NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT CHƢƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA MÔN HỌC: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHƢƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƢỞNG CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Một số khái niệm HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG Nguồn nóng  Gắn liền với yếu tố: Chất môi giới Nguồn lạnh  Và trao đổi với môi trƣờng xung quanh: CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Nhiệt lƣợng Công Chƣơng Một số khái niệm Thiết bị ngƣng tụ Hệ thống nhiệt động kín Van tiết lƣu Máy nén Thiết bị bay Hệ thống nhiệt động hở CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Hệ thống nhiệt động đoạn nhiệt Một số khái niệm Là hệ thống nhiệt động không trao đổi nhiệt lƣợng với môi trƣờng xung quanh Q=0 Q=0 W=0 Hệ thống nhiệt động cô lập CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Một số khái niệm TRẠNG THÁI Cân Khơng cân Q TRÌNH -Tập hợp số trạng thái làm việc theo nguyên tắc Thuận nghịch - Trạng thái đầu cuối cân CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Không thuận nghịch Chƣơng Thông số trạng thái  Các đại lƣợng đặc trƣng cho trạng thái chất môi giới đƣợc gọi thông số trạng thái  Các thông số trạng thái thƣờng dùng là:  Nhiệt độ: T  Áp suất: p Thông số trạng thái  Thể tích riêng: v  Nội năng: u  Entanpy: i  Entropy: s CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Thông số trạng thái NHIỆT ĐỘ  Là thông số biểu thị mức độ nóng lạnh vật  Dụng cụ đo: nhiệt kế  Nhiệt kế thủy ngân: Dựa giãn nở chất lỏng  Nhiệt kế điện trở: Dựa thay đổi điện trở  Thermocouple: Dựa thay đổi dòng điện  Nhiệt kế hồng ngoại: Dựa hiệu ứng xạ nhiệt dƣới dạng hồng ngoại vật nóng CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Thông số trạng thái  Trong kỹ thuật thƣờng dùng thang nhiệt độ sau: Thang nhiệt độ Celcius: Thang nhiệt độ Fahrenheit:  Ký hiệu: t  Ký hiệu: t  Đơn vị:  Đơn vị: 0C Thang nhiệt độ Kelvin: (Nhiệt độ tuyệt đối) 0F Thang nhiệt độ Rankine: (Nhiệt độ tuyệt đối)  Ký hiệu: T  Ký hiệu: T  Đơn vị:  Đơn vị: K CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 0R Chƣơng K 0 373 100 671 212 - 273 F 32 Fahrenheit 491 Rankine Kelvin R 273 Điểm đóng băng nước Mức không thang nhiệt độ tuyệt đối C Celcius Điểm sôi nước Thơng số trạng thái - 459 Chú ý CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Mối quan hệ thang nhiệt độ: K = 0C + 273 0R = 1,8 K 0F = 1,8 0C + 32 Chỉ có nhiệt độ tuyệt đối thơng số trạng thái 10 Chƣơng Thông số trạng thái NỘI NĂNG  Tổng độ biến thiên lƣợng hệ thống: E  E đ  E t  U  Trong phạm vi nhiệt động lực học, hệ thống hầu nhƣ khơng có thay đổi vị trí  E = U  Trong phạm vi vi mô hệ thống: U  Uđ  U t  Nếu G = kg: u  uđ  ut CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 19 Chƣơng Thơng số trạng thái  Trong tốn nhiệt động với chất mơi giới khí lý tƣởng, độ biến thiên nội hệ thống đƣợc xác định nhƣ sau: - Khi G = kg: u  c v T2  T1  , kJ/kg - Khi G ≠ kg: U  G.u  Gc v T2  T1  , kJ Trong đó: cv – Nhiệt dung riêng khối lƣợng đẳng tích, kJ/kgK T1,T2 – Nhiệt độ đầu cuối trình khảo sát, K CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 20 Chƣơng Thông số trạng thái ENTANPY  Entanpy đƣợc định nghĩa biểu thức: i = u + pv  Trong toán nhiệt động với chất mơi giới khí lý tƣởng, độ biến thiên entanpy hệ thống đƣợc xác định nhƣ sau: i  c p T2  T1  , kJ/kg - Khi G ≠ kg: I  G.i  Gc p T2  T1  , kJ - Khi G = kg: Trong đó: cp – Nhiệt dung riêng khối lƣợng đẳng áp, kJ/kgK T1,T2 – Nhiệt độ đầu cuối trình khảo sát, K CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 21 Chƣơng Thông số trạng thái ENTROPY  Entropy đƣợc định nghĩa biểu thức:  Khi G ≠ kg: q ds  T , kJ/kgK Q dS  T , kJ/K dS  G.ds , kJ/K CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 22 Chƣơng Phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng KHÍ LÝ TƢỞNG  Một chất khí đƣợc xem khí lý tƣởng thỏa điều kiện sau:  Thể tích thân phân tử không  Lực tƣơng tác phân tử không  Những chất khí khơng phải khí lý tƣởng đƣợc gọi khí thực CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 23 Chƣơng Phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI - Khi G = kg: pv  RT - Khi G ≠ kg: pV  GRT Trong đó: p – áp suất tuyệt đối khối khí, N/m2 v – thể tích riêng khối khí, m3/kg V – thể tích khối khí, m3 G – Khối lƣợng khối khí, kg T – Nhiệt độ tuyệt đối khối khí, K CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 24 Chƣơng Phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI (tt) Và R – số chất khí , J/kgK R 8314 R    Rμ – số phổ biến chất khí , J/kmolK μ – phân tử lƣợng chất khí, kg/kmol Định luật Avogadro: Ở điều kiện áp suất nhiệt độ tiêu chuẩn (p = 101,325kPa T = 273,15K) thể tích kmol tất khí lý tƣởng 22,4 m3 CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 25 Chƣơng Hỗn hợp khí lý tƣởng Hỗn hợp khí lý tƣởng:  Các khí lý tƣởng đƣợc trộn lẫn theo kiểu học, không xảy phản ứng hóa học với  Hỗn hợp khí lý tƣởng đƣợc xem khí lý tƣởng tƣơng đƣơng  Có thể sử dụng phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng cho hỗn hợp khí lý tƣởng  Mỗi thành phần khí lý tƣởng hỗn hợp có nhiệt độ hỗn hợp chiếm tồn thể tích hỗn hợp CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 26 Chƣơng Hỗn hợp khí lý tƣởng PHÂN ÁP SUẤT (Áp suất riêng phần)  Khi thành phần hỗn hợp chốn tồn thể tích hỗn hợp nhiệt độ hỗn hợp áp suất tƣơng ứng thành phần hỗn hợp đƣợc gọi phân áp suất p  pa  pb p, V, T a b a pab pa a a a a a a b a b a a a b a V, T b a b a b a b Định luật Dalton: b b b b b n b CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM pb p   pi i 1 27 Chƣơng Hỗn hợp khí lý tƣởng PHÂN THỂ TÍCH (Thể tích riêng phần)  Phân thể tích thể tích chốn chỗ thành phần khí lý tƣởng thành phần áp suất nhiệt độ hỗn hợp p, V, T Vab Va a a a a b a b a b a a a a a a b a b a b p, T V  Va  Vb a b a b b b b b b b Định luật Amagat: n Vb CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM V   Vi i 1 28 Chƣơng Hỗn hợp khí lý tƣởng THÀNH PHẦN KHỐI LƢỢNG - gi Gi gi  G n G  G1  G   G n   G i i 1 n g1  g   g n   g i  i 1 Trong đó: G – Khối lƣợng hỗn hợp khí Gi – Khối lƣợng chất khí thứ i hỗn hợp CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 29 Chƣơng Hỗn hợp khí lý tƣởng THÀNH PHẦN THỂ TÍCH - ri Vi ri  V n V  V1  V2   Vn   Vi i 1 n r1  r2   rn   ri  i 1 Trong đó: V – Thể tích hỗn hợp khí Vi – Phân thể tích chất khí thứ i hỗn hợp CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 30 Chƣơng Hỗn hợp khí lý tƣởng Tính số chất khí hỗn hợp khí lý tƣởng n R i 1  hh R hh   g i R i   hh 8314  , J/kgK  hh  g1 g g gn     1   n , kg/kmol  hh  r11  r2  r33   rn  n CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM , kg/kmol 31 Chƣơng Hỗn hợp khí lý tƣởng Mối quan hệ thành phần khối lƣợng thành phần thể tích  i ri gi   hh Xác định giá trị phân áp suất khí hỗn hợp p i  p.ri Trong đó: p – Áp suất hỗn hợp CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 32 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Hết chƣơng CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 33 ... HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHƢƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƢỞNG CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Một số khái niệm. .. nghịch Chƣơng Thông số trạng thái  Các đại lƣợng đặc trƣng cho trạng thái chất môi giới đƣợc gọi thông số trạng thái  Các thông số trạng thái thƣờng dùng là:  Nhiệt độ: T  Áp suất: p Thơng số trạng. .. 22 Chƣơng Phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng KHÍ LÝ TƢỞNG  Một chất khí đƣợc xem khí lý tƣởng thỏa điều kiện sau:  Thể tích thân phân tử không  Lực tƣơng tác phân tử khơng  Những chất khí