Bài giảng Nhiệt động lực học và Truyền nhiệt Tiến sĩ Trần Văn Hưng ĐH Bách Khoa TPHCM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC & TRUYỀN NHIỆT TS Trần Văn Hƣng Bộ Môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Sơ lƣợc mơn học • Tên mơn học: Nhiệt động lực học & Truyền nhiệt • Mã mơn học: ME2013 • Số tiết: 45 tiết (Lý thuyết +bài tập) + 15 tiết (Thí nghiệm) • Số tín chỉ: • Nội dung môn học:  PHẦN 1: Nhiệt động lực học (9 tuần) bao gồm kiểm tra trắc nghiệm thi kỳ  PHẦN 2: Truyền nhiệt (6 tuần) gồm kiểm tra trắc nghiệm • Hình thức đánh giá: o Kiểm tra lớp (Bài tập lớn): 15% o Kiểm tra kỳ: 20% o Kiểm tra lớp (Bài tập lớn): 10%, o Thí nghiệm: 15% o Thi cuối kỳ: 40% TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Sơ lƣợc mơn học • Tên mơn học: Nhiệt động lực học & Truyền nhiệt • Mã mơn học: ME2013 • Số tiết: 45 tiết (Lý thuyết +bài tập) + 15 tiết (Thí nghiệm) • Số tín chỉ: • Nội dung môn học:  PHẦN 1: Nhiệt động lực học (9 tuần) bao gồm kiểm tra trắc nghiệm thi kỳ  PHẦN 2: Truyền nhiệt (6 tuần) gồm kiểm tra trắc nghiệm • Hình thức đánh giá: o Kiểm tra lớp (Bài tập lớn): 15% o Kiểm tra kỳ: 20% o Kiểm tra lớp (Bài tập lớn): 10%, o Thí nghiệm: 15% o Thi cuối kỳ: 40% TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM PHẦN NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT Thời gian: Từ tuần đến tuần bao gồm kiểm tra trắc nghiệm thi kỳ Tài liệu tham khảo: Hồng Đình Tín, Lê Chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹ thuật, NXB KHKT, 1997 Hồng Đình Tín, Bùi Hải, Bài tập nhiệt động học kỹ thuật truyền nhiệt, NXB ĐHQG TpHCM, 2002 Hồng Đình Tín, Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Đại học kỹ thuật TpHCM, 2001 Yunus A Cengel, Micheal A Boles- Thermodynamic: an engineering approach, International edition- 1994 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM NỘI DUNG PHẦN 1: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT • Chương 1: Các khái niệm PTTT KLT • Chương 2: Định luật nhiệt động thứ trình nhiệt động KLT • Chương 3: Định luật nhiệt động thứ hai • Chương 4: Chất khiết • Chương 5: Chu trình thiết bị động lực nước • Chương 6: Khơng khí ẩm • Chương 7: Chu trình thiết bị lạnh • Chương 8: Q trình lưu động tiết lưu (tham khảo) • Chương 9: Chu trình động đốt (tham khảo) TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM CHƢƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN (BASIC CONCEPTS), PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƢỞNG (THE IDEAL-GAS EQUATION OF STATE) Các vấn đề chung Trạng thái thông số trạng thái Phương trình trạng thái chất khí TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Các vấn đề chung Quy luật biến đổi lượng Nhiệt Nhiệt động lực học? Cơ Các biện pháp nâng cao hiệu biến đổi Kiến thức nhiệt động lực học cần thiết cho lĩnh vực:  ĐHKK, Cấp trữ đơng, thơng gió…  Bơm, quạt, máy nén  Thiết bị sấy  Các loại động cơ: tuabin hơi, tuabin khí, động đốt trong, động phản lực…  Cơng nghệ tách khí, hóa lỏng  Năng lượng gió, mặt trời, địa nhiệt, thủy triều… TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Hệ nhiệt động: Khoảng không gian chứa lượng định chất môi giới khảo sát biện pháp nhiệt động Bề mặt ranh giới q1 Hệ nhiệt động (Chất môi giới) Chất mơi giới? q2 Mặt ranh giới? Môi trường xung quanh l Môi trường? Chất môi giới (Chất công tác)? Là chất trung gian thực biến đổi chuyển tải lượng Hoặc tích trữ lượng VD: Trong động nhiệt: khơng khí Trong động nước: nƣớc Trong động đốt trong: hỗn hợp xăng +k khí Trong thiết bị lạnh: chất làm lạnh (freon hay NH3…) TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Hệ kín:  Chỉ trao đổi mặt lượng với môi trường  Lượng chất môi giới bên hệ thống trì khơng đổi Máy lạnh Bơm nhiệt… TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Hệ hở: Hệ trao đổi với môi trường lượng khối lượng Chất mơi giới vào khỏi hệ thống Ví dụ: Động đốt Động phản lực Turbin khí… 10 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Phƣơng trình cân nhiệt: Q  G1  c p1   t '1  t "1   G2  c p   t "2  t '2  C1 t2'' - t2'  t2  ' "  C2 t1 - t1  t1 Phƣơng trình truyền nhiệt: dQ  k (t1 - t2 )dF  k tdF Q   k F t  k F t Q  k F t F Δt - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình chất lỏng nóng lạnh 14 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Quy trình Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt: Tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt có loại tốn:  Bài tốn thiết kế: – ' ' '' '' G , G , c , c , t , t , t , t Biết p1 p 2 – ( t1'' , t2'' xác định từ pt cân nhiệt) – k : hệ số truyền nhiệt, dựa vào dạng bề mặt, quy luật truyền nhiệt lưu chất – Tính diện tích F: theo yêu cầu công nghệ, quy mô công nghệ  lựa chọn cấu trúc thiết bị, lựa chọn vật liệu sử dụng… – Tính sức bền – Tính trở kháng thuỷ lực chọn bơm, quạt… 15 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Bài toán kiểm tra: – Có sẵn thiết bị, cần phải kiểm tra xem có đạt yêu cầu lượng hay không? – ' ' F , G , G , c , c , t , t Biết diện tích p1 p2 – Biết hệ số truyền nhiệt k (xác định theo bề mặt truyền nhiệt quy luật truyền nhiệt) – Cần tính: + Tính nhiệt lượng truyền Q + Tính nhiệt độ lưu chất đầu t1'' , t2'' 16 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 3.1 Phƣơng pháp độ chênh nhiệt độ trung bình logarit Q   k F t  k F t Q F k t F - k Hệ số truyền nhiệt, xem số toàn diện tích trao đổi nhiệt F - t : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình lưu chất nóng lưu chất lạnh Tính t ??? 17 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Trƣờng hợp 1: lƣu động chiều lƣu động ngƣợc chiều t  tmax  tmin t ln max tmin Trong đó: Cùng chiều Nếu Δtmax/ Δtmin