›
›

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 2: Môi chất và cách xác định trạng thái của chúng

pdf 36 trang ngocly 1480
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 2: Môi chất và cách xác định trạng thái của chúng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_ky_thuat_nhiet_chuong_2_moi_chat_va_cach_xac_dinh.pdf

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 2: Môi chất và cách xác định trạng thái của chúng

  1. PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN (phần nhiệt động kỹ thuật) Môi chất và hệ nhiệt động: phương pháp thu nhỏ phạm vi khảo sát Các thông số trạng thái của môi chất: cách xác định một trạng thái của môi chất và biểu diễn thành một điểm trên đồ thị Các quá trình nhiệt động: cách tính toán nhiệt, công của một quá trình và biểu diễn thành một đường trên đồ thị Các chu trình nhiệt động: cách tính toán nhiệt, công của một chu trình máy nhiệt và biểu diễn thành một đường khép kín trên đồ thị
  2. MÔI CHẤT VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI CỦA CHÚNG
  3. SỰ CHUYỂN PHA CỦA CÁC ĐƠN CHẤT Sự thăng hoa – p N ó ngưng kết n g c h g h ả y Sự nóng chảy – - Điểm tới hạn (H O): đ 2 ô p = 221,29 bar n Pha lỏng k đông đặc g o tk = 374,15 C đ ặ c Sự hoá hơi – ngưng e f ụ t g n tụ ư g n - i Điểm ba thể (H2O): ơ Pha rắn h p = 0,00605 at Nhiệt chuyển pha: là á o o H t = 0,01 C c d lượng nhiệt cần cấp a b oa - Pha hơi hoặc nhả ra trong ng h Thă t g kế ngưn quá trình chuyển t pha. Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  4. KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ KHÍ THỰC Lực tác dụng giữa các phân tử F - Khí lý tưởng: F = 0; - Khí thực: F = f(r), với r là khoảng cách giữa các phân tử. Khi r, v →∞, KT có thể coi là KLT Độ nén Z = pv/RT - Khí lý tưởng: Z = 1 - Khí thực: Z = f(p,T). p →0, T đủ lớn, Z → 1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  5. KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ KHÍ THỰC (tiếp) Nhiệt dung riêng, nội năng và entanpi - Khí lý tưởng: C = const; u = f(T); i = f(T) - Khí thực: C = f(T,p); u = f(T,p); i = f(T,p) Sự chuyển pha - Khí lý tưởng: không có sự chuyển pha - Khí thực: có sự chuyển pha (rắn, lỏng khí) Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  6. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI K.L.T. pv RT R 8314 J/kmol.K R pV GRT R  J/kg.K   3 pV MRT pPa, vm kg, TK Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  7. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ THỰC Phương trình Van der Walls (1893) (chỉ đúng với các khí ở p nhỏ, v lớn): a p v b RT v2 - a hệ số hiệu chỉnh áp suất - b hệ số hiệu chỉnh thể tích riêng - a,b được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào từng chất khí. Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  8. QUÁ TRÌNH HOÁ HƠI ĐẲNG ÁP Hoá hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng thành thể hơi Các dạng hoá hơi - Bay hơi là quá trình hoá hơi xảy ra trên bề mặt thoáng của chất lỏng (xảy ra ở mọi áp suất và nhiệt độ) - Sôi là quá trình hoá hơi xảy ra cả trên bề mặt thoáng và trong thể tích của chất lỏng tại các bọt hơi (chỉ xảy ra ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất đã cho)Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  9. QUÁ TRÌNH HOÁ HƠI ĐẲNG ÁP G G x h h t > ts t < ts t = ts t = ts t = ts r a G G G t b x n h 9 2 , 1 2 K 2 t d2 d1 d d a2 100 bar c2 a1 10 bar c1 a 1 bar a b c c ts Lỏng bão hoà (x = 0) Hơi bão hoà (x = 1) o2 o1 o v o q
  10. CÁC VÙNG TRẠNG THÁI CỦA HƠI t T pk n ạ h K Quá nhiệt K i ớ t u d2 d1 p2 p1 iê S T2 p ≡ T 0 = T1 x x = 1 1 x , x x 0 1 = x x = = , = = = 0 0 0 0 Bão hoà ẩm 1 , ,8 0 x ,8 9 = , 0 9 x = x Lỏng chưa sôi v s
  11. NHIỆT CẤP CHO QUÁ TRÌNH HOÁ HƠI Tổng quát: q = qn + r +qh Nhiệt đốt nóng nước đến nhiệt độ sôi: qn = i’ – io = Cpn (ts – to) Nhiệt hoá hơi của nước: r = i” – i’ Nhiệt đốt nóng hơi bão hoà khô thành hơi quá nhiệt: qh = i – i” = Cph(t – ts) Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  12. BẢNG VÀ ĐỒ THỊ CỦA CÁC HƠI Bảng hơi nước - Bảng nước sôi và hơi bão hoà khô (bảng 3, tr. 192 – theo nhiệt độ; bảng 4, tr. 195 – theo áp suất) - Bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt (bảng 5, tr. 200) Đồ thị i – s của hơi nước (tr. 215) Đồ thị lg(p) – i của môi chất lạnh (R22, tr. 212; R12, tr. 213; NH3, tr. 214). Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  13. CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG
  14. TRÌNH TỰ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH Tìm phương trình của quá trình Quan hệ giữa các thông số trạng thái đầu và cuối quá trình (p, v, T) Tính công thay đổi thể tích của quá trình Tính công kỹ thuật của quá trình Tính nhiệt trao đổi với môi trường Tính biến thiên entrôpi của quá trìnhLê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  15. CƠ SỞ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH Định luật nhiệt động 1 dq = du + pdv; dq = di - vdp Phương trình trạng thái khí lý tưởng pv = RT Công thức xác định biến thiên u, i du = CvdT; di = CpdT Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  16.  Phương trình của quá trình đa biến dq = CvdT + pdv; dq = CpdT – vdp; dq = CndT → (Cn – Cp)dT = -vdp; (Cn – Cv)dT = pdv → (Cn – Cp)/(Cn – Cv) = -vdp/pdv = n dlkt/dl = n (số mũ đa biến) → npdv + vdp = 0 → n.dv/v + dp/p = 0 → ln(vn) + ln(p) = const → pvn = const n n Lê Anh Sơn. Power engineering department.p1v1 = HUA p2v2
  17. QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN (Cn = const) Quan hệ giữa các thông số trạng n 1 thái n n p2 v1 v1 p2 pv const ; p1 v2 v2 p1 n 1 n 1 T v P n 2 1 2 p1v1 RT1; p2v2 RT2 T1 v2 p1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  18. QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN (Cn = const) Công thay đổi thể tích Cn C p C p n k n; k Cn Cv Cn Cv Cv n 1 q u l12 l12 q u Cn Cv T2 T1 R R RT T 1 2 Cv l12 T1 T2 1 k 1 n 1 n 1 T1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  19. QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN (Cn = const) Công kỹ thuậtl nl kt12 12 Nhiệt trao đổi với môi trường q Cn T2 T1 ; Q Gq GCn T2 T1 Biến thiên entrôpi dq dT T 2 ds Cn s Cn ln T T T1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  20. QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0) Phương trình của quá trình đoạn nhiệt dq Cn C p dq 0 Cn 0 n k dT Cn Cv pvk const Thay n bằng k trong các công thức của quá trình đa biến Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  21. QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0) Quan hệ giữa các thông số trạng k 1 thái k k p2 v1 v1 p2 pv const ; p1 v2 v2 p1 k 1 k 1 T v P k 2 1 2 p1v1 RT1; p2v2 RT2 T1 v2 p1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  22. QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0) Công thay đổi thể tích q u l12 l12 u Cv T2 T1 R R RT T 1 2 Cv l12 T1 T2 1 k 1 k 1 k 1 T1 Công kỹ thuật l k l kt12 12 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  23. QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0) Nhiệt trao đổi với môi trường q 0; Q 0 Biến thiên entrôpi dq ds 0 s 0 T Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  24. QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞) Phương trình của quá trình đẳng nhiệt dq Cn C p dT 0 Cn n 1 dT Cn Cv pv const Thay n bằng 1 trong các công thức của quá trình đa biến Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  25. QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞) Quan hệ giữa các thông số trạng thái p v pv const 2 1 ; p1 v2 T const T2 T1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  26. QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞) Công thay đổi thể tích, nhiệt lượng trao đổi q u l12; u CvdT 0 l12 q v2 v2 RT v p l pdv dv RT ln 2 RT ln 1 12 v v p v1 v1 1 2 Côngl l kỹ thuật kt12 12 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  27. QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞) Biến thiên entrôpi dq q RT v2 ds s ln T T T v1 v2 p1 s R ln R ln v1 p2 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  28. QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp) Phương trình của quá trình đẳng áp Cn C p Cn C p n 0 Cn Cv p const Thay n bằng 0 trong các công thức của quá trình đa biến Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  29. QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp) Quan hệ giữa các thông số trạng thái p const p2 p1 T v n 0 2 2 T1 v1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  30. QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp) Công thay đổi thể tích v2 l pdv p v v 12 2 1 v1 Công kỹ thuật l n.l 0 kt12 12 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  31. QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp) Nhiệt lượng trao đổi Q GCp T2 T1 Biến thiên entrôpi T v 2 2 s C p ln C p ln T1 v1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  32. QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv) Phương trình của quá trình đẳng tích Cn C p Cn Cv n Cn Cv v const Thay n bằng ∞ trong các công thức của quá trình đa biến Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  33. QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv) Quan hệ giữa các thông số trạng thái v const v2 v1 T p n 2 2 T1 p1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  34. QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv) Công thay đổi thể tích v2 l pdv 0 12 v1 Công kỹ thuật p2 l vdp v p p kt12 1 2 p1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  35. QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv) Nhiệt lượng trao đổi Q GCv T2 T1 Biến thiên entrôpi T v 2 2 s Cv ln Cv ln T1 v1 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA
  36. BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN BẤT KỲ TRÊN ĐỒ THỊ p-v, T-s p T 0 u > n n n = L > = = ∞ 0 n k ± k ± = ∞ = 1 p n v 0 k L > 0 = p = n /C 0 c T o > = n s s u /d t T d n = 0 n = 0 n = 1 n = 1 pv = c on 0 s n = v t /C n 0 ∞ T = > ± = 1 q = s n /d q > 0 n n dT = = k n ± = ∞ k v s Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA