Giáo trình kỹ thuật nhiệt - Chương 2

Tài liệu “Kỹ thuật nhiệt” được biên soạn theo chương trình môn học đã được duyệt nhằm cung cấp cho học sinh, sinh viên ngành kỹ thuật, sinh viên trường chuyên ngành lạnh các trường đại học và

9/17/20091Chương 2:Định luật nhiệt thứ nhất&Các quá trình nhiệt cơ bản của môi chất ở pha khí2.1. NHIỆT, CÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH• Nhiệt lượng: là năng lượng đi xuyên qua bề mặt ranh giới khi giữa môi chất và môi trường có sự chênh lệch nhiệt độ. Đơn vị: kJ, kcal, .• Công: Công thay đổi thể tích (công dãn nở), Công kỹ thuật.Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi nhiệt độ• Nhiệt dung riêng ‘c’ là nhiệt lượng cần thiết để đưa nhiệt độ của một đơn vị môi chất tăng thêm 1 độ theo một quá trình nào đó.• Dựa vào đặc điểm của quá trình và đơn vị đo lường, ta chia ra: Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp: cp(J/kg.K) Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích: cv(J/kg.K) Nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp: c’p(J/m3tc.K) Nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích: c’v(J/m3tc.K) Nhiệt dung riêng kmol đẳng áp: µcp(J/mol.K) Nhiệt dung riêng kmol đẳng tích: µcv(J/mol.K) 9/17/20092Mối quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêngk : số mũ đoạn nhiệtkhí 1 nguyên tử: k = 1,67khí 2 nguyên tử: k = 1,4khí 3 nguyên tử: k = 1,3• Công thức Mayer đối với khí lý tưởng:8314 RccvpkccccccvpvpvpMối quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng• Từ các công thức trên, ta có:• Nhiệt dung riêng trong quá trình đa biến có số mũ n là:1kRcvRkkcp11nknccvNhiệt dung riêng của khí lý tưởngLoại khí kKhí 1 nguyên tử 1,67 12,6 20,9Khí 2 nguyên tử 1,4 20,9 29,3Khí 3 nguyên tử 1,3 29,3 37,7).(kkmolkJcv).(KkmolkJcpKhi yêu cầu độ chính xác cao, có thể coi nhiệt dung riêng có quan hệ bậc 1 (đường thẳng) với nhiệt độ theo công thức:taac10 9/17/20093Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng• Nếu c = const:• Nếu c = a0+ a1t:)(122;1ttcq 212;1cdtq 1221102;12ttttaaq Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi Entropi• Nhiệt lượng cần thiết để đưa một đơn vị môi chất từ trạng thái 1 sang trạng thái 2:21.212;1ssdsTdqqCông thay đổi thể tích• Là công do môi chất thực hiện khi có sự thay đổi về thể tích.• Công thay đổi thể tích của môi chất khi thể tích thay đổi từ v1đến v2:21vvpdvdll 9/17/20094Công kỹ thuật• Là công của dòng môi chất chuyển động (hệ hở) thực hiện khi áp suất của môi chất thay đổi• Công kỹ thuật có thể tính theo:122121ppppktktvdpvdpdllĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT• Nội dung định luật:“Nhiệt lượng cấp vào cho hệ, một phần dùng để thay đổi nội năng, một phần dùng để sinh công.”• Ý nghĩa định luật: Cho phép ta viết phương trình cân bằng năng lượng cho một quá trình nhiệt động.• Biểu thức: dq = du + dlCác biểu thức của Định luật nhiệt động I• dq = du + pdv• dq = di – vdp • dq = di – dlkt• Đối với khí lý tưởng: dq = cvdT + pdvdq = cpdT – vdp 9/17/20095CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG• Quá trình đa biến• Quá trình đẳng áp• Quá trình đẳng tích• Quá trình đẳng nhiệt• Quá trình đoạn nhiệtQUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH• Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện thể tích không đổi.(v = const, dv = 0)•1212ppTTQUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP• Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện áp suất không đổi.(p = const, dp = 0)1212TTvv 9/17/20096QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT• Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ không đổi.(T=const, dT = 0)1221vvppQUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT• Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện không trao đổi nhiệt với môi trường.(q = 0, dq = 0)kvvpp1221QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN• Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện nhiệt dung riêng của quá trình không đổi.(cn= const)nvvpp1221 9/17/20097Lượng thay đổi các thông số trạng thái• Lượng thay đổi nội năng: • Lượng thay đổi entanpi:• Trong quá trình đẳng nhiệt thì Δu=0 và Δi=0)(121221TTcdTcuuuvTTv 121221TTcdTciiipTTpLượng thay đổi entrôpi• Quá trình đẳng tích:• Quá trình đẳng áp:• Quá trình đẳng nhiệt:• Quá trình đoạn nhiệt:12lnTTcsv12lnTTcsp1212lnlnppRvvRs 0sTính nhiệt lượng trong các quá trình• Quá trình đẳng tích:• Quá trình đẳng áp:• Quá trình đẳng nhiệt:• Quá trình đoạn nhiệt:• Quá trình đa biến: TcqpTcqv21111211lnlnppvpvvvpq Tnkncqv10q 9/17/20098Tính công thay đổi thể tích trong các quá trình• Quá trình đẳng tích:• Quá trình đẳng áp:• Quá trình đẳng nhiệt:• Quá trình đoạn nhiệt:0ttl)(12TTRltt2122211121lnlnlnppvpppvpppRTltt2111kkttvdvvplTính công thay đổi thể tích trong quá trình đa biến 221111vpvpnltt121111nttvvnRTlnnttppnRTl11211112111 TTnRTlttTính công kỹ thuật trong các quá trình• Quá trình đẳng tích:• Quá trình đẳng áp:• Quá trình đẳng nhiệt:• Quá trình đoạn nhiệt:• Quá trình đa biến: 0ktl)(12ppvlktttktll ttktkll ttktnll  9/17/20099Home works• Bài tập 5 – 13 trang 152 – 155 sách Cơ sở kỹ thuật nhiệt.• Toàn bộ bài tập Chương 2 sách Bài tập cơ sở kỹ thuật nhiệt.• Đọc trước Chương 3 – Một số quá trình khác của khí và hơi. . quá trình Quá trình đẳng tích:• Quá trình đẳng áp:• Quá trình đẳng nhiệt: • Quá trình đoạn nhiệt: 0ttl)(12TTRltt 21 222 11 121 lnlnlnppvpppvpppRTltt 21 11kkttvdvvplTính. trình đẳng nhiệt: • Quá trình đoạn nhiệt: 12lnTTcsv12lnTTcsp 121 2lnlnppRvvRs 0sTính nhiệt lượng trong các quá trình Quá trình đẳng tích:• Quá trình