Bài giảng Kỹ thuật nhiệt: Chương 1 - Ngô Phi Mạnh

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 1: Các khái niệm cơ bản cung cấp cho người học các kiến thức: Các khái niệm cơ bản, phương trình trạng thái khí lý tưởng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CN NHIỆT – ĐIỆN LẠNH BÀI GIẢNG KỸ THUẬT NHIỆT Đà Nẵng 2018 Thông tin liên lạc Họ và tên: Ngô Phi Mạnh Địa chỉ email: manhnguyen4188@gmail.com Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh Tầng 2, khu A, phòng A216 Nội dung Môn học chia làm phần lớn: Nhiệt động học (NĐH): 14 giờ Truyền nhiệt (TN): 16 giờ Hình thức đánh giá 20% Điểm danh, BT lớn Kiểm tra giữa kỳ (30 câu TN) 30% 50% Thi cuối kỳ (30 câu TN) Tài liệu tham khảo Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt, Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú Bài tập Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt, Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú Nhiệt Kỹ thuật, PGS.TS Nguyễn Bốn, PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng Kỹ thuật nhiệt, PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng, TS Thái Ngọc Sơn Fundamentals of thermal-fluid science, Y A Çengel Tài liệu tham khảo KỸ THUẬT NHIỆT Phần Nhiệt động học CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  1.1.1 Đối tượng phương pháp nghiên cứu ◦ Đối tượng:  Nghiên cứu qui luật biến đổi lượng (Nhiệt-công) Nhà máy nhiệt điện, động đốt trong,…  = max Nhiệt Đối tượng nghiên cứu  =  max Máy lạnh ✓ Phương pháp nghiên cứu: Lý thuyết, thực nghiệm kết hợp Công 1.1.2 Hệ nhiệt động (HNĐ) a Môi chất: Chất trung gian để thực q trình biến đổi Cơng ⇒ Nhiệt ngược lại Ví dụ: nước, ga lạnh, khói nóng, dầu truyền nhiệt… b Định nghĩa Hệ nhiệt động (HNĐ): Tập hợp vật thể hay không gian có liên hệ với về nhiệt => HNĐ c Phân loại HNĐ: + Hệ kín + Hệ hở Hệ cô lập Hệ đoạn nhiệt 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Áp suất khí qủn và nhiệt đợ kk tại những độ cao khác Nguồn: NASA (1976) 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN b Nhiệt độ tuyệt đối (T) - Nhiệt độ T = f(tốc độ chuyển động tịnh tiến  phân tử và nguyên tử) m. T 3.k Trong : T - Nhiệt độ tuyệt đối vật, K m - Khối lượng phân tử, kg  - Vtốc ch.động tịnh tiến trung bình p.tử k - Hằng số Boltzmann, k = 1,3805.10-23, J/K - Thang đo nhiệt độ: + Bách phân: t [0C] + Kenvin: T [K] + Thang nhiệt độ Farenheit: tF[0 F]  Mối liên hệ:  T = t + 273,15 tF = 1,8.t +32 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN c Thể tích riêng khối lượng riêng - Thể tích riêng: thể tích 1kg khối lượng vật chất ν Trong đó: V , [m3/kg] G G - khối lượng vật, [kg] V - thể tích vật, [m3] - Khối lượng riêng: đại lượng nghịch đảo thể tích riêng G ρ  v V , [kg/m3] 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN d Nội (hàm trạng thái) - ĐN: Toàn dạng lượng bên vật (nội năng, nội hóa năng, lượng nguyên tử…) - Trong nhiệt động học: Nội = Nội nhiệt = Nội động + Nội U = Ud + Ut = f(T, v) Đối với khí lí tưởng: Ut = => U = Ud = f (T) du = Cv.dT => Δu = Cv(T2 – Cv – Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN e Entanpi, i - ĐN: i = u + pv - Đối với KLT: di = d(u+pv) di = du + d(pv) = CvdT + RdT => Trong đó: Cp – Nhiệt dung riêng đẳng áp di = Cp.dT f Entropi, s - ĐN: => Δi = Cp(T2 – T1) ds = q/T 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  1.1.4 Quá trình chu trình nhiệt động Quá trình nhiệt động: - ĐN: Là thay đổi liên tục hay nhiều thông số trạng thái từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối - Phân loại: + Q trình thuận nghịch + Q trình khơng thuận nghịch Chu trình nhiệt động Là trình có trạng thái đầu trạng thái cuối trùng 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  1.1.5 Nhiệt Cơng (hàm q trình) Nhiệt, q [kJ/kg]: - ĐN: Quá trình truyền nội vật có nhiệt độ khác - Kí hiệu: Q (J) q (J/kg) - Qui ước: q > ➠ Nhận nhiệt  q < ➠ Nhả nhiệt  1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.5 Nhiệt Công Công, l [kJ/kg] - ĐN: Đại lượng đặc trưng cho trao đổi NL MC môi trường có chuyển động  Kí hiệu: L (J) l (J/kg)  Qui ước: l > ➠ hệ sinh công l < ➠ hệ nhận công 1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  1.1.5 Nhiệt Công Phân loại a Công giãn nở: δL  pdV V2 L  pdv  S (12V V 1) V1 b Công kỹ thuật: δl kt  vdp p2 L kt   Gl kt  G  vdp  S (12 p p11) p1 1.2 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KLT Khí lý tưởng (KLT) khí thực - ĐN: khí có thể tích thân phân tử bé lực tương tác phân tử = Ngược lại, khí thực - Ở điều kiện bình thường có thể xem khí H2, O2, N2… KLT Phương trình trạng thái khí lý tưởng (Claperon) a Viết cho 1kmol khí p.Vμ = Rμ.T Trong đó: p - Áp suất tuyệt đối môi chất, [N/m2] T - Nhiệt độ tuyệt đối, [k] Vμ - Thể tích kmol khí, [m3/kmol] Rμ = 8314 J/kmol độ - Hằng số phổ biến với chất khí 1.2 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KLT b Viết cho 1kg khí p.v = R.T Trong đó: T - Nhiệt độ tuyệt đối, [K] v - Thể tích riêng chất khí, [m3/kg] R= 8314  - Hằng số chất khí, [J/kg.độ] μ – khối lượng phân tử chất [kg/kmol] c Viết cho G kg khí, thể tích V (m3) p.V = G.R.T 1.3 Nhiệt dung riêng chất khí Nhiệt dung riêng a Định nghĩa: nhiệt lượng  tăng nhiệt độ đơn vị đo lường vật chất lên độ trình nhiệt động t2 C = f(bản chất, T, p) q C b Phân loại: dt  Theo đơn vị đo: C  Nhiệt dung riêng khối lượng  Nhiệt dung riêng thể tích:  Nhiệt dung riêng mol:  Theo trình: C  C'  Q Q  q   C.dt t2 Q G.dt V dt M dt  NDR Khối lượng đẳng áp Cp, [J/kg.độ] G, V, M khối lượng [kg], thể tích tiêu chuẩn [m3], khối lượng mol [kg/kmol]  NDR Khối lượng đẳng tích Cv, [J/kg.độ]  Theo nhiệt độ:  NDR thực : NDR nhiệt độ đó  NDR trung bình : NDR khoảng nhiệt độ đó 1.3 Nhiệt dung riêng chất khí Quan hệ Cp, Cv cách tính a Quan hệ Cp Cv: Đới với khí lý tưởng ta có: Cp – C v = R Cp/Cv = k (*) (**) b Cách tính Cv Cp: ➢ ➢ Cách 1: tính theo công thức Cách 2: Theo bảng sau: Cv  R k 1 Cp  k  R k 1 Cv  Cv Cp  Cp   BÀI TẬP THỰC HÀNH Intravenous infusions are usually driven by gravity by hanging the fluid bottle at sufficient height to counteract the blood pressure in the vein and to force the fluid into the body The higher the bottle is raised, the higher the flow rate of the fluid will be (a) If it is observed that the fluid and the blood pressures balance each other when the bottle is 1.2 m above the arm level, determine the gage pressure of the blood (b) If the gage pressure of the fluid at the arm level needs to be 20 kPa for sufficient flow rate, determine how high the bottle must be placed Take the density of the fluid to be 1020 kg/m3 The basic barometer can be used to measure the height of a building If the barometric readings at the top and at the bottom of a building are 730 and 755 mmHg, respectively, determine the height of the building Assume an average air density of 1.18 kg/m Năng lượng nguyên tử nuclear power When a uranium-235 atom absorbs a neutron and splits during a fission process, it produces a cesium-140 atom, a rubidium-93 atom, neutrons, and 3,2 1011J of energy In practical terms, the complete fission of kg of uranium-235 releases 6,73 1010 kJ of heat, which is more than the heat released when 3000 tons of coal are burned EXAMPLE 2–1 A Car Powered by Nuclear Fuel An average car consumes about L of gasoline a day, and the capacity of the fuel tank of a car is about 50 L Therefore, a car needs to be refueled once every 10 days Also, the density of gasoline ranges from 0.68 to 0.78 kg/L choose 0.75 kg/L, and its lower heating value is about 44,000 kJ/kg (that is, 44,000 kJ of heat is re leased when kg of gasoline is completely burned) Suppose all the problems associated with the radioactivity and waste disposal of nuclear fuels are re solved, and a car is to be powered by U-235 If a new car comes equipped with 0.1-kg of the nuclear fuel U-235, determine if this car will ever need refueling under average driving conditions Solution: 1) Calculate the mass flow a day 2) Amount of heat energy consume a day [kJ/day] 3) Amount of heat energy release from 0,1 kg U-235[kJ] 4) Proportion between 3/2 [day refuel] ... công 1. 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  1. 1.5 Nhiệt Công Phân loại a Công giãn nở: δL  pdV V2 L  pdv  S (12 V V 1) V1 b Công kỹ thuật: δl kt  vdp p2 L kt   Gl kt  G  vdp  S (12 p p 11) p1 1. 2... Dụng cụ đo: Chân không kế bar = 10 5 Pa = 10 5 N/m2 atm =10 1,3 kPa =1, 013 bar at = 9,807 .10 4 Pa = 0,9 81 bar 760mmHg = atm = 10 1,3 kPa = 10 ,3 mH2O psi = 6894.76 N/m2 1. 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Áp suất... khảo KỸ THUẬT NHIỆT Phần Nhiệt động học CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN  1. 1 .1 Đối tượng phương pháp nghiên cứu ◦ Đối tượng:  Nghiên cứu qui luật biến đổi lượng (Nhiệt-công)