 1 Trong đó: G : Khối lượng môi chất chịu nén (kg/s) và Lae T, — Nhiệt trong quá trinh nén: q, = C.(T, - T,) = ch -1) (J/kg) 4 C, - Nhiét dung riéng của quá trình đa biến (J/kg.K) b) Máy nén piston m cấp — Công của máy nén m cấp nén: /_ mn - mi, - - t PERT TRT1-x" Tn" | (kg) Ì (Wk Tỷ số nén: x= m,= 1, = „ = of
— Nhiệt toả ra trong các cấp nén: qg„ - qụ = q„ =C,T(x" 1) (d/kg)
— Nhiét toa ra trong các bình làm mát trung gian: q, - q, - = q + Cí(T, T,) (d/kg)
3 Các quá trình lưu động của khí va hơi
Trang 27B — BÀI TẬP
2.1 Một bình kín có thể tích V= 0,015 mì chứa không khí ở áp suất đầu p; = 1.008 bar, nhiệt độ
t,= 30°C Không khí được cấp nhiệt đẳng tích Q = 16 k
Xác định:
~ Nhiệt độ cuối t; (C), áp suất cuối p; (bar) quá trình; ~ Khối lượng không khí chứa trong bình G (kg);
— Tính độ biến thiên AU (kJ),AS (kJ/K); ~ Biểu diễn các quá trình trên đồ thị p—v, T~s
Cho biết không khí có: C„= 0.7171 kJ/kg.K; R = 287 d/kg.K; k = 1,4
2.2 Một bình kín có thế tích 0,12 m” chứa khí oxy có áp suất tuyệt đối 10 bar và nhiệt độ 50°C,
được cấp nhiệt đẳng tích, nhiệt độ tăng đến 150°9C
Xác định:
— Khối lượng G (kg) và áp suất p; (bar);
~ Nhiệt lượng cần cung cấp Q{kJ);
- Tính độ biến thiên AU (kJ), AS (kJ/K);
~ Biểu diễn quá trình trên đồ thị p—v, T—s
Cho biết không khí có: C,= D,7171 kJ/&kg.K; R = 287 J/kg.K; k = 1,4
2.3 Xylinder có đường kinh d = 400 mm chứa không khí có thé tich 0,08 m’, áp suất 3,06 atm, nhiệt
độ 15°C Nếu không khí nhận nhiệt trong điều kiện piston chưa kịp dịch chuyén (V = const) và nhiệt độ không khí tăng tới 398°C
Xác định:
- Luc tac dụng lên mặt trong của piston F(N);
— Khối lượng không khí có trong xylinder G (kg);
~ Nhiệt lượng cung cấp Q (k);
~ Lượng biến đổi AS (kJ/K);
- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p-v, T—s
Cho biết không khí có: C„= 0,7171 k.J/kg.K ; R = 287 J/kg.K ; k = 1,4
2.4 Không khí trong xylinder dãn nở đẳng nhiệt ở nhiệt độ t = 20°C, từ thể tich V,= 4,5 m$, áp suất p:= 5 bar đến thể tích V„= 5,4 mì
Xác định:
— Thông số p; (bar);
— Lượng nhiệt cần cung cấp Q (kJ):
~ Tính độ biến thiên AS (kJ/K) của không khí trong xylinder;
- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p—v, T~s
Cho biết không khí có: C„= 0,717 1 kJ/kg.K; R = 287 J/kg.K: k = 1,4
Trang 282.5 Cho 5 kg không khí có thông số ban đấu p, = 0,8 bar, t, = 35°C, thuc hién qua trình nén đẳng
nhiệt tới áp suất p„= 6,2 bar
Xác định:
- Các thông số V, (m”) V; (m3); ~ Nhiệt lượng của quá trinh Q (KJ):
- Công thay đổi thể tích L (kJ); ~ Sư thay đổi entropi : vS (k.J/K);
~ Biểu diễn quả trình trên đồ thị p — v,T — s
Cho biết không khí có: C„ = 0.7171 kJ/kg.K; R = 287 J/kg.K; k = 1,4
2.6 Cho 0,05 kg không khí có nhiệt độ 350°C, áp suất tuyệt đối 28 bar, tiến hành quá trình gia
nhiệt đẳng áp đến nhiệt độ 8109 Xác định:
~ Thể tích đầu, cuối V, (m'), V¿ (m));
~ Nhiệt lượng cấp vào Q (kJ);
~ Công thay đổi thể tích L (k.);
- Sự thay đối nội năng: AU (k.) và thay đổi entropi : AS (k.J/K);
- Biểu diễn quá trình trén dé thin v va T-s
Cho biết không khí có C, = 0,7171 kd/kg.K ; R = 287 J/kg.K: k = 1,4
2.7 Cho 0.004 kg không khi ở áp suất ban dau p, = 35 bar, nhiệt độ ban dau t, = 1000°C dan nd đoan nhiệt đến áp suất p; = 2 bar,
Xác định:
~ Thể tích đầu, cuối : V, (m'), V; (mì); ¬ Nhiệt độ cuối của quá trình: t; (°C); ~ Công thay đổi thể tích L (kJ);
~ Sự thay đổi nội năng \U (kJ)
- Biểu điễn quá trình trên đồ thị p-v vả T—s
Cho biết không khí có: C„ = 0,7171 kJ/kg.K ; R = 287 J/kg.K; k = 1.4
2.8 Cho 0,008 kg không khi có thông số ban đầu V, = 0,003 m?, t,= 26”C thực hiện quá trình nén đoan nhiệt đến thể tích V„= 0,0005 mẺ
Xác định:
— Áp suất đầu và cuối : p,, p;(bar);
~ Nhiệt độ cuối t; (°C);
- Công thay đổi thể tích L(k.): - Sự thay đổi nội năng: AU(k.J);
- Biếu diễn quá trình trên đồ thị p — v, T~s
Cho biết không khi có €, = 0,7171 kJ/kg.K; R = 287 J/kg.K, k = 1,4
Trang 292.9 Cho 4 kg không khí có thông số ban dau p, = 20 bar, t, = 140°C thực hiện quá trình dân nở đoạn nhiệt thể tích tăng 6 lấn
Xác định:
- Thể tích đầu vã cuối: V, V; (m));
~ Nhiệt độ cuối và áp suất cuối : t; (°C); p; (bar);
- Sự thay đổi nội năng: AU (kJ); - Công thay đổi thể tích L (kJ);
- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p - v, T—s
Cho biết không khí có: €„ = 0,7171 kJ/kg.K; R = 287 J/kg.K; k = 1,4
2.10 5 kg không khí được nén đa biến với số mũ đa biến n = 1,2 trong máy nén từ nhiệt độ t,= 20°C, áp suất p,= 0,981 bar đến áp suất p; = 7,845 bar
Xác định:
— Các thông số trạng thái: t, (°C), V, (m’), V2 (m?);
— Lượng nhiệt toả ra Q (k.J);
— Lượng biển đổi nội năng AU (kJ); Công thay đổi thể tích L (kJ);
Biểu diễn quá trình trên đồ thị p—~v, T-s
Cho biết không khi có: C„ = 0,7171 kJ/kg.K; R = 287 J/kg.K
2.11 Cho 0.003 kg không khi với thông số ban đầu p, = 1 bar, t, = 27°C được nén đa biến tới
p, = 20 bar, t, = 217°C
Xac dinh:
— Cac théng sé trang thai: V, (m*), V; (m”); — Sô mũ đa biến: n;
— Công thay đổi thể tich L (kJ):
- Nhiệt lượng Q (kJ);
— Biểu diễn quá trinh trên đổ thị p—v, T —s
Cho biết không khí có: C„ = 0,7171 kJ/kg.K ; R = 287 J/kg.K
2.12 Cho 0,02 kg không khí với thông số ban đầu p¿ = 32 bar, t, = 927°C được dãn nở đa biến với n = 4/3 đến thể tích tăng 14 lần
Xác định:
— Cac thông số trạng thái : V, (m?), Vạ (m”), p; (bar), tạ (°C); — Công thay đổi thể tích L (kJ):
- Nhiệt lượng Q (kJ):
- Độ biến thiên AU(kJ),AS(kJ/K):
- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p -— v, T - s
Cho biết không khí có: C„ = 0,7171 kJ/kg.K ; R = 287 J/kg.K
2.13 Không khí trong xylinder có thể tích 1,25 lít và thông số ban đầu p, = †1 bar, t, = 27°C được nén đa biển với n = 1,2 tới áp suất p; = 7 bar
Trang 30Xác định:
~ Các thông số trạng thái : V; (m?), t; (°C); ~ Công thay đối thể tích L (k);
~ Nhiệt lượng Q (k.);
~ Độ biến thiên AU (kJ),AS (kJ/K);
— Biểu điễn quá trình trên đổ thị p_— v, T — s
Cho biết không khí có: C, = 0,7171 kJ/kgK ; R = 287 J/kg.K
2.14 Máy nén khí lý tưởng một cấp có công suất 100 m'/h Không khí có áp suất p; = 1 atm, nhiệt dé t,= 27°C được nén đến áp suất p;= 8 atm theo quá trình đa biến với n = 1,2
Xác định: `
— Thể tích cuối và nhiệt độ cuối các quá trình nén; - Công suất của máy nén;
~ Lượng nhiệt toả ra trong quá trình nén;
- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p—v và T-s,
Cho biết không khí có: C, = 0,7171 kJ/kgK ; R = 287 J/kg.K
2.15 Máy nén không khí 2 cấp lý tưởng, áp suất đầu p„= 1 atm, áp suất cuối p, = 9 atm Tiến hành nén đa biến n = 1,2, nhiệt độ đầu t, = 27°C
Xác định:
- Biểu diễn quá trình trên đồ thị p—v và T—s;
~ Áp suất cuối và nhiệt độ cuối các quá trình nén;
~ Công của máy nén và nhiệt toả trong các bình làm mát trung gian tương ứng với 1 kg
không khí và 5 kg không Khí
Cho biết không khí có: C„ = 0,7171 kJ/kgK; R = 287 J/kg.K
2.16 Không khí lưu động đoạn nhiệt qua ống tăng tốc nhỏ dần (vòi phun) có kích thước đầu
vaolra là : d,/d; = (360/160) mm
Biết không khi có lưu lượng V = 2000 m3/h, áp suất p„ = 1,06 bar, nhiệt độ t, = 22°C thổi vào môi trường có áp suất p, = 1 bar
Xác định:
— Tốc độ đầu vào và ra của ống tăng tốc
— Công kỹ thuật
Cho biết không khí có: C„= 0,7171 kJ/kgK ; R = 287 J/kg.K; k = 1,4
2.17 Không khí lưu động qua vòi phun nhỏ dần có kích thước d,/d; = (100/30)mm Biết lưu lượng qua vòi phun là 100 m3/h, áp suất p = 1,1 bar, nhiệt độ t, = 20°C được thổi vào phòng có ap suất 1 bar Xác định: ~ Tốc độ đầu vào và ra của ống tăng tốc; — Công kỹ thuật 2.18 Xác định tốc độ lưu động của không khí và kích thước rnặt cắt cửa vào và ra của ống tăng tốc nhỏ đần
Biết lưu lượng của dòng G = 55,5 I/s, áp suất và nhiệt độ ở cửa vào là 1,08 bar và 20°C, áp suất của môi trường sau ống tăng tốc bằng 1 bar
Trang 31C — BÀI GIẢI VÍ DỤ 2.1 Tóm tắt V = 0,015 m? = const Xác định: P, = 1,008 bar tạ (°C), p; (bar), t, = 30°C G (kg); Q= 16 kJ AU(kJ), AS(kJ/K); C,= 0,7171 kJ/kg.K; R = 287J/kg.K; k = 1,4 Biểu diễn trên p—v,T-s s* Tính toán:
Áp dụng phương trình trạng thái cho G kg khí lý tưởng: pV = GRT
Trang 33s Tính toán:
Áp dụng phương trình trạng thái cho G kg khí lý tưởng: pV = GRT Thể tịch đầu, thể tích cuối quá trình: GRT, _ 0,05.287.(350 + 273) Vi = a =0,0032 m’ ‘9 28.10° 0,05.287(810+ 27 V, = GRT, = 0,05.287(810 › 273) = 0,0056 m? P 28.10 Nhiệt lượng cần cung cấp: Q>z6C,(đ;- t,) = Gk€,(t; — t) = 0,05.1,4.0,717 1(810 — 350) = 23,09 kJ Công thay đổi thể tích: L= Gp(v; -— vị) = p(V;— V,) = 28 10°(0,0056 — 0,0032) = 6601 J = 6,601 kJ Độ biến thiên nội năng: AU = GC, (t, ~ t,) = 0,05.0,7171(810 — 350) = 16,493 k.J Độ biến thiên entropi: T T, 810+273 AS =GC,In-2 = GkC,In 2 = 0,05.1,4.0,71711n O10 $= Gein ing =o "'350+.273 +273 _ 9.028 kak * % Biểu diễn trên đồ thị p—v, T—s: p T 2 14.2 ———¿ — 4; 1 v 5 2.7 Tóm tắt G = 0,004 kg Xác định: p, = 35 bar Vị, V; (mì); t, = 1000°C tứC); Dãn nở đoạn nhiệt L (kJ); Pp, = 2 bar AU(kJ) ; C,= 0,7171 kJ/kg.K; R= 287 J/kg.K; k=1,4 Biéu dién trén p-v T-s w* Tính toán:
Trang 36«Tính tốn: Áp suất cuối và nhiệt độ cuối các quá trình nén: Tỷ số nén: n= t= [ee = dễ = P, Py 1 p, = np, =3.1=3atm p, =7’p, = 37.1=9atm 1 12 1 T, =T, =T/x" =(27+273).3'2 =360K Với G = 1 kg: at v2 1 Lo = oer | t- n =1 = = 287 300|1- 312 = -207608 J = -207,608 kJ n — Q, = Q;=~GC,(T; - T;) = -GkC, (T, - T,) = —1.1,4.0,72 (360-300) = ~60,48 k.J Với G = 5 kg na 12-1 G2 RT[1-z” | 5 oo 287 s00 4 ò 312 |=-1088040=—toas kJ Q, = Q, = -GC,(T, - T,) = -Gk.C, (T, -T,) =-5 = (360-300) = —302,4 kJ 2.16 Tóm tắt d, = 360 mm = 0,36 m Xác định: d; = 160 mm = 0,16m V = 2000 m*/h = 0,556 m*/s Pp, = 1,06 bar, t, = 22°C Pp, =1 bar C,= 0,7171 kJ/kg.K; R = 287J/kg.K; k=1.4 ~ 0,02, _ Lạ “ Tính toán:
Trang 38Chương 3
CHU TRÌNH CỦA CHẤT KHÍ
A — TỒM TẮT LÝ THUYẾT
1 Công và nhiệt trong chu trình
1.1 Hiệu suất nhiệt fo ¡- lại Hiệu suất nhiệt: n, = q q, 1.2 Công sinh ra trong chu trình thuận Í,= q,- qạ>0
Trong đó: q, - Nhiệt lượng cấp vào
i, — Công sinh ra trong một chu trình q,- Nhiệt lượng nhả vào môi trường
1.3 Chỉ số hiệu quả làm lạnh
kW
cop=% | i, kW,
hoặc PIC = CÔN): ine ] kW
Trang 39Trong đó:
ọ : Chỉ số hiệu quả bơm nhiệt
q, : Nhiệt tượng cấp cho vật cần sấy nóng, (kW,)
q;: Nhiệt lượng thu từ mỗi trường, (kW,) í; : Công tiêu thụ, (kW,) 2 Ham trang thai Entropi Trong do: — Độ biển thiên Entropi: s - Hàm Entropi (J/kgK) ds - dq T 2 As = [29 T
dq — Vi phân nhiệt lượng T- Nhiệt độ tuyệt đối 2 — Tính nhiệt lượng theo Entropil: q= [Tds (= 1 3 Cơng thức tính tốn các chu trình động cơ đốt trong on eee -——-——
Chu trinh déng _Ï Chu trình động cơ a Chu trinh tuabin
cơ đốt trong cấp đốt trong cấp Chu trình độn gơ dot khi cap nhiét
_ nhiệt đẳng tích | nhiét dang áp _ trong cap nhigt non hee dang áp
Tet TeX’ Tet! Tet
Trang 40
Chu trình động Chu trình động cơ Chu trình động cơ đết Chu trinh tuabin
co dot trong cấp đốt trong cap trong cấp nhiệt hỗn hợ khí cấp nhiệt | nhiệt đẳng tích nhiệt đẳng áp _ g cáp nhị TP đẳng áp q; CT, - T2) €;(T; — T›) C,(T, -T,)+kC,(T, -T, ) C,(1; -T,) q; Cc AT, ~ TJ Cu -T) Cứ, -T,) C,(T, -T,) # (p" - 1) _ -_Àp c1 1), 1 1 eS CT ey ke" '{p - 1) ae 1 eX '[(A- wf 1) +kA(p- 1)| Bk rt Pf ,.L 1 n hn — _ TỶ 1 ~ k4 mm Yma„-l ‘ — Chu trinh động cơ đốt trong (ĐCĐT): “ , “ Và Ve + woe 2 Z Mi Tỷ số nén; À= Pa _ Ty s6 tang ap khi chay; p = v ~ —> = *.— Tỷ số dẫn nở sớm, Vv 2 P; 2 2 3 —_ Chu trình Tuabin khí cấp nhiệt đẳng áp: < ow oo , wo, T1 TT, p= Pa _ Tỷ số tăng áp khi nén; p = Va _ ty số dân nở sớm, yy, == = ~* P, V; ZT, B— BÀI TẬP
3.1 Chu trình Carnot thuận chiều của không khí được tiến hành trong phạm vi nhiệt độ
Tmax = 1050 K, T„„ = 350 K và phạm vi ap suat p,,,, = 50 bar, Pan = 1 bar Biết C„ = 0.7171 kJ/kg.K, R = 287 k.J/kg.K, k = 1,4
Xác định:
~ Biểu diễn chu trinh trên đổ thị p—v, T—s;
~ Các thơng số è bản (p, v, t) ở các đỉnh của chu trình;
~ Nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới với nguồn nóng và nguồn lạnh
~ Hiệu suất nhiệt của chu trình
3.2 Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng tích, chất môi giới là không khí có p, = 1 bar, t, = 20°C, tỷ số nén z - 6, tỷ số tăng áp À =2
Biét C, = 0.7171 kJ/kg.K, R = 287 kJ/kg.K, k = 1,4
Xac dinh:
~ Biểu diễn chu trình trên đồ thi p~v, T-s;
— Các thông số cơ bản (p, v, t) ở các đỉnh của chu trình;
— Nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới với nguồn nóng và nguồn lạnh
~ Hiệu suất nhiệt của chu trình
3.3 Động cơ xăng 125 cm? cấp nhiệt đẳng tích có tỉ số nén = 9, 4 Kì, công suất 5 kW, tốc độ
7500 vòng/phút, làm việc ở điều kiện mồi trường 27°C,1 bar Biết C„ = 0,7171 kJ/kg.K,
R = 287 kJ/kg.K, k = 1,4