Chương 04: Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khí

Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí Chương NHỮNG QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT CƠ BẢN CỦA DÒNG KHÍ 4.1 Quá trình lưu động 4.1.1 Những khái niệm dòng chảy a Dòng chảy trình lưu động - Chất khí chất lỏng chuyển động gọi chung dòng chảy - Dòng chảy có khối lượng riêng không đổi dòng không bị nén, dòng chảy có khối lượng riêng thay đổi dòng bị nén Dòng chất lỏng thông thường dòng không bị nén, dòng không khí tốc độ nhỏ (nhỏ 100 m/s) dòng khí có số Mach M ≤ 0,3 xem dòng không bị nén để khảo sát cho đơn giản sai số nhỏ 3% Tính chất dòng không bị nén tuân theo qui luật thuỷ động học, tính chất dòng bị nén tuân theo qui luật nhiệt động học - Theo nhiệt động học dòng chảy hệ hở có thông số trạng thái áp suất p , nhiệt độ T , khối lượng riêng ρ tốc độ ω Các thông số trạng thái ω p dòng thông số cân tiết diện ρ vuông góc với tốc độ dòng T - Quá trình biến đổi thông số trạng thái F dòng chảy gọi trình lưu động Những trình nhiệt dòng mô tả phương trình chuyển động dòng phương trình trình nhiệt Giải hệ phương trình xác lập tính chất dòng đặc biệt dòng có tốc độ lớn Các thông số trạng thái b Những giả thiết nghiên cứu dòng lưu mặt cắt dòng chảy động - Dòng chảy ổn định: Thông số trạng thái môi chất điểm dòng không thay đổi theo thời gian Giá trị thông số trạng thái điểm tiết diện vuông góc với dòng - Dòng chảy liên tục: Lưu lượng khối lượng dòng qua tiết diện vuông góc với dòng chảy - Quá trình lưu động trình đoạn nhiệt thuận nghịch, nghĩa trình lưu động tượng ma sát, tượng xoáy v.v không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh c Một số đại lượng đặc trưng cho dòng chảy • Tốc độ âm thanh: Tốc độ âm tốc độ lan truyền nhiễu nhỏ môi trường Khí động học chứng minh tốc độ âm ( a ) là: a= dp dρ dp thay đổi áp suất nhiễu tạo ra; d ρ thay đổi mật độ môi chất có thay đổi áp suất Ta biến đổi sau: a = dp = dρ dp 1 = d ÷ v Với giả thiết dòng đoạn nhiệt, ta có: pv k = const = C ⇒ dp dv = − v − v dp dv p = Cv − k Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí dp = − k 2Cv − k −1 dv ⇒ a = −v ( −k ) pv k Do đó: v k +1 a = kpv Với dòng khí lí tưởng, thay pv = RT ta được: a = kRT Với không khí k = 1,4 , R = 287 J/(kg.K) a ≈ 20,1 T Nhận xét: - Tốc độ âm khí lí tưởng phụ thuộc tính chất chất khí nhiệt độ Tốc độ âm thông số trạng thái - Theo biểu thức định nghĩa tốc độ âm tốc độ âm của chất lỏng lớn tốc độ âm chất khí nhỏ tốc độ âm chất rắn • Số Mach: Số Mach tỉ số tốc độ dòng với tốc độ âm ω M= a Nhận xét: - Số Mach thông số trạng thái dòng đại lượng không thứ nguyên - Số Mach đặc trưng cho tính nén dòng + Dòng có tốc độ nhỏ ( M ≤ 0,3) bỏ qua tính nén Khi dòng có số Mach có tính nén + Dòng có M < dòng âm, dòng có M = dòng âm dòng có M > dòng vượt âm 4.1.2 Các phương trình dòng chảy a Phương trình liên tục G = Fωρ = const G lưu lượng khối lượng (kg/s); F diện tích tiết diện dòng chảy (m 2); ω tốc độ dòng tiết diện dòng chảy (m/s); ρ khối lượng riêng môi chất chảy tiết diện dòng chảy (kg/m 3) Lưu lượng thể tích: Q = Fω Vi phân phương trình liên tục nhận được: Fω d ρ + F ρ dω + ωρ dF = Chia hai vế cho Fωρ ta nhận được: dF dω d ρ + + =0 F ω ρ Đây dạng vi phân phương trình liên tục b Phương trình cân lượng Dòng lưu động hệ hở nên theo định luật nhiệt động I, trình lưu động thỏa mãn phương trình sau:  ω2  dq = di + dlkt dq = di + d  ÷   Với trình hữu hạn: q = ∆i + lkt q = ∆i + ∆ω 2 Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí  ω2  ∆ω dl = d Vậy:  ÷ lkt = kt   Công kĩ thuật làm thay đổi động dòng c Phương trình động lượng Với giả thiết dòng lưu động dòng khí lí tưởng ta có: dlkt = −vdp = ωdω − dp = ρωd ω ⇒ Đây phương trình động lượng dòng chảy dạng vi phân Nhân hai vế với diện tích F , ta có: − Fdp = F ρωdω Do: − Fdp = dP lực bên tác dụng vào dòng chảy ta nhận được: − dP = Gdω P1 − P2 = G (ω2 − ω1 ) ⇒ Vì P1 = P2 nên phản lực vật bay xác định theo biểu thức: R = − P2 = G (ω2 − ω1 ) Nếu ω1 = ω2 , bỏ qua ω1, biểu thức có dạng: R = Gω Đây phương trình động lượng dòng chảy Như xung lực tác dụng vào dòng làm thay đổi động dòng Có thể ứng dụng phương trình động lượng để tính lực đẩy cho động phản lực động tên lửa 4.1.3 Dòng khí đoạn nhiệt a Phương trình lượng dòng khí đoạn nhiệt thuận nghịch Phương trình lượng dạng vi phân trình đoạn nhiệt có dạng: di + ωdω = di = −ωdω hay Tích phân hai vế, ta có: ∫ di = −∫ ωdω ω2 i=− +C ⇒ ω2 i+ = const ⇒ Đây phương trình lượng dòng khí đoạn nhiệt • Phương trình Becnuli: Áp dụng phương trình định luật nhiệt động I cho dòng khí đoạn nhiệt ta có: di = vdp Vì dòng khí đoạn nhiệt nên thỏa mãn phương trình: pv k = C = const ⇒ p = Cv − k ⇒ dp = d Cv − k = − kCv − k −1dv ⇒ di = − kCv − k dv ⇒ v − k +1 i = ∫ di = − ∫ kCv dv = −kC +C −k + ( ) k Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí Thay C = pv k , nhận được: v − k +1 k +C = pv + C −k + k −1 k ω2 Như vậy, ta có: pv + = const k −1 k p ω2 + = const k −1 ρ Đây phương trình Becnuli, trường hợp đặc biệt phương trình cân lượng dòng khí đoạn nhiệt c Trạng thái hãm, thông số hãm • Định nghĩa: - Trạng thái hãm trạng thái dòng có tốc độ không - Thông số hãm thông số dòng trạng thái hãm • Một số thông số hãm dòng: Entalpy hãm: Phương trình lượng dòng viết cho trạng thái hãm trạng thái bất kỳ: ω2 ω2 i0 + = i + 2 ω i0 = i + = const ⇒ Nhiệt độ hãm: Từ biểu thức nhận nhiệt độ hãm dòng, ta viết: ω2 C pT0 = C pT + 2 ω T0 = T + ⇒ 2C p i = −kpv k  k − ω2   k − ω2  k −1 T0 = T + ω = T 1 + ÷ = T 1 + ÷ 2kR kRT  a2     k −1  T0 = T  + M ÷ ⇒   Biểu thức xác định nhiệt độ hãm cho thấy nhiệt độ hãm có giá trị lớn nhiệt độ dòng Biểu thức xác định nhiệt độ hãm dòng có ý nghĩa: - Là sở để xác định độ bền nhiệt cho thiết bị bay tốc độ lớn - Là sở để xác định xác nhiệt độ dòng sử dụng dụng cu đo nhiệt độ trực tiếp Áp suất hãm: Từ phương trình lượng dạng vi phân dòng khí, ta nhận được: dp − = ωd ω ρ * Khi dòng tính nén ( ρ = const ) , lấy tích phân, ta có: p ω2 + = const ρ Nếu viết cho hai trạng thái hãm trạng thái dòng, ta được: p0 p ω = + ρ ρ k R nên: Vì C p = k −1 ⇒ p0 = p + ρω = const Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí  ρω  Vậy, áp suất hãm tổng áp suất tĩnh (p) áp suất động  ÷ không thay đổi dòng   đoạn nhiệt * Khi dòng có tính nén, từ biểu thức xác định nhiệt độ hãm:  k −1  T0 = T  + M ÷   T0 k −1 =1+ M ⇒ T Từ quan hệ thông số trạng thái trình đoạn nhiệt, ta có: k −1 T0  p0  k = T  p ÷  k p0  T0  k −1 = ÷ p T  ⇒ k  k −  k −1 ⇒ p0 = p  + M ÷   Biểu thức xác định áp suất hãm cho thấy áp suất hãm có giá trị lớn nhiều áp suất dòng, đặc biệt dòng có tốc độ lớn Biểu thức xác định nhiệt độ hãm dòng có ý nghĩa sở để xác định độ bền cho thiết bị bay tốc độ lớn 4.1.4 Tăng tốc tăng áp hình học cho dòng chảy đoạn nhiệt a Quan hệ thông số dòng đoạn nhiệt • Quan hệ thay đổi tốc độ với thay đổi áp suất: Ta biết: ωd ω = −vdp dp dω luôn ngược dấu nhau, có nghĩa tốc độ tăng áp suất giảm, ngược lại tốc độ giảm áp suất tăng • Quan hệ thay đổi tốc độ thay đổi tiết diện: Từ phương trình vi phân liên tục: dF dω d ρ + + =0 F ω ρ * Trường hợp dòng không bị nén ( ρ = const ) , d ρ = , ta có: dF dω dω dF + = hay =− F ω ω F Điều có nghĩa là: với dòng không nén được, tốc độ dòng tăng tiết diện dòng giảm ngược lại tiết diện dòng tăng tốc độ dòng giảm * Trường hợp dòng có tính nén: dp = a , ta có: Nhân hai vế với dρ dp dF dp dω dp d ρ + + =0 dρ F dρ ω dρ ρ dF dω dp a2 + a2 + =0 ⇒ F ω ρ dp = −ωdω , ta có: Thay ρ dF dω a2 + a2 − ωd ω = F ω Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí ω − a dω dF = ω F a2 dω dF = ⇒ ω M −1 F Biểu thức biểu thị quan hệ tiết diện tốc độ dòng khí đoạn nhiệt: Khi M < : Trường hợp giống dòng tính nén Khi M > : Khi tiết diện dòng chảy nhỏ dần tốc độ dòng ống giảm ngược lại tiết diện dòng lớn dần tốc độ tăng b Sơ đồ tăng tốc, tăng áp hình học ⇒ M1 < ω↑ M1 < M2 > M1 ω↓ M2 < M1 ↑ p↓ M1 > ω↓ p M1 > M2 < M1 ↑ p ω↑ M2 > M1 p↓ Quan hệ tiết diện tốc độ dòng khí đoạn nhiệt 4.1.5 Các loại ống tăng tốc a Ống tăng tốc nhỏ dần Ống tăng tốc nhỏ dần làm việc với môi chất không nén môi chất nén phạm vi M < • Tốc độ dòng: Từ phương trình định luật nhiệt động I áp dụng cho dòng đoạn nhiệt, ta có: dlkt = − di = ωdω ω22 − ω12 ⇒ lkt = i1 − i2 = ⇒ ω2 = 2lkt + ω12 = 2(i1 − i2 ) + ω12 Thông thường ω1 = ω2 bỏ qua ω1 , ta có: ω2 = 2lkt = 2(i1 − i2 ) Như tốc độ dòng khí đoạn nhiệt phụ thuộc biến thiên entalpy Mặt khác theo trình đoạn nhiệt, với khí lí tưởng, ta có: k −1   k   k p  lkt = kl = p1v1 −  ÷    p1   k −1   ⇒ k −1     2k p2 k   ω2 = p1v1 −  ÷   p1   k −1   Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí k −1   k   2k p  ω2 = RT1 −  ÷    p1   k −1   hay Nhận xét: Tốc độ dòng khí phụ thuộc tính chất chất khí, phụ thuộc trạng thái ban đầu mức p2 độ dãn nở β = gọi tỉ số giảm áp p1 Khi áp suất p2 giảm hay áp suất ban đầu tăng, mức độ ω p2 dãn nở β = giảm, tốc độ dòng khỏi ống tăng lên ωmax p1 k k −1 Khi β = β th = pth  ÷ (với không khí β = 0,528) , p1  k +  tốc độ khỏi ống tốc độ âm thanh, dòng đạt trạng thái tới hạn có tốc độ tới hạn xác định theo biểu thức: ωth = 2(i1 − ith ) ωth = ωth βth 2k p1v1 k +1 β Quan hệ ω β 2k RT1 k +1 Nếu β → 0, tốc độ cửa đạt giá trị lớn nhất: 2k ωmax = p1v1 k −1 Trong thực thế, ống tăng tốc nhỏ dần, β giảm đến 0, mà giảm đến βth, nên vận tốc dòng tăng từ không đến vận tốc tới hạn ωth mà đạt ωmax • Lưu lượng dòng qua ống: Lưu lượng dòng khí qua ống xác định theo phương trình liên tục tiết diện ống: Fω G= 2 v2 Thay biểu thức tốc độ ω2 vào ta có: hay ωth = F G= v2 k −1   k   2k p  p1v1 −  ÷    p1   k −1   k Theo trình đoạn nhiệt: =  p2 ÷ v2 v1  p1  Do đó: F  p k G= 2 2÷ v1  p1  = F2 k −1   k   2k p  p1v1 −  ÷    p1   k −1   k −1    p2  k   p2 2k  p1v1 −  ÷  ÷   p1   v12  p1  k −   k Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí hay G = F2 = F2 2 k −1   p1v1 2k  p2  k  p2  k  p2  k   ÷ −  ÷  ÷ v12 k −  p1   p1   p1     = F2 k +1   k     2k p1  p2 p2 k   ÷ − ÷  k − v1  p1   p1     k +1  2k p1  k β − β k  k − v1   m mmax - Như lưu lượng dòng khí qua ống phụ thuộc vào diện tích tiết diện ống, chất môi chất, thông số ban đầu mức độ dãn nở môi chất - Với ống xác định môi chất với thông số ban đầu xác định, lưu lượng dòng khí qua ống phụ thuộc mức độ dãn nở môi chất (hình vẽ) Bằng cách khảo sát toán học thông thường với hàm G = f ( β ) Ta dễ dàng nhận biểu thức xác định lưu lượng βth β Quan hệ lưu lượng tỉ số giảm áp k lớn Gmax giá trị β th =  ÷k −1  k +1 Gmax = F2 2k p1   k −1 ; kg/s × ÷ k + v1  k +  Lưu ý: Để xác định tốc độ ω2 (hoặc ωth) lưu lượng G (hoặc Gmax) ta cần biết thông số môi chất cửa (p2), thường người ta đo áp suất môi trường sau ống (pmt) Vì ta phải biết xác định p2 theo pmt sau: pmt > β th lấy p2 = pmt Khi: p1 pmt = β th lấy p2 = p2′ = pmt p1 pmt < β th lấy p1 p2 = β th p1 > pmt b Ống tăng tốc hỗn hợp Ống tăng tốc hỗn hợp tạo dòng vượt âm từ tốc độ ban đầu âm • Vận tốc dòng: - Vận tốc cửa ống: ω2 = 2lkt ; m/s hay ω2 = 2(i1 − i2 ) k −1   k   2k p  ω2 = p1v1 −  ÷    p1   k −1   F1 F2 Fmin ω p p1 ω ω2 p a p2 a2 ω1 F1 Fmin F2 Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Ống tăng tốc Laval thay đổi áp suất p, tốc độ ω tốc độ âm a dọc theo ống Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí k −1   k   2k p  ω2 = RT1 −  ÷  hay   p1   k −1   - Vận tốc cổ ống (nơi có tiết diện Fmin ) tính theo ωth = 2(i1 − ith ) ; m/s ωth = 2k p1v1 k +1 2k RT1 k +1 - Vận tốc cực đại cửa ống đạt β → hay ωth = ωmax = 2k p1v1 ; m/s k −1 • Lưu lượng dòng khí qua ống: Lưu lượng dòng khí qua ống Laval lưu lượng dòng khí qua phần nhỏ dần chế độ có tốc độ tốc độ tới hạn lưu lượng tới hạn Lưu lượng qua ống tăng tốc Laval G = Fmin 2k p1   k −1 ; kg/s × ÷ k + v1  k +  Lưu lượng dòng khí qua ống phụ thuộc tính chất chất khí (k), phụ thuộc trạng thái dòng vào ống ( p1 , v1 ) • Các chế độ làm việc ống tăng tốc hỗn hợp: Ống tăng tốc Laval phải làm việc nhiều chế độ khác Sự phân bố áp suất chế độ làm việc khác hình vẽ - Chế độ tính toán chế độ lí tưởng, chế độ làm việc có áp suất cửa ống áp suất môi trường cửa ( p2 = pmt ) - Chế độ tới hạn chế độ lưu lượng dòng chảy nhỏ lưu lượng tới hạn, chế làm việc có áp suất môi trường nhỏ áp suất tính toán tiến diện ( p2 > pmt ) Dòng khỏi ống tiếp tục dãn nở môi trường dồn nén cục môi trường tạo nên sóng nén sóng dãn nở làm cho dòng dao động - Chế độ tới hạn có mặt tăng nhảy vọt chế độ làm việc có áp suất môi trường lớn suất tính toán tiết diện ( p2 < pmt ) Dòng chảy vượt âm gặp môi trường có áp suất lớn xuất mặt tăng nhảy vọt thẳng, áp suất môi trường tăng mặt tăng nhảy vọt dịch chuyển vào ống Khi mặt tăng dịch chuyển đến tiết diện cực tiểu ống Laval p1 p pv khí pth pmt pi F1 Fmin p2 F2 áp Sự phân bố áp suất theo chế độ làm việc ống Laval p1 pth p2: chế độ tính toán; p1 pth p : chế độ tới hạn; p1 pv p : chế độ tới hạn; p1 pi pmt: chế độ tới hạn có mặt tăng nhảy vọt ống Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí làm việc chế độ tới hạn phần nhỏ dần tăng tốc đến tốc độ âm thanh, phần lớn dần tăng áp khôi phục lại áp suất Những chế độ làm việc khác tính toán làm cho dòng dãn nở đoạn nhiệt không thuận nghịch gây tổn thất không thuận nghịch Để giảm tổn thất không thuận nghịch ống Laval thực tế có thêm phận điều chỉnh chế độ làm việc đưa chế độ làm việc tiến tới chế độ lí tưởng theo tính toán Ngoài mục đích làm ống tăng tốc để tạo dòng vượt âm, ống Laval sử dụng để hãm dòng khí vượt âm, làm nhiệm vụ tăng áp đầu vào động phản lực thiết bị bay vượt âm ⇒ d D 4.2 Quá trình tiết lưu a Khái niệm Quá trình tiết lưu trình dòng chảy qua tiết diện co hẹp đột ngột Quá trình tiết lưu thực tế trình dòng khí qua van, qua khe hẹp để điều chỉnh lưu lượng thông số dòng b Đặc điểm trình + Ở trình tiết lưu, áp suất giảm dần đạt giá trị cực tiểu tiết diện co hẹp sau tăng dần để đạt áp suất ổn định p2 Đặc trưng cho trình tiết lưu độ giảm áp ∆p = ( p1 − p2 ) , độ giảm áp trình tiết lưu phụ thuộc tính chất chất khí, trạng thái ban đầu độ co hẹp tiết diện Nguyên nhân áp suất giảm tiết lưu tạo thành xoáy, ma sát mạnh, gây tổn thất lượng dòng Như trình tiết lưu trình không thuận nghịch + Quá trình tiết lưu tiến hành nhanh, nhiệt lượng trao đổi dòng môi chất môi trường nhỏ không đáng kể so ω1 ω2 với lượng dòng, nên trình tiết lưu xem trình đoạn nhiệt Như trình tiết lưu trình đoạn nhiệt không p thuận nghịch i1 i2 = i1 + Tốc độ dòng trước sau tiết lưu nhau, tiết diện co thắt, ban đầu tốc độ dòng có tăng, sau p1 tốc độ dòng lại giảm (hình vẽ) p2 < p1 Như trình tiết lưu không sinh công kĩ thuật ω1 ω2 ∆ω lkt = =0 + Theo định luật nhiệt động I ta có: Quá trình tiết lưu q = ∆i + lkt = i1 = i2 = i = const Với khí lí tưởng: i = C pT = const ⇒ T = const Nhiệt độ khí lí tưởng không thay đổi trình tiết lưu Quá trình tiết lưu khí lí tưởng trình đẳng nhiệt + Do trình tiết lưu trình đoạn nhiệt không thuận nghịch nên trình trình đẳng entropy Với khí lí tưởng, biến thiên entropy trình tiết lưu biến thiên entropy trình đẳng nhiệt có trạng thái đầu cuối p ∆s = R ln p2 Vì p1 > p2 nên ∆s > Độ tăng entropy trình tiết lưu lớn tỷ số áp suất trước áp suất sau tăng, mức độ không thuận nghịch lớn Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT 10 Chương - Những trình đoạn nhiệt dòng khí c Hiệu ứng Joule-Thomson Đối với khí lí tưởng, nhiệt độ trước sau trình tiết lưu không đổi Tuy nhiên điều không với khí thực Từ thực nghiệm Joule-Thomson xác lập điều kiện thay đổi nhiệt độ trình tiết lưu gọi hiệu ứng Joule-Thomson: ∂T  α = ÷  ∂ p i Nhiệt độ khí thực để hệ số hiệu ứng Joule-Thomson không gọi nhiệt độ chuyển biến Nhiệt độ chuyển biến khí thực nhiệt độ mà thể tích thân phân tử chất khí bắt đầu ảnh hưởng đến nội Có thể định nghĩa nhiệt độ chuyển biến nhiệt độ giới hạn chất khí bị lạnh tiết lưu Đa số khí thực có nhiệt độ chuyển biến cao nhiệt độ thông thường Trong điều kiện nhiệt độ áp suất thông thường, trước tiết lưu nhiệt độ chất khí T1 nhiệt độ chuyển biến Tcb , nhiệt độ sau tiết lưu T2 nhiệt độ trước tiết lưu ( T2 = T1 ) Nếu nhiệt độ trước tiết lưu lớn nhiệt độ chuyển biến, nhiệt độ sau tiết lưu lớn nhiệt độ trước tiết lưu, tiết lưu làm tăng nhiệt độ ( T2 > T1 ) Nếu nhiệt độ trước tiết lưu nhỏ nhiệt độ chuyển biến, nhiệt độ sau tiết lưu nhỏ nhiệt độ ban đầu ( T2 < T1 ), tiết lưu làm giảm nhiệt độ Như vậy, trình tiết lưu thay đổi áp suất thay đổi nhiệt độ có quan hệ dT = α dp Khi α > , dT < trình tiết lưu có dp < , tiết lưu làm lạnh chất khí ( T2 < T1 ) Khi α < , dT > tiết lưu làm nóng chất khí ( T2 > T1 ) Khi α = , tiết lưu không làm thay đổi nhiệt độ chất khí Quá trình tiết lưu khí thực Joule-Thomson nghiên cứu thực nghiệm Từ thực nghiệm nhận thấy đa số khí thực bị lạnh trình tiết lưu điều kiện nhiệt độ thông thường nhỏ 600oC áp suất thông thường nhỏ bar, hiđro heli lại ngược lại c Ý nghĩa trình tiết lưu Tuy tiết lưu thường tượng có hại (gây tổn thất lượng dòng), với hiệu ứng Joule-Thomson, người ta ứng dụng tiết lưu kĩ thuật lạnh Hiện tượng tiết lưu ứng dụng thiết bị đo lưu lượng thể tích dòng V = f ( ∆p ) Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT 11 [...].. .Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khí c Hiệu ứng Joule-Thomson Đối với khí lí tưởng, nhiệt độ trước và sau quá trình tiết lưu là không đổi Tuy nhiên điều này không đúng với khí thực Từ thực nghiệm Joule-Thomson xác lập được điều kiện thay đổi nhiệt độ trong quá trình tiết lưu gọi là hiệu ứng Joule-Thomson: ∂T  α = ÷  ∂ p i Nhiệt độ khí thực để hệ số hiệu... gọi là nhiệt độ chuyển biến Nhiệt độ chuyển biến của khí thực là nhiệt độ mà thể tích bản thân phân tử chất khí bắt đầu ảnh hưởng đến nội năng của nó Có thể định nghĩa nhiệt độ chuyển biến là nhiệt độ giới hạn chất khí có thể bị lạnh đi khi tiết lưu Đa số các khí thực có nhiệt độ chuyển biến cao hơn nhiệt độ thông thường Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường, nếu trước khi tiết lưu nhiệt. .. chất khí T1 bằng nhiệt độ chuyển biến Tcb , nhiệt độ sau tiết lưu T2 bằng nhiệt độ trước tiết lưu ( T2 = T1 ) Nếu nhiệt độ trước tiết lưu lớn hơn nhiệt độ chuyển biến, nhiệt độ sau tiết lưu lớn hơn nhiệt độ trước tiết lưu, tiết lưu làm tăng nhiệt độ ( T2 > T1 ) Nếu nhiệt độ trước tiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ chuyển biến, nhiệt độ sau tiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ ban đầu ( T2 < T1 ), tiết lưu làm giảm nhiệt. .. tiết lưu làm giảm nhiệt độ Như vậy, ở quá trình tiết lưu giữa sự thay đổi áp suất và sự thay đổi nhiệt độ có quan hệ dT = α dp Khi α > 0 , dT < 0 vì quá trình tiết lưu luôn có dp < 0 , tiết lưu làm lạnh chất khí ( T2 < T1 ) Khi α < 0 , dT > 0 tiết lưu làm nóng chất khí ( T2 > T1 ) Khi α = 0 , tiết lưu không làm thay đổi nhiệt độ chất khí Quá trình tiết lưu của khí thực đã được Joule-Thomson nghiên... nghiên cứu bằng thực nghiệm Từ thực nghiệm nhận thấy đa số các khí thực bị lạnh đi do quá trình tiết lưu trong điều kiện nhiệt độ thông thường nhỏ hơn 600oC và áp suất thông thường nhỏ hơn 6 bar, nhưng hiđro và heli lại ngược lại c Ý nghĩa của quá trình tiết lưu Tuy rằng tiết lưu thường là hiện tượng có hại (gây tổn thất năng lượng của dòng) , nhưng với hiệu ứng Joule-Thomson, người ta đã ứng dụng tiết... của dòng) , nhưng với hiệu ứng Joule-Thomson, người ta đã ứng dụng tiết lưu trong kĩ thuật lạnh Hiện tượng tiết lưu còn được ứng dụng trong thiết bị đo lưu lượng thể tích của dòng V = f ( ∆p ) Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT 11