Phần 1 cuốn Bài tập kỹ thuật nhiệt cung cấp cho người học các bài tập về: Những khái niệm cơ bản và phương trình trạng thái của môi chất ở pha khí, định luật nhiệt thứ nhất và các quá trình cơ bản của môi chất ở pha khí và hơi,... Mời các bạn cùng tham khảo.
P H Ạ M LÊ D Ầ N - Đ Ặ N G Q U Ố C P H Ú B À K i I T T Ậ H P U C T S N H Ở I ^ Ệ T PGS T& PHẠM LÊ DẰN GS T& ĐẶNG QUỐC PHÚ B À I T Ậ P C K Ĩ T H U O Â S Ỏ T (Tái lân thứ N H I Ê T bảy) ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯNG TAM HỌC L I Ệ U NHÀ XUẤT BẨN GIÁO Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN DỤC http://www.lrc-tnu.edu.vn - 2006/CXB/49 -1860/GD Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN M ã số: 7B240T6-DAI http://www.lrc-tnu.edu.vn LỊI NĨI ĐẦU (Lần xuất thứ 4) Từ năm 1991, Nhà xuất Giáo dục xuất giảng "Cơ sờ kỉ thuật nhiệt" Để có tài liệu hồn chỉnh dịng bộ, biên soạn "Bài tập Cơ sỏ kỉ thuật nhiệt", xuất vào năm 1992, 1995, 1998 uà lần xin tái có bổ sung sửa chữa Sách gồm hai phần : Phần "Nhiệt động kỉ thuật" có chương PGS PTS Phạm Lê Dần, nguyên Chù tịch Hội đồng môn học Kỉ thuật nhiệt Bộ Giáo dục Đào tạo biên soạn uà phàn "Truyền nhiệt" có chương GS TS Đặng Quốc Phú, Chủ nhiệm Bộ môn Máy lạnh Thiết bị nhiệt trường Đại học Bách khoa Hà Nội biên soạn Mỗi chương có phần tóm tát lý thuyết, công thức, đè bài, đáp'số, nhiều b ài có hướng dẫn, cuối sách có phàn phụ lục cung cấp đủ số liệu cần thiết đế làm tập Các tập có nhiêu mức độ khác nhau, nên sách cịn có thề dùng cho trường trung cấp kỉ thuật, cao đẳng, dùng cho sinh viên ngành học sâu, học viên cao học, nghiên cứu sinh thuộc ngành nhiẹt Chúng dã cố gắng kế thừa, cập nhật kinh nghiêm tốt nước củng nước, dã sửa chữa sau xuất bản, chác khơng tránh khỏi thiếu sót nhầm lẫn nhỏ ý Chúng kiến rát vui mừng Xin chăn thành cảm an bạn dược bạn dọc sử dụng góp dọc Các tác giả Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn PHẦN MỘT NHIỆT ĐỘNG Kĩ THUẬT CHƯƠNG Ì NHỮNG KHÁI NIỆM CO BẤN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA M Ơ I CHÁT Ỏ PHA KHÍ A - TĨM TẮT NỘI DUNG Định luật pha Gibbs V = c + - p (1-10) V - số t h ô n g số độc lập t ố i t h i ể u cần t h i ế t đ ể xác định m ộ t trạng thái ; c - số t h n h p h ầ n n h ấ t t r o n g h ệ ; p - số pha c ù n g t ổ n t i t r o n g h ệ Phương trình trạng thái khí lí tưởng Đ ố i với Ì k g k h í lí t n g : pv = RT (l-12a) Đ ố i với G kg khí lí t n g : pV = GRT (l-12b) Đối với Ì kmơl (//kg) khí lí t n g : pV// = R//.T p - p suất t u y ệ t đ ố i , đơn vị đ â y d ù n g N / m (l-12c) (Pa) • T - n h i ệ t độ t u y ệ t đ ố i , K ; V - t h ể tích mơi chất, m ; G - khối lượng môi chất, k g ; V- • t h ế tích r i ê n g môi chất, m / k g ; / > = - môi chất, k g / m m ậ t độ c ù a ; ụ - p h â n t lượng môi chất ; fi k g gọi m ộ t kilơmơl Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn V - t h ể tích Ì k m l mơi chất, thay đ ổ i theo t r n g t h i ; đ i ề u k i ệ n tiêu c h u ẩ n (760 m m H g 0°C), t ấ t khí lí t n g đ ể u có t h ể tích b ằ n g 2 , m , nghĩa V = 2 , m t c / k m ô l 3 R - h n g số phổ b i ế n môi chất, t ấ t khí lí tưởng đ ể u có nhau, t r o n g h ệ đ n vị t r ê n 8314 J/kmơl.K R - h ằ n g số chất khí, m ỗ i chất có giá trị k h c : = Bịt ụ = 8314 ft J / k S K Phương trình trạng thái hỗn hợp khí lí tưởng Đ ố i với h ỗ n hợp k h í lí tưởng, cđ t h ể d ù n g p h n g t r ì n h ( l - a , b, c), c ầ n x c định đ i lượng t n g đ n g h ỗ n hợp R i ê n g với t n g chất k h í t h n h phần, cố t h ể viết p h n g t r ì n h trạng thái : Pj V = Gị.Rị.T (l-18a) p.Vj = Gị.R.T (l-18b) : T - nhiệt độ tuyệt đối hỗn hợp, bàng nhiệt độ t n g chất khí t h n h p h ẩ n , K G - khối lượng h ỗ n hợp, t ổ n g khối lượng chất G khí t h n h phần : G = ] G £T = g (l-13a) i =Ì t h n h phần k h ố i l ợ n g chất khí t h n h p h ầ n t h ứ i M - số kmól h ỗ n hợp, t ổ n g số kmôl cùa chất khí n t h n h phần : M = ] Mị Tị = ^ ( l - b ) t h n h p h ầ n k m ô l i = Ìcủa chất khí t h n h p h ầ n t h ứ í M V - t h ể tích h ỗ n hợp, t c h theo p h â n p suất b n g t h ể tích t n g c h ấ t khí t h n h phần, cịn k h i t c h r i ê n g t n g Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn chất m v ẫ n g i ữ n h i ệ t độ v p suất h ỗ n hợp t h i b n g t ổ n g p h â n t h ể tích c h t khí t h n h phần n V V = ỵ Vị v Tị = y (l-13b) thành phẩn thể tích chất khí thành phần thứ i, t h n h p h ầ n kmôl n ó Cũng có t h ể t í n h đ ổ i : íjM gj i _ J7V _ i gj R r ỵ = r i = ĩãựMỘ IteịRị) v a g ị " Irỷiị ~ I(r/R.) p - áp suất tuyệt đối hỗn hợp Khi tách theo phần thể tích b n g p suất t n g chất khí t h n h phần, k h i tách m g i ữ b ằ n g n h i ệ t độ v t h ể tích h ỗ n hợp, t h ì b ằ n g t ổ n g p h â n p suất theo định l u ậ t Đ a l t o n : n p = ỵ Pi (1-14), i =Ì khí lí tưởng, có t h ể chủng m i n h (theo l-18a, b) : Pi r i = p (l-13c) n ft - p h â n t lượng t n g đ n g : // = fi i =Ì r (l-15a) °ặ /' = -7—^ ; (l-15b) h c ẳ(g//'i) i =Ì Hằng số chất khí tương đương, tính theo : R = J/kgJÍ ri R = ể i i ( l - a ) R = R (l-16b) i=Ì Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn n T h ể tích r i ê n g t n g đ n g : V = ể i i í=Ì (l-17a) ; v V = (l-17b) n I (V i) v i =Ì Đối với khí thực, z = * Ì q nhiều, dùng phương t r ì n h t r n g t h i khí lí t n g đưa đ ế n sai số q u giới h n cho p h é p phải d ù n g p h n g t r ì n h t r n g thái xây dựng t r ê n sở p h n g t r ì n h t r n g t h i khí lí tưởng, đưa t h ê m vào n h ữ n g h ệ số hiệu chỉnh xác định thực nghiệm Cho đ ế n nay, p h n g t r ì n h đơn giản t h i ế u c h í n h xác, p h n g t r i n h k h xác l i phức tạp, nên t h n g d ù n g b ả n g số đồ thị xây dựng t r ê n sở thực nghiệm ; n h i ê n định l u ậ t pha v ẫ n có t c dụng Trong phụ lục giới t h i ệ u bảng bão hòa H (16, 17), H g (18,), N H (19), C (20), F r ê o n - 12 (21), bảng nước chưa sôi q u nhiệt H-,0 (22) c ù n g với đổ t h ị i-s H B - ĐỀ BÀI 1-1.* Cần thông số độc lập để xác định trạng t h i c c t r n g hợp : a) đơn chất có Ì, 2, 3, pha c ù n g t ổ n t i b) h ỗ n hợp hai t h n h p h ầ n m ộ t pha 1-2.* Trong m ộ t b ì n h có t h ể t í c h 0,625m chứa ơxy có p suất t u y ệ t đ ố i 23 bar n h i ệ t độ ° c H ã y xác định : a) Ấp suất t h a theo c c đ n vị k h c : bar, N / m (Pa) ; m m H g (Tor), a t m kĩ t h u ậ t , m m H ; biết p suất khí q u y ể n b ằ n g 2 750 m m H g ° c b) N h i ệ t độ ôxy theo độ Ken vin, Farenhet Rankin Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn c) T h ể tích r i ê n g k h ố i lượng r i ê n g ôxy t r n g t h i t r o n g bình t r n g t h i tiêu chuẩn d) K h ố i lượng ôxy chứa t r o n g b ì n h đ) T h ể tích ơxy quy điêu k i ệ n tiêu chuẩn 1-3 Xác định t h ể t í c h r i ê n g k h ố i lượng r i ê n g N i t điêu k i ệ n tiêu c h u ẩ n đ i ể u k i ệ n có p suất t h a b ằ n g 0,2 atm kĩ t h u ậ t n h i ệ t độ ° c B i ế t p suất khí q u y ể n b n g 780mmHg 0°c 1-4.* M ộ t b ì n h ơxy có t h ể t í c h 0,006m , p suất tuyệt đ ố i 120 bar, n h i ệ t độ ° c Sau k h i sử dụng, p suất t u y ệ t đ ố i 22 bar, n h i ệ t độ k h ô n g đ ổ i H ã y t í n h lượng ôxy đ ã lấy 1-5 M ộ t b ì n h k í n có t h ể tích , m chứa k h n g khí p suất t u y ệ t đ ố i bar, n h i ệ t độ ° c H ỏ i lượng k h ô n g khí c ẩ n lấy b ằ n g bao n h i ê u đ ể đ ộ c h â n k h ô n g t r o n g bình 420mmHg m n h i ệ t độ k h ô n g đ ổ i , b i ế t p suất khí 768 m m H g ° c 1-6.* M ộ t k h i n h khí c ẩ u có t h ể tích lOOOm chứa hyđrơ t h ả vào k h í q u y ể n T í n h lực n â n g khinh khí cầu lên, biết p suất n h i ệ t độ k h ô n g khí khí c ẩ u Ì bar ° c 1-7 P i t t ô n g c h u y ể n đ ộ n g t r o n g xilanh chứa khí lí tưởng Trước k h i chuyển động p suất thừa t r o n g xylanh 0,2at ; sau chuyển động, độ c h â n k h ô n g t r o n g xylanh b n g 0 m m H g ° c B i ế t p suất khí q u y ể n m m H g ° c a) X c đ ị n h không đổi t h a y đ ổ i t h ể t í c h , n ế u n h i ệ t đ ộ khí b) Xác định thay đ ổ i t h ể tích, nhiệt độ g i ả m xuống m ộ t nửa 1-8 Trong m ộ t xylanh kín có m ộ t p i t t n g có t h ể đích chuyển k h n g ma s t , bên t r i p i t t n g chứa Ì kg H , bẽn p h ả i chứa Ì kg C H ã y xác định t i số t h ể tích cùa hai chất khí k h i c h ú n g n ; â n b ằ n g p suất n h i ệ t độ 1-9.* M ộ t kg k h n g khí khơ có t h n h phần khối l n g cùa N 76,8% ; 0-, 23,2% * Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn a) X c định t h n h p h ầ n t h ể tích, h ằ n g số chất k h í , p h â n t lượng t n g đ n g h ỗ n hợp v p h â n p suất t n g chất b i ế t t ổ n g p suất 760mmHg b) T í n h p h â n t h ể tích t n g chất, n ế u n h i ệ t độ h ỗ n hợp ° c 1-10 T h n h p h ẩ n t h ể tích sản p h ẩ m c h y l : C = 12,3% ; = 7,2% ; N = 80,5% H ã y x c định p h â n t lượng, h ằ n g số c h ấ t k h í , t h ể tích r i ê n g khối lượng r i ê n g h ỗ n hợp p suất b n g Ì bar n h i ệ t độ 0 ° c 2 - 1 M ộ t bỉnh chứa có t h ể tích l , m , h ỗ n hợp k h í t r o n g b ì n h có p suất bar, n h i ệ t độ ° c ; t h n h p h ầ n t h ể t í c h H 46%, C H la 32%, cua c o la 15%, N 7% Sau k h i sử dụng, p suất t r o n g b ì n h c ị n 3,2 bar, n h i ệ t độ c ò n ° c H ã y x c định l ợ n g h ỗ n hợp k h í đ ã l ấ y sử dụng 1-12 M ộ t b ó n g b ó n g đ i ệ n có n h i ệ t s n g ổ n định, n h i ệ t ° c H ã y x c định 90cm , p h ầ n h ì n h 760mmHg ° c đ è n đ i ệ n chứa k h í N , k h i đ ộ ° c v độ c h â n k h ô n g đ ộ p h ầ n h ì n h c ầ u ° c , p suất lúc đó, b i ế t t h ể tích t r ụ 15cm p suất chưa sáng 200mmHg ; p h ầ n h ì n h t r ụ p h ẩ n h ì n h c ầ u khí q u y ể n b ằ n g 1-13 M ộ t b ì n h k í n h ì n h t r ụ , p h ầ n t r ê n chứa k h ô n g k h í có chiều cao l I m p suất p suất khí q u y ể n Ì bar, p h ầ n d i nước có c h i ể u cao 2,24m Cho nước chảy t l ỗ n h ỏ đáy, h ỏ i chiểu cao c ộ t nước bao n h i ê u k h i nước k h ô n g t h ể chảy k h ỏ i b ì n h nữa, g i ả t h i ế t n h i ệ t độ k h n g khí g i ữ k h ô n g đổi 1-14.* X c đ ị n h c c t h ô n g số t r n g t h i nước t r o n g t r n g hợp : a) p = 12 bar ; t = 200"C ; b) p = 10 bar ; V = 0,17 m / k g 1-15 H ã y x c đ ị n h b ả n g đổ t h ị khối lượng v entanpi 0,5n} b ã o h ị a ẩm có p suất l o bar độ k h ô 0,9 1-16.* H i nước b ã o h ò a ẩm p suất p = 0,05 bar, độ k h ô 83, lưu l ợ n g 25kg/s v o b ì n h n g n g , n g n g t ụ đ ả n g p t h n h nước b ã o h ò a Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn H i ệ u suất t ổ n g hệ thống t h i ế t bị có t h ể tính theo m ộ t t r o n g hai c n g thức : L ÍT Hg + H,0 F-12 Qin -Q r-12 + s = Trong Q H g = m l | g (i, - i' ) H g = 9,627(404,28 - 86,788) = = 3056,495 kJ/kg H Thay vào Tịỵ = 0.57 5-24 HD : a) Đây chu trình ghép gồm chu trình tuabin khí abcd chu t r ì n h Rankin có q u nhiệt t r u n g gian Ì AB22'3 Chu t r ì n h tuabin khí có T a = 293K, p a = Ì bar, p h = bar, k-l T b = TJỈ = 531 K ; T = soo + 273 = 1073 K ; k T = T =f = 592 K d c Để nhiệt thải chu trình tuabin khí đù cấp cho gia nhiệt đ a nước cấp t h n h nước bão hòa p suất 160 bar, phải thỏa m ã n p h n g t r i n h c n b n g n h i ệ t : d - a = h - h- m - Oe -ụ = p b - a - - c + d> Ta có : T = -20"C = 253 K ; C (T T T T a Pb — ' Tị, = T a(^) = 253.5"- '' - k 4 = 401 K ; T = ° c = 2S8K p, k-1 T = T : (—) k = 28S : 5°- = 182 K 286 d c Thay vào _ p d ~ :i) 253 - 182 ~ c (T - T - T - Tj) ~ 401 -253-288 + 182 ~ • c (T T € 1,1 b ;|