TRONG MÔI TRƯỜNG
Trong thực tế câc động cơ của câc phương tiện giao thông, câc nhă mây nhiệt điện…, năng lượng sử dụ để sinh công hoặc sản xuất điện chỉ chiếm một phần vă luôn luôn thải ra môi trường phần nhiệt dư.
Định luật nhiệt động học thứ hai có thể phât biểu một câch khâc lă: không thể có một chiếc mây năo có hiệu suất 100% hay lă không tồn tại động cơ vĩnh cửu, bao giờ cũng có một phần nhiệt thải ra hay có sự “ tổn thất” năng lượng.
Sơ đồ nguyín lý hoạt động của một động cơ nhiệt lý thuyết hoạt động giữa hai nguồn nhiệt (Hình 1.3), một nguồn có nhiệt độ Th cao vă một có nhiệt độ Tc thấp hơn. Một lượng nhiệt Qh được chuyển từ nguồn nhiệt độ cao tới động cơ nhiệt. Động cơ sinh công A vă thải ra lượng nhiệt Qs văo nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp:
Hơi Nhiệt ẩn bốc hơi 2258 kJ/kg Lỏng Đóng Nhiệt ẩn đóng băng băng 333 kJ/kg
Nguồn nhiệt cao Th Qh Công, A Qs, nhiệt thải Nguồn có nhiệt độ thấp, Tc
Hình 1.3. Mô hình biễu diễn động cơ nhiệt
Hiệu suất của động cơ được xâc định bằng tỷ số giữa công sinh ra bởi động cơ với lượng nhiệt chuyển tới động cơ từ nguồn nhiệt độ cao:
h
Q A
=
η (1.57)
Thông qua quâ trình nghiín cứu động cơ mang tín Carnot. Sadi Carnot đê tính được hiệu suất tối đa của một động cơ nhiệt như sau:
h c T T − =1 max η
Tc vă Th được đo bằng nhiệt độ tuyệt đối,K .
Có thể thấy rằng Nhiệt độ nguồn cấp căng cao (Th) thì hiệu suất động cơ căng lớn.
Ví dụ 1.7
Nhiệt ở 18,7 × 106 Btu / h truyền từ khí thải của một mây đốt râc. Tính nhiệt độ lối ra của dòng khí cho biết:
Nhiệt dung trung bình, cp, của khí = 0,26 Btu/(lb. 0F )
Động cơ nhiệt
Tốc độ dòng khối lượng của chất khí, m = 72,000 lb/h Nhiệt độ lối văo của khí, T1 = 1200 0F
Băi giải:
Định luật thứ nhất của nhiệt động học phât biểu rằng năng lượng được bảo toăn. Đối với hệ dòng chảy ảnh hưởng của năng lượng thế vă động học không đâng kể, năng lượng truyền Q tới hoặc từ môi trường dòng chảy được biết bởi sự thay đổi enthalpy, ΔH, của môi trường. Enthalpy của chất lỏng vă hầu hết khí thực luôn luôn giả thiết phụ thuộc văo nhiệt độ riíng biệt. Sự thay đổi enthalpy lă do nhiệt độ thay đổi đối với vật chất có một pha có thể tính từ phương trình:
ΔH = mcpΔT hoặc ΔH’ = m’cpΔT trong đó:
ΔH = sự thay đổi enthalpy
m = khối lượng của môi trường dòng chảy
cp = nhiệt dung trung bình trín mỗi đơn vị khối lượng môi trường dòng chảy đi qua vùng nhiệt độ của ΔT
ΔH’ = sự thay đổi enthalpy theo đơn vị thời gian
m’ = tốc độ dòng khối lượng của môi trường dòng chảy
Định luật bảo toăn năng lượng đối với chất khí nhiệt độ lối ra T2: Q’ = ΔH’ = m’cpΔT = m’cp(T2-T1) trong đó Q’ lă tốc độ truyền năng lượng:
T2 = [Q’/(m’Cp)] + T1 Nhiệt độ lối ra của chất khí sẽ bằng:
T2 = [ -18,7 × 106 /{(72000)(0,26)}] + 1200 = 200 0F
Phương trình trín lă dựa trín câc điều kiện đoản nhiệt, nghĩa lă toăn bộ nhiệt được truyền từ dòng khí. Câc bộ phận được giả thiết lă câch nhiệt hoăn toăn sao cho không bị truyền ra môi trường xung quanh. Đđy lă một điều không thể có trong thực tế.
Khi cđn bằng khối lượng, sự cđn bằng enthalpy có thể tiến hănh bín trong bất kỳ biín giới xâc định. Ví dụ, cđn bằng enthalpy có thể âp dụng qua toăn bộ một bộ phận hoặc cả quâ trình. Enthalpy của dòng khí đưa văo cđn bằng với enthalpy của
dòng khí sản phẩm cộng với lượng nhiệt bị mất từ quâ trình. Enthalpy phải được tính trín cơ sở cùng một nhiệt độ.