Chu trình nhiệt động của một số thiết bị nhiệt

CHƯƠNG
CHƯƠNG
5
5
CHU TRÌNH NHI
CHU TRÌNH NHI
Ệ
Ệ
T Đ
T Đ
Ộ
Ộ
NG
NG
C
C
Ủ
Ủ
A M
A M
Ộ
Ộ
T S
T S
Ố
Ố
THI
THI
Ế
Ế
T B

T B
Ị
Ị
NHI
NHI
Ệ
Ệ
T
T
5.1. CHU TRÌNH NHI
5.1. CHU TRÌNH NHI
Ệ
Ệ
T Đ
T Đ
Ộ
Ộ
NG C
NG C
Ủ
Ủ
A KH
A KH
Í
Í
LÝ TƯ
LÝ TƯ
Ở
Ở
NG

NG
5.1.1. Chu tr
5.1.1. Chu tr
ì
ì
nh đ
nh đ
ộ
ộ
ng cơ đ
ng cơ đ
ố
ố
t trong
t trong
Xy lanh
Piston
- Theo loại nhiên liệu: xăng và diezen
- Theo cách cháy nhiên liệu: cháy cưỡng bức (buzi), động cơ tự
cháy
- Theo hành trình làm việc của piston: 2 kỳ, 4 kỳ
- Theo tính chất quá trình cháy: động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng
tích, động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng áp, cấp nhiệt hỗn hợp.
5.1.2. Phân lo
5.1.2. Phân lo
ạ
ạ
i
i

Các giả thiết
 Xét cho 1 kg môi chất là khí lý tưởng
 Quá trình nén và giãn nở là đoạn nhiệt thuận nghịch
 Quá trình cháy của nhiên liệu thành quá trình cấp nhiệt
 Quá trình thải sản phẩm cháy của nhiên liệu thành quá trình
thải nhiệt đẳng tích
Các đại lượng đặc trưng
 Tỷ số nén:
1
2
v
r ( )
v
 
=Thể tích đầu/thể tích cuối qt nén
 Tỷ số tăng áp:
3
2
p
p
 
= Áp suất cuối /suất đầu qt cấp nhiệt
 Hệ số giãn nở sớm:
3
2
v
v
 
= Thể tích cuối /suất đầu qt
cấp nhiệt

5.1.3. Chu tr
5.1.3. Chu tr
ì
ì
nh đ
nh đ
ộ
ộ
ng cơ đ
ng cơ đ
ố
ố
t trong c
t trong c
ấ
ấ
p nhi
p nhi
ệ
ệ
t đ
t đ
ẳ
ẳ
ng t
ng t
í
í
ch ( Chu
ch ( Chu

tr
tr
ì
ì
nh Otto)
nh Otto)
1-2: Nén đoạn nhiệt
2-3: Cấp nhiệt đẳng tích
3-4: Giãn nở đoạn nhiệt
4-1:Thải nhiệt đẳng tích
2
t
1
q
1
q
  
q
1
= q
23
= C
v
(T
3
– T
2
)
q
2

= q
41
= C
v
(T
1
– T
4
)
v 4 1
t
v 3 2
C (T -T )
η = 1-
C (T -T )
5.1.4.
5.1.4.
Đ
Đ
ộ
ộ
ng cơ c
ng cơ c
ấ
ấ
p nhi
p nhi
ệ
ệ

t đ
t đ
ẳ
ẳ
ng
ng
á
á
p (Chu tr
p (Chu tr
ì
ì
nh Diesel)
nh Diesel)
1-2: Nén đoạn nhiệt
2-3: Cấp nhiệt đẳng áp
3-4: Giãn nở đoạn nhiệt
4-1:Thải nhiệt đẳng tích
2
t
1
q
1
q
  
q
1
= q
23
= C

p
(T
3
– T
2
)
q
2
= q
41
= C
v
(T
1
– T
4
)
4 1
t
3 2
(T - T )
η = 1 -
k(T - T )
5.1.5.
5.1.5.
Đ
Đ
ộ
ộ
ng cơ c

ng cơ c
ấ
ấ
p nhi
p nhi
ệ
ệ
t h
t h
ỗ
ỗ
n h
n h
ợ
ợ
p
p
( Dual Cycle)
( Dual Cycle)
1
4
p
3
2
2’
v
s
T
1
2

3
4
2’
2
t
1
q
1
q
  
1-2: Nén đoạn nhiệt
2-2’: Cấp nhiệt đẳng tích
2’-3: Cấp nhiệt đẳng áp
3-4: Giãn nở đoạn nhiệt
4-1:Thải nhiệt đẳng tích
q
1
= q
22’
+ q
2’3
q
1
= C
v
(T
2’
– T
2
) + C

p
(T
3
– T
2’
)
q
2
= q
41
= C
v
(T
1
– T
4
)
v 4 1
t
v 2' 2 p 3 2'
C (T -T)
η = 1-
C (T -T )+C (T -T )
4 1
t
2' 2 3 2'
(T -T)
η = 1-
(T -T )+k(T -T )
• Xác định hiệu suất nhiệt theo T

1
và , , 
k -1
k -1
2 1
1 2
T v
= =
ε
T v
 
 
 
k -1
2 1
T = T .
ε

 Quá trình 1-2: nén đoạn nhiệt
2' 2'
2 2
T p
= =
λ
T p
k -1
2' 2 1
T = T .
λ = T .ε .λ


 Quá trình 2-2’: cấp nhiệt đẳng tích
k-1
3 3
3 2' 1
2' 2'
T v
= =
ρ T =T .ρ=T.ε .λ.ρ
T v

 Quá trình 2’-3: cấp nhiệt đẳng áp
k-1
4 3
3 4
T v
=
T v
 
 
 
 Quá trình 3- 4: giãn nở đoạn nhiệt
k-1
k-1
k-1 k-1
k-1 k
4 2
4 3 1 1
k-1 k-1
3 1
T ρv ρ ρ ρ

= = T =T . =T.
ε .λ.ρ. =T.λ.ρ
T v ε ε ε
 
 

 
 
 
 
   
k
t
k-1
λρ -1
η =1-
ε λ-1 +kλ ρ-1
 
 
- Nếu 32’ thì  =1
t
k -1
1
η = 1 -
ε
- Nếu 2  2’ thì =1
k
t
k-1
ρ -1

η = 1-
ε .k.(ρ-1)
5.1.6. So s
5.1.6. So s
á
á
nh hi
nh hi
ệ
ệ
u su
u su
ấ
ấ
t nhi
t nhi
ệ
ệ
t c
t c
ủ
ủ
a chu tr
a chu tr
ì
ì
nh đ
nh đ
ộ
ộ

ng cơ đ
ng cơ đ
ố
ố
t
t
trong (
trong (
η
η
ctp
ctp
,
,
η
η
ct
ct
,
,
η
η
ctv
ctv
)
)
a. Khi có cùng tỉ số nén ε và nhiệt lượng q
1
cấp vào cho chu trình
η

ctv
> η
ct
> η
ctp
b. Khí có cùng áp suất và nhiệt độ lớn nhất, nhỏ nhất:
η
ctp
> η
ct
> η
ctv
5.1.7
5.1.7
Chu tr
Chu tr
ì
ì
nh tuabin kh
nh tuabin kh
í
í
Tuabin khí có nhiều ưu điểm:
- Thiết bị gọn nhẹ, công suất lớn.
- Không có cơ cấu biến chuyển động thẳng thành
chuyển động quay.
- Số vòng quay đạt được lớn, momen quay đều và liên
tục.
- Điều khiển đơn giản.
Nhưng việc sử dụng bị hạn chế là do chưa có được những

vật liệu làm việc liên tục ở nhiệt độ cao. Khó khăn trong việc
chế tạo được máy nén có công suất lớn, chỉ làm việc được
với nhiên liệu lỏng hoặc khí.
Sơ đ
Sơ đ
ồ
ồ
nguyên l
nguyên l
ý hoạ
ý hoạ
t đ
t đ
ộ
ộ
ng
ng
:
:
5.1.8.
5.1.8.
Chu tr
Chu tr
ì
ì
nh tuabin kh
nh tuabin kh
í

í
c
c
ấ
ấ
p nhi
p nhi
ệ
ệ
t đ
t đ
ẳ
ẳ
ng
ng
á
á
p Brayton
p Brayton
1-2: quá trình nén đoạn nhiệt môi chất trong máy nén; q
12
= 0;
2-3: quá trình cấp nhiệt đẳng áp trong buồng đốt.
q
1
= q
23
= C
p
.(T

3
- T
2
)
3-4: quá trình giãn nở đoạn nhiệt trong ống tăng tốc và trong
tuabin; q
43
= 0
4-1: quá trình thải nhiệt đẳng áp.
q
2
= q
41
= C
p
.(T
1
– T
4
)
Các đại lượng đặc trưng của chu trình:
- Tỷ số tăng áp của quá trình nén:
2
1
p
p
 
- Tỷ số giãn nở sớm (trong quá trình cấp nhiệt):
3
2

V
V
 
Các quá trình:
 Hiệu suất chu trình thực