›
›

Bài giảng Nhiệt động kỹ thuật - Hà Mạnh Thư

pdf 66 trang hapham 240
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nhiệt động kỹ thuật - Hà Mạnh Thư", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_nhiet_dong_ky_thuat_ha_manh_thu.pdf

Nội dung text: Bài giảng Nhiệt động kỹ thuật - Hà Mạnh Thư

  1. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam PGS Hà Mạnh Th− Bộ môn Kỹ thuật nhiệt C7-201, 869.2333 Viện khoa học và công nghệ NHiệt lạnh SinhVienKyThuat.Com2006
  2. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Nhiệtđộngkỹthuật Các đánh giá: 1. 2 bài kiểm tra giữa kỳ 20% 2. 2 bài tập dài 20% 3. Thi vấn đáp cuối năm không đ−ợc dùng tài liệu, đ−ợc dùng các loại bảng biểu để tra các thông số của khí thực và khí lý t−ởng. 60% 4. Nghỉ quá 20% sẽ không đ−ợc thi lần đầu SinhVienKyThuat.Com
  3. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Tài liệu tham khảo 1. Phạm Lê Dần, Bùi Hải, Nhiệt động kỹ thuật, NXB KHKT, Hà Nội, 2005 2.Bùi Hải, Trần Thế Sơn, Bài tập nhiệt động truyền nhiệt và kỹ thuật lạnh, NXB KHKT, Hà Nội, 2005, 3. J.B Jones, Engineering thermodynamics,1996 SinhVienKyThuat.Com
  4. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Các loại bảng biểu cần có •Bảnghơi n−ớc và đồ thị • Bảng và đồ thị môi chất lạnh SinhVienKyThuat.Com
  5. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Nhiệt và công Dấu của nhiệt và công a). Đơn vị đo nhiệt q và công l [ J] hoặc [J / kg ] Q [kJ] hoặc q [kJ/kg ] (1 Btu ( British thermal unit ) = 252 Cal = 1050,04 J ) 1 W = 1 J/s, 1 kW = 1000 W, 1 kW = 1,341 hp • 1 BTU/hr = 0,293 W, 1 hp = 2545 BTU/hr • 1 hp = 0,7457 kW 1 kW = 3412 BTU/hr b). Dấu của nhiệt lượng: q>0 cấp nhiệt; q 0 dãn nở; l<0 nén
  6. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  7. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Nhiệt SinhVienKyThuat.Com
  8. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Nhiệt SinhVienKyThuat.Com
  9. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Công SinhVienKyThuat.Com
  10. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Hệ nhiệt động • Định nghĩa: Tâp hợp các đối t−ợng cần nghiên cứu • Môi tr−ờng ; cái ngoài hệ NĐ • Ta nghiên cứu q l • Phân loại : Hệ đoạn nhiệt : q=0; l ≠ 0 Hệ cô lập; q=0; l=0 • Làm sao xác định đ−ợc hệ nhiệt động? Phải biết thông số trạng thái của nó !!!! SinhVienKyThuat.Com
  11. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Hệ nhiệt động Hệ kín: một l−ợng nhất định chất môi chất đ−ợc nghiên cứu Hệ hở - một khu vực nào đó -khốil−ợng trong không gian  Chiếm 1 thể tích nhất định - Chỉ có nhiệt và công đi  Nhiệt và công đi qua ranh giới của qua ranh giớiSinhVienKyThuat.Com của hệ hệ  Chất môi giới cũng có thể v−ợt qua ranh giới
  12. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  13. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam đơn vị đo Specification of units Các đại l−ợng SI Unit EES Unit Chiều dài Length meter (m) foot (ft) Khối l−ợng Mass kilogram (kg) pound mass (lbm) Lực Force Newton(N) pound force (lbf) Thời gian Time second (s) second (s) English Engineering Units EES Unit SinhVienKyThuat.Com
  14. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Trạng thái SinhVienKyThuat.Com
  15. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  16. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Trạng thái SinhVienKyThuat.Com
  17. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Thông số trạng thái tới hạn Môi chất điểm 3 thể điểm tới hạn T C P kPa T k C P k bar Hg 1490 1510 H20 +0,01 0,6113 374,15 221,29 CO2 -56,5 518 31 73,8 SO2 -75,4 167 157,2 78 NH3 -77,6SinhVienKyThuat.Com6,06 132,3 112,8 O2 -219 0,15 -118,8 50,8
  18. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Các thông số trạng thái cơ bản a) P áp suất [N/m2] • P tuyệt đối •Pk áp suất khí quyển pk= f(h) •Pd áp suất d−: l−ợng áp suất lớn hơn áp suất khí quyển P=Pd+Pk Độ chân không Pck l−ợng áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển: SinhVienKyThuat.ComP= Pk-Pck
  19. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  20. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Thông số trạng thái b) Nhiệt độ : t 0C ( Celcius) thang nhiệt độ Bách phân T K thang nhiệt độ tuyệt đối t [0C] = T [K] -273 = 5/9 ( t [0F] -32 ) = 5/9 ( T[0R] ) - 273 SinhVienKyThuat.Com
  21. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Các loại cặp nhiệt SinhVienKyThuat.Com
  22. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Thông số trạng thái SinhVienKyThuat.Com
  23. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Khối l−ợng riêng Khối l−ợng của một G V = V / G đơn vị thể tích ρ = kg/m3 V SinhVienKyThuat.Com
  24. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Khí lý t−ởng •pv= RT p áp suất tuyệt đối Pa ( N/m2) v thể tích riêng m3/kg T nhiệt độ tuyệt đối K Rà Hằng số chất khí phổ biến [J/kmol độ] R Hằng số chất khí [J/kg độ] R= Rà/ à = 8314/ à à kmol chất khí [kg/kmol] pV= GRT G khối l−ợng kg, V m3 SinhVienKyThuat.ComG=pV/RT kg
  25. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Gay-Lussac’s Law Boyle’s Law Charles’ Law P2 T2 P2V 1 V2 T2 = = = P1 T1 P1 V2 V1 T1 Perfect Gas Law PV = GRT SinhVienKyThuat.Com
  26. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Các thông số nhiệt • Nội năng u [kJ/kg] ; U[kJ] U=G i • Entanpy i [kJ/kg] ; I [kJ] i =u+pv I=G i • Entropy s [kJ/kg.K] ; S [kJ/K] • Nhiệt l−ợng q; Q • Nôi năng tự do z=u-Ts • Hàm Gibbs:= entanpy tự do G=I-Ts SinhVienKyThuat.Com
  27. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Nhiệt dung riêng # Định nghĩa: C= f( T,p, tinh chấtcủa cac chất ) C= dq/dT NDR thực Ctb= q/ (t2-t1) NDR trung binh trong khoảng t1-t2 # Phân loại: 1. NDR khối l−ợng C KJ/kg K 3 2. NDR thể tích C’ kJ/m tcK 3. NDR kmol Cà KJ/kmol K Phân loại theo quá trình: • Đẳng tích v = const • Đẳng áp SinhVienKyThuat.Com p = const
  28. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Nhiệt dung riêng Sẽ có tất cả 6 loại NDR: 1. Cv KJ/kg K NDR khối l−ợng đẳng tích 3 2. Cv’ kJ/m tcK NDR thể tích đẳng tích 3. Càv KJ/kmol K NDR kmol đẳng tích 4. Cp KJ/kg K NDR khối l−ợng đẳng áp 3 5. Cp’ kJ/m tcK NDR thể tích đẳng áp 6. C KJ/kmol K NDR kmol đẳng áp àp SinhVienKyThuat.Com
  29. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Quan hệ giữa các loại NDR C=C’ vtc C=Cà/à C= C’/SinhVienKyThuat.Com 22,4
  30. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Bảng NDR là hằng số Loại khí Trị số k Càv Càp KJ/kmolK KJ/kmolK Một nguyên 1,6 12,6 20,9 tử Hai nguyên 1,4 20,9 29,3 tử O2, N2 Ba nguyên tử 1,3 29,3 37,7 H2O,CO2 Nhiều SinhVienKyThuat.Com1,3 29,3 37,7 nguyên tử
  31. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Nhiệt dung riờng phụ thuộc vào nhiệt độ ( 0-15000C) Chất NDR khối lượng NDR thể tớch C’ 3 khớ C kJ/kgK kJ/m tc K C =0,903+0,0001065t C’ =1,3138+0,0001077t O2 ptb ptb Cvtb=0,6603+0,0001065t C’vtb=0,9429+0,0001577t C =1,024+0,00008855t C’ =1,2799+0,0001107t N2 ptb ptb Cvtb=0,7272+0,00008855t C’vtb=0,908929+0,0001107t Khụng khớ Cptb=0,9956+0,00009299t C’ptb=1,3138+0,0001077t Cvtb=0,7088+0,00009299t C’vtb=0,9429+0,0001577t C =1,833+0,00031111t C’ =1,4733+0,0002498t H20 ptb ptb Cvtb=1,3716+0,00031111t C’vtb=1,1024+0,0002498t C =0,8645+0,0002443t C’ =1,6990+0,0004798t CO2 ptbSinhVienKyThuat.Comptb Cvtb=0,6764+0,00002443t C’vtb=1,3281+0,0004798t
  32. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Tính Q theo NDR !!! Q=G C ∆T Quá trình nào NDR đó Qv=G Cv ∆T Qp=G Cp ∆T Qn=G Cn ∆T Riêng với qt T=const Q= G T ∆s • SinhVienKyThuat.Com
  33. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Khí thực •N−ớc • MôI chất lạnh SinhVienKyThuat.Com
  34. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Quỏ trỡnh húa hơi đẳng ỏp của hơinướSinhVienKyThuat.Comc
  35. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Quỏ trỡnh húa hơi đẳng ỏp củahơinước SinhVienKyThuat.Com
  36. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Quỏ trỡnh húa hơi đẳng ỏp củahơinước SinhVienKyThuat.Com
  37. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  38. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Cách tính thông số của hơi ẩm Cho hay t, độ khô xp Cần tính các thông số của hơi ẩm? v”x v’(1-x) G v− v' i− i' s− s' x = h = = = GGh+ ns v"'− v i"'− i s"'− s SinhVienKyThuat.Comv =(1-x)v’+xv”=v’+x(v”-v’) u =u’+x(u”- u’) i = i’+x(i”-i’)= i’+x r
  39. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  40. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  41. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  42. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  43. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Dùng cho môi chất lạnh SinhVienKyThuat.Com
  44. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Đồ thị p-v và T-s SinhVienKyThuat.Com
  45. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Đồ thị p-v và T-s SinhVienKyThuat.Com
  46. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Sự thay đổi ts theo áp suất SinhVienKyThuat.Com
  47. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Đồ thi T-v SinhVienKyThuat.Com
  48. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Đồ thi p-T SinhVienKyThuat.Com
  49. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Các bảng hơI n−ớc 1.Bảng n−ớc sôi và hơi bão hoà tra theo p(B4) hay t (B3) 2. Bảng n−ớc ch−a sôi và hơi quá nhiệt tra theo SinhVienKyThuat.Com P,t (B5)
  50. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Các loại bảng hơi n−ớc SinhVienKyThuat.Com
  51. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Bảng n−ớc sôi và hơI bão hoà tra theo p hay t t0C P bar v’ v” ρ” I’ I” r S’ S” 3/ 3/ Kg/m M kg M kg 3 KJ/kg KJ/kg KJ/kg KJ/kg KJ/kg K K 0,01 0,006108 0,001002 206,3 0,004847 0 2501 2501 0 9,1544 30 0,02421 0,001004 32,93 0,03037 125,71 2556 2430 0,4366 8,4523 4 60 0,19917 0,001017 7,678 0,1302 251,1 2609 2358 0,8311 7,9084 1 120 1,9854 0,0010603 0,8917 1,121 503,7 2705 2202 1,5277 7,1298 180 10,027 0,0011275SinhVienKyThuat.Com0,1939 5,157 763,1 2778 2015 2,1395 6,5858
  52. Diễn ĐBảngàn Sinh Viờn n− ớcKỹ Thu chật −Việat Nam sôi và hơI quá nhiệt tra theo P,t P bar T 20 40 60 80 100 120 140 160 oC 0,1 v 0,0010018 0,0010079 15,35 16,27 17,20 18,13 19,03 19,98 I 83,7 167,5 2611 2649 2688 2726 2764 2802 s 0,2964 0,5715 8,227 8,337 8,442 8,542 8,636 8,727 v I s 1 v 0,0010018 0,0010079 0,0010171 0,0010289 1,695 1,795 1,889 1,984 I 83,7 167,5 251,1 334,9 2676 2717 2557 2796 s 0,2964 0,5715 0,8307 1,0748 7,361 7,4665 7,562 7,654 v I s 10 v 0,0010014 0,0010075 0,0010166 0,001285 0,001043 0,0010598 0,001077 0,0011018 I 84,7 168,3 251,8 335,4 419,3 503,9 94 675,4 0,296 0,5712 0,8298 1.074 1,3058 1,5261 589,2 1,941 s SinhVienKyThuat.Com 1,737
  53. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Ví dụ • Một xylanh ở trạng thái ban đầu chứa n−ớc ở áp suất 3 MPa và nhiệt độ 300oC. N−ớc đ−ợc làm lạnh đẳng tích đến 200 oC, sau đó đ−ợc nén đẳng nhiệt đến áp suất cuối 2,5 MPa. Hãy biểu diễn quá trình trên đồ thị T-v và tính các giá trị thể tích riêng ở các trạng thái trên. SinhVienKyThuat.Com
  54. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  55. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Sơ l−ợc đồ thị Mollier i-s SinhVienKyThuat.Com
  56. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam SinhVienKyThuat.Com
  57. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Ví dụ tinh toán SinhVienKyThuat.Com
  58. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam H kj/kg S kJ/kgK SinhVienKyThuat.Com
  59. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Các thông ố:s t ấ u s p •á • nhiệt độ • hểt tích à thểv tích iêngr ’ •vthể ícht riêng của n−ớc sôi (lỏng ão hoà) b ” •vthể ícht riêng của ơi bão hoà h • độ khô x G v− v' i− i' s− s' x = h = = = GGh+ ns v"'− v i"'− i s"'− s v =(1-x)v’+xv”=v’+x(v”-v’) SinhVienKyThuat.Comu =u’+x(u”-u’) i = i’+x(i”-i’)= i’+x r
  60. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Đồ thị logP-h cho R12 SinhVienKyThuat.Com
  61. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Đồ thị logP-h cho R134a SinhVienKyThuat.Com
  62. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Đồ thị logP-h cho R22 SinhVienKyThuat.Com
  63. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Đồ thị logP-h cho R22 SinhVienKyThuat.Com
  64. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Đồ thị logP-h cho R717 SinhVienKyThuat.Com
  65. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Giải bài toán • State 1: • From the saturated water (liquid-vapor) table B 4: • 3MPa (30 bar) Tsat= 233,9oC • since T1 > 233,9oC  superheated vapor • From the superheated water vapor table B-5: • 3MPa and 300oC v1= 0,0811 m3/kg • State 2: • Cool at constant volume, so v2= v1= 0.0811 m3/kg • From the saturated water (liquid-vapor) table B-3: • 200oC v’= 0,001157m3/kg, v”=0,1274 m3/kg • because v’< v2< v” we have a liquid vapor mixture • recall, v = (1-x) v’+ x v” = v’+ x (v” – v’) • v2= v1= 0,0811 =0,0001157 + x (0,1279-0,0001157) • x= 0,633 i.e., 63.3% vapor by mass • State 3: • Compress isothermally to 2.5 MPa, so T3= T2= 200oC • From the compressed liquid water table B-5: • 200oC and 2,5 MPaSinhVienKyThuat.Com  v3= 1,155x10-3 m3/kg
  66. Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam Các thông số cần tính • P,v, T •I ( h) •u=i-pv •L,l kt •Q Cho khí lý t−ởng và khí thực SinhVienKyThuat.Com