Giáo trình Nhiệt kỹ thuật (Nghề Công nghệ ô tô)

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: NHIỆT KỸ THUẬT NGÀNH/NGHỀ: CƠNG NGHỆ Ơ TƠ ( Áp dụng cho Trình độ Cao đẳng) LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017 LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng Nhiệt kỹ thuật biên soạn theo chương trình đào tạo Cao đẳng nghề Cơng nghệ ôtô Hiệu trưởng trường Cao đẳng Lào Cai ban hành Bài giảng biên soạn với nội dung ngắn gọn, dễ hiểu, nhằm trang bị cho người học kiến thức bản, cần thiết nhiệt kỹ thuật nghành công nghệ ô tô để phục vụ cho việc tiếp thu kỹ thuật chuyên môn, rèn luyện tay nghề để áp dụng vào sản xuất Với mong muốn tổng hợp có hệ thống thơng tin tư liệu tiêu chuẩn Nhiệt kỹ thuật nhằm xây dựng tài liệu học tập nghiên cứu cho học sinh, sinh viên nghề công nghệ ôtô Trong trình thực hiện, tác giả cố gắng nhiều, song điều kiện thời gian nên khơng tránh khỏi thiếu sót định Rất mong nhận ý kiến đóng góp để giảng mơn học Nhiệt kỹ thuật ngày hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Tác giả biên soạn: Tạ Thị Hoàng Thân MỤC LỤC Chương 1: Các khái niệm thông số trạng thái môi Các khái niệm 1.1 Các khái niệm 1.2 Nhiệt công Hệ nhiệt động thông số trạng thái 2.1 Hệ nhiệt động 2.2 Các thông số trạng thái Định luật nhiệt động 3.1 Định luật nhiệt động I 3.2 Định luật nhiệt động II Chương 2: Môi chất truyền Phương trình trạng thái khí lý tưởng khí thực 1.1 Khí lý tưởng 1.2 Khí thực Truyền nhiệt 2.1 Khái niệm 2.2 Phân loại 2.2.1 Dẫn nhiệt 2.2.2 Trao đổi nhiệt đối lưu 2.2.3 Trao đổi nhiệt xạ Khái niệm chuyển pha đơn chất 3.1 Khái niệm chuyển pha 3.2 Phân loại chuyển pha Chương 3: Các trình nhiệt động mơi chất Các q trình nhiệt động khí lý tưởng 1.1 Cơ sở lý thuyết để khảo sát trình nhiệt động 1.1.1 Cơ sở để khảo sát 1.1.1 Các trình nhiệt động 1.2 Nội dung để khảo sát 1.3 Các q trình có thơng số bất biến Các q trình nhiệt động khí thực 2.1 Ứng dụng nước 2.2.Q trình hóa đẳng áp nước 2.3 Bảng đồ thị nước 2.4 Tính tốn q trình nước Các q trình hỗn hợp khơng khí ẩm 3.1 Khái niệm 3.2 Các thơng số khơng khí ẩm 3.3 Quá trình sấy Chương 4: Chu trình nhiệt động động Khái niệm, yêu cầu phân loại chu trình nhiệt động 1.1 Khái niệm 1.2 Yêu cầu Chu trình nhiệt động số thiết bị nhiệt 2.1 Chu trình động đốt 2.2 Chu trình thiết bị động lực nước 2.3 Chu trình thiết bị làm lạnh dùng máy nén khí 2.4 Chu trình thiết bị làm lạnh dùng Chương CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT Mục tiêu: - Phát biểu đúng khái niệm thông số trạng thái mơi chất - Giải thích định luật nhiệt động I, định luật nhiệt động II - Nhận dạng phân biệt thông số trạng thái mơi chất, viết phương trình định luật nhiệt động - Tuân thủ đúng quy định, quy phạm lĩnh vực nhiệt kỹ thuật CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Nguồn nhiệt: vật trao đổi nhiệt với môi chất; nguồn nhiệt có nhiệt độ cao gọi nguồn nóng, nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp gọi nguồn lạnh 1.1.2 Môi chất: chất mà thiết bị dùng để truyền tải chuyển hóa nhiệt với dạng lượng khác Mơi chất vật chất pha nào, thường dùng pha (khí) có khả co dãn lớn Mơi chất đơn chất hn hp Yêu cầu kỹ thuật chất môi cht - Có khả sinh công lớn: thể tích thay đổi kể nhiệt độ thay đổi - Có khả truyền tải nhiệt lớn: Có nhiệt dung riêng lớn - Rẻ tiền, dễ kiếm, không ăn mòn thiết bị, không độc hại cho ng-ời thiết bị - An toàn, không dẽ cháy, dễ nổ Trong thực tế chất đáp ứng đủ nhu cầu trên, tuỳ theo lĩnh vực áp dụng ng-ời ta chọn chất môi giới sở phát huy -u điểm hạn chế thấp khut ®iĨm 1.1.3 Trạng thái: tập hợp thơng số xác định tính chất vật lý mơi chất hay hệ thời điểm Các đại lượng vật lý gọi thơng số trạng thái 1.1.4 Thông số trạng thái: đại lượng vật lý có giá trị trạng thái Thông số trạng thái hàm đơn trị trạng thái Nghĩa độ biến thiên thơng số trạng thái q trình phụ thuộc vào điểm đầu điểm cuối trình mà khơng phụ thuộc vào q trình (đường đi) đạt đến trạng thái 1.1.5 Máy nhiệt: hệ thống thiết bị dùng để tiến hành trình truyền tải, trao đổi chuyển hóa nhiệt năng, thực chuyển hố nhiệt cơng nói chung Thiết bị nhiệt thiết bị thực tế ta gặp nhiều như: máy lạnh, máy điều hòa nhiệt độ, thiết bị sấy, thiết bị chưng cất, thiết bị nhà máy điện … chúng thực việc chuyển hóa nhiệt từ vùng đến vùng khác biến nhiệt thành công 1.1.6 Động nhiệt: loại máy nhiệt tiêu thụ nhiệt lượng để sản sinh cho chúng ta tương ứng sau chuyển hóa thành dạng lượng khác điện năng, Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt nhận nhiệt từ nguồn nhiệt chuyển hóa phần thành năng, phần cịn lại tổn thất mơi trường bên ngồi VD: ô tô, xe máy, nhà máy nhiệt điện v.v Ngày người ta chế tạo thành công số động nhiệt đặc biệt động biến trực tiếp nhiệt thành điện như: pin nhiệt điện, chu trình pin nhiên liệu, động từ thủy động 1.1.7 Máy lạnh: loại máy nhiệt sử dụng nhiệt lượng lấy để làm lạnh vật VD: tủ lạnh, điều hồ nhiệt độ v.v loại máy lạnh 1.1.8 Bơm nhiệt: loại máy nhiệt sử dụng nhiệt lượng toả nguồn nóng để đốt nóng sấy, sưởi vật VD: tủ lạnh “hai chiều”: mùa hè làm việc theo chế độ máy lạnh, mùa đông làm việc theo chế độ bơm nhiệt Máy lạnh bơm nhiệt thiết bị nhiệt có chức phạm vi ứng dụng khác nguyên lý làm việc hoàn toàn giống nhau, nhờ lượng hỗ trợ từ bên ngồi nhiệt đưa từ nơi có nhiệt độ thấp( nguồn lạnh) tới nơi có nhiệt độ cao( nguồn nóng), sở trì nhiệt độ thấp môi trường nhiệt độ cao hơn( thiết bị làm lạnh) trì nhiệt độ cao môi trường nhiệt độ thấp hơn(đối với bơm nhiệt) L L Q1 = L + Q Q2 Q1 = L + Q Q2 Phịng ấm (Td: 300C) Mơi trường (Td: 50C) Kho lạnh (Td: -300C) Sơ đồ nguyên lý chức thiết bị lạnh bơm nhiệt 1.1.9 Quá trình nhiệt động: trình biến đổi chuỗi liên tiếp trạng thái hệ có trao đổi nhiệt công với môi trường 1.1.10 Nước sơi (nước bão hồ): nước bắt đầu q trình hóa kết thúc ngưng tụ; phần nước tồn với 1.1.11 Hơi bão hịa khơ: trạng thái bắt đầu ngưng tụ vừa hóa xong, mà phần hai pha nước (hoặc rắn) tồn 1.1.12 Hơi bão hịa ẩm: hỗn hợp bão hịa khơ nước bão hịa (nước sơi) 1.1.13 Nước chưa sơi: nước có nhiệt độ nhỏ nhiệt độ bão hịa áp suất nước có áp suất lớn áp suất bão hòa nhiệt độ 1.1.14 Hơi nhiệt: có nhiệt độ lớn nhiệt độ bão hòa áp suất có áp suất nhỏ áp suất bão hịa nhiệt độ 1.2 Nhiệt cơng Nhiệt cơng hai hình thái lượng, đại lượng đặc trưng cho trao đổi lượng môi chất môi trường thực q trình Khi mơi chất trao đổi cơng với mơi trường kèm thao chuyển động vĩ mơ, cịn trao đổi nhiệt ln tồn ti s chờnh lch nhit - Hình thái công đ-ợc thể kèm theo dịch chuyển dạng vĩ mô(các đại l-ợng vĩ mô đại l-ợng cân đo đong đếm đ-ợc, đại l-ợng vi mô đ-ợc) đại l-ợng cân đo đong đếm - Hình thái nhiệt đ-ợc thể tr-ờng hợp có trêng lệch nhiệt độ vật; (nếu trênh lệch nhiệt độ trao đổi l-ợng nh- không suất nhiệt năng) 1.2.1 Nhit lng: 1.2.1.1.Khỏi nim nhit Một vật có nhiệt độ khác không phân tử nguyên tử chuyển động hỗn loạn vật mang lng gọi nhiệt hay nhit lng( Nhiệt l-ợng đại l-ợng phụ thuộc vào trình) Khi hai vật tiếp xúc với nội vật nóng truyền sang vật lạnh Quá trình chuyển nội từ vật sang vật khác gọi trình truyn nhiệt Lợng nội truyền đợc trình gọi nhiệt lợng trao ®ỉi gi÷a hai vËt + KÝ hiƯu: Q (J) tính cho Gkg, q (J/kg) tính cho 1kg + Qui -ớc: - Nhiệt l-ợng vật nhận đ-ợc (+) - Nhiệt l-ợng vật nhả (-) Trong trờng hợp cân (khi nhiệt độ vật nhau), xẩy khả truyền nội từ vật sang vật khác (xem vô chậm) trạng thái cân động Điều có ý nghĩa quan trọng khảo sát trình chu trình lí tởng 1.2.1.2 Nhiệt dung riêng cách tính nhiệt a Nhiệt dung riêng *) Định nghÜa: Nhiệt dung riêng chất l-ỵng nhiƯt cần cấp cho đơn vị vật chất ca vt no ú để làm nhiệt độ vật ú tăng thêm độ theo trình Nhiệt dung riêng ca mt cht phụ thuộc vào chất , nhiệt độ áp suất cht khớ ú Kí hiệu: C, đơn vị (J/kg0K) *) Phân loại: + Theo nhiệt độ: - Nhiệt dung riêng thực: nhiệt dung riêng đ-ợc xác định nhiệt độ dq  q = C = dT t2  Cdt t1 - Nhiệt dung riêng trung bình: nhiệt dung riêng đ-ợc xác định khoảng nhiệt độ từ t1  t2 C t2 t1 = q t - NhiÖt dung riêng trung bình đ-ợc tính sẵn tra bảng số + Phân loại theo đơn vị l-ợng vật chất - Nhiệt dung riêng khối l-ợng: Khi đơn vị đo l-ợng môi chất kg, có nhiệt dung riêng khối l-ợng, ký hiệu = (J/kg) - Nhiệt dung riêng thể tích: Nếu đơn vị đo l-ợng môi chất mét khối l-ợng tiêu chun (ký hiệu m3 )thì nhiệt dung riêng đ-ợc gọi nhiệt dung riêng thể tích, ký hiệu = 𝑑𝑄 𝑉𝑑𝑇 (J/m3 0K) - NhiƯt dung riªng Kmol: NÕu đơn vị đo khối l-ợng môi chất kilomol ( kmol ) nhiệt dung riêng đ-ợc gọi nhiệt dung riêng kilomol, ký hiệu = (J/Kmol0K) + Quan hƯ gi÷a C, C', CM: Trong q trình nhiệt động nhiệt dung riêng chất khí khơng đổi Xét khối khí có khối lượng G, thể tích V ( m3tc) Nếu gọi M sơ kmol khối khí,  khối lượng 1kmol khí (kg/kmol) nhiệt dung riêng khối khí tính G.C = Vtc.C’ = M C 𝐺⁄ 𝐶𝜇 𝑀 ℎ𝑎𝑦 𝐶 = 𝑉𝑡𝑐 𝐶 ′ = 𝜇 𝐶= 𝐶𝜇 𝑉𝑡𝑐 𝐺 𝐶′ = Vtc - thể tích riêng môi chất điều kiện tiêu chuẩn vật lý + Phân loại theo trình: - Nhiệt dung riêng đẳng áp ( CP): Quá trình nhận nhiệt xẩy áp suất không đổi, có nhiệt dung riêng đẳng áp: CP l nhit dung riêng khối lượng đẳng áp C'P nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp CP nhiệt dung riêng mol ng ỏp - Nhiệt dung riêng đẳng tích ( CV): Quá trình nhận nhiệt xẩy thể tích không đổi, có nhiệt dung riêng đẳng tích : CV nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích C'V nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích CV nhiệt dung riêng mol đẳng tích * §èi víi khÝ lý t-ởng áp dụng công thức Mayer CP - CV = R (1) Với 1mol chất khí lý tưởng ta có:  Cp -  Cv =  R = R = 8314j/kmol độ Trong nhiƯt ®éng cã mèi quan hƯ: CP = k CV (2) 10 Hình 7.4 So sánh chu trình sánh chu trình Hình 7.5 So b Khí có áp suất nhiệt độ lớn nhỏ nhất: ta so sánh hiệu suất nhiệt chu trình nhả nhiệt lợng q2 gièng nhau, cïng lµm viƯc víi øng st nhiƯt nh (cùng Tmax pmax) Với điều kiện đó, chu trình đợc biểu diễn đồ thị T-s hình 7.5 12p34 chu trình cấp nhiệt đẳng áp, 122341 chu trình cấp nhiệt hỗn hợp 12v34 chu trình cấp nhiệt đẳng tích Trên đồ thị, chu trình có p1, T1 p3, T3 nghĩa nhả lợng nhiệt q2 (diện tích 14ab) đó: nhiệt lợng q1 cấp vào cho chu trình cấp nhiệt đẳng áp diện tích a2p3b lớn nhất, nhiệt lợng q1 cấp vào cho chu trình cấp nhiệt đẳng tích diện tích a2v3b lµ nhá nhÊt VËy theo ta thÊy hiƯu st chu trình cấp nhiệt đẳng áp lớn hiệu suất chu trình cấp nhiệt đẳng tích lµ nhá nhÊt: * Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hot ng ca ng c nhit * động xăng kỳ + Sơ đồ nguyên lý 66 Nguyên lý làm việc Mỗi chu trình làm việc động xăng 4kỳ gồm có hành trình lên xuống pistông thực bốn nhiệm vụ khác hút (nạp) - nén cháy,( giÃn nở sinh công) - xả Kỳ (kỳ hút): Xupap xả đóng, xupap nạp mở pittông từ điểm chết xuống điểm chết d-ới, thể tích xilanh lớn dần lên làm cho áp suất xilanh giảm, tạo chênh áp đ-ờng ống nạp bên xilanh động (áp suất xilanh động p = (0,07ữ 0,09)Kg/cm2 Vì hoà khí đ-ợc trộn từ tr-ớc đ-ợc hút qua xupap nạp vào bên xilanh động cơ, hoà khí có nhiệt độ t0 = (75 ữ 129) C xilanh cã nhiỊu khÝ sãt vµ bố trí đ-ờng ống nạp gần đ-ờng ống xả để tạo điều kiện để sấy nóng hoà khí Kết thúc kỳ hút, xupap nạp đóng lại, xupap xả ®ãng, pitt«ng ë ®iĨm chÕt d-íi Kú (kú nÐn): Cả hai xupap hút xả đóng, pittông từ điểm chết d-ới lên điểm chết ép nhỏ thĨ tÝch m«i chÊt xilanh xng tû sè nÐn = (6 ữ14) lần 67 làm cho môi chất nóng lên áp suất tăng dần, nhiệt độ môi chất t0 = (350 ữ 400)C, áp suất p =(1,1ữ 1,5)Kg/cm2 cuối kỳ nén pittông lên tới gần điểm chết trên, bugi bật tia lửa điện đốt cháy môi chất công tác Kỳ (cháy, dÃn nở, sinh công): Cả hai xupap đóng nh- kỳ nén Môi chất công tác đ-ợc đốt buồng cháy có nhiệt độ áp suất cao t0 =(2200ữ 2500)C p =(3,5 ữ 5) Kg/cm2: sù gi·n në cđa khÝ ch¸y xilanh đà đẩy pittông từ điểm chết xuống điểm chết d-ới làm quay trục khuỷu thực trình sinh công kết thúc cháy giÃn nở nhiệt độ xilanh khoảng t0 = (100ữ 200) C áp suất P=(0,3ữ 0,5)Kg/cm2 Kỳ (kỳ xả): Môi chất sau đ-ợc đốt cháy (thực trình sinh công) phải đ-ợc thải ngoài, kỳ xupap hút đóng, xupap xả mở, pittông từ điểm chết d-ới lên điểm chết đẩy sản vật cháy động Kỳ kết thúc chu trình công tác động đốt 4kỳ pittông đ-ợc lập lại trật tự nh- đà nêu * Động Diezel kỳ + Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ nguyên lý động Diesel 4kỳ giống nh- động xăng nh-ng khác vị trí lắp bugi động xăng đ-ợc thay vòi phun động Diesel 68 a d c b Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc động + Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc động diedel kỳ gồm hành trình (Hút(nạp)- nén- cháy giÃn nở sinh công- xả ) diễn giống nh- động xăng Nh-ng cần có số điểm cần l-u ý sau: Kỳ 1(kỳ nạp): Môi chất đ-ợc nạp vào xi lanh động không khí (động xăng đ-ợc hoà trộn sẵn bên chênh áp đ-ơng ống nạp xi lanh động P = (0,08 ữ 0,095) Kg/cm2: nhiệt độ không khí cuối kỳ nạp t = ( 30 ÷ 50) o C Kú (kỳ nén): Môi chất bên xi lanh động Diesel đ-ợc nén với tỉ số nén = (14 ữ suÊt cao, t0 = (600 ÷ P = (3,5 ÷ 22) có nhiệt độ áp 650)0C, 4,0)Kg/cm2 Cuối kỳ nén nhiên liệu đ-ợc phun vào buồng đốt với áp suất cao để tạo điều kiện hoà trộn đ-ợc tốt Việc đốt cháy nhiên liệu động diesel đòi 69 hỏi khoảng thời gian định, diễn biến trình cháy phức tạp Kỳ (kỳ cháy giÃn nở sinh công): kỳ nhiệt độ áp suất buồng cháy cao t0 = (1800 ÷ P = (6 ÷ 2000)0C, 8)Kg/cm2 Cuối kỳ áp suất khoảng P = 0,5 Kg/cm2, t0 = (600 ữ 700)0C Kỳ (kỳ xả): Môi chất sau đ-ợc đốt cháy thực trình sinh công phải đ-ợc thải ngoài, kỳ xupap hút đóng, xupap xả mở, pistong từ điểm chết d-ới lên điểm chết đẩy sản vật cháy động * Nhận xét Để hoàn thành chu trình công tác động kỳ trục khuỷu phải quay vòng, trục cam quay vòng, piston chuyển động lên xuống lần xi lanh động cơ, động xăng kỳ cháy giÃn nở sinh công bugi bật tia lửa điện đốt cháy môi chất công tác buồng công tác động động diesel vòi phun nhiên liệu d-ới dạng s-ơng mù bị nén với nhiệt độ áp suất cao, môi chất tự bốc cháy Trong kỳ làm việc động kỳ cháy GiÃn nở kỳ sinh công, kỳ khác tiêu tốn công (công âm) nhờ chuyển động quán tính pistong đ-ợc tích luỹ bánh đà động xi lanh khác động nhiều xi lanh Nếu đóng, mở xupap tuân theo quy luật góc độ nh- nguyên lý đà nêu trình thải 70 động không đ-ợc nh- trình nạp không đ-ợc đầy Do không lợi dụng đ-ợc chênh áp quán tính dòng khí Để nâng cao chất l-ợng cho việc thải nạp đầy, xupap xả xupap nạp phải có góc mở sớm, đóng muộn đ-ợc thể qua đồ thị pha phôi khí đồ thị công P V * Đồ thị công P-V - Đây đồ thị máy đo công vẽ nên cách nối trục động trực tiếp với trục máy đo công, sau đem biểu diễn hệ trục toạ độ đề hay trục P-V - P: Là trục ¸p st (trơc tung) - V: Lµ trơc thĨ tÝch (trục hoành) - Hai đ-ờng thẳng song song với trục tung (điểm chết trên; điểm chết d-ới) - Đ-ờng thẳng nằm ngang song song trục hoành khí Pk * Phân tích đồ thị - d1: Điểm mở sớm cđa xupap n¹p - d1d2: Gãc më sím cđa xupap nạp - b : Điểm mở sớm xupap xả 71 - b’ b”: Gãc më sím cđa xupap x¶ - d2: Điểm đóng muộn xupap nạp - ad2: Góc đóng muộn xupap nạp - r: Điểm đóng muộn xupap xả - rr: Góc đóng muộn xupap xả - Đoạn d1rad2: Quá trình nạp thực tế - c, z, b: trình cháy, giÃn nở, sinh công - b br r : Quá trình xả Mặc dù chu trình làm việc có lần sinh công ta thu đ-ợc công d-ơng, trình nạp, nén, xả tiêu tốn công 2.1.4 Chu trình Tua bin khí Ưu điểm cuẩ động đốt có hiệu xuất cao, nhiên động đốt có cấu tạo phức tạp phải có cấu để biến chuyển động thẳng thành chuyển động quay, nên công suất bị hạn chế Để khắc phục nhược điểm người ta dùng tua bin khí cho phép chế tạo với cơng suất lớn sinh công liên tục,thiết bị gọn nhẹ nên sử dụng rộng rãi để kéo máy phát điện sử dụng giao thơng vận tải Dựa vào q trình cháy nhiên liệu, chia thành hai loại: tua- bin khí cháy đẳng áp tuốc bin khí cháy đẳng tích a Sơ đồ nguyên lý nguyên tắc hoạt động tua-bin khí Sơ đồ thiết bị nguyên lý hoạt động tua -bin khí biểu diễn hình 4.6 Khơng khí nén đoạn nhiệt máy nén khí I, phần lớn đưa vào buồng đốt III, phần nhỏ đưa phía sau buồng đốt để hoà trộn với sản phẩm cháy nhằm làm giảm nhiệt độ sản phẩm cháy trước vào tua -bin Nhiên liệu bơm máy nén II đưa vào buồng đốt III Nhiên liệu khơng khí tạo thành hỗn hợp cháy cháy buồng đốt III Sản phẩm cháy có áp suất nhiệt độ cao ( khoảng 1300- 15000C) pha trộn với kkhơng khí trích từ máy nén, tạo thành hỗn hợp có nhiệt độ cónhiệt độ khoảng 900-11000C Sau đó, sản phẩm cháyđược đưa qua ống tăng tốc IV, tốc độ tăng lên vào tua -bin, biến động thành cánh tua -bin, làm quay tuốc bin kéo máy phát quay theo Sản phẩm cháy sau khỏi tua –bin thải môi trường 72 Hình 4.6 Sơ đồ ngun lý tua-bin khí Q trình cháy là: - Cháy đẳng áp p = const môi chất vào khỏi buồng đốt cách liên tục, cấu tạo buồng đốt đơn giản - Cháy đẳng tích v = const Ở cháy, van buồng đót phải đóng lại để thể tích hỗn hợp khơng đổi, nhằm thực q trình cháy đẳng tích, sản phẩm cháy khỏi buồng đốt không liên tục Muốn sản phẩm cháy vào khỏi buồng đốt cách liên tục cần có nhiều buồng đốt, cấu tạo phức tạp tổn thất qua van lớn Vì vậy, thực tế người ta thường chế tạo tua bin cháy đẳng áp b Chu trinhg tua bin khí cấp nhiệt đẳng áp Chu trình tua - bin khí cấp nhiệt đẳng áp biểu diễn đồ thị p- v T- s hình 4.7 + 1-2 q trình nén đoan nhiệt mơi chất buồng đốt + -3 trình cấp nhiệt đẳng áp buồng đốt + -4 trình giãn nở đoạn nhiệt ống tăng tốc(trong tua- bin) + -1 trình nhả nhiệt đẳng áp (thải sản phẩm cháy) 73 - Tỷ số nén:  = p2 / p1 - Hệ số giãn nở sớm trình cấp nhiệt:  = v3 / v2 - Hiệu suất = 𝑘−1 𝛽 𝑘 chu 𝑙 𝑞 =1− trình: |𝑞2 | 𝑞1 =1− Trong đó: q1 nhiệt lượng sinh trình cháy đẳng áp q1 = q23 = Cp(T2- T2’) q2 nhiệt lượng thải môi trường trình 41 q2 = Cp(T4 - T1) 2.2 Chu trình thiết bị làm lạnh dùng máy nén khí Mơi chất chu trình khơng khí coi khí lý tưởng có hai ngun tử Mơi chất thường dùng máy lạnh có máy nén Amoniac (NH3) hay Frêon F12, F22 (có cơng thức: CmHxFyClz) Amơnian thường dùng máy lạnh công nghiệp để sản xuất nước đá làm lạnh thực phẩm, nhiệt ẩn hố lớn nên chế tạo với cơng suất lớn.Frêon thường dùng máy lạnh gia đình tủ kem, tủ lạnh gia đình khơng địi hỏi cơng suất lớn, không mùi không độc hại 2.2.1.Sơ đồ nguyên lý thiết bị Máy nén khí 2.Giàn tỏa nhiệt Xy lanh giãn nở Buồng lạnh 2.2.2 Chu trình nhiệt động 74 Ta xét chu trình đồ thị T 1-2: trình nén đoạn nhiệt, tiến hành máy nén 2-3: Quá trình thải nhiệt đẳng áp, tiến hành giàn tỏa nhiệt 3-4: Quá trình giản nở đoạn nhiệt, tiến hành xylanh giãn nở s 4-1: Quá trình nhận nhiệt đẳng áp, tiến hànhO Trong buồng lạnh 2.2.3 Xác định hệ số làm lạnh chu trình Cơng thức chung 𝜀= 𝑞2 |𝑙| = 𝑞2 |𝑞1 |−𝑞2 Trong đó: q2 lượng nhiệt mơi chất nhận từ nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp q2 = q41 = Cp(T1 – T4) q1 lượng nhiệt mơi chất thải nguồn nhiệt có nhiệt độ cao; q1 = q23 2-3 trình đẳng áo q1 = q23 = Cp(T3 – T2) Thay trị số q1 q2vào biểu thức hệ số làm lạnh rút gọn ta có 𝜀= Xét q trình đoạn nhiệt 1-2 ta có 𝑇2 𝑇1 𝑝2 = ( ) 𝑝 𝑘−1 𝑘 Xét trình đoạn nhiệt 3-4 ta có 𝑝3 𝑇3 = ( ) 𝑝4 𝑇4 𝑘−1 𝑘 Vì p2 =p3; p1 = p4 ta có 𝑇3 𝑇2 − 𝑇3 𝑇2 = = 𝑇4 𝑇1 − 𝑇4 𝑇1 75 𝑇2 −𝑇3 −1 𝑇1 −𝑇4 Vậy hệ số làm lạnh chu trình 𝑇2 −1 𝑇1 = 𝜀= 𝑇3 −1 𝑇4 Với bơm nhiệt người ta lấy q1 làm tiêu đánh giá người ta dùng hệ số làm nóng  : =+1 2.3 Chu trình thiết bị làm lạnh dùng 2.3.1 Môi chất lạnh Môi chất lạnh gọi tác nhân lạnh hay gas lạnh chất mơi giới dùng chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt môi trường có nhiệt độ thấp thải nhiệt lượng cho mơi trường có nhiệt độ cao Mơi chất q trình làm việc tuần hồn chu trình nhờ có máy nén 2.3.2 Yêu cầu kỹ thuật Trong thiết bị làm lạnh chất mơi giới cần có u cầu kỹ thuật sau *Về mặt hóa học - Bền mặt hóa học phạm vi áp suất nhiệt độ làm việc - Ít ăn mịn thiết bị, có độ trơ cao, khơng tác dụng với dầu bơi trơn, ơxy khơng khí ẩm - Khơng độc hại cho sinh vât, khơng gây nổ *Về Tính lý học - Áp suất ngưng tụ không cao( áp suất cuối trình nén) Vì áp suất ngưng tụ cao để đảm bảo nhiệt độ lớn nhiệt độ mơi trường để tảo nhiệt cho nguồn nóng cần độ bền chi tiết cao, thiết bị cần độ dày lớn, có chênh áp lớn nên mơi chất dễ rị rỉ bên ngồi mơi trường - Áp suất bay khơng nhỏ ( bay , nhận nhiệt nguồn lạnh) có nhiệt độ thấp Yêu cầu áp suất bay lớn áp suất khí để hệ thống khơng có chân khơng tránh tượng rị rỉ khơng khí vào hệ thống 76 - Nhiệt độ đông đặc nhỏ nhiệt nhiều nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ tới hạn lớn nhiều nhiệt độ ngưng tụ nhiệt ẩn r = i ’’ – i’ lớn dần đến lượng môi chất nhỏ suất lạnh lớn -Hệ số dẫn nhiệt , hệ số tỏa nhiệt  cang lớn tốt khơng dẫn điện -Ngồi môi chất dễ kiếm, rẻ tiền, vận chuyển dễ dàng 2.3.3.Các loại mơi chất lạnh Khơng có chất đáp ứng 100% yêu cầu đặt Chỉ tìm chất đáp ứng số yêu cầu bản, cần thiết định Tùy trường hợp cụ thể mà người ta chọn môi chất mơi chất Thí dụ: Amoniắc NH3 có nhược điểm khơng phù hợp với lạo thiết bị lạnh gia đình thích hợp với cac thiết bị lạnh có cơng suất lớn có nhiệt ẩn hóa lớn, lượng mơi chất lạnh cần nạp nhỏ, máy nén thiết bị gọn nhẹ Do mùi độc hại khó chịu dùng phổ biến Năm 1874 nhà bác học Linda (Đức) đưa NH3 vào sử dụng đưa kỹ thuật lạnh tiên lên bước Từ năm 1920 chất hữu etylen, izobutan, clomêtan nghiên cứu ứng dụng sau hydrocacbon gốc halogen Trong nguyên tử hydro thay phần toàn phần nguyên tử flo, clo, brom cho đời loại môi chất Năm 1930 việc đời loại mội chất đánh dấu giai đoạn quan trọng kỹ thuật lạnh Sau hãng Dupoat (Mĩ) lần đàu tiên sản xuất loại mơi chất kí hiệu R12, R22 với tên thương mại Freon, cá sản phẩm tương tự sản xuất nước gọi với tên gọi khác Ngày nay, có nhiều loại Freon khác ứng dụng, chúng ký hiệu chữ R ( viết tắt chữ Refrigerant – môi chất lạnh) số 1,2,3,4 Thí dụ: R12, R22,R23 Gồm : - Các số biểu thị số nguyên tử Clo, bon - Chỉ số đầu: số nguyên tử bon trừ - Chỉ số thứ 2: số nguyên tử hydro cộng 77 - Chỉ số thứ 3: Số nguyên tử Flo - Số nguyên tử CL = hóa trị C – (F +H) Một số mơi chất thường gặp Kí hiệu Tên gọi R717 Amoniắc NH3 -33,4 R718 Nước H2O 100 R729 Khơng khí R744 Cacbonnic R11 R12 Cơng thức hóa Nhiệt độ sơi pkt học (pkt: áp suất khí trời) -192,3 Triclomonoflometan Diclodiflometan R22 Monoclomonoflometan R23 Triflometan CO2 -78,5 CCl3F 23,8 CCl2F2 -29,8 CHClF2 -40,8 CHF3 -82,1 2.3.4 Sơ đồ nguyên lý thiết bị Máy nén 2.Giàn tỏa nhiệt, mơi chất nhả nhiệt ngưng nên gọi bình ngưng 3.Buồng lạnh mơi chất nhận nhiệt hóa nên cịn gọi bình bốc Van tiết lưu + Van tiết lưu thiết bị cho dịng lưu động có tiết diện co hẹp cách đột ngột 2.3.5 Chu trình nhiệt động 1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt tiến hành máy nén 78 2-3: Quá trình nhả nhiệt đẳng áp, đoạn 2’ – biểu diễn trình nhả nhiệt ngưng đẳng áp đẳng nhiệt, trình tiến hành bình ngưng 3-4: Quá trình tiết lưu mơi chất lỏng, q trình có entanpi khơng đổi i3 = i4 4-1: q trình nhận nhiệt hóa đẳng áp đẳng nhiệt, tiến hành bình bốc chu trình hồn tất 2.3.5 Hệ số làm lạnh chu trình Cơng thức chung 𝜀= 𝑞2 |𝑙| = 𝑞2 |𝑞1 |−𝑞2 Trong đó: l - cơng tiêu hao để thực chu trình 𝑙 = |𝑞1 | − 𝑞2 q2 - nhiệt lượng môi chất nhận từ nguồn có nhiệt độ thấp q2 = q41 =i1 –i4 q1 - nhiệt lượng thải nguồn có nhiệt độ cao; q1 = q23 -3 trình đẳng áp nên q23 = i = i3 – i2 Như công tiêu hao để thực chu trình |𝑙| = ( i2 – i3) - ( i1 – i4) = i2 – i1 i3 =i4 Hệ số làm lạnh chu trình 𝑞2 |𝑙| = 𝜀= 𝑖1 −𝑖3 𝑖2 −𝑖1 Hệ số làm nóng: ∅= Giá trị i1, i2, i3 tra đồ thị i - s 79 |𝑞1 | |𝑙| = 𝑖2 −𝑖3 𝑖2 −𝑖1 80 ... tích thông số trạng thái, biểu diễn đồ thị p-v l12: diƯn tÝch v112v2 b Công kỹ thuật lkt(J/kg): Công kỹ thuật công dịng mơi chất chuyển động thực áp suất thay đổi, cơng kỹ thuật có hệ hở Môi chất... Quá trình đẳng nhiệt + nh ngha : Quá trình đẳng nhiệt trình nhiệt động có quy luật nhiệt độ giữ nguyên không thay đổi + Ph-ơng trình trình: p.v = const + Nhiệt dung riêng: CT = + Quan hệ thông... hiểu, nhằm trang bị cho người học kiến thức bản, cần thiết nhiệt kỹ thuật nghành công nghệ ô tô để phục vụ cho việc tiếp thu kỹ thuật chuyên môn, rèn luyện tay nghề để áp dụng vào sản xuất Với mong