Đáp án đề thi Nhiệt động lực học kĩ thuật Haui 2020

ĐÁP ÁN ĐỀ THI MÔN NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KĨ THUẬT 2021-2022
Bài 1: Xác định trạng thái hơi nước trong khơng khí ẩm ở các điều kiện sau:
a. Khơng khí có nhiệt độ T = 25oC, phân áp suất của hơi nước trong khơng khí ph = 22.5 mmHg.
b. Khơng khí có nhiệt độ T = 25oC, phân áp suất của hơi nước trong khơng khí ph = 36 mmHg.
Bài giải
Kiến thức cần lưu ý:
- Biết tra bảng từ nhiệt độ suy ra áp suất hơi bão hòa.
- Nếu ph < phbh : Hơi nước ở trạng thái hơi quá nhiệt.
- Nếu ph = phbh : Hơi nước ở trạng thái hơi bão hịa khơ.
- Nếu ph > phbh : Hơi nước ở trạng thái hơi bão hòa ẩm.
a. Từ bảng “Nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ” ta tra tại T = 25oC có pbhb = 0.03166 bar
đổi 0.03166 bar = 0.03166 x 105 = 3166 Pa ( bấm máy tính chế độ CONVERT: Pa  mmHg )
ta được phbh = 23.74 mmHg. Ta so sánh ph với phbh : ph < phbh thì trạng thái hơi nước là Hơi quá nhiệt.
b. Từ bảng “Nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ” ta tra tại T = 25oC có pbhb = 0.03166 bar
đổi 0.03166 bar = 0.03166 x 105 = 3166 Pa ( bấm máy tính chế độ CONVERT: Pa  mmHg )
ta được phbh = 23.74 mmHg. Ta so sánh ph với phbh : ph > phbh thì trạng thái hơi nước là Hơi bão hịa ẩm.
Bài 2: Khói thải từ buồng đốt của lị hơi trong phịng thí nghiệm có nhiệt độ là 200oC. Cho biết thành phần
thể tích của các chất có trong khói thải như sau: 12% CO2, 5% O2; 83%N2. Nếu người ta làm nguội khói thải
đến 30oC theo q trình đẳng áp ở p = 100 kpa.
a. Xác định thể tích riêng của hỗn hợp khí ở đầu của quá trình ?
b. Xác định thể tích riêng của hỗn hợp khí ở cuối của q trình ?
Bài giải
Kiến thức cần lưu ý:
- Phương trình trạng thái khí lý tưởng cho hỗn hợp khí: p.Vhh = Ghh . Rhh . T hoặc p.vhh = Rhh . T
- Trong đó:
+ p ( Pa or N/m3 ): áp suất tuyệt đối. Nếu cho áp suất dư thì p = pd + pkk ( pkk = 1 bar )
+ Vhh ( m3 ): thể tích hỗn hợp.
+ vhh ( m3/kg ): thể tích riêng hỗ hợp. Tính bằng Vhh / Ghh
+ Ghh ( kg ): khối lượng hỗn hợp.
+ Rhh ( J/kg.độ ): hằng số chất khí. Tính bằng Rhh = trong đó là phân tử lượng hỗn hợp
(giống cái phân tử khối M trong hóa học, nếu xét đơn chất thì = M chất đó)

Cơng thức tính phân tử lượng của hỗ hợp: = trong đó gi (%) thành phần khối lượng của từng chất; ri (%) là
thành phần thể tích của từng chất trong hỗn hợp.
+ T (oK): là nhiệt độ chất đó.
a. Tại thời điểm ban đầu: T = 300oC = 573oK; p = 100kpa = 100000pa.
- Áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng ta có: p.vhh = Rhh . T
- Trong đó p = 100000pa; T = 573oK; Rhh = = = = 276.03
- Suy ra vhh = 1.58 m3
b. Tại thời điểm sau: T = 30oC = 303oK; p = 100000pa. Tương tự ta tính được vhh = 0.84 m3


Bài 3: Đốt nóng 10kg khơng khí trong điều kiện áp suất tuyệt đối không đối p = 2 bar từ 20 oC đến 120 oC.
a. Biểu diễn quá trình p-v và T-S
b. Tính thể tích riêng ở trạng thái cuối của quá trình.
c. Xác định các đại lượng U,I,S,Q,Wtt,Wkts (cho nhiệt dung riêng C là hằng số)
Bài giải
Kiến thức cần lưu ý:
* Nhiệt dung riêng :
+ Nhiệt dung riêng khối lượng C : gồm Cv ( đẳng tích ) và Cp ( đẳng áp ) , kJ/kg.độ
+ Nhiệt dung riêng thể tích C’, kJ/m3.độ
+ Nhiệt dung riêng kmol C: giống C, kJ/kmol.độ
- Công thức: Cv = C / hoặc Cp = C / ; C’ = C / 22,4
+ C và C tra ở bảng “Nhiệt dung riêng hằng số”
* Định luật nhiệt động lực học với hệ kín:
+ Xét cho G kg chất khí, nhiệt lượng Q = U + Wtt = I + Wkt , kJ
+ Với khí lý tưởng thì biến thiên nội năng U = G.Cv.t và biến thiên Entanpi I = G.Cp.t
+ Quy ước dấu: Hệ nhận nhiệt Q(+), thải nhiệt Q(-) và nhận cơng W(-), sinh cơng W(+)
- Đối với q trình đẳng tích, V = const: p2/p1 = T2/T1
+ Đồ thị P-V và T-S đối với q trình đẳng tích

+ Cơng thể tích Wtt = 0  Nhiệt lượng Q = U = G.Cv.t

+ Công kĩ thuật Wtk = -V. (p2 – p1)
+ Biến thiên Entropi S = = , kJ/kg.K
- Đối với quá trình đẳng áp, p = const: T2/T1 = V2/V1
+ Đồ thị P-V và T-S trong quá trình đẳng áp ứng với T1 = 20oC và T2 = 120oC

+ Công kĩ thuật Wkt = 0  Nhiệt lượng Q = I = G.Cp.t
+ Cơng thể tích Wtt = p . (V2 – V1) = R.G.(T2 – T1)
+ Biến thiên Entropi S = =
- Đối với quá trình đẳng nhiệt, T = const: p2/p1 = V1/V2


+ Đồ thị P-V và T-S đối với quá trình đẳng nhiệt

+ Biên thiên nội năng và entanpi bằng 0
+ Nhiệt lượng Q = Wtt = Wkt = P1.V1.
+ Biên thiên Entropi S = =
- Đối với quá trình đoản nhiệt, Q = 0
+ Đồ thị P-V và T-S :

+Ta có p2/p1 = (v1/v2)^k trong đó k là hệ số đoản nhiệt ( tra bảng )
+ Ta có T2/T1 = ( V1/V2)^(k-1) = (p2/p1)^[(k-1)/k]
+ Nhiệt lượng Q = 0 suy ra Biến thiên nội năng = - Wtt
+ Công thể tích Wtt = [1/(k-1)] . (p1.V1 – p2.V2) = [R/(k-1)]. (T1 – T2) =
+ Công kĩ thuật Wkt = k.Wtt
a. Đồ thị như hình trên
b. Vì quá trình là đẳng áp nên T2/T1 = V2/V1. Áp dụng phương trình trạng thái khí lý
tưởng ta có:
p.V1 = G.R.T1 => V1 = G.R.T1 / p = (10.8314/29.20)/2.105 = 0.29 m3
=> V2 = T2/T1 . V1 = 120/20 . 0,29 = 1.74 m3
c. Vì quá trình là đẳng áp nên Wkt = 0.

Nhiệt lượng và biến thiên entanpi Q = = G.Cp. = 10. Cp . 100
Cách tính Cp = ; = 20.9 còn


Bài 4: Cho khối khơng khí ẩm có thể tích là 50m3 ở áp suất p = 300 kPa, nhiệt độ T = 25oC có độ ẩm tương
đối = 70%. Hãy xác định:
a. Độ chưa hơi d, Entanpi I của khối khơng khí ẩm ?
b. Khối lượng hơi nước Gh trong khối khơng khí ẩm đó ?
Kiến thức cần lưu ý:
* Biết cách tra bảng “B1- Nước và hơi nước bão hịa” và “B2 - Nước chưa sơi và hơi quá nhiệt”
* Các thông số :
+ v’ – i’ – s’ : nước sôi
+ v’’ – i’’ – s’’ : hơi nước bão hịa khơ
+ v – t – s: hơi bão hịa ẩm
* Tính độ khơ: x = Gh / G = Gh / ( Gh + Gn ) ; 0 <= x <= 1;
+ Nếu x = 0 là nước sơi; x = 1 là hơi bão hịa khơ; cịn lại là hơi bão hịa ẩm.
+ Trong đó Gh là khối lượng hơi bão hịa khơ; G là khối lượng hơi bão hòa ẩm; Gn là khối lượng nước sơi
Ngồi ra x = ( i – i’ ) / ( i’’ – i’ ); tương tự như v và s
* Các kiểm tra các thông số trạng thái hơi nước
- Đã biết thông số p (hoặc t) và i (v hoặc s): dựa vào bảng 1 để tìm p (hoặc t), sau đó gióng sang so sánh
i’;i’’ với i. Nếu:
+ i = i’ : Nước sôi  x = 0; v = v’; s = s’ ; t = ts ở bảng 1
+ i = i’’ : Hơi nước bão hịa khơ  x = 1; v = v’’; s = s’’; t = ts ở bảng 1
+ i < i’ : Nước chưa sôi  Tra t,v,s ở bảng 2
+ i > i’’ : Hơi quá nhiệt  Tra t,v,s ở bảng 2
+ i’ < i < i’’ : Hơi bão hịa ẩm  tính x  Tra v,t,s ở bảng 1
- Đã biết thông số p và t: dựa vào bảng 1 tra p rồi so sánh ts với t. Nếu:
+ t < ts : nước chưa sôi  Tra v,i,s ở bảng 2
+ t > ts : Hơi quá nhiệt  Tra v,i,s ở bảng 2
- Đã biết thông số p (hoặc t) và x. Nếu:

+ x = 0: Nước sôi  Dựa vào p (t) tra ở bảng 1  i = i’ ; v = v’ ; s = s’
+ x = 1: Hơi bão hịa khơ  Dựa vào p (t) tra ở bảng 1  i = i’’ ; v = v’’; s = s’’
+ 0 < x < 1 : Hơi bão hòa ẩm  Dựa vào p (t) tra ở bảng 1  i ; v ; s
* Các thơng số của khơng khí ẩm
- Độ ẩm tương đối: trong đó ph; khối lượng hơi; phbh là áp suất hơi bão hòa ( tra ở bảng 1 – Theo nhiệt độ )
- Gh là phân áp suất hơi: ph.V = Gh.Rh.T với Rh = 8314/18
- Độ chứa hơi nước: , kghơi/kgkk
- Entanpi: I t (oC) + (2500 + 2.t).d , kJ/kgkk
a. Dựa vào bảng “Nước và hơi nước bão hịa theo nhiệt độ” ta tra ở 25 oC thì phbh = 0.03166 bar = 3166 Pa
Vì độ ẩm tương đối = 60% nên Ph = 1899.6 Pa
Suy ra độ chứa hơi nước = 0.004 kghơi/kgkk = 4 ghơi/kgkk
Entanpi: I t (oC) + (2500 + 2.t).d = 35.2 kJ/kgkk
b. Khối lượng khơng khí hơi nước :
ph.V = Gh.Rh.T  Gh = ph.V / Rh.T = (1899,6 . 50) / (8314/18 . 298) = 0.69 kg