Bài giảng Nhiệt động kỹ thuật - PGS. Hà Mạnh Thư

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

1. PGS Hà Mạnh Th− Bộ môn Kỹ thuật nhiệt C7-201, 869.2333 Viện khoa học và công nghệ NHiệt lạnh 2006
2. 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
3. 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
4. Các loại bảng biểu cần có •Bảnghơi n−ớc và đồ thị • Bảng và đồ thị môi chất lạnh
5. 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. 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 !!!!
7. 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 giới của hệ hệ  Chất môi giới cũng có thể v−ợt qua ranh giới
8. 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
9. Trạng thái
10. Trạng thái
11. 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 -77,6 6,06 132,3 112,8 O2 -219 0,15 -118,8 50,8
12. 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: P= Pk-Pck
13. 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
14. Các loại cặp nhiệt
15. Thông số trạng thái
16. Khối l−ợng riêng Khối l−ợng của một G V = V / G đơn vị thể tích ρ = kg/m3 V
17. 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 G=pV/RT kg
18. Gay-Lussac’s Law Boyle’s Law Charles’ Law P2 T2 P2 V1 V2 T2 = = = P1 T1 P1 V2 V1 T1 Perfect Gas Law PV = GRT
19. 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
20. 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 p = const
21. 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. Càp KJ/kmol K NDR kmol đẳng áp
22. Quan hệ giữa các loại NDR C=C’ vtc C=Cà/à C= C’/ 22,4
23. 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 1,3 29,3 37,7 nguyên tử
24. 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 ptb ptb Cvtb=0,6764+0,00002443t C’vtb=1,3281+0,0004798t
25. 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 •
26. Khí thực •N−ớc • MôI chất lạnh
27. Quỏ trỡnh húa hơi đẳng ỏp của hơinước
28. Quỏ trỡnh húa hơi đẳng ỏp củahơinước
29. Quỏ trỡnh húa hơi đẳng ỏp củahơinước
30. Cách tính thông số của hơi ẩm Cho p hay t, độ khô x Cần tính các thông số của hơi ẩm? v”x v’(1-x) G v − v' i − i' s − s' x = h = = = Gh + Gns v"−v' i"−i' s"−s' v =(1-x)v’+xv”=v’+x(v”-v’) u =u’+x(u”- u’) i = i’+x(i”-i’)= i’+x r
31. Dùng cho môi chất lạnh
32. Đồ thị p-v và T-s
33. Đồ thị p-v và T-s
34. Sự thay đổi ts theo áp suất
35. Đồ thi T-v
36. Đồ thi p-T
37. 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 P,t (B5)
38. Các loại bảng hơi n−ớc
39. 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 0,0011275 0,1939 5,157 763,1 2778 2015 2,1395 6,5858
40. Bảng n−ớc ch−a 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 94 675,4 589,2 s 0,296 0,5712 0,8298 1.074 1,3058 1,5261 1,941 1,737
41. 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.
42. Sơ l−ợc đồ thị Mollier i-s
43. Ví dụ tinh toán
44. H kj/kg S kJ/kgK
45. Các thông số: •áp suất • nhiệt độ • thể tích và thể tích riêng •v’thể tích riêng của n−ớc sôi (lỏng bão hoà) •v”thể tích riêng của hơi bão hoà • x độ khô G v − v' i − i' s − s' x = h = = = Gh + Gns v"−v' i"−i' s"−s' v =(1-x)v’+xv”=v’+x(v”-v’) u =u’+x(u”-u’) i = i’+x(i”-i’)= i’+x r
46. Đồ thị logP-h cho R12
47. Đồ thị logP-h cho R134a
48. Đồ thị logP-h cho R22
49. Đồ thị logP-h cho R22
50. Đồ thị logP-h cho R717
51. 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 MPa  v3= 1,155x10-3 m3/kg
52. 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