Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật: Chương 1 - TS. Nguyễn Minh Phú

Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHƢƠNG 1 CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN 1. KHÁI QUÁT Mục tiêu của nhiệt động lực học là nghiên cứu những qui luật về biến đổi năng lượng giữa nhiệt năng và cơ năng thông qua hệ nhiệt động. Hệ nhiệt Nhiệt động Cơ năng năng Hệ nhiệt động gồm có ba yếu tố cơ bản: nguồn nóng, nguồn lạnh và chất môi giới. Thiếu 1 trong 3 yếu tố đó thì hệ thống sẽ không làm việc được. Khái niệm nóng và lạnh chỉ có ý nghĩa tương đối trong từng hệ thống nhiệt động. Nếu xét trong cùng một hệ thì nguồn nào có nhiệt độ nhỏ hơn sẽ là nguồn lạnh, nguồn nào có nhiệt độ lớn hơn là nguồn nóng. Chất môi giới là chất trung gian thực hiện sự biến đổi và chuyển tải năng lượng trong các hệ nhiệt động. Khi hệ thống hoạt động trạng thái của chất môi giới phải có sự thay đổi, chính sự thay đổi trạng thái của chất môi giới làm xuất hiện sự thay đổi công và nhiệt lượng giữa chất môi giới và môi trường, hoặc ngược lại, chính công và nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường làm cho trạng thái của chất môi giới bị thay đổi. Ví dụ: Động cơ đốt trong Máy lạnh Nhà máy nhiệt điện Nguồn nóng Xylanh – píttông Thiết bị ngưng tụ Lò hơi Nguồn lạnh Không khí bên ngoài Thiết bị bay hơi Bình ngưng Chất môi giới Sản phẩm cháy Môi chất lạnh (NH3, frêon) Nước – hơi nước CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -1- Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN Chaát moâi giôùi Hệ nhiệt động Nguoà Nguồn n laïnh nóng Có 4 loại hệ nhiệt động: Heä nhieät ñoäng Heä kín: Khoâng trao ñoåi chaát vôùi moâi tröôøng Heä hôû: Coù trao ñoåi chaát vôùi moâi tröôøng Heä ñoaïn nhieät: Khoâng trao ñoåi nhieät giöõa chaát moâi giôùi vaø moâi tröôøng Heä coâ laäp: chaát moâi giôùi vaø moâi tröôøng khoâng coù baát kyø söï trao ñoåi naêng löôïng naøo Các loại máy nhiệt được chia thành hai loại: 1. Động cơ nhiệt: chất môi giới sẽ nhận nhiệt Q1 từ nguồn nóng giãn nở sinh công W và nhả nhiệt Q2 cho nguồn lạnh. Q1 = |Q2| + W Hiệu suất nhiệt của động cơ nhiệt: NGUOÀN NOÙNG Q ÑOÄNG CÔ NHIEÄT W = W = Q1 − Q2 =1− Q2 1 1 1 NGUOÀN LAÏNH Q2 2. Máy lạnh, bơm nhiệt: chất môi giới nhận công W từ CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -2- Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN bên ngoài để vận chuyển nhiệt lượng từ nguồn lạnh Q2 đến nguồn nóng Q1. |Q1| = Q2 + |W| Để đánh giá hiệu quả của bơm nhiệt, máy lạnh người ta dùng: NGUOÀN NOÙNG Q - Hệ số làm lạnh  = W = Q1 −Q2 - Hệ số làm nóng  = W = Q1 −Q2 MAÙY LAÏNH, BÔM NHIEÄT W NGUOÀN LAÏNH 2. THOÂNG SOÁ TRAÏNG THAÙI Q2 Laø caùc ñaïi löôïng ñaëc tröng cho traïng thaùi chaát moâi giôùi Caùc thoâng soá traïng thaùi goàm: nhieät ñoä, aùp suaát, theå tích rieâng (hay khoái löôïng rieâng), noäi naêng, entanpi vaø entroâpi. Trong ñoù nhieät ñoä, aùp suaát vaø theå tích rieâng laø caùc thoâng soá traïng thaùi cô baûn (vì ño ñöôïc). Noäi naêng, entanpi vaø entroâpi goïi laø thoâng soá daãn suaát. 2.1. NHIEÄT ÑỘ T Nhieät ñoä laø moät thoâng soá traïng thaùi theå hieän möùc ñoä noùng laïnh cuûa vaät, duïng cuï ño nhieät ñoä goïi laø nhieät keá. Coù 4 loaïi thang ño nhieät ñoä: theo heä SI coù thang nhieät ñoä Celcius vaø Kelvin, theo heä English coù thang nhieät ñoä Fahrenheit vaø Rankine. Trong ñoù Kelvin vaø Rankine laø caùc thang nhieät ñoä tuyeät ñoái. CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -3- Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN Thang nhieät ñoä Heä SI Heä English Celcius (oC) Kelvin (K) Nhieät ñoä tuyeät ñoái Fahrenheit (oF) Rankine (R) Nhieät ñoä tuyeät ñoái - Thang nhieät ñoä baùch phaân, coøn goïi laø thang nhieät ñoä Celcius, treân cô sôû ôû aùp suaát tieâu chuaån p = 1,013bar nöôùc ñaù ñang tan ôû 0oC vaø nöôùc soâi ôû 100oC, trong khoaûng naøy chia thaønh 100 vaïch vaø moåi vaïch laø 1oC - Thang ño nhieät ñoä tuyeät ñoái Kelvin chọn nöôùc ñaù ñang ta laø 273K vaø nöôùc soâi laø 373K, ñoä cheânh giöõa oC vaø K ñöôïc choïn baèng nhau. - Thang nhieät ñoä tuyeät ñoái Rankine laáy ñieåm khoâng truøng vôùi thang nhieät ñoä tuyeät ñoái Kelvin. Ñoä cheânh nhieät ñoä giöõa ñieåm soâi vaø ñieåm ñoâng ñaëc laø 180 ñôn vò. - Thang nhieät ñoä Fahrenheit: ôû aùp suaát tieâu chuaån choïn nöôùc ñaù ñang tan laø 32oF vaø nöôùc soâi laø 212oF. Löu yù: chæ coù nhieät ñoä tuyeät ñoái môùi laø thoâng soá traïng thaùi. CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -4- Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN oC K oF oR 100 373 212 671,67 0 273 32 491,67 -273 0 -459,67 0 Ñieåm nöôùc soâi Ñieåm nöôùc ñoâng ñaëc Ñieåm khoâng tuyeät ñoái Quan heä giöõa caùc thang ño; t(oC) = T(K) - 273 T(R) = 1,8T(K) t(oF) = T(R) – 459,67 t(oC) = 5(toF−32) Δt(oC)= ΔT(K) Δt(o F)= ΔT(R) 2.2. AÙP SUAÁT Aùp suaát laø löïc taùc ñoäng leân moät ñôn vò dieän tích beà maët theo phöông phaùp tuyeán vôùi beà maët ñoù. Coù 4 loaïi aùp suaát: - Aùp suaát khí quyeån pa - Aùp suaát dö pd - Aùp suaát chaân khoâng pck CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -5- ... - tailieumienphi.vn