Bài tập và cách giải kỹ thuật nhiệt chương 2 năm 2024

Tóm tắt nội dung tài liệu: Kĩ thuật nhiệt - Chương 2: Các định luật nhiệt động và các quá trình nhiệt động cơ bản

CÁC ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CHƯƠNG 2:

1. Phát biểu:
2. Nội dung: Khi cấp cho HNĐ một nhiệt lượng một phần sinh công + một phần làm biến thiên nội năng của hệ. (The change in internal energy of a system is equal to the heat added to the system minus the work done by the system)
3. Biểu thức:
4. Ý nghĩa: Định luật nhiệt động 1  định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng Q = L + ΔU
5. Các dạng biểu thức của định luật NĐ 1
6. Viết theo ĐN:
7. Viết cho G kg môi chất: Q = L + ΔU
8. Viết cho 1 kg môi chất: q = l + Δu
9. Dạng vi phân: q = pdv + du = l + du q = - vdv + di = lkt + di
10. Định luật 1 viết cho hệ kín và hệ hở: Đối với KLT, biểu thức sau đây đều được viết chung cho cả hệ kín và hệ hở. q = du + l = di + lkt
11. Cơ sở lý thuyết: Để khảo sát quá trình nhiệt động ta dựa trên:
12. Đặc điểm quá trình (đẳng nhiệt, đẳng áp....)
13. Phương trình trạng thái KLT
14. Phương trình định luật 1
15. Các bước khảo sát: B1: Tìm biểu thức đặc trưng cho quá trình B2: Dựa vào PT trạng thái => mối qhệ giữa các thông số: p, t, v B3: Tính Δu, Δi, l, lkt, q, Δs B4: Biểu diễn trên đồ thị P-v và T-s B5: Tính hệ số biến đổi năng lượng q u
16. Khảo sát quá trình Đẳng tích:
17. Kháo sát quá trình Đẳng áp:
18. Khảo sát quá trình Đẳng nhiệt: => Sinh viên tự soạn theo các bước đã hướng dẫn
19. Khảo sát quá trình Đoạn nhiệt
20. ĐN: là quá trình nhiệt động xảy ra trong điều kiện môi chất không trao đổi nhiệt với môi trường q = 0
21. Xác định biểu thức đặc trưng:  q = 0 (1)  q = CvdT + pdv = 0 (2)  q = CpdT – vdp = 0 (3) => Cv.dT = - p.dv (4) Cp.dT = v.dp (5) Chia (5)/(4): Cp/Cv = -vdp/p.dv k dvP dPv   p.vk = Const constkpv k p p v v 1 1 2 2 1 222 111 .. .. TRvp TRvp 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
22. Khảo sát quá trình Đoạn nhiệt
23. Quan hệ giữa các thông số trạng thái: k k p P k v v T T 1 1 2 1 2 1 1 2 k v v p p 2 1 1 2 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
24. Khảo sát quá trình Đoạn nhiệt
25. Tính toán các thông số: • Tính Δu và Δi
26. Biến thiên nội năng:
27. Biến thiên Entanpi: Tính cho 1 kg môi chất:Δu = Cv.(T2 – T1) [J/kg] Tính cho G[kg] môi chất:Δ U=G.Δu = G.Cv.(T2 – T1) [J] Tính cho 1 kg môi chất:Δi = Cp.(T2 – T1) [J/kg] Tính cho G[kg] môi chất:Δ I=G.Δi = G.Cp.(T2 – T1) [J] 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
28. Khảo sát quá trình đoạn nhiệt
29. Tính toán các thông số: • Tính công thay đổi thể tích: Theo định nghĩa ta có:  2 1 v v dvpl Với: kk vpvp 11..  2211 1 1 vpvp k l   1 2 1 1.. 1 1 T T TR k l k k v vp p 1
30. 2 1 . . 11 v v k dv v vp l • Tính công kỹ thuật: lkt = k.l ????? 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
31. Khảo sát quá trình đoạn nhiệt
32. Tính toán các thông số: • Tính nhiệt lượng trao đổi: 0 T q ds 
33. Đồ thị P-v, T-s: •Tính biến thiên entropi: 0 q Đồ thị p-v; T-s của quá trình đoạn nhiệt •Hệ số biến đổi năng lượng: q u
34. Khảo sát quá trình Đa biến
35. ĐN: là quá trình nhiệt động xảy ra trong điều kiện nhiệt dung riêng của quá trình không đổi Cn = Const
36. Xác định biểu thức đặc trưng: q = CndT (1)  q = CvdT + pdv = Cn.dT (2)  q = CpdT – vdp = Cn.dT (3) => (Cn – Cv).dT = p.dv (4) (Cn – Cp).dT = -v.dp (5) Đặt: n = (Cn – Cp)/ (Cn – Cv) = -vdp/p.dv => n dvP dPv   p.vn = Const ;1 2 2 1 n v v p p constnpv n p p v v 1 1 2 2 1 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
37. Khảo sát quá trình Đa biến
38. Quan hệ giữa các thông số trạng thái: n n p P n v v T T RTvpRTvp 1 1 2 1 2 1 1 2 222 ; 111 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
39. Khảo sát quá trình Đa biến
40. Tính toán các thông số: • Tính Δu và Δi
41. Nhận xét: Đối với khí lý tưởng, vì nội năng u và entanpi i là các hàm trạng thái nên biến thiên của chúng Δu và Δi chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của quá trình mà không phụ thuộc vào đường đi. Công thức tính Δu và Δi được tính cho các quá trình của KLT:
42. Biến thiên nội năng:
43. Biến thiên Entanpi: Tính cho 1 kg môi chất:Δu = Cv.(T2 – T1) [J/kg] Tính cho G[kg] môi chất:Δ U=G.Δu = G.Cv.(T2 – T1) [J] Tính cho 1 kg môi chất:Δi = Cp.(T2 – T1) [J/kg] Tính cho G[kg] môi chất:Δ I=G.Δi = G.Cp.(T2 – T1) [J] 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
44. Khảo sát quá trình Đa biến
45. Tính toán các thông số: • Tính nhiệt dung riêng Cn: Đối với quá trình đa biến, do Cn phụ thuộc vào hệ số đa biến n nên cần phải xác định: Ta có: vn Pn CC CC n Pvn CCnnC   1 v P vn C C nCnC 1 knCnC vn  1 1  n kn CC vn 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
46. Khảo sát quá trình Đa biến
47. Tính toán các thông số: • Tính công thay đổi thể tích: Theo định nghĩa ta có:  2 1 v v dvPl Với: => n n nn v vP PvPvP 1111      2 1 11 v v n n dv v vP l  2211 1 1 vPvP n l     1 21 1 1 T T n TR lOr: 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
48. Khảo sát quá trình Đa biến
49. Tính toán các thông số: • Tính công kỹ thuật: lkt = n.l ).( 1 12 TT n kn Cq v  • Tính nhiệt trao đổi với môi trường: q = Cn.(T2-T1) • Tính hệ số đa biến: Từ mối quan hệ giữa các thông số, ta có thể tính n theo công thức sau: 2 1 1 2 ln ln v v P P n   2 1 1 2 ln ln 1 v v T T n   2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
50. Khảo sát quá trình Đa biến
51. Tính toán các thông số: • Tính biến thiên entropi: T dTC T q ds n   1 2ln T T Cs n 
52. Tính hệ số biến hóa năng lượng: 12 12 1 TT n kn C TTC q u v v    kn n 1 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
53. Khảo sát quá trình Đa biến
54. Biểu diễn quá trình đa biến trên đồ thị:
55. Tổng quát quá trình:
56. Khi n = 0 p.v0 = const p = const (đẳng áp) Cn = Cp
57. Khi n = 1 p.v = const T = const (đẳng nhiệt) Cn = ±∞
58. Khi n = ±∞ p1/∞ .v = const v = const (đẳng tích) Cn = Cv
59. Khi n = k p.vk = const Đoạn nhiệt Cn = 0 2.2. Các quá trình nhiệt động cơ bản của KLT
60. Khảo sát quá trình Đa biến
61. Biểu diễn quá trình đa biến trên đồ thị: 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 2.3. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II

1. Các loại chu trình:
2. Khái niệm chu trình nhiệt động:
3. Chu trình:
4. Chu trình thuận nghịch:
5. Chu trình không thuận nghịch:
6. Chu trình thuận nghịch thuận chiều:
7. Định nghĩa: là chu trình sinh công , môi chất nhận nhiệt q1 của nguồn nóng, nhả nhiệt q2 cho nguồn lạnh và sinh công l
8. Đặc điểm:
9. Chu trình diễn ra theo chiều kim đồng hồ trên đồ thị p-v, T-s.
10. Chu trình sinh công => l > 0 2.3. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II
11. Các loại chu trình:
12. Chu trình thuận nghịch thuận chiều:
13. Hiệu suất của chu trình: 1q l ηt 1 2 1 21 1 q q q qq t  1 2 1 q q t 
14. Ứng dụng thực tế:
15. Chu trình các động cơ đốt trong
16. Chu trình nhà máy nhiệt điện, động cơ hơi nước 2.3. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II
17. Các loại chu trình:
18. Chu trình thuận nghịch ngược chiều:
19. Định nghĩa: chu trình có môi chất nhận nhiệt q2 của nguồn lạnh, nhả nhiệt q1 cho nguồn nóng nhưng tiêu tốn công l Truyeàn nhieät vaøo Truyeàn nhieät ra Daøn laïnh Daøn noùng nhieät nhieät nhieät nhieät nhieät nhieät nhieät nhieätnhieät 2.3. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II
20. Các loại chu trình:
21. Chu trình thuận nghịch ngược chiều:
22. Hệ số làm lạnh của chu trình: l q2  21 2 qq q 
23. Ứng dụng thực tế:
24. Chu trình lạnh: điều hòa, tủ lạnh
25. Đặc điểm:
26. Chu trình diễn ra ngược chiều kim đồng hồ trên đồ thị p-v, T-s.
27. Chu trình nhận công => l < 0 2.3. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II
28. Các loại chu trình:
29. Chu trình Carnot thuận chiều:
30. Định nghĩa: Chu trình có 2 quá trình đoạn nhiệt và đẳng nhiệt tiến hành xen kẽ nhau, thực hiện giữa 2 nguồn nhiệt T1 và T2 không đổi và T1 > T2
31. Hiệu suất: 1 21 1 q qq q l c  1 21 T T ηc
32. Nhận xét:
33. Hiệu suất CT Carnot chỉ phụ thuộc T1và T2
34. ηc tăng T1 tăng và T2 giảm
35. T1 = T2 => ηc = 0 => không Tồn tại động cơ vĩnh cửu loại 2 (nhiệt không thể hoàn toàn biến thành công)
36. ηc Carnot cao nhất so với tất cả các chu trình khác cùng nguồn nóng và lạnh. 2.3. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II
37. Phát biểu và ý nghĩa của ĐL NĐ II:
38. Phát biểu:
39. Nhiệt không thể tự truyền từ vật có nhiệt độ thấp đến vật có nhiệt độ cao hơn. Muốn thực hiện được điều này thì cần phải tốn một năng lượng bên ngoài.
40. Không thể biến đổi toàn bộ nhiệt nhận từ nguồn nóng thành công, mà luôn phải mất một lượng nhiệt thải cho nguồn lạnh.
41. Không thể nhận công từ một nguồn nhiệt duy nhất vì khi đó T1 = T2 => ηc= 0.
42. Ý nghĩa:
43. Định luật nhiệt động 2 cho phép chúng ta biết được điều kiện xảy ra quá trình biến đổi nhiệt thành công và ngược lại.
44. Cho phép chúng ta biết được chiều hướng xảy ra các quá trình truyền nhiệt và mức độ xảy ra của các quá trình. Bài Tập cuối chương
45. Cho 2 kg không khí có nhiệt độ ban đầu là t1 = 30 0C, thể tích V1 = 1500 lít, tiến hành quá trình nén đa biến với n = 1,2 đến áp suất p2 = 10bar. Hãy:
46. Tính nhiệt độ không khí sau khi nén
47. Xác định ∆U, ∆I, q, l, lkt
48. Một kg không khí được nén đa biến đến thể tích v2 = 0,2.v1, nhiệt độ tăng từ 100C đến 1000C, áp suất ban đầu của không khí p1 = 2bar. Xác định áp suất và thể tích cuối, số mũ đa biến, U, I, công nén và nhiệt lượng toả ra.
49. Một bình kín có thể tích V = 0,015 m3 chứa không khí ở áp suất đầu p1 = 2 bar, nhiệt độ t1 = 30 0C. Cung cấp cho không khí trong bình một lượng nhiệt 16 kJ. Xác định nhiệt độ cuối, áp suất cuối quá trình và lượng biến đổi entropi của không khí (lấy  = 29).
50. 1 kg không khí có áp suất đầu p1 = 1 at, thể tích v1 = 0,8 m 3/kg nhận một lượng nhiệt 100kcal/kg trong điều kiện áp suất không đổi. Xác định nhiệt độ đầu và cuối, thể tích cuối quá trình, công thay đổi thể tích.