TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM MÔN HỌC: NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT CBGD: PHAN THÀNH NHÂN Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Sơ lược mơn học • Tên mơn học: Nhiệt động lực học kỹ thuật • Mã mơn học: 210014 • Số tiết:42 tiết • Số tín chỉ: • Hình thức đánh giá: • Kiểm tra kỳ: 20% • Kiểm tra cuối kỳ: 80% • Tài liệu tham khảo: • Hồng Đình Tín, Lê Chí Hiệp, Nhiệt động lực học kỹ thuật, NXB KHKT, 1997 • Hồng Đình Tín, Nhiệt cơng nghiệp, NXB ĐHQG TpHCM, 2001 • Hồng Đình Tín, Bùi Hải, Bài tập nhiệt động học kỹ thuật truyền nhiệt, NXB ĐHQG TpHCM, 2002 • Yunus A Cengel, Micheal A Boles, Thermodynamic: An engineering approach, International edition, 1994 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM NỘI DUNG MƠN HỌC • Chương 1: Các khái niệm PTTT KLT • Chương 2: Định luật nhiệt động thứ trình nhiệt động khí lý tưởng • Chương 3: Định luật nhiệt động thứ hai • Chương 4: Exergy (tham khảo) • Chương 5: Chất khiết • Chương 6: Khơng khí ẩm • Chương 7: Chu trình thiết bị động lực nước • Chương 8: Chu trình thiết bị lạnh • Chương 9: Chu trình động đốt • Chương 10: Q trình nén khí • Chương 11: Q trình lưu động tiết lưu • Chương 12: Chu trình turbine khí động phản lực Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM CHƯƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Các vấn đề chung Trạng thái thơng số trạng thái Phương trình trạng thái chất khí Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Các vấn đề chung Quy luật biến đổi lượng Nhiệt Nhiệt động lực học? Cơ Các biện pháp nâng cao hiệu biến đổi Kiến thức nhiệt động lực học cần thiết cho lĩnh vực: ĐHKK, Cấp trữ đơng, thơng gió… Thiết bị sử dụng nước Bơm, quạt, máy nén Thiết bị sấy Các loại động cơ: tuabin hơi, tuabin khí, động đốt trong, động phản lực… Công nghệ tách khí, hóa lỏng Năng lượng gió, mặt trời, địa nhiệt, thủy triều… Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Hệ nhiệt động: Khoảng không gian chứa lượng định chất môi giới khảo sát biện pháp nhiệt động Bề mặt ranh giới q1 Hệ nhiệt động (Chất môi giới) Chất mơi giới? q2 Mặt ranh giới? Môi trường xung quanh l Môi trường? Chất môi giới? Là chất trung gian thực biến đổi chuyển tải lượng Hoặc tích trữ lượng VD: Trong động nhiệt: khơng khí Trong động nước: nước Trong động đốt trong: hỗn hợp xăng + khí Trong thiết bị lạnh: chất làm lạnh (freon hay NH3…) Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Hệ kín: Chỉ trao đổi mặt lượng với môi trường Lượng chất môi giới bên hệ thống trì khơng đổi Ví dụ: Máy lạnh Bơm nhiệt… Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Hệ hở: Hệ trao đổi với môi trường lượng khối lượng Chất môi giới vào khỏi hệ thống Ví dụ: Động đốt Động phản lực Turbin khí… Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Hệ đoạn nhiệt: Hệ không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh Hệ cô lập: Giữa chất môi giới môi trường hồn tồn khơng có trao đổi lượng Hệ khơng có trao đổi nhiệt công với môi trường 10 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Lượng biến đổi nội thực chất lượng biến đổi nội nhiệt năng: - Động năng: chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay phân tử dao động nội phân tử - Thế năng: lực tương tác phân tử - Nội U: gồm tất biến đổi lượng lại bên hệ thống U = Uđ + U t Xét 1kg chất môi giới u = uđ + ut uđ: phụ thuộc nhiệt độ ut: phụ thuộc vào khoảng cách trung bình phân tử phụ thuộc thể tích riêng hay mật độ 28 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Nội phụ thuộc nhiệt độ thể tích riêng U = f(T, v) Đối với khí lý tưởng: lực tương tác phân tử xem không nội khí lý tưởng phụ thuộc nhiệt độ Đơn vị: Kj, kcal, kWh, Btu (Bristish thermal unit), Chu (Centigrade heat unit) kcal = 4,18kJ = 4,18kW.s = 1/861,24 kWh 1Btu = 1,055kJ = 0,55555Chu 29 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Entropy S? δQ ds = T - Là hàm nhiệt động - Là thông số trạng thái mà giá trị giữ khơng đổi chất mơi giới tiến hành trình đoạn nhiệt thuận nghịch - Lượng biến đổi q trình thuận nghịch có giá trị δQ/T Đơn vị: kJ/kg.K hay kcal/kg.K 30 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Entanpi i? Khi thực toán nhiệt động ta thường gặp biểu thức u + pv Kamerlingh Onnes đặt tên Entanpi Với khối chất môi giới khảo sát 1kg i = u + pv Với khối chất môi giới khảo sát G kg I = G.i = G.(u + pv) Đối với khí lý tưởng, u pv phụ thuộc nhiệt độ i phụ thuộc t Về ý nghĩa vật lý entanpi, lượng biến đổi entanpi mang ý nghĩa lượng Đơn vị: kcal, kJ 31 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Phương trình trạng thái khí Khí lý tưởng? Khí tập hợp vô số phân tử Ở điều kiện thực tế, phân tử có lực tương tác định thân phân tử có thể tích KLT chất khí thỏa mãn điều kiện sau : - Thể tích thân phân tử ( v = 0) - Lực tương tác phân tử ( f = 0) Ở điều kiện áp suất thấp nhiệt độ cao khí thực xem KLT Phương trình trạng thái khí lý tưởng? pV = GRT pv = RT Trong : p : áp suất tuyệt đối, N/m2 V : thể tích khối khí, m3 G : khối lượng khối khí, kg T : nhiệt độ tuyệt đối, K R : số chất khí, J/kgK Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân Rµ 8314 (J / kg.K ) R= = µ µ 32 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Hỗn hợp khí lý tưởng - Các thành phần trộn lẫn lại theo kiểu học, - Không xảy phản ứng hóa học - Nếu thành phần hỗn hợp xem khí lý tưởng hỗn hợp xem hỗn hợp khí lý tưởng sử dụng PTTT KLT cho trường hợp hỗn hợp Ví dụ: khơng khí xem hỗn hợp KLT bao gồm N2, O2, CO2, Ar, nước, … Cần ý, thành phần hỗn hợp nhiệt độ hỗn hợp chiếm tịan thể tích hỗn hợp 33 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Áp suất riêng phần: - Khi thành phần hỗn hợp chóan tồn thể tích hỗn hợp nhiệt độ hỗn hợp áp suất tương ứng thành phần gọi áp suất riêng phần hay phân áp suất thành phần Định luật Gibbs-Dalton: “Khi thành phần chiếm tồn thể tích hỗn hợp điều kiện nhiệt độ hỗn hợp áp suất hỗn hợp tổng phân áp suất thành phần nội hỗn hợp tổng nội thành phần” n p = ∑ pi i =1 n U = ∑ Ui i =1 pi: áp suất riêng phần p: áp suất hỗn hợp Ui: nội thành phần U: nội hỗn hợp 34 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Thể tích riêng phần (phân thể tích) - Thể tích riêng phần (phân thể tích) thể tích chốn chỗ thành phần thứ I thành phần điều kiện áp suất nhiệt độ hỗn hợp Định luật Amagat: Thể tích hỗn hợp tổng thể tích riêng phần thành phần n V = ∑ Vi i =1 Vi: thể tích thành phần có hỗn hợp V: thể tích hỗn hợp 35 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Cách biểu diễn thành phần hỗn hợp Thành phần khối lượng: gi = Gi G n G = ∑ Gi n ⇒ ∑ gi = i =1 i =1 Thành phần thể tích: ri = Vi V n V = ∑ Vi n ⇒ ∑ ri = i =1 i =1 Ngồi cịn có thành phần mol, giá trị với thành phần thể tích ri = Vi n i = V n 36 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Mối quan hệ thành phần khối lượng gi thành phần thể tích ri G i µ i n i = gi = G µ.n ⇒ gi = Ngồi ra: ri = µi ri µ ni n = n i n ∑ ni i =1 ⇒ ri = g i µi n ∑g i =1 i µi 37 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Xác định số đại lượng đạc trưng hỗn hợp Phân tử lượng tương đương hỗn hợp Có thể xác định theo thành phần thể tích hay theo thành phần khối lượng Theo thành phần thể tích n ∑g i =1 µi ∑ µ ri = i =1 n =1 i n µ = ∑ ri µ i i =1 Theo thành phần khối lượng µ= G = M G = n ∑M i =1 i G n Gi ∑µ i =1 i µ= n Gi ∑ G µ i =1 i µ= n gi ∑µ i =1 i 38 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Hằng số chất khí R hỗn hợp Từ PTTT chất khí thành phần hỗn hợp (có pi, Ti = T, Vi = V) piV = GiRiT hay GiRi = p iV T Có thể viết n n p i V pV ∑ G i R i = ∑ T = T = GR i =1 i =1 Suy n n GiR i R=∑ = ∑ giR i G i =1 i =1 Hằng số chất khí hỗn hợp cịn tính theo cơng thức 8314 R= µ 39 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Thế tích riêng khối lượng riêng hỗn hợp Thể tích riêng hỗn hợp n ∑V i V v = = i =1 G G n G i n giG = ∑ = ∑ G i =1 ρi G i =1 ρi Suy n v=∑ i =1 gi ρi Khối lượng riêng hỗn hợp n ∑G G ρ= = V i =1 i V n n = ∑ Viρi = ∑ riρi V V i =1 V i =1 Suy n ρ = ∑ ri ρi i =1 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân 40 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Phân áp suất thành phần Ta có piV = GiRiT pV = GRT pi V G i R iT GR = ⇒ pi = p i i pV GRT GR Ri p i = pg i R Ta biết Rµ ⇒ = µ.R= µiRi = 8314 J/kmol.độ Ri µ = R µi µ p i = pg i µi pi = ri.p 41 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Hết chương 42 Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân ... lưu • Chương 12: Chu trình turbine khí động phản lực Cán giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM CHƯƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Các. .. khiết • Chương 6: Khơng khí ẩm • Chương 7: Chu trình thiết bị động lực nước • Chương 8: Chu trình thiết bị lạnh • Chương 9: Chu trình động đốt • Chương 10: Q trình nén khí • Chương 11: Q trình. .. Tp.HCM Trạng thái thông số trạng thái Trạng thái - Trạng thái tổng hợp tất đặc trưng vật lý CMG thời điểm vị trí hệ thống nhiệt động Trạng thái cân - Giá trị thông số trạng thái toàn hệ - Các giá