NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC - haanhtung.webs.com trinh_Nhiet dong luc hoc/C1_1_Mot so... · 1. Hoàng đình Tín –Lê chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹ thuật, NXB

NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Số tiết học: 42 tiết kéo dài trong 8 tuần

- Tuần 1 4 : 5 chương đầu tiên

- Tuần 4 : KIỂM TRA giữa học kỳ

- Tuần 5 8 : 5 chương cuối

- THI CUỐI HỌC KỲ

20%20%

80%80%

Bộ môn: Công nghệ Nhiệt Lạnh – Khoa Cơ Khí

Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM

1/2009

p.1p.1

Mục đích môn họcNắm vững những qui luật về biến đổi năng lượng (chủ yếu là

nhiệt năng và cơ năng) nâng cao hiệu quả sự dụng năng lượng

là môn cơ sở để nghiên cứu và thiết kế các loại máy nhiệt nói riêng và các hệ thống nhiệt động nói chung

VD: - Các loại động cơ nhiệt: ĐC đốt trong, ĐC phản lực- HTĐHKK, Tủ lạnh- Các thiết bị sấy, lò hơi- Bơm, máy nén- Các hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời, vv….


1/2009

p.2p.2

Nội dung môn họcChương 1: Mô ̣t số khái niệm cơ ba ̉n – Phương trình trạng thái của chất khí

Chương 2: Định luật Nhiệt động thứ nhất (Nguyên lý bảo toàn năng lượng)

Chương 3: Định luật Nhiệt động thứ hai

Chương 4: Chất thuần khiết

Chương 5: Một số quá trình đặc biệt của khí và hơi

Chương 6: Không khí ẩm

Chương 7: Quá trình nén khí và hơi

Chương 8: Chu trình thiết bị động lực hơi nước

Chương 9: Chu trình động cơ đốt trong

Chương 10: Chu trình máy lạnh


1/2009

p.3p.3

Tài liệu tham khảo1. Hoàng đình Tín – Lê chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹthuật, NXB Đại học quốc gia Tp HCM, 2007.

2. Hoàng Đình Tín – Bùi Hải: Bài tập Nhiệt động lực họcKT & truyền nhiệt, NXB ĐHQG TpHCM, 2008.

3. Hoàng đình Tín, Nhiệt công nghiệp, NXB Đại học quốc gia Tp HCM, 2001.

4. Cengel, Y. A. – Boles, M. A., Thermodynamics: An Engineering Approach, 5th Edition, McGraw-Hill’ publisher, 2006.


1/2009

p.4p.4

CHƯƠNG 1 (Phần 1):

Một sô ́ kha ́i niê ̣m cơ ba ̉n

1.1 Các vấn đề chung

1.2 Những khái niệm cơ bản

1.3 Thông số trạng thái của môi chất


1/2009

p.5p.5

1.1 Các vấn đề chungTất cả các bài toán về NHIỆT chung qui cũng chỉ nhằm:

Xác định NĂNG LƯỢNG của hệ thống cũng như SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG trong hệ thống

VD1:•

m

VD2: Bơm xe đạp nóng lên khi bơm


1/2009

p.6p.6

1.2 Những khái niệm cơ bản

1.2.1 Nhiệt lượng và công

1.2.2 Hệ nhiệt động

1.2.3 Máy nhiệt


1/2009

p.7p.7

1.2.1 Nhiệt lượng và côngNhiệt lượngNhiệt lượng: là lượng năng lượng đi xuyên qua bề mặt ranh giới khi giữa chất môi giới và môi trường có sự chênh lệch nhiệt độ- Qui Qui ướcước: + Vật nhận nhiệt: Q (+)

+ Vật thải nhiệt: Q (-)

CôngCông: là lượng năng lượng đi qua bề mặt ranh giới có khả năng dịch chuyển một vật nào đó.- Qui Qui ướcước: + Vật sinh ra công: W (+)

+ Vật nhận công: W (-)

Đơn vị đoĐơn vị đo: - Hệ SI: 1 J (jun) = 1N.m = 107 erg ; 1 cal (calo) = 4.18 J

- Hệ khác: 1 Btu = 1055 J = 252 cal ; 1 Wh = 3.413 Btu


1/2009

p.8p.8

Mechanical Equivalent of Heat

Joule demonstrated that water can be heated by doing (mechanical) work, and showed that for every 4186 J of work done, the temperature of water rose by 1C0 per kg.

p.9p.9


1.2.21.2.2 Hệ Hệ nhiệt độngnhiệt động

- Hệ nhiệt động (HNĐ) khoảng không gian có chứa một lượng nhất định chất môi giới đang được khảo sát bằng các biện pháp nhiệt động.

Ví dụ minh họa

Khi xem xét một

HNĐ cần chú ý:

Chất môi giới ?? Nguồn nóng ?? Nguồn lạnh ??

Công và nhiệt lượng trao đổi khi chất môi giới biến đổi trạng thái

Bề mặt ranh giới ngăn cách giữa chất môi giới và môi trường ??


1/2009

p.10p.10

Một số ví dụ về hệ nhiệt độngMột số ví dụ về hệ nhiệt động (1)(1)


1/2009

p.11p.11



1/2009

p.12p.12



1/2009

p.13p.13

Phân loại hệ nhiệt độngPhân loại hệ nhiệt động

- HNĐ kín: lượng chất môi giới trong hệ thống được duy trì không đổi, chất môi giới không thể đi xuyên qua bề mặt ranh giới ngăn cách giữa hệ thống và môi trường. ( VD: máy lạnh)

- HNĐ hở: chất môi giới có thể đi vào và đi ra khỏi hệ thống xuyên qua bề mặt ranh giới. ( VD: động cơ đốt trong, tuabin khí, động cơ phản lực, etc.)

- HNĐ đoạn nhiệt: trong hệ thống này, chất môi giới không có sự trao đổi nhiệt với môi trường trong quá trình hoạt động.

- HNĐ cô lập: trong hệ thống này, chất môi giới và môi trường hoàn toàn không có bất kỳ sự trao đổi năng lượng nào trong quá trình hoạt động.


1/2009

p.14p.14

Ví dụ về hệ nhiệt động Ví dụ về hệ nhiệt động kínkín


1/2009

p.15p.15

Ví dụ về hệ nhiệt động Ví dụ về hệ nhiệt động hởhở


1/2009

p.16p.16

Ví dụ về hệ Ví dụ về hệ cô lậpcô lập


1/2009

p.17p.17

1.2.31.2.3 Máy nhiệtMáy nhiệt

đây là loại máy dùng nhiệt để sinh công. Trong loại máy này, chất môi giới sẽ vận chuyển nhiệt lượng theo chiều thuận từ nguồn nóng đến nguồn lạnh và giãn nở sinh công. ( VD: động cơ đốt trong, động cơ phản lực, tuabin, vv..)

Nguồn nóng

Nguồn lạnh

Động cơ nhiệt

Q1

Q2

W

Xét bảo toàn năng lượng cho Động cơ nhiệt:

WQQ += 21

Hiệu suất nhiệt:1

2

1

2

1

11qq

QQ

QW

−=−==η

A/ Động cơ nhiệt:


1/2009

p.18p.18

Ví dụ về động cơ nhiệtVí dụ về động cơ nhiệt


1/2009

p.19p.19

B/ Bơm nhiệt, máy làm lạnh:

đây là loại máy nhận công từ bên ngoài để vận chuyển nhiệt lượng theo chiều ngược từ nguồn lạnh đến nguồn nóng.

(VD: máy lạnh, bơm nhiệt)

Nguồn nóng

Nguồn lạnh

Bơm nhiệt,Máy làm lạnh

Q1

Q2

W

Xét bảo toàn năng lượng cho bơm nhiệt hay máy làm lạnh: WQQ += 21

Hệ số làm nóng (cho bơm nhiệt):21

1

21

11

qqq

QQQ

WQ

−=

−==ϕ

Hệ số làm lạnh (cho máy lạnh):21

2

21

22

qqq

QQQ

WQ

−=

−==ε

1>


1/2009

p.20p.20

Máy điều hòa nhiệt độMáy điều hòa nhiệt độ


1/2009

p.21p.21

Tủ lạnh - Refrigeration Animation


1/2009

p.22p.22

Bơm nhiệt – Máy ĐHKK


1/2009

p.23p.23

1.31.3 Thông số trạng tháiThông số trạng tháiTại một điều kiện bất kỳ, trạng thái của chất môi giới có thể được xác định = 2 thông số trạng thái độc lập (Ví dụ)

Các thông số trạng thái thường dùng là:

- Nhiệt độ T

- Áp suất p

- Thể tích riêng v

- Nội năng u

- Entanpi i

- Entropi s


1/2009

p.24p.24

Ví dụ về thông số trạng tháiVí dụ về thông số trạng thái


1/2009

p.25p.25

Nhiệt độNhiệt độ TT

Thông số trạng thái thể hiện mức độ nóng lạnh của vật

Đơn vị:

Dụng cụ đo: Nhiệt kế

- NK thủy ngân, NK rượu: dựa trên sự giãn nở của chất lỏng

(NK) - NK điện trở: dựa trên sự thay đổi điện trở- Thermocouple: dựa trên sự thay đổi dòng điện

- Độ bách phân (oC): ( )3295

−= FC oo

- Độ Fahrenheit (oF): 328.1 += CF oo

273+= CK oo- Độ Kelvin (oK):


1/2009

p.26p.26

Tương quan giữa các thang nhiệt độTương quan giữa các thang nhiệt độ


1/2009

p.27p.27

Absolute Zero and the Kelvin Scale

The pressure-temperature relation leads to the design of a constant-volume gas thermometer. Extrapolation of measurements made using different gases leads to the concept of absolute zero, when the pressure (or volume) is zero.

t (oC)


1/2009

p.28p.28

Áp suấtÁp suất ppLực tác dụng lên một đơn vị diện tích bề mặt ranh giới theo

phương pháp tuyến với bề mặt đó. (Ví dụ)

Dụng cụ đo:

- Manometer (áp kế): dùng để đo áp suất dư pd, phần áp suất của chất khí lớn hơn áp suất khí trời- Parometer: đo áp suất khí trời pkt- Vacumeter (chân không kế): đo áp suất chân không pck, phần áp suất của chất khí nhỏ hơn áp suất khí trời

ppp ktck −=

Đơn vị:1 Pa (Pascal) = 1 N/m21 bar = 105 Pa = 750 mmHg1 at = 9.81 x 104 Pa = 0.981 bar = 10 mH2O = 735.6 mmHg1 mmHg = 133.3 N/m21 mmH2O = 9.81 N/m2


1/2009

p.29p.29

Ví dụ về áp suấtVí dụ về áp suất (1)(1)


1/2009

p.30p.30

Ví dụ về áp suất Ví dụ về áp suất (2)(2)

2

1

2

121 A

AFFpp =⇒=


1/2009

p.31p.31

Ví dụ về áp suất Ví dụ về áp suất (3)(3)

Đáp số: 111.7 kPa


1/2009

p.32p.32

Ví dụ về dụng cụ đo áp suấtVí dụ về dụng cụ đo áp suất


1/2009

p.33p.33

Nguyên lý hoạt động của Nguyên lý hoạt động của ParometerParometer

VD: với 1mm H2O

PamNxxghOmmH 81.9/81.9001.081.910001 22 ==== ρ


1/2009

p.34p.34

Nguyên lý hoạt động củaNguyên lý hoạt động của ManometerManometer

VD: với kPaPcmhmkg atm 96;55;/850 3 ===ρ

kPaxxghPP atmGas 6.1001055.081.985096 3 =+=+= ρ


1/2009

p.35p.35

Ví dụ: dùng Manometer đo chênh áp suất của dòng chảy

( ) ghgaPhagP 21211 ρρρ ++=++Ta có:( )ghPP 1221 ρρ −=−


1/2009

p.36p.36

Thể tích riêngThể tích riêng vvThể tích ứng với một đơn vị khối lượng

GVv = (m3/kg)

hay:ρ1

=v

trong đó: + G: khối lượng của khối chất môi giới đang khảo sát (kg)+ V: thể tích choán chỗ của khối chất môi giới đó (m3)

+ ρ: khốI lượng riêng của khối chất môi giới đang khảo sát (kg/m3)

Lưu ý: thể tích riêng v mới là thông số trạng thái, còn thể tích V không phải là thông số trạng thái


1/2009

p.37p.37

Ví dụ về tính thể tích riêngVí dụ về tính thể tích riêng


1/2009

p.38p.38

Nội năngNội năng uuLà loại thông số trạng thái không đo trực tiếp được mà phải

tính toán Nội năng U của một hệ thống bao gồm:

- Động năng Ud do chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay của các phân tử, và do các dao động trong nội bộ phân tử bên trong hệ thống

- Thế năng Ut do lực tương tác giữa các phân tử trong hệ thống

td UUU +=Nếu khảo sát 1kg khối lượng chất môi giới:

td uuu +=

trong đó: ud là nội động năng; ut là nội thế năng của 1 kg khối lượng chất môi giới

(kJ/kg)


1/2009

p.39p.39

td uuu +=

Theo thuyết động học phân tử:

- Nội động năng ud chỉ phụ thuộc nhiệt độ- Nội thế năng ut phụ thuộc khoảng cách trung bình giữa các phân tử, tức phụ thuộc vào thể tích riêng

),( vTfu =Đối với khí lý tưởng: lực tương tác giữa các phân tử được xem bằng

không, do đó nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Đơn vị: kJ, kcal, kWh (hệ SI) hoặc BTU (British Thermal Unit)

Lưu ý: trong các bài toán về nhiệt động, nói chung không cần biết giá trị tuyệt đối của nội năng mà chỉ cần biết lượng biến đổi nội năng


1/2009

p.40p.40

Nói thêm về nội năng ULà năng lượng bên trong, gây ra do chuyển động và tương tác giữa các phân tử trong vật thể.

Ví dụ: - đối với vật rắn


1/2009

p.41p.41

Ví dụ: (đối với chất khí)


1/2009

p.42p.42

EntanpiEntanpi iiLà loại thông số trạng thái không đo trực tiếp được mà phải

tính toán

Entanpi của 1 kg khối lượng chất môi giới đuợc tính theo công thức:

pvui += (kJ/kg)

Đối với khí lý tưởng, do u và pv chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nên i cũng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

Lưu ý: trong các bài toán về nhiệt động, nói chung không cần biết giá trị tuyệt đối của entanpi mà chỉ cần biết lượng biến đổi entanpi


1/2009

p.43p.43

EntropiEntropi ssLượng biến đổi entropi ds của 1 kg khối lượng chất môi giới

trong 1 quá trình thuận nghịch đuợc tính theo công thức:

Tqds δ=

trong đó: - là nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường trong quá trình thuận nghịch vô cùng bé

- T là nhiệt độ tuyệt đối

hayTQdS δ= cho G kg chất môi giới

(dS = G ds)

Đơn vị: kJ/kg.K, kcal/kg.KLưu ý: ∫ =Δ 0ds- dù chu trình là thuận nghịch hay không

0=Δ∫ TQδ- nếu chu trình là thuận nghịch

0

---------------------------------------

HẾT CHƯƠNG 1(Phần 1)


1/2009

p.45p.45

NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌCMục đích môn họcNội dung môn họcTài liệu tham khảoCHƯƠNG 1 (Phần 1):1.1 Các vấn đề chung1.2 Những khái niệm cơ bản 1.2.1 Nhiệt lượng và côngMechanical Equivalent of Heat1.2.2 Hệ nhiệt độngMột số ví dụ về hệ nhiệt động (1)Một số ví dụ về hệ nhiệt động (2)Một số ví dụ về hệ nhiệt động (3)Phân loại hệ nhiệt độngVí dụ về hệ nhiệt động kín Ví dụ về hệ nhiệt động hởVí dụ về hệ cô lập1.2.3 Máy nhiệtVí dụ về động cơ nhiệtMáy điều hòa nhiệt độTủ lạnh - Refrigeration Animation Bơm nhiệt – Máy ĐHKK1.3 Thông số trạng tháiVí dụ về thông số trạng tháiNhiệt độ TTương quan giữa các thang nhiệt độAbsolute Zero and the Kelvin ScaleÁp suất pVí dụ về áp suất (1)Ví dụ về áp suất (2)Ví dụ về áp suất (3)Ví dụ về dụng cụ đo áp suất Nguyên lý hoạt động của ParometerNguyên lý hoạt động của ManometerVí dụ: dùng Manometer đo chênh áp suất của dòng chảyThể tích riêng vVí dụ về tính thể tích riêngNội năng uNói thêm về nội năng U Entanpi iEntropi s---------------------------------------

Documents

NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC - haanhtung.webs.com trinh_Nhiet dong luc hoc/C1_1_Mot so... · 1. Hoàng đình Tín –Lê chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹ thuật, NXB