›
›

Bài giảng Nhiệt động - Chương II: Định luật nhiệt động thứ nhất

ppt 64 trang ngocly 1450
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nhiệt động - Chương II: Định luật nhiệt động thứ nhất", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_nhiet_dong_chuong_ii_dinh_luat_nhiet_dong_thu_nhat.ppt

Nội dung text: Bài giảng Nhiệt động - Chương II: Định luật nhiệt động thứ nhất

  1. CHƯƠNG II ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT II.1. Nhiệt và công II.2. Định luật nhiệt động một II.3. Quá trình nhiệt động của KLT II.4. Quá trình nhiệt động của hơi nước II.5. Quá trình của không khí ẩm
  2. II.1. NHIỆT VÀ CÔNG II.1.1. Phương pháp xác định nhiệt II.1.2. Phương pháp xác định công
  3. II.1.1. Phương pháp xác định nhiệt ➢ Hình thái thể hiện công khi có sự chuyển dịch. ➢ Hình thái thể hiện nhiệt khi có sự chênh lệch nhiệt độ. a. Xác định nhiệt theo nhiệt dung riêng b. Xác định nhiệt theo biến thiên entropi
  4. a. Xác định nhiệt theo nhiệt dung riêng ➢ Khái niệm nhiệt dung riêng Nhiệt dung riêng của chất khí là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho một đơn vị chất khí để nhiệt độ của nó tăng lên một độ theo một quá trình nào đó. dq C= ;(kJ / dvmco K) dt
  5. ➢ Phân loại NDR ✓ Theo đơn vị đo môi chất: 1[kg] - NDR khối lượng, C[kJ/kg.độ] 1[m3tc] - NDR thể tích, C’[kJ/m3tc .độ] 1[kmol] - NDR kmol, Cµ[kJ/kmol.độ]
  6. ✓ Theo tính chất quá trình: + Quá trình có áp suất không đổi NDR khối lượng đẳng áp, Cp (kJ/kg.độ) 3 NDR thể tích đẳng áp, C’p (kJ/m tc.độ) NDR kmol đẳng áp, Cµp (kJ/Kmol.độ)
  7. + Quá trình có thể tích không đổi NDR khối lượng đẳng tích, Cv (kJ/kg.độ) 3 NDR thể tích đẳng tích, C’v (kJ/m tc.độ) NDR kmol đẳng tích, Cµv (kJ/Kmol.độ)
  8. ➢ Quan hệ giữa các NDR C C C=v = v .C'' ;C =p = v .C v tc v p tc p CC pp== k CCvv k- số mũ đoạn nhiệt Công thức Mayer: Cp- Cv=R
  9. ➢ Sự phụ thuộc của NDR vào nhiệt độ C = ao + a1.t 2 C = ao + a1.t + a2.t 2 3 n C = ao + a1.t + a2.t +a3t + + ant a0, a1, an – các hệ số Với khí lý tưởng C = const
  10. BẢNG NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Loại khí K=Cp/Cv Cv Cp [kJ/kmol.K] [kJ/kmol.K] Khí 1 nguyên tử 1,67 12,6 20,9 Khí 2 nguyên tử 1,40 20,9 29,3 Khí 3 hoặc 1, 30 29, 3 37,7 nhiều nguyên tử
  11. ➢ Xác định nhiệt lượng dq C= ;(kJ / dvmco K) dt dq = C.dt 2 q= C.dt 12 1 ▪ Nếu C = const thì q12= C.(t2-t1)
  12. ▪ Nếu c = a0 + a1t 2 t2 tt12+ q12=( a 0 + a 1 t ) .dt = a 0 + a 1( t 2 − t 1) =C .( t 2 − t 1 ) tb t 1 2 1 t a Trong tài liệu: C = a + a'.t;a' = 1 0 0 2 q12= q02- q01 q = Ctt21 .t - C .t 12 tb00 2 tb 1
  13. b. Xác định nhiệt theo biến thiên entropi dq T ds = T 1 T1 dq = T.ds T T2 2 2 q= T.ds 12 1 s s 1 ds 2 s Nếu T=const thì q12=T(s2-s1) 2 q= f (s).ds Nếu T=f(s) thì 12 1
  14. Theo tính chất toán học: s2 dientich(s 12s )= T.ds 12 s1 Vì vậy đồ thị T-s gọi là đồ thị nhiệt. Quy ước: + Nếu q > 0 môi chất nhận nhiệt + Nếu q < 0 môi chất thải nhiệt.
  15. II.1.2. Phương pháp xác định công a. Công lưu động: llđ(J/kg); Llđ =G.llđ (J) Công lưu động là công do bản thân môi chất sản sinh ra để mang nó đi: dllđ = d(pv) Với quá trình kín ( trạng thái 1 trùng với trạng thái 2) công lưu động bằng không.
  16. b. Công thay đổi thể tích:lgn (J/kg);Lgn(J) p đlgn =p.F.dx=p.dv dv dv v l =2 p.dv gn v 1 Diện tích (v112v2) = lgn
  17. c. Công kỹ thuật: lkt (J/kg); Lkt =G.lkt (J) Công kỹ thuật là công môi chất sinh ra mà ta có thể sử dụng được. đlkt = đlgn- dllđ = p.dv - d(pv) = pdv - pdv – vdp = -vdp p l=− 2 v.dp kt p 1
  18. p2 dp p1 v Diện tích (p112p2 )=lkt Quy ước: Nếu lgn>0 - môi chất sinh công lgn<0 - môi chất nhận công
  19. II.2. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG 1 II.2.1. Ý nghĩa - Mối tương quan giữa nhiệt năng và các dạng năng lượng khác. - Tính bảo toàn của năng lượng. II.2.2. Nội dung Cấp cho môi chất một lượng nhiệt đq, làm cho nội năng biến thiên một lượng du, khi đó môi chất sẽ giãn nở sinh công đlgn.
  20. đq = du + đlgn = du + pdv đq = du + p.dv = du + p.dv + v.dp - v.dp = d(u + pv) - v.dp đq = di - vdp = di + đlkt đq = du + đlgn = du + pdv đq = di + đlkt = di - vdp
  21. Với khí lý tưởng: đq = Cv.dT + p.dv đq = Cp.dT - v.dp Với một quá trình cụ thể: q= u+lgn q= i+lkt
  22. II.3. QT NHIỆT ĐỘNG CỦA KHÍ LT II.3.1. Khái niệm quá trình nhiệt động II.3.2. Quá trình đa biến II.3.3.Quá trình đẳng áp II.3.4. Quá trình đẳng tích II.3.5. Quá trình đẳng nhiệt II.3.6. Quá trình đoạn nhiệt
  23. II.3.1. Khái niệm quá trình nhiệt động Quá trình nhiệt động là quá trình biến đổi liên tục của các thông số trạng thái từ trạng thái cân bằng này sang một trạng thái cân bằng khác. ➢ Một số giả thiết: - Môi chất phải là KLT và xét cho 1 (kg) - Các quá trình đều là thuận nghịch và trạng thái là trạng thái cân bằng
  24. ➢ Các bước nghiên cứu một quá trình: - Bước 1: Khái niệm quá trình - Bước 2: Quan hệ giữa các thông số - Bước 3: Biểu diễn trên đồ thị p-v và T-s - Bước 4: Xác định q, lgn, lkt, u, i, s
  25. II.3.2. Quá trình đa biến ➢ Khái niệm quá trình đa biến: Quá trình đa biến là một quá trình tổng quát của khí lý tưởng, trạng thái thay đổi theo một quy luật bất kỳ đq = Cn.dt ➢ Biểu thức tổng quát Biểu thức của định luật nhiệt động 1: đq = Cv.dT + p.dv đq = Cp.dT - v.dp
  26. Thay đq = Cn.dt CCnp− nk− n = CC.nv= CCnv− n1− pvn =const n= const - số mũ đa biến; Ứng với mỗi giá trị của n ta có một quá trình nhiệt động cụ thể và tìm được biểu thức nhiệt dung riêng của quá trình đó.
  27. II.3.3.Quá trình đẳng áp ➢ Khái niệm: p=const; n=0; Cn=Cp ➢ Quan hệ giữa các thông số: vT 22= vT11
  28. ➢ Đồ thị p T 2 1 2 p1=p2 1 v s1 s2 s
  29. ➢ Xác định nhiệt và công, u, i Với mọi quá trình ta có: du = CvdT u = Cv T = Cv(T2 - T1) = Cv(t2 - t1) 2 2 l= pdv = p(v − v ) l= − vdp = 0 gn 2 1 kt 1 1 đq = Cp .dT và q = Cp . t = Cp . T = i
  30. II.3.4. Quá trình đẳng tích ➢ Khái niệm: v=const; n=±∞; Cn=Cv ➢ Quan hệ giữa các thông số: pT 22= pT11
  31. ➢ Đồ thị p T 2 2 v2p v=const 1 p=const 1 v1= v2 v s1 s2 s
  32. ➢ Xác định nhiệt và công, i, u Với mọi quá trình ta có: di = CpdT i = Cp T = Cp(T2 -T1) = Cp(t2 - t1) 2 2 l== pdv 0 l= − vdp = − v(p − p ) gn kt 2 1 1 1 đq = Cv.dT và q = Cv. t = Cv . T = u
  33. II.3.5. Quá trình đẳng nhiệt ➢ Khái niệm: T=const; n=1; Cp=Cv ➢ Quan hệ giữa các thông số: pv 21= pv12
  34. ➢ Đồ thị p T 1 1 2 T1=T2 2 v s1 s2 s
  35. ➢ Xác định nhiệt và công, i, u Với mọi quá trình : du = Cv.dT = 0 Với mọi quá trình : di = Cp.dT = 0 22dv vp l= pdv = p v = RTln21 = RTln gn 1 1 11v v12 p 22dv v q= l = pdv = p v = RTln2 = l 12 gn12 1 1 kt 11vv1
  36. II.3.6. Quá trình đoạn nhiệt ➢ Khái niệm: q=0; n=k; Cn=0; s=const pvk = const ➢ Quan hệ giữa các thông số: k k pv21 pv = 12= pv pv12 21 k k− 1 1 k− 1 T2 v 1 v 2 v 1 T p p kk p == . 2== 2. 1 2 T v v v 1 2 1 2 T1 p 1 p 2 p 1
  37. ➢ Đồ thị p T 1 1 s=const T=const 2 2T 2s v1 v2 s1=s2 s
  38. ➢ Xác định nhiệt và công, i, u q = u + lgn = 0 lgn= - u= - Cv.(T2 - T1) u = Cv . T = Cv.(T2 - T1) = Cv.(t2 - t1) i = Cp. T = Cp.(T2 - T1) = Cp.(t2 - t1) 1R l=( p v − p v) = (T − T ) gnk−− 1 1 1 2 2 k 1 1 2 kR l= k.l = .( p v − p v) = k. .(T − T ) kt gnk−− 1 1 1 2 2 k 1 1 2
  39. ➢ Xác đinh s của các qúa trình dq ds = T ✓ Theo phương pháp tổng quát đq = CvdT + pdv đq = CpdT - vdp dT pdv Tv22 ds=+ Cv s = Cv ln + R ln TT Tv11
  40. dT vdp ds=− C p TT pR = Tv dT Rdp ds=− C p Tp Tp22 s = Cp ln − R ln Tp11
  41. ➢ Theo từng quá trình ✓p = const: đq =CpdT dT T2 ds = Cp s = Cp ln T T1 ✓v = const: đq =CvdT dT T2 ds = C v s = C v ln T T1 dq q ✓T= const: ds = s = T T ✓s = const: đq = 0 s = 0
  42. II.4. QUÁ TRÌNH CỦA KHÍ THỰC II.4.1. Quá trình hóa hơi đẳng áp p t=0oC k p 1 2 3 4 5 p’ 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ ao v’ v’’ v
  43. II.4.2. Một số khái niệm a. Hiện tượng bay hơi b. Hiện tượng sôi t=tsôi=ts(p); p=psôi=ps(t) c. Nhiệt ẩn hóa hơi: r(J/kg) Nhiệt ẩn hóa hơi là nhiệt lượng cần thiết để biên 1(kg) nước sôi hóa hơi hoàn toàn.
  44. d. Hơi bão hòa ✓ Hơi bão hòa khô: không chứa nước sôi ✓ Hơi bão hòa ẩm: có chứa nước sôi x=Lượng hơi bão hòa khô/Lượng hơi bão hòa ẩm x=0 đường nước sôi đường giới hạn dưới x=1 đường hơi bão hòa khô đường giới hạn trên 0 ts
  45. II.4.3. Bảng và đồ thị của hơi nước a. Bảng số ➢ Bảng nước và hơi nước bão hòa ✓ Theo t: ps, i’, i’’, s’, s’’ ✓ Theo p: ts, i’, i’’, s’, s’’ ✓ Trạng thái hơi bão hòa ẩm: ix = (1 - x).i’ + x.i’’ i− i ' x = x i ''− i '
  46. ➢ Bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt b. Đồ thị ➢ Đồ thị T-v
  47. ➢ Đồ thị T-s
  48. ➢ Đồ thị i-s
  49. II.4.4. QT nhiệt động của khí thực ➢ Các bước tính toán một quá trình ➢ Xác định biến thiên nội năng u u = u2 - u1 = (i2 - p2v2) - ( i1- p1v1) ➢ Xác định nhiệt lượng q v = const: q = u + lgn = u; (lgn = 0) p = const: q = i = (i2 - i1); (lkt =0)
  50. T = const; q = T. s = T.(s2 - s1) s=const; q=0 ➢ Xác định công lgn và lkt v = const: lgn = 0; lkt = v.(p1 - p2) p = const: lgn = p.(v2 - v1); lkt = 0 T = const: lgn = q - u; q = i + lkt; lkt = q- i s=const: q=0; lgn = - u; lkt = - i =(i1 - i2)
  51. II.5. CÁC QUÁ TRÌNH CỦA KK ẨM II.5.1. Khái niệm và phân loại II.5.2. Các TS cơ bản của KK ẩm II.5.3. Đồ thị I - d và ứng dụng
  52. II.5.1. Khái niệm và phân loại a. Khái niệm không khí ẩm KK ẩm =KK khô (O2, N2 ) + H2O (hơi) b. Phân loại ✓ KK ẩm chưa bão hòa: Gh Ghmax; ph=ps
  53. II.5.2. Các TS cơ bản của KK ẩm a. Áp suất: p = ph + pk V=Vh=Vk T=Th=Tk b. Khối lượng: G = Gh + Gk
  54. c. Độ ẩm tuyệt đối và tương đối G h ✓ Độ ẩm tuyệt đối: h ρ = h V ρ ✓ Độ ẩm tương đối: φ =hh = h maxρ s -Với φ=0 thì ph=0 ta có không khí khô -Với φ=1=100% ta có kk ẩm bão hòa - Với 0< φ<1 ta có kk ẩm chưa bão hòa
  55. G d. Độ chứa ẩm d = h G k G p V R Τ p R p d=h = h . k = h . k = 0,622 h GRk hΤ p k V p k R h p k p d= 0,622 h p-ph φp d= 0,622 s p-φps ps dmax = 0,622 p-ps
  56. f. Entanpi của không khí ẩm i= ik + d.ih i = 1,0048.t + (2500 + 1,93.t)d
  57. II.5.3. Đồ thị I - d và ứng dụng a. Đồ thị I-d ✓ Cách xây dựng: - Góc hợp bởi I và d: 90o và 135o - Áp suất khí quyển: pkq= 760mmHg pkq = 745mmHg
  58. ✓ Các đường biểu diễn
  59. b. Ứng dụng đồ thị I-d ✓ Trong kỹ thuật sấy đẳng áp: I I2=I3 2 3 I1 φ = 100% 1 d1=d2 d3 d
  60. Xét với 1 kg KK khô thì lấy được (d3-d1) Gk 1(kg ẩm) 1 Gk = dd31− Q=Gk. i=Gk(i2- i1)
  61. ✓ Trong kỹ thuật hỗn hợp đẳng áp: I2 I2 Io 2 0 I1 1 d1 do d1 d
  62. Goio = G1i1 + G2i2 mà Go = G1 + G2 (G1 + G2)io = G1i1 + G2i2 G1io + G2io = G1i1 + G2i2 G1(io - i1) = G2(i2 - io) G ii− 1 = 2o G2 i o− i 1