NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT PHẦN 1. Kỹ Thuật Nhiệt. Giáo Trình 9/24/2009

Transcript

1 9/4/009 Kỹ Thuật Nhiệt Mã môn học: Tên tiếng Anh: Thermo Engineering Số tín chỉ: 0 Thời khóa biểu: Thứ Sáu Tiết 6,7 Phòng B.05 Thứ Sáu Tiết 8,9 Phòng B.09 Giảng viên: Th.S Trần Vũ Hải Đăng Cellhone No.: haidangtranvu@gmail.com Forum: htt://kdongtau.forumotion.com Giáo Trình Học liệu bắt buộc: []. Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú, 009. Cơ sở kỹ thuật nhiệt, NXB Giáo Dục. []. Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú, 009. Bài tậ Cơ sở kỹ thuật nhiệt NXB Giáo Dục. Học liệu tham khảo: [3]. Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng, 999. Nhiệt kỹ thuật, NXB Giáo Dục. [4]. Bùi Hải, Hoàng Ngọc Đồng, 999. Bài tậ kỹ thuật nhiệt, NXB Khoa học & Kỹ thuật. PHẦN NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT

2 9/4/009 Chương : Những khái niệm cơ bản & Phương trình trạng thái của môi chất ở thể khí.. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ NHIỆT Thiết bị Nhiệt: - Động cơ nhiệt - Máy lạnh / Bơm nhiệt Động cơ Nhiệt Máy hơi, động cơ đốt trong, Tuabin hơi, Tuabin khí, động cơ hản lực, tên lửa,... Biến nhiệt năng thành cơ năng hoặc điện năng. Nguyên lý: môi chất nhận nhiệt từ nguồn nóng, chuyển hóa hần nhiệt năng thành cơ năng và nhả hần nhiệt còn lại cho nguồn lạnh rồi tiế tục chu trình mới. Nguồn nóng: buồng đốt, hản ứng hạt nhân, bức xạ nhiệt, địa nhiệt,... Nguồn lạnh: không khí và nước trong môi trường

3 9/4/009 Bơm nhiệt / Máy lạnh Nguyên lý: Môi chất nhận nhiệt từ nguồn lạnh, đem nhiệt lượng đó cùng với hần năng lượng do bên ngoài hỗ trợ truyền cho nguồn nóng. Năng lượng bên ngoài: Cơ năng, Điện năng, Nhiệt năng,... Một số khái niệm và định nghĩa Hệ thống nhiệt: tậ hợ những đối tượng được tách ra để nghiên cứu các hiện tượng về nhiệt. Có thể chia thành hệ thống kín, hệ thống hở, hệ thống cô lậ, hệ thống đoạn nhiệt,... Nguồn nhiệt: những vật trao đổi nhiệt với môi chất. Nguồn có nhiệt độ cao là nguồn nóng, nguồn có nhiệt độ thấ hơn là nguồn lạnh. Môi chất: chất mà thiết bị dùng để truyền tải và chuyển hóa nhiệt năng với các dạng năng lượng khác. Thường dùng môi chất ở ha hơi (khí) vì có khả năng co dãn rất lớn... SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI & CHUYỂN PHA CỦA ĐƠN CHẤT Các quá trình: - Nóng chảy và đông đặc - Hóa hơi và ngưng tụ - Thăng hoa và ngưng kết Các trạng thái: - Nước sôi (nước bão hòa) - Hơi bão hòa khô - Hơi bão hòa ẩm - Nước chưa sôi - Hơi quá nhiệt - Khí lý tưởng và khí thực 3

4 9/4/ THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT 3 thông số trạng thái cơ bản trong nhiệt kỹ thuật: - Nhiệt độ - Á suất - Thể tích riêng / Khối lượng riêng Ngoài ra còn các thông số như nội năng, Entani, Entrôi, Execgi. Nhiệt độ & Định luật nhiệt thứ không Nhiệt độ biểu thị mức độ nóng / lạnh của môi chất. Định luật nhiệt thứ không: Nếu t = t 3 và t = t 3 thì t = t Thang nhiệt độ bách hân Celcius (t o C) Thang nhiệt độ tuyệt đối:kelvin (TK), Rankine (T o R), Fahrenheit (t o F) t o C = TK 73 = 5/9 (t o F 3) = 5/9 T o R 73 Á suất tuyệt đối Á suất tuyệt đối là lực của môi chất tác dụng thẳng góc lên một đơn vị diện tích bề mặt tiế xúc. Đơn vị á suất tuyệt đối thường dùng là N/m Các đơn vị khác: bar, mmhg, mmh O, atm. Pa=N/m =/9,8 mmh O =/33,3 mmhg =0-5 bar atm = 760 mmhg 4

5 9/4/009 Á suất tuyệt đối = k + d ( lớn hơn á suất khí trời) = k - ck ( nhỏ hơn á suất khí trời) Trong đó: : á suất tuyệt đối k : á suất khí trời d : á suất dư ck : á suất chân không Nội năng Là tổng của nội động năng và nội thế năng Ký hiệu: U (đối với Gkg), u (đối với kg) Đơn vị: kj = 0,39 kcal = 77, kwh = 0,948 BTU = 0,57 CHU Entani Đối với kg môi chất: i = u +.v Đối với G kg môi chất: I = G.i = U +.V 5

6 9/4/009 Entrôi Là thông số trạng thái đặc trưng cho quá trình nhận / thải nhiệt. Ký hiệu: s Đơn vị: thường là kj Execgi Là năng lượng có ích tối đa mà môi chất có thể nhận được để tiến đến trạng thái cân bằng với môi trường bên ngoài. Ký hiệu: e e = (i i 0 ) T 0 (s s 0 ) i: entani ở trạng thái cần xác định i 0 : entani ở trạng thái cân bằng T 0 : Nhiệt độ tuyệt đối ở trạng thái cân bằng s : entrôi ở trạng thái cần xác định s 0 : entrôi ở trạng thái cân bằng.4. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT Định luật ha của Gibbs: V = C + P V: số thông số độc lậ tối thiểu cần thiết để xác định một trạng thái C: số thành hần trong hệ P: số ha cùng tồn tại trong hệ Ví dụ: Số thông số tối thiểu cần biết để xác định trạng thái của môi chất đơn ha là: V = C + P = + = 6

7 9/4/009 Phương trình trạng thái của khí lý tưởng V = GRT á suất tuyệt đối (N/m ) T nhiệt độ tuyệt đối (K) V thể tích của môi chất (m3) G khối lượng môi chất (kg) R hằng số chất khí = 834/μ (μ là hân tử lượng của môi chất) Home Works,, 3, 4 trang 5 sách Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt Toàn bộ 0 bài tậ Chương sách Bài tậ cơ sở kỹ thuật Nhiệt Đọc trước Chương Định luật nhiệt thứ nhất & Các quá trình nhiệt cơ bản của môi chất ở ha khí 7

8 9/7/009 Chương : Định luật nhiệt thứ nhất & Các quá trình nhiệt cơ bản của môi chất ở ha khí.. NHIỆT, CÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Nhiệt lượng: là năng lượng đi xuyên qua bề mặt ranh giới khi giữa môi chất và môi trường có sự chênh lệch nhiệt độ. Đơn vị: kj, kcal,... Công: Công thay đổi thể tích (công dãn nở), Công kỹ thuật. Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi nhiệt độ Nhiệt dung riêng c là nhiệt lượng cần thiết để đưa nhiệt độ của một đơn vị môi chất tăng thêm độ theo một quá trình nào đó. Dựa vào đặc điểm của quá trình và đơn vị đo lường, ta chia ra: Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng á: c (J/kg.K) Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích: c v (J/kg.K) Nhiệt dung riêng thể tích đẳng á: c (J/m 3 tc.k) Nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích: c v (J/m 3 tc.k) Nhiệt dung riêng kmol đẳng á: µc (J/mol.K) Nhiệt dung riêng kmol đẳng tích: µc v (J/mol.K)

9 9/7/009 Mối quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng c c v c c c c v v k k : số mũ đoạn nhiệt khí nguyên tử: k =,67 khí nguyên tử: k =,4 khí 3 nguyên tử: k =,3 Công thức Mayer đối với khí lý tưởng: c c v R 834 Mối quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng Từ các công thức trên, ta có: R c v R k c k k Nhiệt dung riêng trong quá trình đa biến có số mũ n là: n k c cv n Nhiệt dung riêng của khí lý tưởng kj kj Loại khí k c v ( ) c ( ) kmol. k kmol. K Khí nguyên tử,67,6 0,9 Khí nguyên tử,4 0,9 9,3 Khí 3 nguyên tử,3 9,3 37,7 Khi yêu cầu độ chính xác cao, có thể coi nhiệt dung riêng có quan hệ bậc (đường thẳng) với nhiệt độ theo công thức: c a0 at

10 9/7/009 Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng q cdt ; Nếu c = const: q c( t ) ; t Nếu c = a 0 + a t: q ; t t a0 a t t Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi Entroi Nhiệt lượng cần thiết để đưa một đơn vị môi chất từ trạng thái sang trạng thái : q ; dq s s T. ds Công thay đổi thể tích Là công do môi chất thực hiện khi có sự thay đổi về thể tích. Công thay đổi thể tích của môi chất khi thể tích thay đổi từ v đến v : l dl v v dv 3

11 9/7/009 Công kỹ thuật Là công của dòng môi chất chuyển động (hệ hở) thực hiện khi á suất của môi chất thay đổi Công kỹ thuật có thể tính theo: l kt dl kt vd vd ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT Nội dung định luật: Nhiệt lượng cấ vào cho hệ, một hần dùng để thay đổi nội năng, một hần dùng để sinh công. Ý nghĩa định luật: Cho hé ta viết hương trình cân bằng năng lượng cho một quá trình nhiệt động. Biểu thức: dq = du + dl Các biểu thức của Định luật nhiệt động I dq = du + dv dq = di vd dq = di dl kt Đối với khí lý tưởng: dq = c v dt + dv dq = c dt vd 4

12 9/7/009 CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Quá trình đa biến Quá trình đẳng á Quá trình đẳng tích Quá trình đẳng nhiệt Quá trình đoạn nhiệt QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện thể tích không đổi.(v = const, dv = 0) T T QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện á suất không đổi.( = const, d = 0) v v T T 5

13 9/7/009 QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ không đổi.(t=const, dt = 0) v v QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện không trao đổi nhiệt với môi trường.(q = 0, dq = 0) v v k QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện nhiệt dung riêng của quá trình không đổi.(c n = const) v v n 6

14 9/7/009 Lượng thay đổi các thông số trạng thái Lượng thay đổi nội năng: u u u T T c dt c ( T T) Lượng thay đổi entani: i i i T T v c dt c Trong quá trình đẳng nhiệt thì Δu=0 và Δi=0 v T T Lượng thay đổi entrôi Quá trình đẳng tích: T s c ln v T Quá trình đẳng á: T s c ln T v Quá trình đẳng nhiệt: s R ln Rln v Quá trình đoạn nhiệt: s 0 Tính nhiệt lượng trong các quá trình Quá trình đẳng tích: q cvt Quá trình đẳng á: q c T Quá trình đẳng nhiệt: Quá trình đoạn nhiệt: q v q 0 v ln v ln v Quá trình đa biến: n k q cv T n 7

15 9/7/009 Tính công thay đổi thể tích trong các quá trình Quá trình đẳng tích: l tt 0 Quá trình đẳng á: l tt R( T ) T Quá trình đẳng nhiệt: l tt RT ln v ln v ln Quá trình đoạn nhiệt: l v tt k dv k v Tính công thay đổi thể tích trong quá trình đa biến l tt l tt v v n RT T n T l l tt tt RT n RT n v v n n n Tính công kỹ thuật trong các quá trình Quá trình đẳng tích: l kt v( ) Quá trình đẳng á: l kt 0 Quá trình đẳng nhiệt: Quá trình đoạn nhiệt: Quá trình đa biến: lkt l tt lkt kl tt lkt nl tt 8

16 9/7/009 Home works Bài tậ 5 3 trang 5 55 sách Cơ sở kỹ thuật nhiệt. Toàn bộ bài tậ Chương sách Bài tậ cơ sở kỹ thuật nhiệt. Đọc trước Chương 3 Một số quá trình khác của khí và hơi. 9

17 9/4/009 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ QUÁ TRÌNH KHÁC CỦA KHÍ VÀ HƠI. QUÁ TRÌNH LƯU ĐỘNG Lưu động là sự chuyển động của môi chất. Thường sử dụng trong tuabin hơi, tuabin khí, động cơ hản lực. Các giả thiết khi nghiên cứu: Là quá trình đoạn nhiệt. Dòng lưu động là dòng liên tục, ổn định và một chiều. Phương trình liên tục G. f. const G : Lưu lượng khối lượng (kg/s); khối lượng riêng của môi chất (kg/m 3 ); f : diện tích tiết diện ngang của dòng tại nơi khảo sát (m ); ω : vận tốc của dòng (m/s).

18 9/4/009 Tốc độ âm thanh trong môi trường khí & hơi a kv krt a : tốc độ âm thanh (m/s); k : số mũ đoạn nhiệt; : á suất môi chất (N/m ); v : thể tích riêng (m 3 /kg); R : hằng số chất khí (J/kg o K); T : nhiệt độ tuyệt đối của môi chất ( o K). Trị số Mach M a Nếu M<: dòng dưới âm thanh; Nếu M=: dòng bằng âm thanh; Nếu M>: dòng siêu âm. Quan hệ giữa tốc độ và á suất của dòng v d d Khi tốc độ tăng (dω>0) thì á suất giảm (d<0). Ống loại này là ống tăng tốc. Ống tăng tốc dùng để tăng động năng của dòng môi chất trong tuabin hơi, tuabin khí. Khi tốc độ giảm (dω<0) thì á suất tăng (d>0). Ống loại này là ống tăng á. Ống tăng á dùng để tăng á suất của chất khí trong máy nén ly tâm, động cơ hản lực.

19 9/4/009 Quan hệ giữa tốc độ và hình dạng ống Đối với chất lỏng không nén được: df f d f và ω luôn dương df và dω luôn trái dấu tốc độ tăng thì tiết diện giảm và ngược lại. Quan hệ giữa tốc độ và hình dạng ống Đối với chất lỏng nén được: df d ( M ) f ω và f luôn dương nên quan hệ về dấu giữa dω và df tùy thuộc vào dấu của M. Nếu M< thì df<0: ống tăng tốc có tiết diện nhỏ dần. Nếu M> thì df>0: ống tăng tốc có tiết diện lớn dần Xác định tốc độ của dòng lưu động Công thức chung: lkt Đối với ống tăng tốc, >> nên có thể bỏ qua, ta có: l kt Nếu thay l kt = i i, ta có: ( i i) Nếu đơn vị của I là J/kg, dùng công thức:, 8 44 i i 3

20 9/4/009 Xác định tốc độ của dòng lưu động k k v k k Tốc độ qua ống tăng tốc nhỏ dần Khi lưu động qua ống tăng tốc nhỏ dần, tốc độ của dòng sẽ tăng dần, á suất và nhiệt độ giảm dần đến một tiết diện nào đó mà tốc độ dòng bằng tốc độ âm thanh ( k =a k ) dòng đạt tới trạng thái tới hạn. Các thông số tới hạn: v k, k, k Tốc độ qua ống tăng tốc nhỏ dần Tốc độ tới hạn: k k v k k RT k 4

21 9/4/009 Tốc độ qua ống tăng tốc hỗn hợ (Lavan) Dòng trong ống tăng tốc nhỏ dần tốc độ âm thanh sử dụng ống tăng tốc Lavan để đạt tốc độ > tốc độ âm thanh. Tốc độ ở cổ ống? Xác định lưu lượng của dòng Công thức chung: f f G... const v v Lưu lượng ở cửa ra của ống tăng tốc nhỏ dần bằng lưu lượng ở cổ ống đối với ống Lavan: G f min k k k v k. QUÁ TRÌNH TIẾT LƯU Tiết lưu là hiện tượng dòng lưu động qua một tiết diện bị co hẹ đột ngột, á suất giảm nhưng không sinh công. Quá trình tiết lưu không thuận nghịch và có thể xem như đoạn nhiệt. 5

22 9/4/009 Tính chất của quá trình tiết lưu Á suất giảm: = < 0 Entroi tăng: s = s s > 0 Entani không đổi: i = i Tốc độ dòng không đổi: = Hiệu ứng tiết lưu Joule Thomson: xem sách. 3. MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CỦA KHÔNG KHÍ ẨM Không khí ẩm (khí quyển) là hỗn hợ gồm không khí khô và hơi nước. Có thể coi không khí ẩm là hỗn hợ khí lý tưởng. = h + k t = t h = t k G = G h + G k V = V h + V k Phân loại không khí ẩm Không khí ẩm bão hòa Không khí ẩm chưa bão hòa Không khí ẩm quá bão hòa 6

23 9/4/009 Các đại lượng của không khí ẩm Độ ẩm tuyệt đối: (kg/m 3 h ) V h Độ ẩm tương đối: Gh h Độ chứa hơi d: d 0, 6 (kg h /kg k ) G Entani: hoặc: I ik d. i h I,0048t d(500,93t) (đối với không khí ẩmchưa bão hòa, đơn vị kj/kg) kk G h h hmax h max h Đồ thị I-d Ứng dụng của đồ thị I-d Xác định thông số của không khí ẩm: Nếu cho biết thông số của không khí ẩm, dựa vào đồ thị sẽ biết các thông số còn lại. Quá trình đốt nóng và làm lạnh: d không đổi quá trình là đường song song trục I. Nếu đốt nóng đi từ dưới lên Nếu làm lạnh đi từ trên xuống 7

24 9/4/009 Ứng dụng của đồ thị I-d Quá trình hút ẩm và hun ẩm: I = const đường biểu diễn song song trục d. Quá trình làm việc của hệ thống sấy: - Lượng k/khí khô cần thiết để làm bốc hơi kg ẩm trong vật muốn sấy: G k d d 3 - Lượng k/khí ẩm cần đưa vào: G = G k (+d ) - Lượng k/khí ẩm cần thải ra: G 3 = G k (+d 3 ) - Nhiệt lượng cần thiết để làm bốc hơi kg ẩm ở vật sấy: Q G ( I k I) I I d d 3 4. QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA MÁY NÉN Máy nén dùng để nén khí và hơi đến á suất theo yêu cầu. Ứng dụng của khí nén: vệ sinh các thiết bị, công chất trong các thiết bị điều khiển, khởi động động cơ Diesel cỡ lớn,... Theo cấu tạo và nguyên lý hoạt động, có thể chia máy nén thành nhóm: - Nhóm : iston, bánh răng, cánh gạt. - Nhóm : ly tâm, hướng trục, ejector. Chương trình này chỉ nghiên cứu máy nén iston. Nguyên lý làm việc của máy nén iston cấ Cấu tạo: van nạ khí (), van xả khí (), iston(3), xy lanh (4) 8

25 9/4/009 Các quá trình của máy nén khí Quá trình nạ: Đẳng á AB Quá trình nén: Đẳng nhiệt BC Đa biến BC Đoạn nhiệt BC Quá trình xả: Đẳng á CD Công tiêu thụ của máy nén Công thức chung ứng với kg khí nén: l kt n ( v n v ) Nếu nén đẳng nhiệt (n=): l kt RT ln Công tiêu thụ của máy nén Nếu nén đoạn nhiệt (n=k): l kt k ( v k Hoặc: ) v k l kt v k k k Hoặc có thể thay v =RT vào công thức trên. 9

26 9/4/009 0 Công tiêu thụ của máy nén Nếu nén đa biến: Hoặc: Hoặc có thể thay v =RT vào công thức trên. ) ( v v n n l kt n n kt v n n l Nhiệt lượng thải ra Nhiệt lượng thải qua vỏ xy-lanh: Nhiệt lượng thải ra để làm mát khí nén: n n v n T n k n c q n n m T c q Home Works Bài tậ 4 0 trang sách Cơ sở kỹ thuật nhiệt. Toàn bộ bài tậ Chương 3 sách Bài tậ cơ sở kỹ thuật nhiệt. (bài 3, 4, 5 không bắt buộc) Xem lại toàn bộ bài tậ đã làm, chuẩn bị cho tiết giải bài tậ vào tuần sau.

27 0//009 Chương 4: Định luật nhiệt thứ hai & Chu trình Carnot 4.. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI Định luật: Mọi quá trình tự hát trong tự nhiên đều xảy ra theo chiều hướng nhất định. Nếu muốn quá trình xảy ra theo chiều hướng ngược lại thì cần hải tiêu tốn một năng lượng nhất định. Chu trình: Môi chất thay đổi trạng thái cách liên tục rồi lại trở về trạng thái ban đầu. CHU TRÌNH THUẬN CHIỀU Là chu trình mà môi chất nhận nhiệt từ nguồn nóng nhả cho nguồn lạnh và biến hần nhiệt thành công (còn gọi là chu trình sinh công). Trên đồ thị -V và T-s, chu trình thuận chiều đi theo chiều quay của kim đồng hồ.

28 0//009 CHU TRÌNH THUẬN CHIỀU Công: l > 0 Hiệu quả của chu trình: q q l t q q t : hiệu suất nhiệt của chu trình q : Nhiệt lượng môi chất nhận được từ nguồn nóng. q : nhiệt lượng môi chất nhả cho nguồn lạnh l: công chu trình sinh ra CHU TRÌNH NGƯỢC CHIỀU Là chu trình mà môi chất nhận công từ bên ngoài để lấy nhiệt từ nguồn lạnh nhả cho nguồn nóng. Trên đồ thị -V và T-s, chu trình ngược chiều đi theo chiều ngược với chiều quay của kim đồng hồ. CHU TRÌNH NGƯỢC CHIỀU Công: l < 0 Hệ số làm lạnh: * Hệ số làm nóng: q q q q l q l q q q q : nhiệt lượng môi chất nhả cho nguồn nóng. q : nhiệt lượng môi chất nhận từ nguồn lạnh. l: công tiêu tốn của chu trình.

29 0// CHU TRÌNH CARNOT Là chu trình gồm có 4 quá trình, trong đó có quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch và quá trình đẳng nhiệt thuận nghịch diễn ra xen kẽ nhau. CHU TRÌNH CARNOT THUẬN CHIỀU a-b: quá trình giãn nở đẳng nhiệt b-c: quá trình giãn nở đoạn nhiệt c-d: quá trình nén đẳng nhiệt d-a: quá trình nén đoạn nhiệt CHU TRÌNH CARNOT THUẬN CHIỀU Hiệu suất nhiệt của chu trình: Nhận xét: T T ct - ct hụ thuộc T và T - ct càng lớn khi nhiệt độ nguồn nóng càng cao & nhiệt độ nguồn lạnh càng thấ - ct < 3

30 0//009 CHU TRÌNH CARNOT NGƯỢC CHIỀU a-d: quá trình giãn nở đoạn nhiệt d-c: quá trình giãn nở đẳng nhiệt c-b: quá trình nén đoạn nhiệt b-a: quá trình nén đẳng nhiệt CHU TRÌNH CARNOT NGƯỢC CHIỀU Hệ số làm lạnh của chu trình: T c T T Hệ số làm nóng của chu trình: T c T T Home works Bài tậ,, 3 trang sách Cơ sở kỹ thuật nhiệt. Bài tậ 4-, 4-4, 4-6 Chương 4 sách Bài tậ cơ sở kỹ thuật nhiệt. 4

31 0/9/009 Chương 5: CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 5.. CHU TRÌNH THUẬN CHIỀU Là chu trình của các động cơ nhiệt, biến nhiệt năng thành cơ năng hoặc điện năng. Chu trình Stirling: quá trình đẳng tích và quá trình đẳng nhiệt tiến hành xen kẽ nhau. Chu trình Ericsson: quá trình đẳng á và quá trình đẳng nhiệt tiến hành xen kẽ nhau. Các chu trình: động cơ đốt trong, tuabin khí, hản lực, chu trình Rankine (hơi nước). 5.. CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Động cơ kỳ & động cơ 4 kỳ. Chu trình cấ nhiệt đẳng tích. Chu trình cấ nhiệt đẳng á. Chu trình cấ nhiệt hỗn hợ.

32 0/9/ CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt đẳng tích. 5.. CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt đẳng tích. 5.. CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt đẳng tích. -: nén đoạn nhiệt -3: cấ nhiệt đẳng tích 3-4: giãn nở đoạn nhiệt 4-: nhả nhiệt đẳng tích

33 0/9/ CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt đẳng tích. Tỷ số nén: v v Tỷ số tăng á: v : thể tích riêng của môi chất ở trạng thái ban đầu v : thể tích riêng của môi chất sau khi nén : á suất môi chất sau khi nén 3 : á suất môi chất sau khi cấ nhiệt đẳng tích CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt đẳng tích. Nhiệt lượng cấ vào chu trình: Nhiệt lượng thải ra khỏi chu trình: Hiệu suất nhiệt của chu trình: Công sinh ra: q v c T3 T q cv ( T ) 4 T l ( v v ) ( 3v k k t k 3 4v4 ) 5.. CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt đẳng á. 3

34 0/9/ CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt đẳng á. 5.. CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt đẳng á. -: nén đoạn nhiệt -3: cấ nhiệt đẳng á 3-4: giãn nở đoạn nhiệt 4-: nhả nhiệt đẳng tích 5.. CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt đẳng á. Hệ số giãn nở sớm: v 3 v q c T Nhiệt lượng cấ vào chu trình: Nhiệt lượng thải ra khỏi chu trình: Hiệu suất nhiệt của chu trình: Công sinh ra: l c T k k v k 3 T t q cv ( T ) 4 T k k k ( ) 4

35 0/9/ CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt hỗn hợ. -: nén đoạn nhiệt -3: cấ nhiệt đẳng tích 3-4: cấ nhiệt đẳng á 4-5: giãn nở đoạn nhiệt 5-: nhả nhiệt đẳng tích 5.. CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Chu trình cấ nhiệt hỗn hợ. Nhiệt lượng cấ vào chu trình: q c T T c T ) v 3 ( 4 T3 Nhiệt lượng thải ra khỏi chu trình: q cv ( T ) 5 T Hiệu suất nhiệt: k t k k Công sinh ra: l v v3 ) ( 4v k 5v5 ) ( v k 3( 4 v ) 5.3. CHU TRÌNH TUABIN KHÍ Cấu tạo tuabin khí gồm có 3 bộ hận chính: Máy nén khí, Buồng đốt, Tuabin. 5

36 0/9/009 CHU TRÌNH TUABIN KHÍ CẤP NHIỆT ĐẲNG ÁP CHU TRÌNH TUABIN KHÍ CẤP NHIỆT ĐẲNG ÁP -: nén đoạn nhiệt 3-4: giãn nở đoạn nhiệt -3: cấ nhiệt đẳng á 4-: nhả nhiệt đẳng á CHU TRÌNH TUABIN KHÍ CẤP NHIỆT ĐẲNG ÁP Tỷ số tăng á: Tỷ số giãn nở sớm: v3 v Nhiệt lượng cấ vào: q c ( T ) 3 T Nhiệt lượng thải ra: Hiệu suất nhiệt: q c ( T ) 4 T t T k T k 6

37 0/9/009 CHU TRÌNH TUABIN KHÍ CẤP NHIỆT ĐẲNG TÍCH CHU TRÌNH TUABIN KHÍ CẤP NHIỆT ĐẲNG TÍCH -: nén đoạn nhiệt 3-4: giãn nở đoạn nhiệt -3: cấ nhiệt đẳng tích 4-: nhả nhiệt đẳng á CHU TRÌNH TUABIN KHÍ CẤP NHIỆT ĐẲNG TÍCH Tỷ số tăng á: Tỷ số tăng á khi cấ nhiệt: 3 Nhiệt lượng cấ vào: q c ( T ) v Nhiệt lượng thải ra: Hiệu suất nhiệt: t 3 T q c ( T ) 4 T k k ( ) k k ( ) 7

38 0/9/ CHU TRÌNH RANKINE 5.4. CHU TRÌNH RANKINE 5.4. CHU TRÌNH RANKINE -: giãn nở đoạn nhiệt 3-3 : nén đoạn nhiệt -3: nhả nhiệt đẳng á 3 -: cấ nhiệt đẳng á 8

39 0/9/ CHU TRÌNH RANKINE Nhiệt lượng cấ vào: q i i3' Nhiệt lượng thải ra: q i i3 Hiệu suất nhiệt của chu trình: i i t i i 3 HOME WORKS Bài 4, 5 trang 58 sách Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt Chương 5 sách Bài tậ Kỹ thuật Nhiệt: tùy chọn. 9

40 /5/009 Phần : TRUYỀN NHIỆT Chương 6: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN NHIỆT Dẫn nhiệt. Trao đổi nhiệt đối lưu. Trao đổi nhiệt bức xạ.

41 /5/009 TRƯỜNG NHIỆT ĐỘ Là tậ hợ tất cả các giá trị nhiệt độ tức thời trong khoảng thời gian đang xét của mọi điểm trong hệ vật khảo sát. Dùng để mô tả hân bố nhiệt độ trong không gian theo thời gian. Biểu thức: Phân loại: t t( x, y, z, ) - Ổn định / Không ổn định - chiều / nhiều chiều MẶT ĐẲNG NHIỆT Tậ hợ các điểm có cùng một giá trị nhiệt độ tại một thời điểm. Các mặt đẳng nhiệt không cắt nhau. GRADIENT NHIỆT ĐỘ (gradt) Là vectơ có: - Phương trùng với hương há tuyến của các mặt đẳng nhiệt. - Chiều là chiều tăng nhiệt độ. - Độ lớn: t gradt n t n :đạo hàm nhiệt độ theo hương há tuyến n

42 /5/009 HỆ SỐ DẪN NHIỆT Là thông số vật lý của vật liệu, đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của vật liệu, đơn vị W/m o K Phụ thuộc vào loại vật liệu, cấu trúc của nó, độ ẩm, á suất và nhiệt độ, biểu diễn bằng công thức: ( ) 0 t 0 :hệ số dẫn nhiệt ở 0 o C. : hằng số hụ thuộc vào từng loại vật liệu cụ thể. ĐỊNH LUẬT FOURIER Mật độ dòng nhiệt (q): lượng nhiệt truyền qua đơn vị diện tích bề mặt đẳng nhiệt vuông góc với hướng truyền nhiệt trong đơn vị thời gian Dòng nhiệt (Q): là lượng nhiệt truyền qua toàn bộ diện tích bề mặt đẳng nhiệt trong đơn vị thời gian. Định luật Fourier: Mật độ dòng nhiệt tỷ lệ thuận với gradient nhiệt độ. t q. gradt n 3

43 /3/009 Chương 7: TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU ĐỊNH NGHĨA Trao đổi nhiệt đối lưu (tỏa nhiệt) là hiện tượng dẫn nhiệt từ bề mặt vật rắn vào môi trường chuyển động của chất lỏng hay chất khí. Phân loại: Trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên. Trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH Nguyên nhân gây ra chuyển động: Chuyển động cưỡng bức. Chuyển động tự nhiên. (α cưỡng bức >>> α tự nhiên)

44 /3/009 CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH Chế độ chuyển động: Re <.300: Chảy tầng. d Re Re > 0 4 : Chảy rối. v.300< Re < 0 4 : Chảy tầng + chảy rối CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH Tính chất vật lý của chất lỏng: Hệ số dẫn nhiệt λ Nhiệt dung riêng đẳng á c Khối lượng riêng ρ Độ nhớt động học v CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH Thông số hình học của chất lỏng: Mô tả vị trí, kích thước, hình dạng của bề mặt tỏa nhiệt.

45 /3/009 CÔNG THỨC NEWTON Q F ( t w t f Q: lượng nhiệt trao đổi trong đơn vị thời gian F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Tw: nhiệt độ trung bình bề mặt vật rắn Tf: nhiệt độ trung bình của môi trường α: hệ số tỏa nhiệt ) CÁC TIÊU CHUẨN ĐỒNG DẠNG CHẤT LỎNG CHẢY BÊN TRONG ỐNG Khi chất lỏng chảy rối: Nu f 0,5 0 0,8 0,43 Pr f,0re f Pr f Pr w l R ε l : hệ số hiệu chỉnh độ dài đường ống Khi l/d > 50 thì ε l = Khi l/d 50 thì ε l tra bảng 3

46 /3/009 CHẤT LỎNG CHẢY BÊN TRONG ỐNG ε R : hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng độ cong của ống Ống thẳng: ε R = Ống cong: ε R = +,77 d/r (R: bán kính uốn cong của ống) CHẤT LỎNG CHẢY BÊN TRONG ỐNG Khi chất lỏng chảy tầng: Nu f 0,5 0 0,33 0,43 0, Pr f,5re f Pr f Gr Pr w l Khi l/d > 50 thì ε l = Khi l/d 50 thì ε l tra bảng CHẤT LỎNG CHẢY NGANG QUA CHÙM ỐNG Tỏa nhiệt đối lưu khi chùm ống xế song song: 4

47 /3/009 CHẤT LỎNG CHẢY NGANG QUA CHÙM ỐNG Tỏa nhiệt đối lưu khi chùm ống xế so le: CHẤT LỎNG CHẢY NGANG QUA CHÙM ỐNG i : hệ số hiệu chỉnh hụ thuộc vào bước ống : hệ số hiệu chỉnh hụ thuộc góc va, tính theo bảng sau THE END 5

48 /0/009 Chương 8: TRAO ĐỔI NHIỆT BỨC XẠ ĐỊNH NGHĨA Trao đổi nhiệt bức xạ là hiện tượng trao đổi nhiệt giữa vật hát bức xạ và vật hấ thụ bức xạ thông qua môi trường truyền sóng điện từ. CÁC KHÁI NIỆM Khi tia sóng điện từ mang năng lượng Q chiếu vào bề mặt vật, vật sẽ hấ thụ một hần năng lượng (Q A ) để biến thành nội năng, một hần năng lượng (Q R ) bị hản xạ theo tia hản xạ và hần năng lượng còn lại (Q D ) sẽ truyền xuyên qua vật ra môi trường khác theo tia khúc xạ.

49 /0/009 CÁC KHÁI NIỆM Phương trình cân bằng năng lượng sẽ là: Q = Q A + Q R + QD Q A Q R QD A R D Q Q Q Ta gọi: Q A /Q là A: hệ số hấ thụ Q R /Q là R: hệ số hản xạ Q D /Q là D: hệ số xuyên qua CÁC KHÁI NIỆM Nếu: A = : Vật đen tuyệt đối R = : Vật trắng tuyệt đối D = : Vật trong tuyệt đối Chương 9: THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

50 /0/009 KHÁI NIỆM Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị trong đó thực hiện quá trình trao đổi nhiệt giữa các chất mang nhiệt, thường là chất lỏng, khí hoặc hơi. PHÂN LOẠI Căn cứ vào nguyên lý hoạt động và đặc điểm trao đổi nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt được hân thành 3 loại: Loại vách ngăn cách Loại hồi nhiệt Loại hỗn hợ TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI VÁCH NGĂN CÁCH Chất lỏng nóng và chất lỏng lạnh chuyển động trong những không gian cách biệt nhau bởi bề mặt kim loại, quá trình trao đổi nhiệt giữa chất lỏng nóng và lạnh được thực hiện thông qua bề mặt ngăn cách đó. 3

51 /0/009 TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI HỒI NHIỆT Thiết bị loại này có các bề mặt tiế xúc với chất lỏng nóng thì nhận nhiệt và nóng lên, sau đó tiế xúc với chất lỏng lạnh thì nhả nhiệt cho chất lỏng lạnh. Quá trình truyền nhiệt này không ổn định và có chu kỳ. TRAO ĐỔI NHIỆT LOẠI HỖN HỢP Các chất lỏng nóng và lạnh trao đổi nhiệt cho nhau tạo thành dung dịch hoặc hỗn hợ.. Fan motor. Srinkler ies 3. Housing anel & water basin 4. Inlet & Outlet ies 5. PVC Filler THE END 4