Bài giảng môn Nhiệt động lực học kỹ thuật: Chương 3 - ThS. Nguyễn Thị Minh Trinh

Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật - Chương 3: Định luật nhiệt động thứ hai cung cấp cho người học các kiến thức: Hạn chế của định luật 1 và sự ra đời của định luật 2, chu trình nhiệt động. Mời các bạn cùng tham khảo.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG 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 – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHƢƠNG 3: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Tổng quát HẠN CHẾ CỦA ĐỊNH LUẬT VÀ SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỊNH LUẬT  Định luật nhiệt động thứ rằng: dạng lượng nhiệt lượng cơng biến đổi qua lại lẫn  Nhưng định luật không rõ được:  Chiều hướng diễn biến trình  Điều kiện cần đủ để trình xảy  Mức độ biến hóa lượng q trình  Và thực tế: cơng biến đổi hoàn toàn thành nhiệt lượng nhiệt lượng khơng thể biến đổi hồn tồn thành cơng CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Tổng quát HẠN CHẾ CỦA ĐỊNH LUẬT VÀ SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỊNH LUẬT (tt)  Từ nghiên cứu thực tiễn nhà khoa học tìm số quy luật gọi định luật nhiệt động thứ  Định luật nhiệt động thứ được:  Chiều hướng diễn biến trình  Thiết lập giới hạn tối đa biến hóa lượng q trình  Điều kiện để thực trình xảy ngược với chiều tự nhiên CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Chu trình nhiệt động CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG Thuận chiều Tất loại động nhiệt: động đốt trong, tuabin hơi, tuabin khí, … CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Ngược chiều Tất loại máy lạnh bơm nhiệt Chƣơng Chu trình nhiệt động Chu trình thuận chiều T p 3 q1 q1 sinh coâng sinh coâng q2 1 q2 v s q2 w q1  q   1 Hiệu suất nhiệt:   q1 q1 q1 CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Chu trình nhiệt động Phát biểu Kelvin-Planck  Khơng thể có động nhiệt biến toàn nhiệt lượng nhận thành cơng  Khơng thể có động nhiệt có hiệu suất 100% Vậy với chu trình thuận chiều: w  q1  q  q1  w  q Khi G ≠ kg: Q1  W  Q hay Qnóng  W  Qlanh CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Chu trình nhiệt động Chu trình ngƣợc chiều p q2 p nhận công q1 Chu trình máy lạnh q1 số làm Hệ lạnh: q1 q1   q  q1 nhậ wn công v CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Hệ số làm nóng: q q2 q   q  q1 w v Chu trình bơm nhiệt Chƣơng Chu trình nhiệt động Phát biểu Clausius  Khơng thể có máy lạnh hay bơm nhiệt vận chuyển nhiệt lượng từ nơi có nhiệt độ thấp đến nơi có nhiệt độ cao mà khơng tiêu tốn lượng  Hệ số làm lạnh máy lạnh (hay hệ số làm nóng bơm nhiệt) giá trị xác định, tiến tới vơ Vậy với chu trình ngược chiều: w  q  q1  q  w  q1 Khi G ≠ kg: Q2  W  Q1 hay Qnóng  W  Qlanh CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng p Chu trình Carnot Chu trình Carnot thuận chiều T q1 TN q=0 =c t =c o ns q=0 TL t q2 2 ons TL TN q1 3 q2 V s Chu trình Carnot thuận chiều Hiệu suất chu trình: TN  TL C  TN CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 10 Chƣơng Chu trình Carnot Chu trình Carnot ngƣợc chiều T q2 TN q=0 =c ons t TL 2 =c ons t q1 TN q2 q=0 TL V q1 s Chu trình Carnot ngược chiều Hệ số làm lạnh chu trình: CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM TL C  TN  TL 11 Chƣơng Chu trình Carnot Ý nghĩa chu trình Carnot T q1c Tmax - Chu trình tuabin khí: q2 dt DC65D    1  1 q1 dt AB 65A  B q1 C A Tmin D - Chu trình Carnot: q2 q2c s c   So sánh chu trình Carnot chu trình tuabin khí CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM q 2c q1c dt43654   1 dt12651  c   12 Chƣơng Chu trình Carnot Ý nghĩa chu trình Carnot  Trong tất chu trình nhiệt động tiến hành điều kiện nhiệt độ cực đại Tmax nhiệt độ cực tiểu Tmin, chu trình CARNOT ln có hiệu suất cao  Hiệu suất chu trình CARNOT mốc để đánh giá mức độ hồn thiện chu trình thực tế CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 13 Chƣơng Bài tập VD 3.1 Một động nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot với nhiệt độ nguồn lạnh 350C, nhiệt độ nguồn nóng 6000C Năng suất nhiệt cần cung cấp 1000 kW Xác định: Cơng suất sinh chu trình (HP) Trong thực tế công suất lớn hay nhỏ Năng suất nhả nhiệt chu trình ĐS: W = 647,19 kW = 867,9 HP Q2 = 352,81 kW CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 14 Chƣơng Bài tập VD 3.2 Một chu trình máy lạnh hoạt động nhiệt độ nguồn lạnh – 100C nhiệt độ nguồn nóng 370C, suất lạnh 100 kW Xác định: Hệ số làm lạnh lớn chu trình Công nén cần cung cấp (HP) Năng suất nhả nhiệt chu trình ĐS: W = 17,87 kW = 23,96 HP Q2 = 117,87 kW CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 15 Chƣơng Bài tập VD 3.3 Một máy lạnh làm việc theo chu trình Carnot tiêu thụ cơng suất 10 kW Nhiệt độ nguồn lạnh 70C nhiệt độ nguồn nóng 270C Xác định nhiệt lượng lấy nguồn lạnh giây? ĐS: Q1 = 140 kJ CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 16 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Hết chƣơng CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 17 ... ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM Chƣơng Chu trình nhiệt động CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG Thuận chiều Tất loại động nhiệt: động đốt trong, tuabin hơi, tuabin khí, … CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH. .. CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 13 Chƣơng Bài tập VD 3. 1 Một động nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot với nhiệt độ nguồn lạnh 35 0C, nhiệt độ nguồn nóng 6000C Năng suất nhiệt cần... lạnh giây? ĐS: Q1 = 140 kJ CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 16 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Hết chƣơng CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM 17