Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 1: Những khái niệm cơ bản về thiết bị nhiệt

Nội dung text: Bài giảng Truyền nhiệt - Chương 1: Những khái niệm cơ bản về thiết bị nhiệt

1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THIỆT BỊ NHIỆT
2. CHƯƠNG I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN I.1. Một số khái niệm I.2. Các thông số trạng thái của môi chất I.3. Phương trình trạng thái của chất khí
3. I.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN I.1.1. Thiết bị nhiệt
4. I.1.2. Phân loại I.1.2.1. Động cơ nhiệt QLQ12=+ Xy lanh Piston
5. I.1.2.2. Máy lạnh, bơm nhiệt 0 Phòng ấm (Td: 30 C) Q1 = L + Q2 L Q 2 0 Môi trường ( Td: 5 C) Q1 = L + Q2 L Q 2 0 Kho lạnh (Td: - 30 C) QLQ21+= I.1.2.3. Nhóm các thiết bị khác
6. I.1.3. Hệ thống nhiệt động a. Khái niệm
7. - Hệ thống kín - Hệ thống hở - Hệ thống đoạn nhiệt - Hệ thống cô lập
8. I.1.4. Khái niệm về môi chất (chất môi giới) Để truyền tải, trao đổi, chuyển hoá nhiệt năng ngoài hệ thống thiết bị nhất thiết phải có một chất trung gian gọi là chất môi giới hay môi chất. I.1.5. Nguồn nhiệt Nguồn nhiệt là các đối tượng trao đổi nhiệt trực tiếp với chất môi giới. Nguồn có nhiệt độ thấp gọi là nguồn lạnh; nguồn có nhiệt độ cao hơn gọi là nguồn nóng.
9. I.2. THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT I.2.1. Định nghĩa thông số trạng thái
10. I.2.2. Các TSTT của môi chất a. Nhiệt độ ➢ Khái niệm - Đặc trưng cho tính nóng lạnh của vật - Đặc trưng cho tốc độ chuyển động của các phân tử
11. ➢ Thang đo nhiệt độ ✓ Thang đo nhiệt độ bách phân (Cencius):oC -Trạng thái nước đá đang tan ở p=760mmHg: 0oC -Trạng thái nước sôi ở p=760mmHg: 100oC Chia thang đo ra 100 phần bằng nhau thì tương ứng với 1/100 = 1oC ✓ Thang đo nhiệt độ tuyệt đối (Kelvil):oK m2 T = 3k
12. -273oC 0oC toC toC 0oK 273oK ToK ToK ToK= toC + 273
13. ✓ Faranhiet(oF), Rankine(oR) - Độ lớn 10F bằng độ lớn 10R bằng 5/9 độ lớn của 10C và bằng 5/9 độ lớn 10K - Ở trạng thái nước đá đang tan: t = 00C, T = 2730K, T = 320F = 4620R 55 to C= T o K − 273 =( t o F − 32) = T o R − 273 99
14. b. Áp suất chất khí ➢ Khái niệm áp suất F N p = 2 S m ➢Hệ thống đơn vị đo ✓Hệ thống Pascal(Pa) 1Pa=1N/m2; 1kPa=103Pa; 1MPa=106Pa
15. ✓Hệ thống bar 1Bar=105Pa ✓ Hệ thống atmosphere (at) 1at=0,981Bar 1kG/cm2=1(at) ✓ Hệ thống mmH2O, mmHg(Tor)
16. ➢ Quan hệ giữa các hệ thống đơn vị đo N 1 1 1 1= 1Pa = 10−−55 Bar = .10 (at) = mmH O = mmHg 2 2 m 0,981 9,81 133,32
17. ➢Cách đo áp suất - Trường hợp áp suất thực (tuyệt đối) p lớn hơn áp suất khí quyển: pd p pkq Nếu p>pkq thì p=pd + pkq
18. - Trường hợp áp suất thực (tuyệt đối) p nhỏ hơn áp suất khí quyển: pck pkq p Nếu p<pkq thì p=pkq- pck
19. - Manomet: đo áp suất thừa (dư): pd - Baromet: đo áp suất khí quyển: pkq - Chân không kế đo áp suất chân không: pck c. Thể tích riêng V v= (m3 /kg) G 1 ρ= (kg/m3 ) v
20. d. Nội năng của chất khí -Khái niệm: Nội năng = nội động năng + nội thế năng Với 1(kg) môi chất-Kí hiệu là u(J/kg) Với G(kg) môi chất-Kí hiệu là U=G.u(J) Như vậy: u=ut+uv ut- Nội động năng; uv-Nội thế năng Với khí lý tưởng uv=0 nên u=ut
21. -Xác định biến thiên nội năng: u=u2-u1 Khí lý tưởng với mọi quá trình: du=Cvdt Cv- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích Với khí lý tưởng Cv=const nên u=Cv T e. Entanpi-Nhiệt hàm -Khái niệm: i=u+pv (J/kg) hoặc h=u+pv I=G.i= U+pV (J)
22. - Xác định biến thiên entanpi: i=i2-i1 Khí lý tưởng với mọi quá trình: di=Cpdt Cp- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp Với khí lý tưởng Cp=const nên i=Cp T f. Entropi dq ds = T dq - Nhiệt lượng của quá trình;(J/kg) T - Nhiệt độ của chất khí (0K)
23. I.3. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI I.3.1. Khái niệm Một trạng thái của môi chất được xác định bởi các thông số trạng thái. Vậy phương trình trạng thái là biểu thức toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông số trạng thái ở một trạng thái xác định. Dưới đây chúng ta xét phương trình trạng thái chỉ đối với trạng thái cân bằng.
24. I.3.2. PTTT của khí lý tưởng • Khái niệm khí lý tưởng Tất cả các chất khí đều là khí thực chỉ riêng một số chất khí có các tính chất: Thể tích và khối lượng bản thân phân tử nhỏ, khoảng cách giữa các phân tử lớn nên lực tương tác giữa chúng là nhỏ người ta có thể bỏ qua và coi chúng là khí lý tưởng. a.Viết cho 1 kg môi chất: pv = RT p [N/m2]; v [m3/kg]; T [0K]; R [J/kgK].
25. b. Viết cho G (kg) môi chất: Gpv=GRT Gv=V[m3]-Thể tích toàn bộ môi chất. c. Viết cho 1Kilomol (Kmol) môi chất: ➢ Khái niệm Kmol: 1Kmol=µ(kg) µpv = µRT p.Vµ = RµT
26. ➢ Định luật Avogadro: o 3 to=0 C, po=760mmHg,Vµ=22,4[m /Kmol]; Thay vào PTTT ta xác định được: 0 Rµ = 8314[J/Kmol K]; R 8314 R[]== J kg.K
27. I.3.3. Tính toán hỗn hợp khí lý tưởng a. Khái niệm: Hỗn hợp khí lý tưởng bao gồm ít nhất từ hai đơn chất khí lý tưởng kết hợp với nhau, chúng được coi là một đơn chất khí lý tưởng tương đương khi giữa chúng chỉ kết hợp với nhau về mặt cơ học mà không có các phản ứng hoá học xảy ra.
28. b. Thành phần hỗn hợp: ➢ Thành phần khối lượng: gi Thành phần khối lượng của một chất khí i trong hỗn hợp là tỷ số giữa khối lượng của chất khí đó (Gi) với khối lượng của hỗn hợp G gi=Gi/G ; % G = G1 + G2 + + Gi+ + Gn=∑Gi
29. ➢ Thành phần thể tích: ri Thành phần thể tích của một chất khí trong hỗn hợp là tỷ số giữa phân thể tích của chất khí đó vi với thể tích của hỗn hợp v. Ta ký hiệu thành phần thể tích là ri. v r = i i v vi- phân thể tích của chất khí i
30. • Khái niệm phân thể tích vi p, T, G, v o x o x o x Khí a: o x o x o x o Khí b: x o o o x x x x o o o x x p, T, Ga, va p, T, Gb, vb v=va+vb
31. ➢ Thành phần mol: m r = i i m Vi=mi.Vi V=m.V Vi= V mv r ==ii i mv
32. ➢ Thành phần áp suất: Định luật Dantol: p=p1+p2+ +pi+ +pn m V p r =i = i = i i m V p ➢ Quan hệ giữa các thành phần: mi .i Gi m i im r i i gi = =n = n = n G mi mi i  .  i  r i  i i= 1 i = 1m i = 1
33. G g i /  i VG / i r ===iiii G i V nnn G g G //i i iii  i=== 1i 1i 1 G i
34. I.3.4. PTTT của khí thực PT Vander Walls: (p + a/v2)(v - b) = RT PT Redlich-Krong: a (p+ )(v − b) = RT Tn v(v+ b) a, b, n: Các hệ số thực nghiệm