Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Nhiệt kỹ thuật cung cấp cho người học các kiến thức: Khái niệm và các thông số cơ bản; Môi chất và sự truyền nhiệt; Các quá trình nhiệt động của môi chất; Định luật nhiệt động hai và chu trình nhiệt động của động cơ nhiệt. Mời các bạn cùng tham khảo!
UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG GIÁO TRÌNH Mơ đun: NHIỆT KỸ THUẬT NGHỀ: CƠNG NGHỆ Ơ TƠ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Hải Phịng, năm 2019 LỜI NĨI ĐẦU HiƯn nay, nhu cầu giáo trình dạy nghề để phục vụ cho tr-ờng Trung học chuyên nghiệp Dạy nghề toàn quốc ngày tăng, đặc biệt giáo trình đảm bảo tính khoa học, hệ thống, ổn định phù hợp với điều kiện thực tế công tác dạy nghề n-ớc ta Tr-ớc nhu cầu đó, tr-ờng Cao đẳng nghề Công nghiệp Thanh Hóa thực biên soạn giáo trình phục vụ cho việc giảng dạy học tập sở tập hợp chọn lọc giáo trình tiên tiến đ-ợc giảng dạy số tr-ờng có bề dày truyền thống thuộc ngành nghề khác Cuốn Giáo trình nhiệt kỹ thuật đ-ợc biên soạn sở đúc rút kinh nghiệm giáo trình kinh nghiệm giảng dạy giáo viên Ni dung mụn hc Nhiệt kỹ thuật nghiên cứu quy luật nhiệt động khí, nước đại lượng đặc trưng nó, chu trình động đốt cỏc dng truyn nhit Giáo trình giỳp sinh viờn có điều kiện tự học, tự nghiên cứu mơn học trình học tập vận dụng để giải tập môn học thực t sn xut Cỏc kin thc giáo trình ny trình bày ngắn gọn, đảm bảo thể kiến thức chính, quan trọng mơn học Các cơng thức trình bày có hệ thống, đầy đủ, rõ ràng, bám sát chương trình mơn học MỈc dï đà có nhiều cố gắng trình biên soạn nh-ng tránh khỏi thiếu sót định, mong đ-ợc bạn đọc góp ý để giáo trình đ-ợc hoàn thiện lần tái sau T mơn Chương I KHÁI NIỆM VÀ CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN Những khái niệm thông số 1.1 Nhiệt động học phương pháp nghiên cứu nhiệt động học Nhiệt động học môn khoa học nghiên cứu quy luật biến đổi lượng q trình biến đổi nhiệt thành cơng Môn nhiệt động học xây dựng sở hai định luật thực nghiệm: Định luật nhiệt động thứ định luật nhiệt động thứ hai - Định luật nhiệt động thứ thực chất định luật bảo tồn biến hố lượng ứng dụng phạm vi nhiệt, đặc trưng mặt số lượng trình biến đổi lượng - Định luật nhiệt thứ hai xác định chiều hướng mức độ tiến hành trình xảy tự nhiên Đặc trưng cho mặt chất lượng trình biến hố lượng - Dựa hai định luật này, phương pháp tốn học rút kết luận nhiệt động học 1.2 Những khái niệm 1.2.1 Công nhiệt lượng Khi vật tác dụng lẫn nhau, chúng truyền cho lượng Sự truyền lượng thực hai cách: a Thực công vật vật kia, lượng vật tăng lên lượng công nhận từ vật Công nhiệt động kỹ thuật ký hiệu l(j/kg) 1kg môi chất L(j) G(kg) Quy ước công vật sinh dương, công vật nhận vào âm b Năng lượng truyền từ vật nóng sang vật lạnh chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau, lượng trao đổi dạng gọi nhiệt lượng Nhiệt lượng ký hiệu q(j/kg) 1(kg) môi chất Q(j) G(kg), quy ước nhiệt lượng vật nhận dương, nhiệt lượng vật toả âm Đơn vị đo cơng nhiệt lượng ngồi jun cịn đo Calo (ký hiệu Cal) Cal = 4,1868 J, bội số Cal KCal 1KCal = 103Cal 1.2.2 Chất môi giới trạng thái chất môi giới - Để thực q trình biến hố lượng nhiệt công kỹ thuật người ta phải dùng chất trung gian gọi chất môi giới - Chất mơi giới thể khí, lỏng hay rắn - Trong động nhiệt chất môi giới thường thể khí, thể khí có khả thay đổi thể tích lớn, có khả sinh công lớn - Ở điều kiện khác nhau, chất môi giới trạng thái khác Các đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái chất môi giới gọi thông số trạng thái chất môi giới ë trạng thái xác định thông số trạng thái đại lượng xác định - Các thông số trạng thái: áp suất, nhiệt độ thể tích riêng 1.2.3 Cân nhiệt động - Nếu trạng thái hệ nhiệt động không thay đổi theo thời gian nghĩa hai thời điểm khác tính chất hệ nhau, ta nói hệ trạng thái cân nhiệt động đơn giản trạng thái cân - Khi trạng thái cân khơng có trao đổi nhiệt dịch chuyển học, nghĩa nhiệt độ áp suất thời điểm hệ (Khơng có cân tuyệt đối) Hệ nhiệt động thông số trạng thái chất môi giới 2.1 Hệ nhiệt động - Tập hợp tất vật có trao đổi nhiệt, công lẫn với môi trường xung quanh gọi hệ nhiệt động - Nếu hệ nhiệt động không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh gọi hệ đoản nhiệt, hệ không trao đổi nhiệt công với môi trường xung quanh gọi hệ lập - Hệ kín hệ khơng trao đổi chất với môi tr-êng xung quanh - Hệ hở hệ có trao đổi chất với mơi tr-êng xung quanh 2.2 Các thông số trạng thái 2.2.1 Áp suất - Áp suất lực tác dụng phân tử chất khí theo phương pháp tuyến lên đơn vị diện tích thành bình chứa chất khí P = F/S (1.1) Trong F: Tổng lực tác dụng lên phân tử khí lên thành bình chứa (N) S: Diện tích thành bình chứa chất khí (m2) P: Áp suất chất khí - Đơn vị đo áp suất N/m2, bar (1bar = 105N/m2) Ngồi người ta cịn đo áp suất atmotfe (at), chiều cao cột thuỷ ngân (mm Hg) milimét nước (mm H2O) - Quan hệ đơn vị đo: at = 0,981 bar = 735,6 mm Hg = 10 mm H2O bar = 750 mm Hg - Đo áp suất dùng loại dụng cụ đo: Pt + Manomet: Đo phần áp suất chất khí Pkt P lớn áp suất khí trời, gọi áp suất thừa tức hiệu áp suất tuyệt đối áp suất khí trời, ký hiệu Pt + Baromet: Dùng để đo áp suất khí trời, ký hiệu Pkt + Chân khơng kế: Đo phần áp suất chất khí nhỏ áp suất khí trời, ký hiệu PCck - Áp suất tuyệt đối: P = Pkt + Pt (1.2) Trị số áp suất tuyệt đối tổng số đo dụng cụ Baromet Pkt - Nếu áp suất bé áp suất khí trời dùng Baromet chân không kế P Pck Manomet Áp suất tuyệt đối là: P = Pkt - Pck (1.3) 2.2.2 Nhiệt độ - Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt vật chất, biểu thị tốc độ chuyển động (hay động năng) phần tử vật chất - Có nhiều nguyên tắc đo nhiệt độ khác nhau: Giãn nở chất lỏng (nhiệt kế thủy ngân, nhiệt kế rượu ) Nhiệt tiếp xúc (cặp nhiệt) - Hiện sử dụng thang đo nhiệt độ bách phân nhiệt độ tuyệt đối + Nhiệt độ bách phân gọi nhiệt độ Censius, ký hiệu t, đơn vị C (0 tương ứng với nước đá tan; 100 tương ứng với nước sôi áp suất tiêu chuẩn P = 760 mmHg) Từ 0C 100C chia 100 phần nhau, phần tương ứng với 1C + Nhiệt độ tuyệt đối gọi nhiệt độ Kenvin, ký hiệu T, đơn vị K - Quan hệ hai thang nhiệt độ: T(K) = t(C) + 273 (1.4) Chú ý: Một độ nhiệt độ bách phân tương ứng với độ nhiệt độ tuyệt đối 2.2.3 Thể tích riêng - Thể tích riêng thể tích đơn vị khối lượng Ký hiệu v đơn vị (m3/kg) - Nếu lượng khí có khối lượng G kg thể tích V(m3), thể v tích riêng là: V m kg G (1.5) - Đại lượng nghịch đảo thể tích riêng khối lượng riêng: G kg m v V (1.6) 2.2.4 Nội - Bất kỳ hệ nhiệt động bao gồm nhiều vật tác dụng lẫn có lượng tổng (E) động toàn hệ đặc trưng cho chuyển động toàn hệ (Eđ), tồn hệ đặc trưng cho vị trí tồn hệ trường (Et) nội toàn hệ U đặc trưng lượng phần tử nhỏ bế cấu tạo nên hệ: E = Eđ + Et + U - Nội U = Uđ + Ut + Nội động Uđ tổng động tịnh tiến với động quay nguyên tử phân tử lượng chuyển động dao động nguyên tử phân tử Theo thuyết động học phân tử, nội động phụ thuộc vào nhiệt độ tăng lên nhiệt độ tăng (U0đ = iRT , U0đ nội Kmol khí, i số bậc tự phân tử khí, R số chất khí, T nhiệt độ tuyệt đối chất khí) + Nội Ut lực liên kết phân tử nguyên tử, nội phụ thuộc vào khoảng cách phân tử, tức phụ thuộc vào thể tích riêng khối khí, thể tích riêng khối khí thay đổi, khoảng cách phân tử thay đổi, thay đổi + Nội chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích riêng chất P a b khí đó, tức phụ thuộc vào thơng số c nội thông số trạng thái d + Nếu ký hiệu U nội kg chất khí ta viết: U = f(T, V) (1.7) Đối với chất khí lý tưởng, khơng V có lực tương tác phân tử nên nội không (Ut = 0) Do nội khí lý tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ U = f(T) (1.8) Nội thông số trạng thái nên độ biến thiên nội khơng phụ thuộc vào đặc tính trình thay đổi trạng thái Độ biến thiên nội chất khí theo q trình khác nhau, có trạng thái đầu trạng thái cuối Trên đồ thị, hình vẽ trình: 1b2, 1c2, 1d2 có trạng thái đầu trạng thái cuối có lượng thay đổi nội U a U b U c U d dU U U1 f P2 , V2 f P1 , V1 Trong nhiệt động học không yêu cầu xác định giá trị tuyệt đối nội mà cần tính độ biến thiên nội U Giá trị nội cho sổ tay kỹ thuật thực hiệu số U - U0, với U0 quy ước điều kiện đó, thí dụ nước, theo quy ước Quốc tế chọn U0 = 0,01C áp suất 0,006228 at (trạng thái điểm ba nước) Giá trị U0 chọn tùy ý không ảnh hưởng đến trị số biến thiên U 2.2.5 Entanpi Đối với 1kg, entanpi kí hiệu i, Gkg kí hiệu I, định nghĩa biểu thức: i = u + pv (j/kg) I = G.i = G(u + pv) = U + pV (J) Đối với khí thực entanpi nội hàm trạng thái phụ thuộc vào nhiệt độ thể tích I = f(T,v) Đối với khí lý tưởng, lực tương tác phân tử khơng, entanpi phụ thuộc vào nhiệt độ T, nghĩa I = f(T) Trong trình, entanpi xác định bằng: di = CPdT i = Cp(T2 – T1 ) 2.2.6 Entropi Theo nhiệt động học thường gặp P tỷ số: ds dq T a (1.9) b c Trong dq nhiệt lượng tham d gia vào trình vơ bé đó, S gọi Entrôpi đơn vị đo KJ/Kg.độ Entrôpi thơng số trạng thái V cịn gọi hàm số trạng thái Độ biến thiên Entrôpi không phụ thuộc vào đặc tính q trình thay đổi trạng thái chất khí mà phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối trình Trên đồ thị biến thiên Entrôpi từ trạng thái sang trạng thái theo trình 1a2, 1b2, S = (S2 - S1)a = (S2 - S1)b = (S2 - S1)c = = S2 - S1 2.2.7 Execgi Là lượng có ích tối đa mà mơi chất nhận để tiến đến trạng thái cân với mơi trường bên ngồi Ký hiệu: e với e = (i - i0) T0 (S - S0) i: entanpi trạng thái cần xác định i0: entanpi trạng thái cân T0: Nhiệt độ tuyệt đối trạng thái cân S : entrôpi trạng thái cần xác định S0: entrôpi trạng thái cân Ph-ơng trình trạng thái chất khí 3.1 KhÝ thùc vµ khÝ lý t-ëng Mäi chÊt khÝ cã tự nhiên khí thực, chúng phân tử, nguyên tử tạo thành Các nguyên tử, phân tử tích thân chúng có lực t-ơng tác lẫn Chất khí kích th-ớc thân phân tử nguyên tử bé so với khoảng cách chúng Để tiện việc nghiên cứu bỏ qua lực t-ơng tác phân tử, nguyên tử chất khí thể tích thân chúng, chất khí nh- gọi khí lý t-ởng 3.2 Định luật Avôgađrô - điều kiện nhiệt độ áp suất, thể tích Kmol tất khí lý t-ởng - Một Kilomon (viết tắt Kmol) đại l-ợng có M kg - Trong M trị số phân tử l-ợng chất khí ®ã ThĨ tÝch Kmol lµ thĨ tÝch cđa M kg khÝ 10 + HiƯu st nhiƯt cđa chu tr×nh: t q2 q1 + NhiƯt l-ỵng cÊp cho chu tr×nh: q1 = q1’ + q1” = Cv(T3 - T2) + Cp(T4 - T3) q1 = Cv(T3 - T2) + K.Cp(T4 - T3) + Nhiệt l-ợng nhả chu trình: |q2| = Cv(T5 - T1) - Khi hiƯu st nhiƯt cđa chu tr×nh cã thĨ viÕt : t q2 C v (T5 T1 ) 1 , (5-5) q1 C v (T3 T2 ) KC p (T4 T3 ) - Các giá trị T2, T3, T4, T5 tính theo T1 + Trong trình đoạn nhiệt 1-2 T1 V1 T2 V2 k 1 k 1 vµ T2 = T1.k-1 + Trong trình đẳng tích 2-3: T3 P3 vµ T3 = T2. = T1 k-1. T2 P2 + Trong trình đẳng áp 3-4: T4 V4 vµ T4 = T3 = T1 k-1.. T3 V3 T5 k 1 + Trong qu¸ trình đoạn nhiệt 4-5: T4 k - T5 T1 . k Thay giá trị T2, T3, T4, T5 vào (5-5) ta đ-ợc: . k 1 t k 1 , [( 1) K( 1)] (5-6) 3.4 So sánh hiệu suất nhiệt chu trình động ®èt - Cïng tû lƯ nÐn vµ cïng nhiệt l-ợng q1 66 + Nhiệt l-ợng nhả chu trình + q2v< q2hh< q2p mà q1 nh- nªn v > hh > p + Nh- chu trình làm việc với tỷ lệ nén chu trình cấp nhiệt đẳng tích có hiệu suất cao - Cùng nhiệt độ áp suất lớn Nhiệt l-ợng cấp vào chu trình q1p < q1hh < q1v mà q2 nh- nên có: p > hh > v Hơi n-ớc 4.1 Khái niệm Trong công nghiệp nh- đời sống hàng ngày n-ớc đ-ợc dùng rộng rÃi với mục đích - Làm chất môi giới để biến nhiệt thành công máy nhiệt, ví dụ tuabin nhà máy nhiệt điện, điện nguyên tử, máy n-ớc xe lửa, tàu thuỷ - Làm chất mang nhiệt để nung nóng vật khác Ví dụ công nghiệp hoá chất, kỹ thuật - Ngoài n-ớc đ-ợc sử dụng làm chất làm chậm nơtơron lò phản ứng Hơi n-ớc có tính chất khác xa tính chất khí lý t-ởng lực tác dụng phân tử thể tích thân phân tử lớn nên bỏ qua đ-ợc coi n-ớc khí thực tất ph-ơng trình công thức dùng cho khí lý t-ởng không dùng đ-ợc cho n-ớc Hơi n-ớc đ-ợc sản suất lò áp suất không đổi, tuỳ theo mục đích, yêu cầu cụ thể mà có giá trị khác khoảng 2at 300 at - Quá trình biến n-ớc (pha lỏng) thành (pha hơi) cách gọi chung hoá Theo cách tạo thành mà hóa chia thành bay sôi 67 + Bay trình tạo tiến hành bề mặt thoáng chất lỏng nhiệt độ Sở dĩ có bay số phân tử chất lỏng chuyển động đến bề mặt thoáng va chạm với phân tử khác nên có động cao đến mức thắng đ-ợc lực tác dụng phân tử bay C-ờng độ bay tăng Bay nhiệt độ chất lỏng lớn - Bề mặt thoáng bề mặt thoáng không bị Sôi hạn chế trình bay tiến Bề mặt đốt nóng hành liên tục Tiếp tục cấp nhiệt cho chất lỏng, nhiệt độ chất lỏng tăng, đến lúc nhiệt độ định phụ thuộc vào áp suất chất lỏng, bay xảy bề mặt đốt nóng thân chất lỏng, trình tạo nh- gọi sôi Nhiệt độ chất lỏng sôi gọi nhiệt độ sôi, nhiệt độ sôi ký hiệu ts Trong trình sôi áp suất không đổi ts = const Nói cách khác nhiệt độ sôi hàm áp suất 4.2 Quá trình hoá đẳng áp n-ớc 4.2.1 Các trạng thái P0 - tC P0 - P0 - P0 - P0 - D A B C P0=const O q Gi¶ sư ta cã xi lanh chứa 1kg n-ớc nhiệt độ ban đầu t0 = 00C, bề mặt có đậy pít tông có trọng l-ợng không đổi có áp suất n-ớc có giá trị không đổi P0 = const Trong trình cấp nhiệt cho 68 n-ớc để làm n-ớc hóa hơi, pít tông đè lên mặt n-ớc nên bề mặt thoáng, tức không xảy bay mà có xảy sôi Quá trình biến n-ớc thành - Đoạn OA biểu diễn trình đốt nóng từ t0 ts + Tại “0” : V0, u0, i0, t0, + T¹i “A” nhiƯt độ nước đạt tới nhiệt độ (ts) bắt đầu xảy sôi, bọt xuất hiện, nghĩa cần cấp thêm nhiệt n-ớc sôi đ-ợc tạo thành - thông sôi ký hiƯu “ ’ ” VÝ dơ : V’, u’, i, t, ts - Đoạn AC biểu diễn trình sôi Trong đoạn cấp nhiệt nh-ng nhiệt độ n-ớc giữ nguyên ts = const Nhiệt cấp cho n-ớc đoạn AC mà không làm tăng nhiệt độ Quá trình gọi nhiệt hoá Ký hiệu dấu Ví dụ V,u,t,ts - Hơi n-ớc điểm B hỗn hợp n-ớc sôi bÃo hòa khô, n-ớc trạng thái gọi bÃo hòa ẩm Các thông số bÃo hòa ẩm ký hiệu x Ví dụ : Vx, ux , tx Để xác định trạng thái bÃo hoà ẩm ng-ời ta đ-a vào thông số gọi độ khô ký hiệu x: Gkg bÃo hoà khô x= Gkg bÃo hoà ẩm + Đối với bÃo hoà khô: x = + Đối với n-ớc sôi: x = Và x + §é Èm ký hiƯu y : G(kg) nước sơi y=1-x= G(kg) bão hịa ẩm - Đoạn CD biểu diễn trình đ-a bÃo hoà khô thành nhiệt 69 Sau toàn n-ớc đà biến thành (điểm C) ta tiếp tục cấp nhiệt, lúc nhiệt độ tăng lên tức t > ts Hơi bÃo hòa khô nh-ng nhiệt độ lớn nhiệt độ sôi gọi nhiệt Các thông số nhiệt ký hiệu số, ví dụ V, U, t 4.2.2 Các đ-ờng giới hạn h¬i n-íc K A2 O2 O1 O C2 P2 B1 A X=0 C1 P1 C P0 X=1 Ta biĨu diƠn điểm O, A, C đồ thị P-V Với ¸p st P0 ta cã c¸c ®iĨm O, A, C Với áp suất P1 > P0 ta có điểm O1, A1, C1 Víi ¸p st P2 > P1 ta có điểm O2, A2, C2 - Nối điểm O, O1, O2 ta đ-ợc d-ờng biểu diễn thay ®ỉi thĨ tÝch cđa n-íc ch-a s«i (t < ts) phụ thuộc vào áp suất Đ-ờng hầu nhthẳng đứng thể thích n-ớc ch-a sôi hầu nh- không thay đổi theo áp suất - Nối điểm C, C1, C2 ta đ-ợc đ-ờng cong d-ới hạn x = biểu thị trạng thái bÃo hoà khô - Hai đ-ờng giới hạn giới hạn d-ới gặp điểm K gọi điểm tới hạn Điểm tới hạn K không khác n-ớc Các thông số tới hạn, ký hiƯu chØ sè “K” VÝ dơ : Pk, tk, Vk Víi n-íc ta cã Pk 225at, tk = 3740C, Vk 0,003 mm/kg Trên đồ thị P-V 70 Phía trái x = 0, trạng thái n-ớc ch-a sôi Trên đ-ờng x = thạng thái n-ớc sôi P K N-ớc ch-a sôi N-ớc sôi Hơi bÃo hoà khô Hơi nhiệt Hơi bÃo hoà ẩm X=0 X=1 V Phần hai đ-ờng giới hạn x = 0, x = bÃo hoà ẩm Trên đ-ờng x = bÃo hoà Bên phải đ-ờng = nhiệt Bài tập Bài Xác định hiệu suất nhiệt chu trình Carno thn chiỊu biÕt nhiƯt ®é ngn nãng t1 = 9270C, nhiệt độ nguồn lạnh t2 = 270C Xác định hệ số làm lạnh chu trình Carno ng-ợc chiều biÕt nhiƯt ®é ngn nãng t1 = 370C, nhiƯt ®é ngn l¹nh t2 = -30C? Bài Chu trình Các nơ thuận chiều thuận nghịch dùng khơng khí tiến hành phạm vi nhiệt độ; Tmax = 10000K; Tmin = 2000K phạm vi áp suất; Pmax = 80bar, Pmin = 1,2 bar a) Biểu diễn chu trình đồ thị P – v T – s? b) Xác định thông số đỉnh chu trình? c) Hiệu suất nhiệt chu trình? d) Cơng mơi chất chu trình? Bài Xác định thông số: entanpi, thể tích riêng, nội kg n-ớc 300 kg/h n-ớc áp suất p = 10 bar, độ khô x = 0,9 71 Bài kg n-ớc áp suất bar, nhiệt độ 200C đ-ợc đốt nóng đến 2000C điều kiện áp suất không đổi đến 1270C Xác định nhiệt l-ợng q1 đốt nóng n-ớc đến nhiệt độ sôi, nhiệt l-ợng q2 biến n-ớc sôi thành bÃo hòa khô, nhiệt l-ợng q3 biến bÃo hòa khô thành nhiệt nhiệt l-ợng q biến n-ớc ban đầu thành nhiệt trạng thái cuối Bài Hơi n-ớc bÃo hòa ẩm có độ khô x = 0,3, áp suất bar, entanpi thể tích riêng bÃo hòa khô 2749 kJ/kg 0,3747 m3/kg; entanpi thể tích riêng n-ớc sôi 640 kJ/kg 0,0011 m3/kg Xác định entanpi, thể tích riêng n-ớc bÃo hòa ẩm? Bài kg không khí áp suất ®Çu p1 = at, thĨ tÝch v1 = 0,8 m3/kg nhận l-ợng nhiệt 100kcal/kg điều kiện áp suất không đổi Xác định nhiệt độ đầu cuối, thể tích cuối trình? Trả lời t1 = 00C ; t2 = 416 0C ; v2 = 2,202 m3/kg Bài Không khí xy lanh dÃn nở đẳng nhiƯt ë nhiƯt ®é t = 20 0C, tõ thĨ tÝch V1 = 1,5 m3, ¸p suÊt p1 = bar đến thể tích V2 = 5,4 m3 Xác định l-ợng nhiệt cần cung cấp, công thay đổi thể tích, l-ợng biến đổi entrôpi không khí xilanh? Trả lêi Q = L12 = 9,6 kJ; Δs = 3,28 kJ/0K Bài Xác định hiệu suất nhiệt công chu trình lý tưởng động đốt kiểu pít tơng cấp nhiệt đẳng áp mơi chất 1kg khơng khí, nhiệt dung riêng số làm việc điều kiện áp suất P1 = 1bar, t1 = 270C; p3 = 50bar; p4 = 5bar Bài Cho chu trình động đốt cấp nhiệt hỗn hợp , mơi chất khơng khí có nhiệt dung riêng số, thông số nạp P1 = 760mmHg, t1 = 270C, tỷ số nén tỷ số tăng áp hệ số dãn nở sớm 1,5 a) Biểu diễn chu trình đồ thị P-v T-s? Xác định thông số trạng thái đỉnh chu trình? 72 b) Tính hiệu suất nhiệt chu trình? Bài 10 Mét phích đựng n-ớc đá có đ-ờng kính d = 100mm có lớp thuỷ tinh tráng bạc diện tích bề mặt lớp F1 F2 = 0,15m2 Giữa lớp vỏ đ-ợc rút chân không gần nh- hết không khí Nút phích làm nhựa rỗng dày =20mm Nhiệt độ môi tr-ờng bên tf1 = 35C, nhiệt độ n-ớc đá tf2 = 0C Độ đen thuỷ tinh tráng bạc = 0,02 Bi 11 Tính l-ợng nhiệt truyền từ vào phích xạ vá phÝch vµ b»ng dÉn nhiƯt qua nót phÝch (bỏ qua chiều dày lớp thuỷ tinh tráng bạc, nhiệt độ môi tr-ờng nhiệt độ mặt t-ơng đ-ơng) Nếu phích đựng 1kg n-ớc đá thời gian n-ớc đá tan hết (nhiệt nóng chảy n-ớc đá r=334KJ/kg? Bi 12 Mt chu trỡnh ng c đốt cấp nhiệt đẳng tích, mơi chất khí nguyên tử có R = 287j/kg 0K k = 1,4 Trong chu trình áp suất thấp 1bar, nhiệt độ thấp 3200K, tỷ số nén tỷ số tăng áp cấp nhiệt a) Biểu diễn chu trình đồ thị P-v T-s? b) Xác định thông số trạng thái cịn lại đỉnh chu trình? c) Xác định hiệu suất nhiệt cơng chu trình? 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) NhiÖt kü thuËt - ĐHBK Hà nội - 1984 2) Cơ sở kỹ thuật nhiệt - Nhà xuất CNKT Hà nội - 1983 3) Nhiệt kỹ thuật - ĐHBK Hà nội - 1993 4) Lò luyện kim - ĐHBK Hà nội- 1980 5) Kỹ thuật nhiệt - ĐHBK Hà nội - 1993 6) nhiÖt kü thuËt - NXB KHKT - 1997 7) Kü thuật nhiệt - NXB Giáo dục - 1999 8) Cơ së kü tht nhiƯt - NXB Gi¸o dơc - 2000 9) Kỹ thuật nhiệt - Lê Công Cát - 2003 10) Kü tht nhiƯt - Bïi H¶i - 2004 11) Bµi tËp kü tht nhiƯt - Häc viƯn KTQS - 2003 74 Mơc lơc LỜI NĨI ĐẦU…………………………………………………… Ch-¬ng I Khái niệm thông số 1.Những khái niệm thông số 1.1 Nhiệt động học phương pháp nghiên cứu nhiệt động học 1.2 Những khái niệm c bn 2.Hệ nhiệt động thông số trạng thái chất môi giới .4 2.1.Hệ nhiệt động 2.2.C¸c thông số trạng thái 3.Ph-ơng trình trạng thái chất khí 10 3.1.KhÝ thùc vµ khÝ lý t-ëng .10 3.2.Định luật Avôgađrô 10 3.3.Ph-ơng trình trạng thái chất khí 10 Câu hỏi tập 12 Bµi tËp 13 Ch-ơng II Môi chất truyền nhiệt .14 1.Khái niệm, phân loại khÝ lý t-ëng vµ khÝ thùc 14 1.1.KhÝ lý t-ëng .14 1.2.KhÝ thùc 14 1.3.Hỗn hợp khí lý t-ởng 14 2.Khái niệm, phân lo¹i sù trun nhiƯt .15 2.1.Tr-êng nhiƯt ®é 16 2.2.Mặt đẳng nhiệt 17 2.3.Građiên nhiệt độ 17 2.4.Vetơ dòng nhiệt 17 2.5.Công suất dòng nhiƯt 18 3.Kh¸i niệm chuyển pha đơn chất 18 3.1.Nóng chảy đông đặc 20 75 3.2.Hóa ng-ng tô 20 3.3.Thăng hoa ng-ng kết 21 3.4.Một số định nghĩa khác 21 3.5.Quá trình hóa đẳng áp .22 Ch-ơng III Các trình nhiệt động môi chất .27 1.Định luật nhiệt động thứ nhất30 1.1.Định luật nhiệt động thứ nhất.30 1.2.Nội chất khí.31 1.3 Công dÃn nở chất khí.32 1.4 Ph-ơng trình định luật nhiệt động thứ nhất34 2.Nhiệt dung riêng cách tính nhiệt l-ợng 35 2.1.Nhiệt dung riêng.35 2.2.Định nghĩa, phân loại nhiệt dung riêng .31 2.3.Quan hệ loại nhiệt dung riêng 32 2.4.Quan hệ nhiệt dung riêng nhiệt độ .33 2.5.Nhiệt dung riêng hỗn hợp khí 34 3.Tính nhiệt l-ợng theo nhiệt dung riêng.38 3.1.Tính nhiệt l-ợng theo nhiƯt dung riªng 35 3.2.TÝnh nhiệt l-ợng theo nhiệt dung riêng trung bình 35 3.3 Tính nhiệt l-ợng theo nhiệt dung riêng số 36 3.4.Công thức để tính nhiệt dung riêng trung bình 36 4.Các trình nhiệt động môi chất 37 4.1.Các khái niệm .37 4.2.Các trình nhiệt động .40 4.2.1.Khái niÖm 40 4.2.2.Quá trình đa biến 40 4.2.3.Quá trình đẳng tích .42 4.2.4.Quá trình đẳng áp 44 76 4.2.5.Qu¸ trình đẳng nhiệt 46 4.2.6.Quá trình đoạn nhiệt 47 Bµi tËp 51 Ch-¬ng IV- Định luật nhiệt động hai, n-ớc l-u động tiết l-u.Error! Bookmark not defined 1.Định luật nhiệt động thø hai 53 1.1.Néi dung cách phát biểu định luật nhiệt động thứ hai 53 1.2.Chu trình nhiệt động52 1.3.Công chu trình 57 1.4.Hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh hệ số bơm nhiệt59 1.5 Chu trình Carnot59 1.6 Biến đổi entrôpi trình thuận nghịch, không thuận nghịch hệ cô lập Error! Bookmark not defined 2.Hơi n-ớc67 2.1.Khái niệm67 2.2.Quá trình hoá đẳng áp n-ớc68 2.3.Giải trình nhiệt động n-ớc đồ thị i - s Error! Bookmark not defined L-u động tiết l-u khí Error! Bookmark not defined 3.1.Khái niệmError! Bookmark not defined 3.2.Những giả thiết nghiên cứu l-u động khí (hơi) 63 3.3.ống tăng tốc nhỏ dần hỗn hợpError! Bookmark not defined 77 3.4.L-u động khí (hơi) điều kiện thực Error! Bookmark not defined Không khí Bookmark ẩm.Error! not defined 4.1.Định nghĩa phân loại không khí ẩm Error! Bookmark not defined 4.2.Các đại l-ợng đặc tr-ng không khí ẩm.Error! Bookmark not defined 4.3.ẩm kế………………………………………………………….Error! Bookmark not defined Bµi tËp 85 Ch-¬ng V Chu trình động đốt dạng truyền nhiệt 53 1.Khái niệm, yêu cầu phận loại chu trình nhiệt động 53 1.1.Khái niệm chung.61 1.2 Phân loại88 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động động nhiệt62 1.1.Chu trình lý t-ởng động đốt cấp nhiệt đẳng tích89 1.2.Chu trình lý t-ởng động đốt cấp nhiệt đẳng áp.90 1.3.Chu trình lý t-ởng động đốt cấp nhiệt hỗn hợp 92 1.4.So sánh hiệu suất nhiệt chu trình động đốt trong66 2.Trao đổi nhiệt dÉn nhiƯt……………………………………Error! Bookmark not defined 2.1.Kh¸i niƯm vỊ nhiƯt…………………………………………Error! dÉn Bookmark not defined 78 2.2.Tr-êng nhiƯt Bookmark ®é…………………………………………………Error! not defined 2.3.Mặt đẳng nhiệt - Gradian nhiệt độ Error! Bookmark not defined 2.4.Mật độ dòng nhiệt, dòng nhiệtError! Bookmark not defined 2.5.Định luật Furier dẫn nhiệt Error! Bookmark not defined 2.6.Dẫn nhiệt ổn định, nguồn nhiệt bên trongError! Bookmark not defined 2.7.Sù dÉn nhiƯt qua v¸ch trơ………………………………………Error! Bookmark not defined 3.Trao ®ỉi nhiƯt b»ng ®èi l-u…………………………………….Error! Bookmark not defined 3.1.Khái niệm trao đổi nhiệt đối l-uError! Bookmark not defined 3.2.Những nhân tố ảnh h-ởng đến trao đổi nhiệt đối l-u.Error! Bookmark not defined 4.Thiết bị trao đổi nhiệtError! Bookmark not defined 4.1 Định nghĩa phân loại105 4.2 Thiết bị trao đổi nhiệt ngăn cách.106 4.3 Thiết bị trao đổi nhiệt ống nhiệt 106 4.4 Thiết bị trao đổi nhiệt hồi nhiệt107 4.5 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hỗn hợp.108 Bài tập108 79 Tài liệu tham kh¶o………………………………………………111 Mơc lơc…………………………………………………………112 80 ... kiện nhiệt độ không đổi Ph-ơng trình trình đẳng nhiệt T = Const hay PV = Const - Trên đồ thị p-v trình đẳng nhiệt ? ?-? ??c biểu thị ? ?-? ??ng 45 Hypecbol vuông góc (? ?-? ??ng 1-2 ) - Trên đồ thị T-S ? ?-? ??ng... Trên đồ thị P - V ? ?-? ??ng đoạn nhiệt ? ?-? ??ng cong dốc đẳng nhiệt (? ?-? ??ng 1-2 ) k > ? ?-? ??ng 1-2 : DÃn nở đoạn nhiệt 1-2 : DÃn nở đẳng nhiệt - Quan hệ thông số trình đoạn nhiệt Xác định ph-ơng trình 4.51 PVk... (3.4) Công tính theo biểu thức 3.3 3.4 ? ?-? ??c gọi công dÃn nở Công thực gắn liền với thay đổi thể tích Công dÃn nở ? ?-? ??c gọi ngoại công, công chất khí sinh để chống lại sức cản môi tr-ờng - Khi