A – LÝ THUYẾT: CHƯƠNG I 1> Hệ thống nhiệt Gồm: nguồn nóng, nguồn lạnh, chất môi giới  Chất môi giới: Là chất trung gian thực hiện sự biến đổi và chuyển tải năng lượng trong các hệ thống nhiệt động. Ví dụ: Trong các loại động cơ nhiệt, chất môi giới là sản phẩm cháy của nhiên liệu Trong máy lạnh, tủ lạnh, chất môi giới là tác nhân lạnh amoni hay Freon Trong các loại động cơ hơi nước thì chất môi giới là hơi nước… Chất môi giới có thể ở trạng thái rắn, lỏng, khí, hơi. Thường gặp chất môi giới ở trạng thái khí và hơi Các trạng thái của môi chất: + Hóa hơi và ngưng tụ + Thăng hoa và ngưng kết + Nóng chảy và đông đặc  Nguồn nóng, nguồn lạnh: phân biệt dựa vào sự chênh lệch nhiệt độ của 2 nguồn nhiệt • Phân loại: a Hệ thống nhiệt động kín: Lượng chất môi giới bên trong hệ thống được duy trì không đổi, chất môi giới không thể đi xuyên qua bề mặt ngăn cách giữa hệ thống và môi trường. Ví dụ: máy lạnh, máy điều hòa không khí, bơm nhiệt, … b Hệ thống nhiệt động hở: Chất môi giới có thể đi vào, đi ra khỏi hệ thống, có nghĩa là chất môi giới có thể đi xuyên qua bề mặt ranh giới. Ví dụ: Động cơ đốt trong, động cơ phản lực, tua bin khí, động cơ diezen, … c Hệ thống nhiệt động đoạn nhiệt: Chất môi giới và môi trường không có sự trao đổi nhiệt, có nghĩa là trong quá trình hoạt động thì chất môi giới hoàn toàn không nhả nhiệt ra môi trường cũng như không nhận nhiệt từ môi trường. d Hệ thống nhiệt động cô lập: Chất môi giới và môi trường hoàn toàn không bất kỳ sự trao đổi nhiệt lượng nào có nghĩa là hệ thống không có sự trao đổi nhiệt và công với môi trường. 2> Khí lí tưởng: là khí thỏa mãn điều kiện: - Thể tích bản thân các phân tử bằng 0 - Lực tương tác giữa các phân tử bằng 0 Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 1 - Các phân tử chỉ là những chất điểm chuyển động Khí thực ở trạng thái có áp suất nhỏ, nhiệt độ lớn thì có thể xem như là khí lí tưởng 3> Thông số trạng thái: - Để xác định trạng thái của môi chất - Chỉ thay đổi khi có sự trao đổi năng lượng giữa hệ nhiệt động với môi trường xung quanh - Sự thay đổi 1 thông số trạng thái luôn làm thay đổi trạng thái của chất môi giới 3 thông số trạng thái cơ bản là: • Nhiệt độ tuyệt đối • Áp suất tuyệt đối • Thể tích riêng hoặc khối lượng riêng Một trạng thái cân bằng của môi chất được xác định khi biết ít nhất là 2 thông số trạng thái cơ bản 4> Nhiệt độ: gồm 4 thang đo (độ Celcius, Kenvin, Rankin, Farenheit) với mối quan hệ như sau: T o C = TK – 273 = (t o F - 32) = T o R – 273 Trong đó chỉ có độ Kenvin mới là thông số trạng thái theo hệ SI 5> Áp suất: Đơn vị đo áp suất theo hệ SI là: N/m 2 (Pa) Một số đơn vị khác: 1 kPa = 10 3 Pa; 1 Mpa = 10 6 Pa 1Pa = 1N/m 2 = mmH 2 O = mmHg = 10 -5 bar 1 bar = 10 5 Pa = 750 mmHg = 14500 psi = 1kg/cm 2 1 at = 0,98 bar = 10 mH 2 O = 735,5 mmHg 1 psi = 6895 Pa = 0,07at Phân loại: - Áp suất tuyệt đối (p): Độ chênh lệch giữa áp suất của 1 môi trường nào đó so với chân không tuyệt đối. - Áp suất khí quyển (p o ): áp suất của khí trời (ở trên mặt đất). Đo áp suất khí quyển bằng barometer (áp suất khí quyển thay đổi theo độ cao so với mặt biển) - Áp suất dư (p d ): độ chênh lệch giữa áp suất môi trường và áp suất khí quyển (áp suất môi trường > áp suất khí quyển). Đo áp suất dư bằng manometer (áp kế). - Áp suất chân không (độ chân không: p ck ): độ chênh lệch giữa áp suất môi trường và áp suất khí quyển (áp suất môi trường < áp suất khí quyển). Đo độ chân không bằng vacummeter (chân không kế) Mối quan hệ: Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 2 p = p o + p d p = p o – p ck 6> Thể tích riêng: V G υ = , m 3 /kg Ở điều kiện tiêu chuẩn: 22,4 υ µ = , m 3 /kg 7> Khối lượng riêng: 1G V ρ υ = = , kg/m 3 Ở điều kiện tiêu chuẩn: 22,4 µ ρ = , kg/m 3 8> Entanpi: Đối với 1 kg môi chất, ta có: i = u + pν Đối với G kg môi chất, ta có: I = G.i = G (u + pν) = U + pV Entanpi của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ 9> Nội năng: Nội năng là năng lượng bên trong của vật. Trong phạm vi nhiệt động lực học, sự biến đổi nội năng bao gồm biến đổi năng lượng (động năng và thế năng) của các phân tử Nội năng của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ 10> Phương trình trạng thái của khí lý tưởng a. Đối với khối khí có khối lượng 1kg, ta có: pν = RT b. Đối với khối khí có khối lượng là G kg, thể tích V (m 3 ) thì ta có: pV = GRT Trong đó: - ν: thể tích riêng, m 3 /kg - R: Hằng số chất khí (R = R µ /µ = 8314/µ , J/kg.K) Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 3 - µ: phân tử lượng của môi chất, µkg gọi là 1kilomol - R µ : hằng số phổ biến của môi chất, tất cả khí lý tưởng đều có R µ =8314 J/kmol.K) - T: nhiệt độ tuyệt đối, K - p: áp suất tuyệt đối, N/m 2 - V: thể tích của môi chất ; m 3 11> Phương trình trạng thái của hỗn hợp khí lý tưởng p hh . V hh = G hh . R hh .T hh Trong đó: - V hh : thể tích của hỗn hợp ; m 3 - R hh : Hằng số chất khí của hỗn hợp (R hh = 8314/µ hh , J/kg.K) - µ hh : phân tử lượng trung bình của hỗn hợp - T hh : nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp, K - p hh : áp suất tuyệt đối của hỗn hợp, N/m 2 12> Cách tính phân tử lượng tương đương của hỗn hợp: 1 1 1 n i i n i i i i r g µ µ µ = = = = ∑ ∑ Trong đó: g i : thành phần khối lượng , 1 1 n i i g = = ∑ i i G g G = r i : thành phần thể tích, 1 1 n i i r = = ∑ i i V r V = µ i : là phân tử lượng của chất khí i trong hỗn hợp µ : là phân tử lượng tương đương của hỗn hợp 13> Mối quan hệ giữa thành phần khối lượng và thành phần thể tích: Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 4 . i i i r g µ µ = Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 5 CHƯƠNG II 1> Nhiệt dung riêng (NDR) + NDR là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 đơn vị môi chất để nhiệt độ của nó tăng lên 1 độ theo một quá trình nào đó. NDR của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào loại khí + NDR kilomol đẳng tích là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kmol môi chất để nhiệt độ của nó tăng lên 1 độ theo một quá trình đẳng tích (Tra bảng, cột 3) Kí hiệu : µC v hoặc đơn vị : kJ/kmol.K + NDR kilomol đẳng áp là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kmol môi chất để nhiệt độ của nó tăng lên 1 độ theo một quá trình đẳng áp (Tra bảng, cột 4) Kí hiệu : µC p đơn vị : kJ/kmol.K Loại khí k µC v [kJ/kmol.K] µC p [kJ/kmol.K] Khí 1 nguyên tử (He, Ar, …) 1,6 12,6 20,9 Khí 2 nguyên tử (không khí, CO, O 2 , … 1,4 20,9 29,3 Khí nhiều nguyên tử (CO 2 , CH 4 , … 1,3 29,3 37,4 + NDR khối lượng đẳng tích là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg môi chất để nhiệt độ của nó tăng lên 1 độ theo một quá trình đẳng tích Kí hiệu : C v đơn vị : kJ/kg.K Cách tính: . v v C C µ µ = + NDR khối lượng đẳng áp là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 kg môi chất để nhiệt độ của nó tăng lên 1 độ theo một quá trình đẳng áp Kí hiệu : C p đơn vị : kJ/kg.K Cách tính: . p p C C µ µ =  Quan hệ giữa các loại NDR: C µ = µ.C Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 6 8314 p v C C R µ − = = (J/kg.K) µ c p – µ c v = 8314 (J/kmol.K) p v c k c = 1 v R c k = − , . 1 p R k c k = − 2> Nhiệt lượng: Nhiệt năng là tổng động năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Vì vậy, mật độ các phân tử càng lớn, nhiệt độ càng cao, áp suất càng cao thì nhiệt năng càng cao Nhiệt lượng là năng lượng của môi chất trao đổi với môi trường xung quanh khi hệ thực hiện một quá trình nhiệt động Kí hiệu: q – đối với 1kg môi chất, kJ/kg Q – đối với Gkg môi chất, kJ Quy ước: Q (+) khi nhận nhiệt (nhiệt lượng có chiều đi từ môi trường vào bên trong môi chất) Q (-) khi tỏa nhiệt (nhiệt lượng có chiều đi từ môi chất ra bên ngoài môi trường) + Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi nhiệt độ: dq = c.dt 2 1 . t t q c dt c t= = ∆ ∫ + Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi entropi: dq = T.ds 2 1 . s s q T ds T s= = ∆ ∫  Quá trình đẳng tích : Q = G. C v . ∆T (kJ)  Quá trình đẳng áp: Q = G. C p . ∆T (kJ)  Quá trình đẳng nhiệt: Q = G.T. ∆s = T.∆S (kJ)  Quá trình đoạn nhiệt: Q = 0 3> Công (cơ năng) Trong nhiệt kỹ thuật, công là đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa môi chất và môi trường khi có sự chuyển động vĩ mô. Khi thực hiện một quá trình, nếu có sự thay Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 7 đổi áp suất, thay đổi thể tích hoặc dịch chuyển trọng tâm khối môi chất thì một phần năng lượng nhiệt sẽ chuyển hóa thành cơ năng. Lượng chuyển biến đó chính là công của quá trình. Kí hiệu: w - đối với 1kg môi chất W - đối với Gkg môi chất Đơn vị: J (N.m = J) Ta thường gặp các loại công sau: - Công thay đổi thể tích (công giãn nở) dw tt = pdν 2 1 tt w pd ν ν ν = ∫ - Công lưu động (công thay đổi vị trí) - Công kỹ thuật (công thay đổi áp suất) dw kt = ν.dp 2 1 kt w P P dP ν = − ∫ - Công ngoài (ngoại công). Quy ước dấu: W (+) khi hệ thống sinh công W (-) khi hệ thống nhận công  Quá trình đẳng tích: W tt = 0, W kt = -V.∆p = -GR.∆T (J)  Quá trình đẳng áp: W tt = p.∆V = GR.∆T (J) W kt = 0 4> Các loại đơn vị của năng lượng: J, kJ cal, kcal BTU CHU kWh, Ws Mối quan hệ: 1 kJ = 0,239 kcal = 277,78. 10 -6 kWh = 0,948 BTU = 0,527 CHU Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 8 CHƯƠNG III 1> Định luật nhiệt động 1 Nội dung: Là định luật bảo toàn và biến đổi năng lượng trong phạm vi nhiệt kỹ thuật. Định luật thứ nhất nhiệt động lực học có điều “mới” hơn định luật bảo toàn năng lượng ở chỗ nó khẳng định rằng nội năng của một hệ chỉ phụ thuộc vào một số ít thông số trạng thái của hệ Ý nghĩa: • Dùng để tính toán và thiết lập sự cân bằng năng lượng trong các chu trình nhiệt động • Theo định luật nhiệt động 1: Không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại 1, liên tục sinh công mà không nhận nhiệt hoặc sinh công lớn hơn nhiệt lượng nhận vào. Biểu thức:  Đối với hệ kín: dq = c v. dT + pdv hay q = ∆u + w tt  Đối với hệ hở: dq = c p. dT – vdp hay q = ∆i + w kt Ngoài ra: dq = di + dɷ 2 /2 (ɷ là vận tốc của phần tử môi chất) 2> Một số quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng Điều kiện: - Môi chất phải là khí lý tưởng - Quá trình có ít nhất một đại lượng (T, v, p, q, c) không đổi hoặc tỷ số α = Δu/q không đổi - Quá trình phải là quá trình thuận nghịch, các trạng thái trong quá trình phải là cân bằng Một số đặc điểm riêng của các quá trình nhiệt động: - Trong quá trình đẳng tích, tất cả nhiệt lượng đều biến thành nội năng mà không sinh ra công - Trong quá trình đẳng áp, nhiệt lượng 1 phần biến thành nội năng và 1 phần biến thành công. - Trong quá trình đẳng nhiệt, tất cả nhiệt lượng đều biến thành công - Trong quá trình đoạn nhiệt giữa công và nội năng chuyển hóa lẫn nhau, công sinh ra là do môi chất giảm nội năng, ngược lại nội năng tăng là do môi chất nhận công. Một số chú ý: - 1 kilomol = µ kg - ĐKTC là điều kiện có p = 760 mmHg và t = 0 o C Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 9 Quá trình PTTT Quá trình 1-2 ∆U (kJ) ∆I (kJ) W tt (J) W kt (J) Q (kJ) Đẳng tích (n = ± ∞) V = const onst p c T = 2 2 1 1 p T p T = G.C v .∆T G.C p .∆T 0 - V.∆p = -GR.∆T Q = ∆U Đẳng áp (n = 0) p = const onst V c T = 2 2 1 1 V T V T = G.C v .∆T G.C p .∆T p.∆V = GR.∆T 0 Q = ∆I Đẳng nhiệt (n = 1) T = const pV=const 1 2 2 1 p V p V = 0 0 2 1 ln V GRT V 1 2 ln p GRT p W kt = W tt Q = W = W Đoạn nhiệt p c n k c ν = = S = const pV k =const 2 1 1 2 k p V p V    ÷   = 1 2 1 1 2 k V p V p    ÷   = 1 2 2 1 1 k k p T p T −    ÷   = 1 2 1 1 2 k V T V T −   =  ÷   G.C v .∆T G.C p .∆T = - ∆U = -∆I = k.W tt Đa biến p c c n c c ν − = − pV n =const  2 1 1 2 n p V p V    ÷   = → 2 1 1 2 log log p p n V V = G.C v .∆T G.C p .∆T ( ) 1 1 2 2 1 n-1 pV p V− = ( ) 1 2 1 GR T T n − − = n.W tt Q = ∆U + W Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 10 [...]... chất Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 11 CHƯƠNG IV 1> Định luật nhiệt động 2: Nội dung: Xác định điều kiện, chiều hướng và mức độ chuyển hóa năng lượng trong các quá trình nhiệt động đồng thời đánh giá được chất lượng của các chu trình nhiệt động Ý nghĩa: Cùng với định luật nhiệt động 1, đây là cơ sở để xây dựng và phát triển toàn bộ lý luận về nhiệt động học • Theo định luật nhiệt động 2: Không thể... bằng hiệu suất nhiệt η = 1− Trong đó: Q2 W = Q1 Q1 Q1 – nhiệt lượng mà chất môi giới nhận được từ nguồn nóng Q2 – nhiệt lượng mà chất môi giới nhả ra cho nguồn lạnh W – công sinh ra Chú ý : 0 < ƞ Chu trình Carnot Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 13 ε, φ >0  Là chu trình lý thuyết có hiệu quả cao nhất  Gồm có 4 quá trình: 2 quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch và 2 quá trình đẳng nhiệt thuận nghịch xếp xen kẽ nhau  Chu... + Muốn nâng cao hiệu suất của chu trình Carnot phải giảm tỷ số T2/T1  Chu trình Carnot ngược chiều: Là chu trình của máy lạnh hay bơm nhiệt có hiệu quả cao nhất Với: T1 – là nhiệt độ của nguồn nóng, oK T2 – là nhiệt độ của nguồn lạnh, oK Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 14 εc = Hệ số làm lạnh của chu trình: ϕc = Hệ số làm nóng: q2 q2 T2 1 = = = w q1 − q2 T1 − T2 T1 − 1 T2 q1 q1 T1 1 = = = w q1 −... cc (cm3) = 109 ml (mm3) 4 Công suất, năng suất 1 HP = 0,7457 kW 1 W = 1 J/s = 3,4118 Btu/h 1 tấn lạnh = 12000 Btu/h = 3,5169 kW 5 Năng lượng 1 kJ = 0,239 kcal = 277,78 10-6 kWh = 0,948 Btu = 0,527 Chu 1 kWh = 3600 kJ = 3412 Btu 1 kcal = 4,187 kJ 1 Btu = 1,05506 kJ = 0,25198 kcal 1 cal = 3,968 Btu Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 16 Bảng nhiệt dung riêng và chỉ số đoạn nhiệt của khí lý tưởng Loại... các bài phần bài tập sau các chương của giáo trình và bài tập làm làm thêm trên lớp Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 15 ĐƠN VỊ VÀ CÁCH CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ 1 Nhiệt độ Gồm 4 thang đo (độ Celcius, Kenvin, Rankin, Farenheit) với mối quan hệ như sau: ToC = TK – 273 = (toF - 32) = ToR – 273 Trong đó chỉ có độ Kenvin mới là thông số trạng thái theo hệ SI 2 Áp suất Đơn vị đo áp suất theo hệ SI là: N/m2 (Pa)... thuận chiều: - Là chu trình của động cơ nhiệt làm việc với 2 nguồn nhiệt có nhiệt dung vô cùng lớn với nhiệt độ T1, T2 không đổi trong suốt quá trình trao đổi nhiệt - Chu trình Carnot thuận chiều được biểu diễn trên đồ thị nhiệt và công như sau: Hiệu suất của chu trình Carnot thuận chiều: ηc = 1 − Trong đó: Q2 T = 1− 2 Q1 T1 T1 – là nhiệt độ của nguồn nóng, oK T2 – là nhiệt độ của nguồn lạnh, oK Nhận xét:... µ.Cv [kJ/kmol.K] µ.Cp [kJ/kmol.K] Khí 1 nguyên tử (He, Ar, …) 1,6 12,6 20,9 Khí 2 nguyên tử (không khí, CO, O2, …) 1,4 20,9 29,3 Khí nhiều nguyên tử (CO2, CH4, …) 1,3 29,3 37,4 Chú ý: Cv = µ.Cv µ Cp = (kJ/kg.K) µ.C p µ (kJ/kg.K) Ví dụ: Cv = + Không khí: 20,9 29 Cp = (kJ/kg.K) Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 17 29,3 29 (kJ/kg.K) ... loại 2, hoạt động với duy nhất 1 nguồn nhiệt mà không có sự mất mát năng lượng nào cho môi trường bên ngoài • 2> Chu trình nhiệt động: a Chu trình thuận chiều:  Là chu trình của động cơ nhiệt (động cơ diezen, động cơ đốt trong, các loại tuabin, động cơ phản lực …) Trong chu trình thuận chiều, môi chất vận chuyển nhiệt lượng từ nguồn nóng đến nguồn lạnh và sinh công có ích  Chu trình thuận chiều được . tích: Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 4 . i i i r g µ µ = Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 5 CHƯƠNG II 1> Nhiệt dung riêng (NDR) + NDR là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 đơn vị môi chất để nhiệt. 0,527 CHU Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 8 CHƯƠNG III 1> Định luật nhiệt động 1 Nội dung: Là định luật bảo toàn và biến đổi năng lượng trong phạm vi nhiệt kỹ thuật. Định luật thứ nhất nhiệt. <1 Đề cương ôn tập môn Nhiệt kỹ thuật 12 b. Chu trình ngược chiều:  Là chu trình của máy lạnh hay bơm nhiệt  Trong chu trình ngược chiều, môi chất nhận công do bên ngoài hỗ trợ để vận chuyển nhiệt