Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh (Nghề: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa - Trình độ CĐ/TC): Phần 1 - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG

GIÁO TRÌNH

CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH
NGHỀ KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU
HỊA KHƠNG KHÍ
Trình độ trung cấp/cao đẳng
(Ban hành theo Quyết định số: 568/QĐ-CĐN ngày 21 tháng 5 năm 2018
của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề An Giang)

LÊ VĨNH TRIỀU
Tháng 5 năm 2018


LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình giảng dạy mơn Cơ Sở Kỹ Thuật Nhiệt Lạnh và Điều Hịa Khơng Khí
là tài liệu được biên soạn theo chương trình chi tiết Nghề: Kỹ Thuật Máy Lạnh và
Điều Hịa Khơng Khí. Đây là mơn cơ sở kỹ thuật chuyên ngành nhằm trang bị kiến
thức cần thiết cho các môn họn chuyên môn tiếp theo. Môn này trang bị cho học sinh
những kiến thức cơ bản nhất về Kỹ thuật Nhiệt Lạnh và Điều hòa Khơng khí, làm
sáng tỏ các vấn đề lý thuyết, ngun lý cơ bản, nguyên lý hoạt động của hệ thống
lạnh, tính tốn nhiệt lượng cơ bản.
Giáo trình giảng dạy này nhằm giúp cho học sinh sinh viên hiểu rõ những kiến
thức cơ bản và vận dụng những kiến thức cơ bản đó để giải quyết những vấn đề chưa
rõ. Ở mỗi chương, ngồi kiến thức cơ bản cịn có một số ví dụ, bài tập và câu hỏi ơn
tập nhằm cơ đọng lại phần kiến thức đã học.
Giáo trình giảng dạy này kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy để biên soạn và
trích dẫn từ một số giáo trình như:

1.

PGS.TS . Võ Chí Chính. Giáo trình điều hịa khơng khí. NXB Khoa học và
kỹ thuật Hà Nội 2005

2.

Nguyễn Đức Lợi- Phạm Văn Tùy. Kỹ thuật lạnh cơ sở. NXB Giáo dục 1996

3.

Nguyễn Đức Lợi. Gas, dầu và chất tải lạnh. NXB Giáo dục 2007

4.

Lê Chí Hiệp. Kỹ thuật điều hịa khơng khí. NXB Khoa học và kỹ thuật 2007

5.

Hồng Đình Tín- Lê Chí Hiệp. Nhiệt động lực học kỹ thuật. NXB Đại học
quốc gia TP. Hồ Chí Minh 2007

6.

GS.TSKH. Trần Văn Phú. Giáo trình nhiệt kỹ thuật. NXB Giáo dục 2007

Giáo trình được hồn thành như trong q trình soạn cũng khơng tránh khỏi
khiếm khuyết do đó mong nhận được sự đóng góp của Lãnh đạo nhà trường, đồng
nghiệp và các em học sinh.
Xin trân trọng cảm ơn.

An Giang, ngày 20 tháng 03 năm 2018
Chủ Biên

Lê Vĩnh Triều
1


MỤC LỤC
I. LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................ 1
II. MỤC LỤC ....................................................................................................... 2
III. CHƯƠNG TRÌNH CHI TIẾT ..................................................................... 7
IV. NỘI DUNG
Chương I
CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG
§1. NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT
I. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II VÀ
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY NHIỆT ................................................. 13
1. Đơn vị đo công, nhiệt lượng và công suất ....................................................... 13
2. Dấu của công và nhiệt lượng ........................................................................... 13
3. Định luật nhiệt động II và nguyên lý làm việc của máy nhiệt ......................... 14
II. THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT ............................................. 15
1. Định nghĩa........................................................................................................ 15
2. Các thông số trạng thái .................................................................................... 15
III. NHIỆT DUNG RIÊNG .................................................................................. 17
1. Định nghĩa........................................................................................................ 17
2. Phân loại nhiệt dung riêng ............................................................................... 17
3. Cách tính nhiệt lượng....................................................................................... 17
§2. HƠI VÀ CÁC THƠNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA HƠI
I. CÁC PHA CỦA VẬT CHẤT .......................................................................... 20

1. Đồ thị pha......................................................................................................... 20
2. Các quá trình chuyển pha ................................................................................ 21
II. Q TRÌNH HĨA HƠI ĐẲNG ÁP CỦA CÁC CHẤT LỎNG.................... 22
1. Quá trình bay hơi ............................................................................................. 22
2. Q trình sơi..................................................................................................... 22
III. Q TRÌNH HĨA HƠI ĐẲNG ÁP CỦA NƯỚC ....................................... 23
1. Nhiệt hiện ......................................................................................................... 24
2. Nhiệt ẩn ............................................................................................................ 24
IV. ĐỒ THỊ MOLLIER CỦA MÔI CHẤT LẠNH............................................. 24
1. Giới thiệu đồ thị Mollier .................................................................................. 24
2. Cấu tạo đồ thị Mollier ...................................................................................... 25

2


§3. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MÁY LẠNH
I. CHU TRÌNH MÁY LẠNH SỬ DỤNG MÁY NÉN ....................................... 29
1. Chu trình carnot thuận chiều và hiệu suất của chu trình ................................. 29
2. Chu trình carnot ngược chiều, hệ số làm lạnh và hệ số bơm nhiệt .................. 29
II. CHU TRÌNH MÁY LẠNH HẤP THỤ ......................................................... 31
III. CHU TRÌNH MÁY LẠNH BÁN DẪN ........................................................ 32
Chương II
TRUYỀN NHIỆT
§1. DẪN NHIỆT
I. HỆ SỐ DẪN NHIỆT ........................................................................................ 34
1. Dòng nhiệt và mật độ dòng nhiệt ..................................................................... 34
2. Định luật Fourier về dẫn nhiệt ......................................................................... 34
II. DẪN NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG .............................................................. 35
1. Dẫn nhiệt qua vách phẳng 1 lớp ...................................................................... 35
2. Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp ............................................................... 36

III. DẪN NHIỆT QUA VÁCH TRỤ ................................................................... 38
1. Dẫn nhiệt qua vách trụ 1 lớp ............................................................................ 38
2. Dẫn nhiệt qua vách trụ nhiều lớp ..................................................................... 39
§2. ĐỐI LƯU VÀ BỨC XẠ NHIỆT
I. ĐỐI LƯU NHIỆT............................................................................................. 42
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỐI LƯU NHIỆT ..................................................... 42
III. BỨC XẠ NHIỆT ........................................................................................... 43
IV. CÁC HỆ SỐ BỨC XẠ .................................................................................. 44
§3. TRAO ĐỔI NHIỆT HỖN HỢP
I. TRAO ĐỔI NHIỆT QUA VÁCH PHẲNG ..................................................... 46
1. Truyền nhiệt qua vách phẳng 1 lớp ................................................................. 46
2. Truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp........................................................... 47
II. TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH TRỤ ............................................................ 49
1. Truyền nhiệt qua vách trụ 1 lớp ....................................................................... 49
2. Truyền nhiệt qua vách trụ nhiều lớp ................................................................ 50

3


Chương III
CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH
§1. CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH VÀ MÔI CHẤT LẠNH
I. Ý NGHĨA CỦA KỸ THUẬT LẠNH .............................................................. 53
1. Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với thực phẩm................................................ 53
2. Ứng dụng trong sản xuất bia, nước ngọt ......................................................... 55
3. Ứng dụng trong cơng nghiệp hố chất ............................................................. 56
4. Ứng dụng trong điều hồ khơng khí ................................................................ 56
5. Ứng dụng trong siêu dẫn .................................................................................. 56
6. Ứng dụng trong y tế và sinh học Cryô ............................................................. 56
7. Ứng dụng trong thể thao .................................................................................. 57

8. Ứng dụng trong xây dựng ................................................................................ 57
9. Ứng dụng khác ................................................................................................. 58
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH ............................................................. 58
1. Tủ lạnh nước đá đơn giản ................................................................................ 58
2. Làm lạnh bằng bay hơi chất lỏng..................................................................... 59
3. Tủ lạnh bằng R12 sôi ở áp suất khí quyển ....................................................... 59
4. Tủ lạnh khống chế áp suất sơi .......................................................................... 59
5. Tủ lạnh với vịng tuần hồn kín gas lạnh ......................................................... 60
III. MÔI CHẤT LẠNH, CHẤT TẢI LẠNH ....................................................... 61
1. Khái niệm và các yêu cầu cơ bản của môi chất lạnh ....................................... 61
2. Các môi chất lạnh thơng dụng ......................................................................... 62
3. Chất tải lạnh ..................................................................................................... 63

§2. CÁC HỆ THỐNG LẠNH THÔNG DỤNG
I. HỆ THỐNG LẠNH MỘT CẤP NÉN .............................................................. 64
1. Chu trình carnot ngược chiều .......................................................................... 64
2. Chu trình khơ ................................................................................................... 65
3. Chu trình q lạnh, q nhiệt .......................................................................... 68
4. Chu trình hồi nhiệt ........................................................................................... 70
5. Sự phụ thuộc của qo vào nhiệt độ bay hơi to và nhiệt độ ngưng tụ tk .............. 73
II. HỆ THỐNG LẠNH HAI CẤP NÉN .............................................................. 74
1. Chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu, làm mát trung gian 1 phần .................................... 75
2. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian 1 phần .................................... 76
3. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian toàn phần ............................... 79
4. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, bình trung gian có ống xoắn ................................. 80

4


§3. CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG LẠNH

I. MÁY NÉN LẠNH ........................................................................................... 83
1. Nhiệm vụ.......................................................................................................... 83
2. Phân loại .......................................................................................................... 83
3. Máy nén pittong ............................................................................................... 86
4. Máy nén trục vít ............................................................................................... 91
5. Máy nén roto .................................................................................................... 92
II. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ .................................................................................. 95
1. Vai trò và phân loại thiết bị ngưng tụ .............................................................. 95
2. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước .............................................................. 96
3. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và khơng khí ......................................102
4. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng khơng khí ...................................................107
III. THIẾT BỊ BAY HƠI ...................................................................................110
1. Vai trò, phân loại thiết bị bay hơi ..................................................................110
2. Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng ............................................................... 110
3. Thiết bị bay hơi làm lạnh khơng khí .............................................................. 116
IV. THIẾT BỊ TIẾT LƯU
1. Van tiết lưu tự động ....................................................................................... 119
2. Búp phân phối lỏng ........................................................................................ 121
IV. THIẾT BỊ PHỤ ............................................................................................ 122
1. Vai trị, vị trí thiết bị phụ trong hệ thống lạnh ...............................................122
2. Thiết bị trung gian.......................................................................................... 122
3. Bình tách dầu .................................................................................................125
4. Bình tách lỏng ............................................................................................... 127
5. Bình giữ mức - tách lỏng ..............................................................................131
6. Bình thu hồi dầu ............................................................................................. 132
7. Bình tách khí khơng ngưng ............................................................................133
8. Bình chứa cao áp và hạ áp .............................................................................135
9. Tháp giải nhiệt ............................................................................................... 137
10. Bộ lọc ẩm và lọc cơ khí ...............................................................................137
11. Van chặn ......................................................................................................138

12. Van 1 chiều ..................................................................................................139
13. Kính xem gas .............................................................................................. 140
14. Ong tiêu âm .................................................................................................141
15. Van nạp gas .................................................................................................141
17. Van xả gas (relief valve) .............................................................................141

5


Chương IV
CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
§1. KHƠNG KHÍ ẨM
I. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI KHƠNG KHÍ ẨM ......................................143
1. Khái niệm khơng khí ẩm................................................................................143
2. Phân loại khơng khí ẩm .................................................................................143
III. ĐỒ THỊ I-D VÀ T-D CỦA KHƠNG KHÍ ẨM ..........................................144
1. Các thơng số đặc trưng của khơng khí ẩm ..................................................... 144
2. Đồ thị khơng khí ẩm ...................................................................................... 145
3. Các q trình nhiệt động của khơng khí ẩm ..................................................146
§2. KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
I. KHÁI NIỆM ...................................................................................................151
1. Khái niệm, mục đích các hệ thống thơng gió ...............................................151
2. Phân loại các hệ thống thơng gió ...................................................................153
3. Khái niệm về điều hịa khơng khí ..................................................................153
II. CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ .............................................153
1. Hệ thống điều hịa khơng khí dùng trực tiếp
môi chất lạnh làm chất tải lạnh ..........................................................................153
2. Hệ thống điều hịa khơng khí với chất tải lạnh là khơng khí ......................... 156
3. Hệ thống điều hịa với chất tải lạnh là nước ..................................................157
4. Hệ thống điều hòa với chất tải lạnh là nước kết hợp với không khí ..............157

Tài liệu tham khảo ............................................................................................. 158

6


CHƯƠNG TRÌNH CHI TIẾT
MƠN HỌC: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT LẠNH VÀ ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ

Mã mơn học: MH14
Thời gian mơn học: 60h( Lý thuyết: 60h )
I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC:
- Là mơn học cơ sở kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị các kiến thức cần thiết cho các
phần học kỹ thuật chuyên môn tiếp theo.
- Là Môđun thiên về lý thuyết: tra bảng biểu và làm sáng tỏ các vấn đề lý thuyết.
II. MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC:
- Trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật Nhiệt-Lạnh và Điều
hịa khơng khí, cụ thể là: Mơi chất lạnh, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Máy
lạnh, cấu trúc cơ bản của hệ thống lạnh và hệ thống ĐHKK.
- Học sinh cần đạt được kỹ năng tra bảng các thông số trạng thái của môi chất, sử
dụng đồ thị, chuyển đổi các đơn vị đo và tính tốn được các bài tốn đơn giản về
Nhiệt-Lạnh.
III. NỘI DUNG MƠN HỌC:
1. Nội dung tổng quát:

Thời gian (giờ)
TT

Tên chương, mục

Thực hành,

Tổng
Lý
thí nghiệm, Kiểm
số thuyết thảo luận,
tra
bài tập

Chương 1 : CƠ SỞ KỸ THUẬT
NHIỆT ĐỘNG
I

Bài 1 : Nhiệt động kỹ thuật

4

4

II

Bài 2 : Hơi và các thông số trạng thái của
hơi

9

7

1

1
7

III

Bài 3 : Chu trình nhiệt động của máy lạnh

6

6

IV

Chương 2 : TRUYỀN NHIỆT
Bài 1 : Dẫn nhiệt

4

2

V

Bài 2 : Đối lưu và bức xạ nhiệt

3

3

VI

Bài 3 :Trao đổi nhiệt hỗn hợp

7

4

2

2

1

Chương 3 : CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH
VII

Bài 1 :Cơ sở kỹ thuật lạnh và môi chất
lạnh

4

4

VIII

Bài 2 :Các hệ thống lạnh thông dụng

9

5

Bài 3 :Các thiết bị trong hệ thống lạnh

8

6

IX

4
2

Chương 4 : CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU
HÒA KHƠNG KHÍ
X

Bài 1 :Khơng khí ẩm

3

2

XI

Bài 2 :Khái niệm về điều hịa khơng khí

3

3

60

46

Tổng cộng :

1

10

4

2. Nội dung chi tiết:

Thời gian (giờ)

TT

Tên chương, mục

Tổng
số

Lý
thuyết

Thực
hành, thí
nghiệm,
thảo luận,
bài tập

Kiểm tra

8


Chương 1 : CƠ SỞ KỸ THUẬT
NHIỆT ĐỘNG
I

II

Bài 1 : Nhiệt động kỹ thuật

4

4

I.Định luật nhiệt động II và
nguyên lý làm việc của máy nhiệt

2

II.Thông số trạng thái của môi
chất

1

III.Nhiệt dung riêng

1

Bài 2 : Hơi và các thông số trạng
thái của hơi

9

7

I.Các pha của vật chất

1

II.Q trình hóa hơi đẳng áp của
các chất lỏng

2

III.Q trình hóa hơi đẳng áp của
nước

2

IV.Đồ thị Mollier của môi chất
lạnh

2

Kiểm tra lần 1
III

Bài 3 : Chu trình nhiệt động của
máy lạnh

1

1

1
1

6

6

I.Chu trình của máy lạnh sử dụng
máy nén

2

II.Chu trình máy lạnh hấp thụ

2

III.Chu trình máy lạnh bán dẫn

2

9

Chương 2 : TRUYỀN NHIỆT
IV

V

Bài 1 : Dẫn nhiệt

4

2

I.Hệ số dẫn nhiệt

0.5

II.Dẫn nhiệt qua vách phẳng

0.5

1

III. Dẫn nhiệt qua vách trụ

0.5

1

Bài 2 : Đối lưu và bức xạ nhiệt

3

I.Đối lưu nhiệt

1

III. Bức xạ nhiệt

0.5

IV. Các hệ số bức xạ
Bài 3 :Trao đổi nhiệt hỗn hợp

3
0.5

II.Các phương pháp đối lưu nhiệt

VI

2

1
7

4

2

I.Trao đổi nhiệt qua vách phẳng

2

1

II. Trao đổi nhiệt qua vách trụ

2

1

Kiểm tra lần 2

1

1

Chương 3 : CƠ SỞ KỸ THUẬT
LẠNH
VII

VIII

Bài 1 :Cơ sở kỹ thuật lạnh và
môi chất lạnh

4

4

I.Ý nghĩa kỹ thuật lạnh

1

II.Các phương pháp làm lạnh

1

III. Môi chất lạnh, chất tải lạnh

2

Bài 2 :Các hệ thống lạnh thông
dụng

9

5

4

10


IX

I.Hệ thống lạnh một cấp nén

2

2

II.Hệ thống lạnh hai cấp nén

3

2

Bài 3 :Các thiết bị trong hệ
thống lạnh

8

6

I.Máy nén lạnh

2

II.Thiết bị ngưng tụ

1

III.Thiết bị bay hơi

1

IV.Thiết bị tiết lưu

1

V.Thiết bị phụ

1

2

Kiểm tra lần 3
Chương 4 : CƠ SỞ KỸ THUẬT
ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
X

XI

Bài 1 :Khơng khí ẩm

3

2

I.Khái niệm và phân loại khơng
khí ẩm

1

II.Đồ thị I-D và T-D của khơng
khí ẩm

1

Bài 2 :Khái niệm về điều hịa

khơng khí

2

1

II.Các hệ thống điều hịa khơng
khí

1

Tổng cộng :

1

2

I.Khái niệm

Ơn tập

1

1

1

60

46

10

4

11


IV. ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MƠN HỌC: (máy móc, trang thiết bị, công cụ,
nguyên vật liệu, và các nguồn lực khác):
Chương trình được thực hiện bắt buộc đối với các học viên trung cấp nghề và cao
đẳng nghề máy lạnh và điều hồ khơng khí. Trước khi học mơ đun lạnh cơ bản. Sau khi học
các môn vật liệu điện lạnh, an toàn lao động điện lạnh và kỹ thuật đo lường điện lạnh.
Chương trình thiên về lý thuyết; các bài tập ứng dụng chủ yếu là tra bảng biểu, hoặc
làm sáng tỏ các vấn đề lý thuyết.
V. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ:
Các điểm kiểm tra thường xuyên ở các bài học, kiểm tra định kỳ ở cuối phần. Thi hết
môn theo tiến độ học tập của nhà trường. Điểm tổng kết môn học theo qui chế thi và kiểm
tra.
VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
-

Kỹ thuật nhiệt-Bùi Hải và Trần Thế Sơn - NXB Giáo dục

-

Thơng gió và điều hịa khơng khí-Nguyễn Đức Lợi và Phạm Văn Tùy -NXB Khoa
học kỹ thuật

12

Chương I
CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG
§1. NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT
Mục tiêu:
- Trình bày được nguyên lý hoạt động của các máy nhiệt;
- Trình bày được các thơng số cơ bản của mơi chất;
- Trình bày và tính tốn được nhiệt lượng cơ bản;
- Chú ý cẩn thận tỉ mỉ trong q trình tính tốn.
I. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA
MÁY NHIỆT
1. Đơn vị đo công, nhiệt lượng và công suất
- Công ký hiệu là L(l) và nhiệt lượng ký hiệu là Q(q) ứng với G kg môi chất là
các dạng khác nhau của năng lượng và được đo bằng đơn vị Jule(J), Calo(cal) hoặc
BTU. Trong đó J là đơn vị đo năng lượng nói chung của hệ đo cơ bản (hệ SI).Công
được định nghĩa là cơng của lực có cường độ 1N dịch chuyển 1m. Cal cũng là đơn vị
đo nhiệt lượng, 1 cal là nhiệt lượng cần thiết khi đốt nóng 1g nước để nhiệt độ của nó
tăng lên 1 độ. BTU là đơn vị chuyên biệt đo nhiệt lượng của nước Anh, Mỹ hiện nay.
Quan hệ giữa 3 đơn vị đo như sau:
1 cal = 4,1868 J = 0,003968 BTU
hoặc

1 kcal = 4,186 KJ = 3,968 BTU

- Các đại lượng tương ứng với G kg môi chất được ký hiệu bằng các chữ hoa,
cịn các đại lượng tương ứng với 1kg mơi chất được ký hiệu bằng các chữ thường.
Như vậy công tương ứng với 1 kg môi chất tương ứng sẽ được ký hiệu là l(J/kg) và
q(J/kg).
- Công suất ký hiệu là P được định nghĩa là công thực hiện trong một đơn vị thời

gian. Đơn vị chuẩn đo trong hệ SI là W. Như vậy W=J/s. Quan hệ giữa các đơn vị đo
công suất thường gặp là:
1 W= 3,412 BTU/h = 0.859845 kcal/h.
2. Dấu của công và nhiệt lượng
Trong nhiệt động kỹ thuật, người ta quy ước:

13


- Công do môi chất sinh ra là công dương và công khi môi chất nhận từ môi
trường là công âm. Do đó cơng sinh ra trong các động cơ nhiệt là công dương và công
tiêu tốn trong các máy lạnh hoặc bơm nhiệt là công âm.
- Nhiệt lượng do môi chất nhận được là nhiệt lượng dương và nhiệt lượng do môi
chất tỏa ra là nhiệt lượng âm. Do đó nhiệt lượng mà mơi chất lạnh nhận được từ các
vật cần làm lạnh trong dàn lạnh là nhiệt lượng dương và nhiệt lượng mà môi chất thảy
vào môi trường qua dàn nóng là nhiệt lượng âm.
3. Định luật nhiệt động II và nguyên lý làm việc của máy nhiệt
Định luật nhiệt động I chính là định luật bảo tồn và biến hố năng lượng viết
cho các q trình nhiệt động, nó cho phép tính tốn cân bằng năng lượng trong các
q trình nhiệt động, xác định lượng nhiệt có thể chuyển hố thành cơng hoặc cơng
chuyển hố thành nhiệt. Tuy nhiên nó khơng cho ta biết trong điều kiện nào thì nhiệt
có thể biến đổi thành cơng và tồn bộ nhiệt có thể biến đổi hồn tồn thành cơng
khơng.
Định luật nhiệt động II cho phép ta xác định trong điều kiện nào thì quá trình sẽ
xảy ra, chiều hướng xảy ra và mức độ chuyển hoá năng lượng của quá trình. Định luật
nhiệt động II là tiền đề để xây dựng lý thuyết động cơ nhiệt và thiết bị nhiệt.
Có nhiều cách phát biểu định luật nhiệt động II:
- Cách thứ nhất do Thomson-Planck phát biểu năm 1851: Không thể có động cơ
nhiệt có khả năng biến tồn bộ nhiệt lượng cung cấp cho nó thành cơng mà khơng
mất đi một phần nhiệt lượng truyền cho các vật khác. Như vậy nếu động cơ nhiệt

nhận được một nhiệt lượng q1 từ nguồn nóng để sinh cho chúng ta một cơng l thì nó
phải mất một nhiệt lượng q2 truyền cho nguồn lạnh
q1 = l + |q2|
- Cách thứ hai do Carnot-Clausius đề xuất năm 1851: Nhiệt lượng tự nó chỉ có
thể truyền từ nơi có nhiệt độ cao tới nơi có nhiệt độ thấp. Muốn truyền ngược lại phải
tiêu tốn thêm một năng lượng. Như vậy muốn làm lạnh một vật chúng ta cần phải tiêu
tốn một công l nào đó để đưa nhiệt lượng q 2 từ nơi có nhiệt độ thấp đến nơi có nhiệt
độ cao hơn q1.
|q1| = |l |+ q2

14


Hình 1.1 Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt và máy lạnh
Như vậy, cả động cơ nhiệt cũng như máy lạnh và bơm nhiệt chỉ có thể làm việc
khi có hai nguồn nhiệt có nhiệt độ khác nhau.
II. THƠNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MƠI CHẤT
1. Định nghĩa
Thơng số trạng thái là một đại lượng vật lý có một giá trị duy nhất ở một trạng
thái. Có 8 thơng số trạng thái: thể tích riêng, áp suất, nhiệt độ, nội năng, năng lượng
đẩy, entanpy, entropy và execgy. Trong 8 thông số này thì thì có các thơng số có thể
đo được là: thể tích riêng, áp suất và nhiệt độ
2. Các thơng số trạng thái
a. Thể tích riêng v
Thể tích riêng v là thể tích của 1 kg mơi chất. Do đó nếu gọi V là thể tích của G
kg mơi chất thì thể tích riêng v được xác định:
v

V
G

Đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng là khối lượng riêng ρ (kg/m3)


1 G

v V

b. Áp suất
Áp suất là áp lực của các phân tử môi chất tác động lên một đơn vị diện tích
thành bình theo phương pháp tuyến. Nếu gọi F (N) là lực tác dụng của các phân tử lên
thành bình và S (m2) là diện tích bao quanh mơi chất thì áp suất bằng:
p

F
(N/m2)
S

Đơn vị đo áp suất N/m2 còn được gọi là Pascal(Pa). Pascal là đơn vị đo áp suất
chuẩn trong hệ SI. Ngoài ra còn dùng các đơn vị đo khác như atmotphe kỹ thuật (at)
15


atmotphe vật lý(atm), milimet cột thủy ngân, milimet cột nước, PSI… Ta có quan hệ
giữa các đơn vị đo như sau:
1 at = 0,9807 bar = 735 mmHg = 10 mH2O (at: Atmosphere technical)
1 at = 735 torr (torr: torricelli)
1 at = 1000 centimeter water (4oC)
1 atm = 101325 Pa (atm: Standard atmosphere )= 760mmHg
1 bar = 105 N/m2 = 105 Pa= 14,5 PSI=750mmHg

1 kgf/cm2 = 1 at = 98,0665 kPa
1PSI = 6,8948 kPa = 6894,84 N/m2
- Áp suất tuyệt đối của môi chất là một trong ba thông số trạng thái cơ bản và có
thể đo được trực tiếp.
+ Nếu áp suất nơi cần đo lớn hơn áp suất khí quyển (p kq) thì áp suất đo được gọi
là áp suất dư hay áp suất tương đối (pd). Khi đó áp suất tuyệt đối (ptđ) được tính bằng:
ptđ = pd + pkq
+ Nếu áp suất nơi cần đo nhỏ hơn áp suất khí quyển (p kq) thì áp suất đo được gọi
là áp suất chân khơng (pck). Khi đó áp suất tuyệt đối (ptđ) được tính bằng:
ptđ = pkq - pck
- Dụng cụ đo áp suất khí áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển là áp kế hay
manomet. Dụng cụ đo áp suất khi áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển gọi là
chân không kế hay vaccuummet.
c. Nhiệt độ
Nhiệt độ là thông số xác định động năng của các phân tử, hay nói đơn giản nhiệt
độ là thông số trạng thái xác định mức độ nóng hay lạnh của vật.
• Nhiệt độ tuyệt đối ký hiệu T(K) là đại lượng vật lý tỷ lệ với mức độ chuyển
động nhiệt của các phân tử

T: Nhiệt độ tuyệt đối hay nhiệt độ Kelvin (K)
R: Hằng số phổ biến của chất khí R=8314 (J/kmolK)
: Động năng trung bình của các phân tử khí(J/kmol)
• Nhiệt độ Celsius ký hiệu t(oC) đã chọn nhiệt độ đông đặc to= 0 oC và nhiệt độ
sôi tsôi=100 oC của nước ở áp suất 760mmHg(1,01325 bar) làm điểm mốc và chia làm
100 khoảng bằng nhau.
16


t(oC) = T(K) - 273,16
• Nhiệt độ Fahrenheit ký hiệu là T(oF) thường được sử dụng ở các nước Anh,

Mỹ…
t(oC) = ( T(oF) - 32)

III. NHIỆT DUNG RIÊNG
1. Định nghĩa
Nhiệt dung riêng của một chất là nhiệt lượng cần thiết làm nhiệt độ của một
đơn vị vật chất đó thay đổi một độ theo một q trình nào đó. Nhiệt dung riêng của
một chất phụ thuộc vào đơn vị vật chất và quá trình trao đổi nhiệt.
2. Phân loại nhiệt dung riêng
Với chất lỏng hoặc chất rắn, đơn vị đo vật chất thường là khối lượng(kg). Với
chất khí có thể có 3 đơn vị đo vật chất: khối lượng(kg), thể tích V(m3tc) và kmol. Về
q trình cung cấp nhiệt cũng có 3 q trình: q trình cấp nhiệt đẳng tích, quá trình
cấp nhiệt đẳng áp và quá trình cấp nhiệt đa biến, đo đó ta có các loại nhiệt dung riêng
sau:
- Nhiệt dung riêng khối lượng C(J/kgK)
+ Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp Cp(J/kgK)
+ Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích Cv(J/kgK)
+ Nhiệt dung riêng khối lượng đa biến Cn(J/kgK)
- Nhiệt dung riêng thể tích C’(J/m3tcK)
+ Nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp C’p(J/m3tcK)
+ Nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích Cv(J/m3tcK)
+ Nhiệt dung riêng thể tích đa biến Cn(J/m3tcK)
- Nhiệt dung riêng kmol C  (J/kmolK)
+ Nhiệt dung riêng kmol đẳng áp C p (J/kmolK)
+ Nhiệt dung riêng kmol đẳng tích C v (J/kmolK)
+ Nhiệt dung riêng kmol đa biến C  (J/kmolK)
3. Cách tính nhiệt lượng
Nhiệt lượng được tính theo nhiệt dung riêng hoặc theo entropy. Ta có
Q=G.C.∆t=Vtc.C’.∆t
Q: Nhiệt lượng (J)

17


G: Khối lượng chất khí(kg)
C: Nhiệt dung riêng khối lượng(J/kgK)
C’: Nhiệt dung riêng thể tích(J/m3tcK)
Vtc: Thể tích ở điều kiện tiêu chuẩn(m3tc)
Bảng1.1: Nhiệt dung riêng trung bình của một số kim loại
Phạm vi nhiệt độ

0oC ÷ 100 oC

0oC ÷ 300 oC

0oC ÷ 500 oC

Đơn vị

kJ/kg.K

kJ/kg.K

kJ/kg.K

Nhơm

0,908

0,954

0,992

Chì

0,131

0,136

-

Sắt

0,464

0,469

0,473

Thép 0,2%C

0,473

0,502

0,540

Thép 0,2%C

0,490

0,515

0,552

Gang

0,544

0,573

0,590

Đồng

0,387

0,401

0,408

Bảng 1.2: Bảng nhiệt dung riêng đẳng áp của một số chất rắn, chất lỏng và chất
khí
Chất

kJ/kg.K

Chất

kJ/kg.K

Chất

Bê tơng

0,88

Benzen

1,72

KK khơ, 20oC

1,007

Gỗ

2,1 ÷ 2,9

Glyxerin

2,43

Oxy, 20oC

0,915

Gạch

0,84

Thủy ngân

0,138

Nito, 0oC

1,039

Nước đá

2,04

Nước

4,1816

Amoniac,
100oC

2,23

kJ/kg.K

18


Bài tập:
1. Áp suất trên đồng hồ đo một bình chứa hơi có giá trị quan sát được là 7,5
kgf/cm2 . Hãy xác định áp suất tuyệt đối trong bình chứa hơi đó?
2. Hãy tính nhiệt lượng để cung cấp cho 2,5kg nhôm từ 30oC lên 250oC ?

Câu hỏi ôn tập:
1. Hãy vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt và của
máy lạnh?
2. Hãy trình bày cơng thức xác định áp suất tuyệt đối ?
3. Hãy trình bày mối liên hệ giữa các đơn vị đo nhiệt độ ?

19


§2. HƠI VÀ CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA HƠI

Mục tiêu:
- Trình bày được các trạng thái pha của mơi chất;
- Trình bày và tra được đồ thị Mollier của mơi chất lạnh;
- Trình bày được các q trình chuyển pha của mơi chất;
- Vẽ và trình bày được đồ thị pha của mơi chất;
- Tính tốn được q trình chuyển pha của nước;
- Chú ý cẩn thận tỉ mỉ trong q trình tính tốn.
I. CÁC PHA CỦA VẬT CHẤT
Tất cả các vật chất đều có thể tồn tại ở bốn trạng thái: rắn, lỏng, khí và plasma,
tùy theo điều kiện áp suất và nhiệt độ. Bốn trạng thái gọi chung là pha. Trong nhiệt
động kỹ thuật cơ sở ta chỉ xét đến ba pha là pha rắn, pha lỏng và pha khí hoặc hơi.
1. Đồ thị pha
Đồ thị biểu diễn các trạng thái chuyển pha của các chất gọi tắt là đồ thị pha. Đồ
thị pha của các chất có cấu tạo giống nhau, chỉ khác về các thơng số cụ thể. Đồ thị
pha biểu diễn trên trục tọa độ p-t như sau

Hình 2.1 Đồ thị pha
- Điểm O là điểm chung nhau của ba đường chuyển pha gọi là điểm ba thể. Ở
điểm đó vật chất tồn tại cả ba trạng thái: rắn, lỏng, và hơi. Điểm ba thể của nước có

to=0,01oC và po=0,005929 bar, điểm ba thể của NH3 có to=-77,6oC và po=0,0606 bar.
- Điểm K là ranh giới cuối cùng của pha lỏng và pha hơi, gọi là điểm tới hạn. Ở
20


điểm này ẩn nhiệt hóa hơi bằng khơng. Điểm tới hạn của nước là t k=374,15oC,
pk=221,29 bar, điểm tới hạn của NH3 là tk=132,3oC, pk=112,8 bar.
- Đồ thị pha chia trạng thái vật chất ra làm ba vùng tương ứng với pha ba:
+ Pha rắn: Các điểm nằm bên trái đường AOB
+ Pha lỏng: Các điểm nằm giữa hai đường OA và OK
+ Pha hơi: Các điểm nằm bên phải đường BOK.
- Vật chất nằm trên các đường biến pha muốn chuyển từ pha này sang pha khác
môi chất phải nhận hoặc tỏa ra một nhiệt lượng nhất định. Nhiệt lượng này gọi chung
là nhiệt chuyển pha.
2. Các quá trình chuyển pha
Q trình chuyển pha có 2 đặc điểm:
- Áp suất và nhiệt độ trong quá trình chuyển pha là hai thông số phụ thuộc lẫn
nhau.
- Áp suất và nhiệt độ trong q trình chuyển pha khơng đổi
a. Q trình nóng chảy và q trình đơng đặc
Q trình nóng chảy là quá trình vật chất chuyển từ pha rắn sang pha lỏng và
ngược lại q trình đơng đặc là q trình vật chất chuyển từ pha lỏng sang pha rắn.
Khi 1kg vật chất ở thể rắn nằm trên đường chuyển pha thực hiện q trình nóng chảy
để chuyển về thể lỏng cần một nhiệt lượng là rnc, và ngược lại 1kg vật chất ở thể lỏng
nằm trên đường chuyển pha muốn chuyển về thể rắn thì cần tỏa ra một nhiệt lượng
đúng bằng rnc. Nhiệt lượng rnc gọi là nhiệt ẩn nóng chảy(đơng đặc) là nhiệt lượng cần
thiết để đưa 1kg vật chất ở trạng thái rắn nằm trên đường chuyển pha về trạng thái
lỏng cũng nằm trên đường đó.
b. Q trình hóa hơi và q trình ngưng tụ
Q trình hóa hơi là q trình vật chất chuyển từ thể lỏng sang thể hơi và ngược

lại quá trình ngưng tụ là quá trình vật chất chuyển từ thể hơi sang thể lỏng. Khi 1kg
vật chất ở thể lỏng nằm trên đường chuyển pha thực hiện quá trình chuyển pha về thể
hơi thì cần một nhiệt lượng rbh. Ngược lại, khi 1kg vật chất ở thể hơi nằm trên đường
chuyển pha muốn thực hiện quá trình ngưng tụ để chuyển về thể lỏng thì phải tỏa ra
một nhiệt lượng đúng bằng rbh. Nhiệt lượng rbh gọi là ẩn nhiệt hóa hơi(ngưng tụ) là
nhiệt lượng cần thiết để đưa 1kg vật chất ở trạng thái lỏng nằm trên đường chuyển
pha sang trạng thái hơi cũng nằm trên đường đó.
c. Q trình thăng hoa và quá trình ngưng kết
Quá trình thăng hoa là quá trình vật chất chuyển từ thể rắn sang thể hơi và
ngược lại quá trình ngưng kết là quá trình vật chất chuyển từ thể hơi sang thể rắn.
21


Quá trình thăng hoa và quá trình ngưng kết chỉ xảy ra khi trạng thái vật chất nằm
dưới điểm ba thể. Khi 1kg vật chất ở thể rắn nằm trên đường chuyển pha thực hiện
quá trình chuyển pha về thể hơi thì cần một nhiệt lượng r th. Ngược lại, khi 1kg vật
chất ở thể hơi nằm trên đường chuyển pha muốn thực hiện quá trình ngưng tụ để
chuyển về thể rắn thì phải tỏa ra một nhiệt lượng đúng bằng r th. Nhiệt lượng rth gọi là
ẩn nhiệt thăng hoa(ngưng kết) là nhiệt lượng cần thiết để đưa 1kg vật chất ở trạng thái
rắn nằm trên đường chuyển pha sang trạng thái hơi cũng nằm trên đường đó.

Hình 2.2 Các q trình chuyển pha của vật chất
II. Q TRÌNH HĨA HƠI ĐẲNG ÁP CỦA CÁC CHẤT LỎNG
Q trình hóa hơi là quá trình vật chất chuyển từ pha lỏng sang pha hơi. Q
trình hóa hơi xảy ra khi áp suất lớn hơn áp suất điểm ba thể. Quá trình hóa hơi bao
gồm q trình bay hơi và q trình sơi. Q trình hóa hơi có thể thực hiện ở nhiều
điều kiện khác nhau nhưng trong kỹ thuật thường xảy ra q trình hóa hơi đẳng áp.
1. Q trình bay hơi
Quá trình bay hơi là quá trình vật chất chuyển từ pha lỏng sang pha hơi và chỉ
xảy ra trên mặt thống ở áp suất và nhiệt độ nào đó. Cường độ bay hơi phụ thuộc vào

bản chất của chất lỏng và khi nhiệt độ tăng thì cường độ bay hơi cũng tăng.
2. Q trình sơi
Q trình sơi là q trình hóa hơi xảy ra khơng chỉ trên mặt thống của chất lỏng
mà cả bên trong tồn bộ khơng gian của chất lỏng. Ở một áp suất nhất định, quá trình
sơi cũng xảy ra ở một nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ sôi hay nhiệt độ
bão hịa. Áp suất và nhiệt độ sơi là 2 thơng số phụ thuộc lẫn nhau. Áp suất càng tăng
thì nhiệt độ sôi càng tăng và ngược lại áp suất càng giảm thì nhiệt độ sơi càng giảm.
Cũng như các q trình chuyển pha khác, q trình hóa hơi của các chất đều
thực hiện theo quy luật chung:
- Lỏng chưa sôi nhận nhiệt lượng để biến thành lỏng sôi hay lỏng bão hịa. Q
trình này gọi là q trình đốt nóng. Đặc điểm q trình này là nhiệt độ tăng từ t ban
đầu lên tbh. Như vậy lỏng bão hòa là lỏng có nhiệt độ bằng nhiệt độ bão hịa
22


- Lỏng bão hòa tiếp tục nhận nhiệt lượng, một phần lỏng bão hịa biến dần thành
hơi có nhiệt độ bằng nhiệt độ bão hòa, hỗn hợp này gọi là hơi bão hịa ẩm. Đặc điểm
của q trình này là nhiệt độ khơng thay đổi.
- Hơi bão hịa ẩm tiếp tục nhận thêm nhiệt lượng để tất cả lỏng bão hịa biến
thành hơi có nhiệt độ bằng nhiệt độ bão hịa. Đặc điểm của q trình này là nhiệt độ
khơng đổi. Hơi ở trạng thái này gọi là hơi bão hịa khơ.
- Hơi bão hịa khơ tiếp tục được đốt nóng để nhiệt độ của nó lớn hơn nhiệt độ
bão hịa ứng với áp suất sơi. Q trình này gọi là quá trình làm quá nhiệt. Đặc điểm
của quá trình này là nhiệt độ của hơi tăng từ tbh lên nhiệt độ t>tbh. Hơi ở trạng thái này
gọi là hơi quá nhiệt. Vậy hơi quá nhiệt là hơi có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ hơi bão hịa
III. Q TRÌNH HÓA HƠI ĐẲNG ÁP CỦA NƯỚC
Giả sử lấy một khối băng có trọng lượng 1kg và nhiệt độ ban đầu là -50oC, dùng
đèn để nung lên và dùng nhiệt kế để quan sát sự thay đổi nhiệt độ của khối băng này,
ta vẽ được đồ thị biến đổi nhiệt độ theo thời gian như sau:

Hình 2.3 Q trình hóa hơi của nước
- Ứng với đoạn AB của đồ thị: nhiệt độ khối băng nhanh chóng tăng từ -50oC lên
0oC mà không tan chảy.
- Ứng với đoạn BC của đồ thị: khối băng tan chảy hoàn toàn ở 0 oC mà không
tăng nhiệt.
- Ứng với đoạn CD của đồ thị: nhiệt độ nước nhanh chóng tăng từ 0 oC đến
100oC mà không bay hơi
- Ứng với đoạn DE của đồ thị: nước sơi và bay hơi hồn tồn ở 100 oC mà không
tăng nhiệt.
- Ứng với đoạn EF của đồ thị: nhiệt độ hơi nước tăng từ 100oC lên 150oC.
23


1. Nhiệt hiện
Là quá trình vật chất được cung cấp hoặc lấy đi nhiệt lượng mà không làm thay
đổi trạng thái vật chất, chỉ làm thay đổi nhiệt độ (tương ứng với đoạn AB, CD và EF
trên đồ thị), nhiệt lượng này được gọi là nhiệt động và được tính theo cơng thức sau:
Qh = G.C.(t2 – t1) (W)
Trong đó:
Qh là nhiệt hiện (kJ)
G là khối lượng vật chất.(kg)
t1 và t2 lần lượt là nhiệt độ ban đầu và cuối quá trình nung (K)
C là nhiệt dung riêng ( kJ/kgK), đây là nhiệt lượng cần cung cấp hoặc lấy đi để
1Kg vật chất thay đổi 1K. Với nước ở áp suất khí quyển, ta có:
CAB(thể rắn) = 2,12(kJ/kgK)
CCD(thể lỏng) = 4,18(kJ/kgK)
CDE(thể hơi) = 1,86(kJ/kgK)
2. Nhiệt ẩn
Là quá trình vật chất được cung cấp hoặc lấy đi nhiệt lượng mà không làm thay
đổi nhiệt độ vật chất, chỉ làm thay đổi trạng thái (tương ứng với đoạn BC và DE trên

đồ thị), nhiệt lượng này được gọi là nhiệt ẩn và được tính theo cơng thức sau:
Qa = G.r (W)
Trong đó:
Qa là nhiệt ẩn (kJ)
G là khối lượng vật chất (kg)
r là ẩn nhiệt ( kJ/kg), đây là nhiệt lượng cần cung cấp hoặc lấy đi để 1kg vật chất
thay đổi trạng thái hồn tồn.
rBC(tan chảy, đơng đặc) = 333(kJ/kg)
rDE(bốc hơi, ngưng tụ) = 2256(kJ/kg)
IV. ĐỒ THỊ MOLLIER CỦA MÔI CHẤT LẠNH
1. Giới thiệu đồ thị Mollier
Đồ thi Mollier là đồ thị biểu diễn trạng thái gas lạnh theo áp suất (thang Logarit
trục tung) và Enthalpy ( thang tuyến tính trục hồnh) nên cịn gọi là đồ thị logp-h. Đồ
thị do nhà bác học người Đức Mollier xây dựng năm 1912.
24