Bài giảng kĩ thuật nhiệt - Chương 2: Môi chất và cách xác định trạng thái của chúng

thị MÔI CHẤT VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI CỦA CHÚNG Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  Sự thăng hoa – ngưng kết  Sự nóng chảy – đông đặc  Sự hoá hơi – ngưng tụ  Nhiệt chuyển pha: là lượng nhiệt cần cấp hoặc nhả ra trong quá trình chuyển pha. SỰ CHUYỂN PHA CỦA CÁC ĐƠN CHẤT p t a Điểm tới hạn (H2O): pk = 221,29 bar tk = 374,15 o C b c d e f g h Điểm ba thể (H2O): p = 0,00605 at t = 0,01 o C Thăn g ho a - ngưn g kế t N ó n g ch ả y - đ ô n g đ ặ c H oá h ơi - ng ưn g tụ Pha lỏng Pha hơi Pha rắn Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  Lực tác dụng giữa các phân tử F - Khí lý tưởng: F = 0; - Khí thực: F = f(r), với r là khoảng cách giữa các phân tử. Khi r, v →∞, KT có thể coi là KLT  Độ nén Z = pv/RT - Khí lý tưởng: Z = 1 - Khí thực: Z = f(p,T). p →0, T đủ lớn, Z → 1 KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ KHÍ THỰC Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  Nhiệt dung riêng, nội năng và entanpi - Khí lý tưởng: C = const; u = f(T); i = f(T) - Khí thực: C = f(T,p); u = f(T,p); i = f(T,p)  Sự chuyển pha - Khí lý tưởng: không có sự chuyển pha - Khí thực: có sự chuyển pha (rắn, lỏng khí) KHÍ LÝ TƯỞNG VÀ KHÍ THỰC (tiếp) Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI K.L.T.          K,kgm,Pa J/kg.K J/kmol.K8314 3 TvpTMRpV R RGRTpV RRTpv        Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  Phương trình Van der Walls (1893) (chỉ đúng với các khí ở p nhỏ, v lớn): - a hệ số hiệu chỉnh áp suất - b hệ số hiệu chỉnh thể tích riêng - a,b được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào từng chất khí. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ THỰC   RTbv v a p        2 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  Hoá hơi là quá trình chuyển từ thể lỏng thành thể hơi  Các dạng hoá hơi - Bay hơi là quá trình hoá hơi xảy ra trên bề mặt thoáng của chất lỏng (xảy ra ở mọi áp suất và nhiệt độ) - Sôi là quá trình hoá hơi xảy ra cả trên bề mặt thoáng và trong thể tích của chất lỏng tại các bọt hơi (chỉ xảy ra ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất đã cho) QUÁ TRÌNH HOÁ HƠI ĐẲNG ÁP QUÁ TRÌNH HOÁ HƠI ĐẲNG ÁP hn h x h GG G G G x   t v a c d o1 a1 c1 d1 K o2 a2 c2 d2 Lỏng bão hoà (x = 0) Hơi bão hoà (x = 1) 1 bar 10 bar 100 bar 2 2 1 ,2 9 b a r o t qo a d b c ts t < ts t = ts t = ts t = ts t > ts CÁC VÙNG TRẠNG THÁI CỦA HƠI T s p1 K p2 x = 0 x = 1 T1 T2 p ≡ T x = 0,9 x = 0,8x = 0 ,1 pk v t d1 K d2 x = 0 x = 1 x = 0,9 x = 0 ,1 x = 0,8 Quá nhiệt Bão hoà ẩm S iê u tớ i h ạn Lỏng chưa sôi Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  Tổng quát: q = qn + r +qh Nhiệt đốt nóng nước đến nhiệt độ sôi: qn = i’ – io = Cpn (ts – to) Nhiệt hoá hơi của nước: r = i” – i’ Nhiệt đốt nóng hơi bão hoà khô thành hơi quá nhiệt: qh = i – i” = Cph(t – ts) NHIỆT CẤP CHO QUÁ TRÌNH HOÁ HƠI Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA  Bảng hơi nước - Bảng nước sôi và hơi bão hoà khô (bảng 3, tr. 192 – theo nhiệt độ; bảng 4, tr. 195 – theo áp suất) - Bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt (bảng 5, tr. 200)  Đồ thị i – s của hơi nước (tr. 215)  Đồ thị lg(p) – i của môi chất lạnh (R22, tr. 212; R12, tr. 213; NH3, tr. 214). BẢNG VÀ ĐỒ THỊ CỦA CÁC HƠI CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Tìm phương trình của quá trình Quan hệ giữa các thông số trạng thái đầu và cuối quá trình (p, v, T) Tính công thay đổi thể tích của quá trình Tính công kỹ thuật của quá trình Tính nhiệt trao đổi với môi trường Tính biến thiên entrôpi của quá trình TRÌNH TỰ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Định luật nhiệt động 1 dq = du + pdv; dq = di - vdp Phương trình trạng thái khí lý tưởng pv = RT Công thức xác định biến thiên u, i du = CvdT; di = CpdT CƠ SỞ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Phương trình của quá trình đa biến dq = CvdT + pdv; dq = CpdT – vdp; dq = CndT → (Cn – Cp)dT = -vdp; (Cn – Cv)dT = pdv → (Cn – Cp)/(Cn – Cv) = -vdp/pdv = n dlkt/dl = n (số mũ đa biến) → npdv + vdp = 0 → n.dv/v + dp/p = 0 → ln(vn) + ln(p) = const → pvn = const p1v1 n = p2v2 n Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Quan hệ giữa các thông số trạng thái QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN (Cn = const) n n n n n n p P v v T T RTvpRTvp p p v v v v p p constpv 1 1 2 1 2 1 1 2 222111 1 1 2 2 1 2 1 1 2 ; ;                             Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công thay đổi thể tích QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN (Cn = const)                         1 21 2112 121212 1 111 1 ; T T n RT TT n R l k R C TTCCuqlluq n kn CCk C C n CC CC v vn vn v p vn pn Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công kỹ thuật Nhiệt trao đổi với môi trường Biến thiên entrôpi QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN (Cn = const) 1212 lnlkt     1212 ; TTGCGqQTTCq nn         1 2ln T T Cs T dT C T dq ds nn Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Phương trình của quá trình đoạn nhiệt Thay n bằng k trong các công thức của quá trình đa biến QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0) constpv k CC CC n dT dq Cdq k vn pn n      00 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Quan hệ giữa các thông số trạng thái QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0) k k k k k k p P v v T T RTvpRTvp p p v v v v p p constpv 1 1 2 1 2 1 1 2 222111 1 1 2 2 1 2 1 1 2 ; ;                             Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công thay đổi thể tích Công kỹ thuật QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0)     12 1 21 2112 121212 12 1 111 lkl T T k RT TT k R l k R C TTCulluq kt v v                Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Nhiệt trao đổi với môi trường Biến thiên entrôpi QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT (Cn = 0) 0;0  Qq 00  s T dq ds Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Phương trình của quá trình đẳng nhiệt Thay n bằng 1 trong các công thức của quá trình đa biến QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞) constpv CC CC n dT dq CdT vn pn n      10 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Quan hệ giữa các thông số trạng thái QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞) 12 2 1 1 2 ; TTconstT v v p p constpv   Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công thay đổi thể tích, nhiệt lượng trao đổi Công kỹ thuật QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞) 12 2 1 1 2 12 1212 12 2 1 2 1 lnln 0; ll p p RT v v RTdv v RT pdvl qldTCuluq kt v v v v v                 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Biến thiên entrôpi QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT (Cn = ±∞)                     2 1 1 2 1 2 lnln ln p p R v v Rs v v T RT T q s T dq ds Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Phương trình của quá trình đẳng áp Thay n bằng 0 trong các công thức của quá trình đa biến QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp) constp CC CC nCC vn pn pn      0 Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Quan hệ giữa các thông số trạng thái QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp) 1 2 1 2 12 0 v v T T n ppconstp   Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công thay đổi thể tích Công kỹ thuật QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp)   0. 12 1212 12 2 1    lnl vvppdvl kt v v Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Nhiệt lượng trao đổi Biến thiên entrôpi QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP (Cn = Cp)                 1 2 1 2 12 lnln v v C T T Cs TTGCQ pp p Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Phương trình của quá trình đẳng tích Thay n bằng ∞ trong các công thức của quá trình đa biến QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv) constv CC CC nCC vn pn vn      Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Quan hệ giữa các thông số trạng thái QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv) 1 2 1 2 12 p p T T n vvconstv   Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Công thay đổi thể tích Công kỹ thuật QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv)  21 12 2 1 12 2 1 0 ppvvdpl pdvl p p kt v v     Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA Nhiệt lượng trao đổi Biến thiên entrôpi QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH (Cn = Cv)                 1 2 1 2 12 lnln v v C T T Cs TTGCQ vv v Lê Anh Sơn. Power engineering department. HUA BIỂU DIỄN QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN BẤT KỲ TRÊN ĐỒ THỊ p-v, T-s p v n = 0 T s n = 0 n = 0 n = 0 n = 1 n = 1 n = 1 n = 1 pv = const n = k n = k p v k = co n st n = k n = k n = ± ∞ n = ± ∞ n = ± ∞ n = ± ∞ L > 0 L > 0 q > 0q > 0 u > 0 u > 0 dT /d s = T/ C p dT /d s = T /C v