Giáo trình Nhiệt kỹ thuật

1 LỜI NÓI ĐẦU ''Nhiệt kỹ thuật '' là một môn học thuộc khối kiến thức kỹ thuật cơ sở; môn học trang bị cho sinh viên tất cả các ngành thuộc khối kỹ thuật những kiến thức chung rộng nhưng không chuyên sâu về các lĩnh vực kỹ thuật liên quan đến kỹ thuật chuyên ngành được đào tạo. Trong nền sản xuất của nước ta khi độ chuyên môn hoá còn chưa cao, thì khối kiến thức kỹ thuật cơ sở có một vai trò hết sức quan trọng, nó giúp cho sinh viên thích ứng nhanh và phát huy hiệu quả tốt trong môi trường sản xuất đa dạng và phức tạp. Nội dung chính của cuốn bài giảng được chia làm hai phần: Phần 1: “Nhiệt động kỹ thuật”, nghiên cứu các quy luật chuyển hoá năng lượng giữa nhiệt và công. Phần 2: “Cơ sở truyền nhiệt”, nghiên cứu các quy luật truyền nhiệt năng trong một vật hoặc giữa các vật có nhiệt độ khác nhau. Cuốn bài giảng đã được biên soạn với sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo Viện nhiệt - lạnh Trường Đại học Bách khoa Hà nội và tham khảo một số tài liệu nước ngoài khác. Vì là biên soạn lần đầu làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên hệ cao đẳng, đại học Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên nên không tránh khỏi những thiếu sót, nhầm lẫn tôi rất mong được bạn đọc tham khảo và đóng góp ý kiến. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: Trường Đại học KTCN Thái nguyên, Đường 3-2, Thành phố Thái Nguyên. Tác giả 2 PHẦN 1. NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT Chương I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ TRẠNG THÁI VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ I.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN I.1.1. Thiết bị nhiệt Thiết bị nhiệt là những thiết bị dùng để tiến hành quá trình truyền tải, trao đổi và chuyển hoá nhiệt năng. I.1.2. Phân loại Theo nguyên lý làm việc người ta phân thành các nhóm sau: I.1.2.1. Động cơ nhiệt Là một loại thiết bị nhiệt chức năng của nó là biến nhiệt năng thành cơ năng sau đó có thể được chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác: điện năng, thế năng... Nguyên lý làm việc của thiết bị nhiệt: Nhận nhiệt năng từ nguồn nhiệt chuyển hoá một phần thành cơ năng, phần còn lại tổn thất ra môi trường bên ngoài. Ngày nay người ta cũng đã chế tạo thành công một số động cơ nhiệt đặc biệt đó là những động cơ biến trực tiếp nhiệt năng thành điện năng, cụ thể như: động cơ từ thuỷ động, pin nhiệt điện, pin nhiệt điện tử, chu trình pin nhiên liệu... I.1.2.2. Máy lạnh, bơm nhiệt Máy lạnh và bơm nhiệt là các thiết bị nhiệt có chức năng phạm vi ứng dụng khác nhau nhưng nguyên lý làm việc hoàn toàn giống nhau; nhờ năng lượng hỗ trợ từ bên ngoài nhiệt được đưa từ nơi có nhiệt độ thấp (nguồn lạnh) tới nơi có nhiệt độ cao (nguồn nóng); trên cơ sở đó duy trì nhiệt độ thấp trong môi trường nhiệt độ cao hơn (đối với thiết bị làm lạnh) hoặc duy trì nhiệt độ cao trong môi trường nhiệt độ thấp hơn (đối với bơm nhiệt). Sơ đồ mô tả chức năng của thiết bị lạnh và bơm nhiệt (Hình1-1). I.1.2.3. Nhóm các thiết bị khác Đó là các thiết bị trao đổi nhiệt và các thiết bị làm việc theo chu trình không khép kín như thiết bị nén khí, thiết bị sấy, điều hoà không khí... L L Q1 = L + Q2 Q2 Q1 = L + Q2 Q2 Phòng ấm (Td: 30 0C) Môi trường ( Td: 5 0C) Kho lạnh (Td: - 30 0C) Hình 1-1. Nguyên lý và chức năng của thiết bị lạnh và bơm nhiệt 3 I.1.3. Khái niệm về môi chất (chất môi giới) I.1.3.1. Định nghĩa 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. Về nguyên tắc mọi chất đều có thể dùng làm chất môi giới nhưng để có hiệu quả cao nhất người ta yêu cầu chất môi giới phải có những đặc tính kỹ thuật nhất định. I.1.3.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với chất môi giới - Có khả năng sinh công lớn: thể tích thay đổi đáng kể khi nhiệt độ thay đổi. - Có khả năng truyền tải nhiệt năng lớn: có nhiệt dung riêng lớn. - Rẻ tiền, dễ kiếm, không ăn mòn thiết bị, không độc hại cho người và môi trường. - An toàn, không cháy nổ. Trong thực tế, không thể có chất nào đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên. Vì vậy, tuỳ theo từng lĩnh vực áp dụng người ta chọn ra các chất môi giới trên cơ sở phát huy ưu điểm và hạn chế thấp nhất nhược điểm. Ví dụ trong các động cơ nhiệt chất môi giới là không khí, hơi nước; các thiết bị lạnh là Freôn, NH3 ... I.1.4. 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. Giả thiết các nguồn nhiệt là vô cùng lớn để khi tiến hành trao đổi nhiệt với chất môi giới nhiệt độ của nó không thay đổi. I.1.5. Hệ thống nhiệt động a. Định nghĩa Hệ thống nhiệt động là tập hợp các đối tượng được tách ra để nghiên cứu về tính chất nhiệt động của chúng, phần còn lại gọi là môi trường. Giữa hệ thống nhiệt và môi trường có một bề mặt ngăn cách; bề mặt đó có thể là bề mặt thật (như hệ thống xylanh piston) mà cũng có thể là bề mặt tưởng tượng. b. Phân loại - Hệ thống kín: Hệ thống mà trọng tâm của hệ không chuyển động, nếu có chuyển động cũng chuyển động ở dạng vi mô có thể bỏ qua. Ví dụ như khí chứa trong một bình kín. - Hệ thống hở: ngược lại với hệ thống kín, ví dụ như hơi vào và ra khỏi tuabin trong nhà máy nhiệt điện. - Hệ thống đoạn nhiệt: Hệ thống mà môi chất không trao đổi nhiệt với môi trường. - Hệ thống cô lập: Hệ thống mà môi chất không trao đổi cả nhiệt và công với môi trường. 4 I.2. THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT I.2.1. Định nghĩa thông số trạng thái Ở một trạng thái nhất định môi chất có những thông số vật lý có trị số hoàn toàn xác định. Các thông số này là hàm đơn trị của trạng thái; độ biến thiên của chúng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào tính chất quá trình. Các thông số đó được gọi là các thông số trạng thái của môi chất. Hoặc ta có thể định nghĩa thông số trạng thái của môi chất như sau: Thông số trạng thái của chất khí nói chung là các thông số vật lý đặc trưng cho trạng thái của chất khí; nó là hàm đơn trị của trạng thái; độ biến biến thiên của chúng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào tính chất quá trình. Chúng ta chỉ xét các trạng thái cân bằng: đó là những trạng thái trong đó các thông số trạng thái phân bố đồng đều trong toàn bộ hệ thống và cân bằng với môi trường. Khi một trạng thái cân bằng bị phá vỡ thì các thông số trạng thái sẽ thay đổi để đạt đến một trạng thái cân bằng mới. Các thông số trạng thái có thể đo đếm trực tiếp được gọi là thông số trạng thái cơ bản còn các thông số trạng thái khác phải tính toán thông qua các thông số trạng thái cơ bản gọi là hàm trạng thái. I.2.2. Các thông số trạng thái của môi chất a. Nhiệt độ Nhiệt độ là đại lượng biểu thị mức độ nóng lạnh của vật chất; theo thuyết động học phân tử nhiệt độ biểu thị mức độ chuyển động của các nguyên tử, phân tử vật chất. Để đo nhiệt độ trước tiên ta phải xây dựng thang đo nhiệt độ. Thông thường ta hay dùng hai thang đo nhiệt độ: nhiệt độ bách phân và nhiệt độ tuyệt đối. - Thang đo nhiệt độ bách phân Ký hiệu nhiệt độ bách phân là t, đơn vị đo là 0C (Cellcious- Tên nhà bác học sáng lập thang đo). Chọn chất để xây dựng thang đo: Nhà bác học Cellcious đã chọn nước nguyên chất ở áp suất tiêu chuẩn (p = 760 mm Hg). Ở trạng thái băng tan của nước nguyên chất, người ta ấn định là 00C Ở trạng thái nước sôi, ấn định là 1000C. Trong khoảng (0¸100) ta chia làm 100 phần bằng nhau mỗi phần là 10C Sau khi đã có thang đo người ta mới chế tạo các loại nhiệt kế để đo nhiệt độ. Nhận xét Trị số t0C không phản ánh mức độ chuyển động của các phân tử mà nó phụ thuộc vào chất dùng để xây dựng thang đo. - Thang đo nhiệt độ tuyệt đối (thang đo nhiệt độ nhiệt động, thang đo nhiệt độ Kelvin) Theo thang đo này người ta ký hiệu nhiệt độ là T, đơn vị đo 0K ( K - viết tắt của Kelvin - tên nhà bác học sáng lập thang đo). Cơ sở để xây dựng thang đo: dựa vào mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ chuyển động trung bình của nguyên tử, phân tử vật chất. 5 3k 2mωT = (1-1) w - tốc độ chuyển động của phân tử trong vật chất N iNiωω å = (1-2) wi- vận tốc trung bình của Ni phân tử trong tổng N phân tử m - khối lượng của một phân tử k - hằng số Bonzman; k = 1,3805.10-23 (J/độ) Như vậy, ta thấy trị số T0K hoàn toàn phản ánh chuyển động của nguyên tử, phân tử nên trong các công thức tính toán động học của chất khí người ta dùng trị số T0K chứ không dùng trị số t0C. Từ công thức trên ta thấy T = 00K khi v = 00C - điều này không thể xảy ra. Vì vậy, 00K được gọi là không độ lý tưởng. Quan hệ giữa thang đo bách phân và Kelvin: để xây dựng mối quan hệ giữa hai thang đo người ta chọn một trạng thái làm mốc đó là trạng thái băng tan. Ở trạng thái này t = 00C và T = 2730K . Vì 10C và 10K có độ lớn như nhau cho nên ta có thể biểu diễn hai trục nhiệt độ như sau. - Thang đo nhiệt độ Rankine (0R) và thang đo nhiệt độ Faranhiet (0F ) Thang đo độ 0R do nhà bác học Rankine tìm ra còn thang đo 0F do nhà bác học Faranhiet. Tất cả các thang đo đều lấy hai trạng thái làm mốc; trạng thái nước đá đang tan và trạng thái nước sôi ở áp suất tiêu chuẩn. Độ lớn của 10C bằng độ lớn của 10K bằng 100 1 khoảng cách giữa hai điểm mốc. Độ lớn của 10R bằng độ lớn của 10F bằng 180 1 khoảng cách giữa hai điểm mốc. Độ lớn 10F bằng độ lớn 10R bằng 9 5 độ lớn của 10C và bằng 9 5 độ lớn 10K ( 9 5 180 1: 100 1 = ) Như vậy, ở trạng thái nước đá đang tan t = 00C, T = 2730K, T = 320F = 4620R Công thức quan hệ giữa các thang đo. 0oC toC ToK -273oC 0oK 273oK toC ToK 6 ( ) 273RT 9 532Ft 9 5273KTCt 0ooo -=-=-= (1-3) Bảng1-1. Những điểm mốc nhiệt độ Điểm mốc Nhiệt độ Điểm mốc Nhiệt độ Điểm sôi của oxy -182,97 Điểm sôi của lưu huỳnh 444,6 Điểm ba pha của nước 0,01 Điểm đông đặc của bạc 960,8 Điểm sôi của nước 100,00 Điểm đông đặc của vàng 1063 b. Áp suất chất khí - Khái niệm Áp suất của chất khí (còn gọi là áp suất tuyệt đối) là lực tác dụng của chất khí theo phương vuông góc lên một đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc. Biểu thức xác định: S Fp = (1-4) F - Lực tác dụng của chất khí, đơn vị đo là N (Newton) S - Diện tích bề mặt tiếp xúc, đơn vị đo là m2. Vậy đơn vị cơ bản của áp suất là N/m2, vì trị số của 1 N/m2 rất nhỏ cho nên trong thực tế người ta dùng các hệ đo là bội số của N/m2. - Hệ thống đơn vị đo áp suất + Hệ thống Paxcal: ký hiệu là 1 Pa =1N/m2, 1KilôPaxcal 1Kpa = 103Pa, Mêgapaxcal 1 MPa = 103 KPa = 106 Pa; + Hệ thống Barơ ký hiệu là bar; 1 bar = 105 N/m2 = 0,1 Mpa; + Hệ thống Atmosphere (at): Theo đơn vị này người ta lấy áp suất trung bình của khí quyển làm đơn vị đo; 1atmosphere ký hiệu là 1at; 1 at = 1 kG/cm2 = 0,981 bar; + Các hệ thống đơn vị khác Minimét cột thuỷ ngân, ký hiệu là mmHg Minimét cột nước, ký hiệu là mmH2O Công thức liên hệ giữa các đơn vị đo: OmmH 81,9 1mmHg 32,133 1at10. 981,0 1Bar10Pa1 m N1 2 55 2 =====úû ù êë é -- (1-5) - Đo áp suất Đo áp suất người ta dùng một dụng cụ gọi là áp kế, nguyên lý và cấu tạo của áp kế rất đa dạng nhưng ở đây ta phân loại theo công dụng. Để chuyên môn hoá dụng cụ đo nhằm tăng độ chính xác người ta chế tạo các loại áp kế sau: Barômét - là loại áp kế chuyên dùng để đo áp suất khí trời, số chỉ của Barômét ký hiệu là pkt . 7 Manômét - là loại áp kế chuyên dùng để đo phần áp suất của chất khí lớn hơn áp suất khí trời. Số chỉ của nó người ta gọi là áp suất thừa hoặc áp suất dư, ký hiệu là pt. Chân không kế - là loại áp kế đo phần nhỏ hơn áp suất khí trời của áp suất chất khí (đo phần không có gì), ký hiệu pck. Xác định áp suất chất khí (áp suất tuyệt đối) - Trường hợp áp suất chất khí lớn hơn áp suất khí trời ta dùng hai loại áp kế là Baromét và Manomét, khi đó áp suất chất khí: p = pkt + pt (1-6) - Trường hợp áp suất chất khí nhỏ hơn áp suất khí trời ta dùng hai loại áp kế là Baromét và Chân không kế, khi đó áp suất chất khí: p = pkt - pck (1-7) Chú ý Khi đo áp suất theo chiều cao cột thuỷ ngân ở t0C nào đó thì chiều cao cột thuỷ ngân ứng với 00C sẽ là: h0 = ht.( 1 - 0,000172.t ) (1-8) h0- chiều cao cột thuỷ ngân ở 00C ht- chiều cao cột thuỷ ngân ở t0C. c. Thể tích riêng Thể tích riêng của chất khí là thể tích của một đơn vị chất khí, ở đây ta xét cho một kg. Ký hiệu thể tích riêng là v thì ta có: G Vv = [ m3/kg]. (1-9) pkt pt p pck pkt p Hình 1-3 pkt pkt Hình 1-2. Mô tả một loại Baromét đơn giản nhất 8 Đại lượng nghịch đảo của v ta ký hiệu là r, chính là khối lượng riêng, với chất khí ta còn gọi là mật độ phân tử: V G v 1 ==r [kg/m3]. (1-10) d. Nội năng của chất khí Nội năng của môi chất là tổng nội động năng và nội thế năng của các phân tử. Nội thế năng do lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử tạo ra nên nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử hay thể tích riêng, nội động năng do chuyển động của các nguyên tử, phân tử gây ra nên nó phụ thuộc vào nhiệt độ. Vậy nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích: u = f(t,v) (1-11) Đối với khí lí tưởng, có thể bỏ qua lực tương tác giữa các phân tử, nên nội thế năng bằng 0. Do đó nội năng chỉ bao gồm nội động năng và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nên nội năng của khí lí tưởng là hàm đơn trị của nhiệt độ: u = f(T) Đối với khí lí tưởng trong mọi quá trình biến đổi, nội năng luôn được xác định bằng biểu thức: du = CvdT và Du = u2 - u1 = Cv(T2-T1) (1-12) Trong đó: Cv - nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích. Trong kỹ thuật nhiệt, thường chỉ cần tính lượng biến thiên nội năng Du, nên có thể chọn điểm gốc tuỳ ý tại đó nội năng có giá trị bằng 0. Ví dụ: Đối với nước theo quy ước người ta chọn u = 0 ở điểm ba thể của nước: t=0,01oC; p = 0,0062(at). Đơn vị của nội năng cũng giống như đơn vị của các dạng năng lượng khác, thường dùng kJ, Kw.h, Kcal, kg.m...Một số nước còn dùng đơn vị Btu, Chu Quan hệ giữa các đơn vị: 0,527Chu0,948BtuKcal 4,1868 11kJ === (1-13) Chú ý: Trên đây nội năng của môi chất được tính cho 1 (kg) môi chất kí hiệu là u (J/kg). Khi tính cho G (kg) môi chất ta sẽ có U = G.u (J ). e. Năng lượng đẩy Năng lượng đẩy hay thế năng áp suất kí hiệu là D (J) hoặc d (J/kg ). Ta đã biết rằng với dòng khí hoặc chất lỏng chuyển động, ngoài động năng và thế năng bên ngoài còn một năng lượng nữa để giúp khối khí dịch chuyển đó chính là năng lượng đẩy: D = pV hay d = pv (1-14) Các biểu thức trên ở dạng vi phân sẽ là: 9 d(D) = d(pV) hay d(d) = d(pv) Năng lượng đẩy cũng là thông số trạng thái và cần chú ý rằng năng lượng đẩy chỉ có trong hệ hở, khi dòng khí chuyển động năng lượng đẩy thay đổi và tạo ra công lưu động để đẩy dòng khí chuyển động. f. Entanpi - nhiệt hàm Trong khi tính toán và phân tích về nhiệt, ta thường gặp biểu thức: (u + pv) để đơn giản người ta thay bằng i hoặc h và gọi là entanpi; i = u + pv, (J/kg) - khi tính ứng với 1 (kg) môi chất I = U +pV, ( J) - khi ứng với G (kg) môi chất Entanpi là thông số trạng thái, khi đó ta lấy vi phân chính là vi phân toàn phần: di = du + d(pv) (1-15) Entanpi của khí thực cũng giống như nội năng là hàm phụ thuộc vào hai trong ba thông số trạng thái cơ bản p,v,T. Riêng đối với khí lí tưởng thế năng áp suất có thể bỏ qua nên entanpi chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ i = f(T ) và biến đổi entanpi trong mọi quá trình đều được xác định bằng biểu thức: di = CpdT ; Di = i2- i1 = Cp (T2-T1 ) (1-16) Trong đó: Cp - nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp. Trong nhiệt động kỹ thuật cũng giống như nội năng ta chỉ cần tính độ biến thiên của entanpi Di nên có thể chọn tuỳ ý điểm gốc mà tại đó entanpi có giá trị bằng 0, ví dụ thường chọn i = 0 ở 0oK hoặc ở điểm ba thể như đối với nội năng. g. Entropi Xem một hệ gồm các phân tử một chất khí đang ở nhiệt độ thấp, nếu ta đốt nóng hệ tức là cung cấp một nhiệt lượng q vào, các phân tử khí sẽ gia tăng chuyển động, có sự xáo trộn hay mất trật tự nhiều trong hệ so với trước khi cung cấp nhiệt lượng q. Nhiệt lượng q càng nhiều thì sự xáo trộn càng lớn, tức sự biến thiên xáo trộn tỉ lệ thuận với nhiệt lượng q được cung cấp vào hệ. Nếu cùng một lượng nhiệt q nhưng nếu cung cấp vào hệ trên đang ở nhiệt độ cao, thì sự biến thiên xáo trộn sẽ ít hơn so với lúc hệ đang ở nhiệt độ thấp. Như vậy sự biến thiên xáo trộn tỉ lệ nghịch với nhiệt độ T. Người ta dùng một hàm số trạng thái để đo mức độ xáo trộn hay độ tự do của một hệ. Ðó là hàm số entropi S mà trong một biến đổi nhỏ được cho bởi: T dqds = ; [kJ/kg.oK]. (1-17) Trong đó: dq - Nhiệt lượng của quá trình;(J/kg) T - Nhiệt độ của chất khí trong quá trình (0K) 10 Chú ý: Ở trên ta mới nêu công thức để xác định độ biến thiên nội năng, Entanpi và Entropi, để xác định nội năng, Entanpi và Entropi tại một trạng thái nào đó người ta quy ước ở 00C: u = u0 = 0, i = i0 = 0, s = s0 = 0. Ví dụ: Xác định Entanpi của chất khí ở t0C (it) biết rằng nhiệt dung riêng đẳng áp của chất khí là Cp ? Ta có it = (Di)0 ¸ t = it - i0 = Cp(t 0) = Cp.t [kJ/kg]. I.3. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA CHẤT KH Í I.3.1. Khái niệm Ta biết rằng 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. Định luật Gibbs Định luật Gibbs cho biết có bao nhiêu thông số trạng thái để xác định được một trạng thái của chất khí. Với hệ thống không có phản ứng hoá học số thông số độc lập để xác định một trạng thái được xác định như sau: n = e + 2 - r (1-18) Trong đó: r - Số pha cùng tồn tại trong hệ; e - Số thành phần trong hệ (môi chất đơn e = 1). Ví dụ: Một môi chất đơn e = 1, hệ thống một pha r =1 thì n = 2. Vậy nếu có 2 thông số độc lập thì ta có thể xác định được một trạng thái của môi chất đơn; Chẳng hạn hai thông số p, v xác định một trạng thái. Thông số thứ 3 là T được xác định T = f(p, v). Vậy dạng tổng quát của phương trình trạng thái là: F(p, v, T) = 0. I.3.2. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng (phương trình Clareyperon). Phương trình đưa ra trên cơ sở lý luận và thực nghiệm (dựa trên các định luật Bôi -Mariôt, Gay-Luyxăc và định luật Avôgađrô). Đối với 1 kg chất khí ta có: pv = RT (1-19) Trong đó: p - áp suất của chất khí, [N/m2] v - thể tích riêng, [m3/kg] T - nhiệt độ tuyệt đối, [0K] R - hệ số tỷ lệ, nó là hằng số với mọi trạng thái và chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất khí nghĩa là với mỗi chất khí R chỉ có một trị số. R được gọi là hằng số chất khí, đơn vị của R là [J/kg.oK]; Đối khối khí với G kg: 11 Gpv = GRT; pV = GRT (1-20) Đối với 1 kilomol chất khí: Khái niệm kilômol chất khí: một kilômol chất khí nào đó là lượng khí có khối lượng bằng m kg - trong đó m là trị số phân tử lượng của chất khí đó. Từ công thức pv = RT ta có: mpv = mRT Ta ký hiệu mR = Rm; Mặt khác mv là thể tích của một kilômol chất khí ta ký hiệu là Vm. Vậy phương trình trạng thái của một kilômol chất khí là: p.Vm = RmT (1-21) Trong đó: Vm - Thể tích của 1 kilômol chất khí. Theo định luật Avôgadrô: ở điều kiện như nhau thể tích 1 kilômol của tất cả các chất khí có trị số như nhau; ở điều kiện tiêu chuẩn (p =760 mmHg, t = 00C) thể tích đó bằng 22,4 [ Kmol m3tc ]. Nếu áp điều kiện tiêu chuẩn vào phương trình trạng thái cho 1 kilômol ta có: p0 = 760 mmHg = 750 760 [bar] = 750 760 .105 [N/m2] Vmo = 22,4 [m3]; T0 = 273 [0K]. (chỉ số “o”ký hiệu thông số ở điều kiện tiêu chuẩn). Từ công thức: p0Vm0=RmT0 8314 273 4,22.10.750 760 R 5 ==m [J/Kmol. oK]. (1-22) Vậy với mọi trạng thái và mọi chất khí R m luôn bằng hằng số. Vì vậy R m được gọi là hằng số phổ biến: Rm = 8314 [J/Kmol.oK]. Mặt khác ta biết: m.R = Rm . Vậy ta có thể xác định được hằng số chất khí: m = 8314R [J/kg.oK] (1-23) Ví dụ: Với khí Nitơ: 2 2 N N 8314R m = [J/kg.oK] ; I.3.3. Tính toán hỗn hợp khí lý