Cơ khí chế tạo máy - Phương pháp tiếp cận (phần nhiệt động kỹ thuật)

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 MÔI CHẤT VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI CỦA CHÚNG Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  Sự thăng hoa – ngưng kết  Sự nóng chảy – đông đặc  Sự hoá hơi – ngưng tụ  Nhiệt chuyển pha: là lượng nhiệt cần cấp hoặc nhả ra trong quá trình chuyển pha. SỰ CHUYỂN PHA CỦA CÁC ĐƠN CHẤT p t a Điểm tới hạn (H2O): pk = 221,29 bar tk = 374,15 o C b c d e f g h Điểm ba thể (H2O): p = 0,00605 at t = 0,01 o C Thăn g ho a - ngưn g kế t N ó n g ch ả y - đ ô n g đ ặ c H oá h ơi - ng ưn g tụ Pha lỏng Pha hơi Pha rắn Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  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 KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ KHÍ THỰC Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  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) KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ KHÍ THỰC (tiếp) Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI K.L.T.          K,kgm,Pa J/kg.K J/kmol.K8314 3 TvpTMRpV R RGRTpV RRTpv        Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  Phương trình Van der Walls (1893) (chỉ đúng với các khí ở p nhỏ, v lớn): - 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. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ THỰC   RTbv v a p        2 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  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) QUÁ TRÌNH HOÁ HƠI ĐẲNG ÁP QUÁ TRÌNH HOÁ HƠI ĐẲNG ÁP hn h x h GG G G G x   t v a c d o1 a1 c1 d1 K o2 a2 c2 d2 Lỏng bão hoà (x = 0) Hơi bão hoà (x = 1) 1 bar 10 bar 100 bar 2 2 1 ,2 9 b a r o t qo a d b c ts t < ts t = ts t = ts t = ts t > ts CÁC VÙNG TRẠNG THÁI CỦA HƠI T s p1 K p2 x = 0 x = 1 T1 T2 p ≡ T x = 0,9 x = 0,8x = 0 ,1 pk v t d1 K d2 x = 0 x = 1 x = 0,9 x = 0 ,1 x = 0,8 Quá nhiệt Bão hoà ẩm S iê u tớ i h ạn Lỏng chưa sôi Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  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) NHIỆT CẤP CHO QUÁ TRÌNH HOÁ HƠI Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  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). BẢNG VÀ ĐỒ THỊ CỦA CÁC HƠI CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA 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 trình TRÌNH TỰ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA 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 CƠ SỞ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA 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 p1v1 n = p2v2 n Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Quan hệ giữa các thông số trạng thái QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN (Cn = const) n n n n n n p P v v T T RTvpRTvp p p v v v v p p constpv 1 1 2 1 2 1 1 2 222111 1 1 2 2 1 2 1 1 2 ; ;                             Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công thay đổi thể tích QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN (Cn = const)                         1 21 2112 121212 1 111 1 ; T T n RT TT n R l k R C TTCCuqlluq n kn CCk C C n CC CC v vn vn v p vn pn Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công kỹ thuật Nhiệt trao đổi với môi trường Biến thiên entrôpi QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN (Cn = const) 1212 lnlkt     1212 ; TTGCGqQTTCq nn         1 2ln T T Cs T dT C T dq ds nn Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Phương trình của quá trình đoạn nhiệt Thay n bằng k trong các công thức của quá trình đa biến QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0) constpv k CC CC n dT dq Cdq k vn pn n      00 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Quan hệ giữa các thông số trạng thái QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0) k k k k k k p P v v T T RTvpRTvp p p v v v v p p constpv 1 1 2 1 2 1 1 2 222111 1 1 2 2 1 2 1 1 2 ; ;                             Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công thay đổi thể tích Công kỹ thuật QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0)     12 1 21 2112 121212 12 1 111 lkl T T k RT TT k R l k R C TTCulluq kt v v                Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Nhiệt trao đổi với môi trường Biến thiên entrôpi QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0) 0;0  Qq 00  s T dq ds Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Phương trình của quá trình đẳng nhiệt Thay n bằng 1 trong các công thức của quá trình đa biến QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞) constpv CC CC n dT dq CdT vn pn n      10 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Quan hệ giữa các thông số trạng thái QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞) 12 2 1 1 2 ; TTconstT v v p p constpv   Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công thay đổi thể tích, nhiệt lượng trao đổi Công kỹ thuật QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞) 12 2 1 1 2 12 1212 12 2 1 2 1 lnln 0; ll p p RT v v RTdv v RT pdvl qldTCuluq kt v v v v v                 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Biến thiên entrôpi QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞)                     2 1 1 2 1 2 lnln ln p p R v v Rs v v T RT T q s T dq ds Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Phương trình của quá trình đẳng áp Thay n bằng 0 trong các công thức của quá trình đa biến QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp) constp CC CC nCC vn pn pn      0 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Quan hệ giữa các thông số trạng thái QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp) 1 2 1 2 12 0 v v T T n ppconstp   Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công thay đổi thể tích Công kỹ thuật QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp)   0. 12 1212 12 2 1    lnl vvppdvl kt v v Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Nhiệt lượng trao đổi Biến thiên entrôpi QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp)                 1 2 1 2 12 lnln v v C T T Cs TTGCQ pp p Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Phương trình của quá trình đẳng tích Thay n bằng ∞ trong các công thức của quá trình đa biến QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv) constv CC CC nCC vn pn vn      Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Quan hệ giữa các thông số trạng thái QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv) 1 2 1 2 12 p p T T n vvconstv   Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công thay đổi thể tích Công kỹ thuật QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv)  21 12 2 1 12 2 1 0 ppvvdpl pdvl p p kt v v     Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Nhiệt lượng trao đổi Biến thiên entrôpi QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv)                 1 2 1 2 12 lnln v v C T T Cs TTGCQ vv v Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN BẤT KỲ TRÊN ĐỒ THỊ p-v, T-s p v n = 0 T s n = 0 n = 0 n = 0 n = 1 n = 1 n = 1 n = 1 pv = const n = k n = k p v k = co n st n = k n = k n = ± ∞ n = ± ∞ n = ± ∞ n = ± ∞ L > 0 L > 0 q > 0q > 0 u > 0 u > 0 dT /d s = T/ C p dT /d s = T /C v