CÁC CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG doc

CÁC CHU TRÌNH
NHIỆT ĐỘNG
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333
ĐỊNH NGHĨA CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Chu trình = quá trình khép kín

Chu trình thuận nghịch = chu trình mà trong
đó TẤT CẢ các quá trình đều thuận nghịch.

Chu trình thuận chiều: NHIỆT >>> CÔNG

Chu trình ngược chiều: CÔNG >>> NHIỆT
p
v
p
2
1
2
3
4
5
6
C
D
p
v
1

6
5
4
3
2
p
1
p
2
C
D
p
1
T
ss
1
1
2
3
4
5
6
s
2
A
B
T
ss
1
1

6
5
4
3
2
s
2
A
B
THUẬN CHIỀU VÀ NGƯỢC CHIỀU
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333
∑
∫∫
〉
〉
〉
0Q
QQ
TdsTds
BAAB
A
B
B
A
∑
∫∫
〉
〉
−〉−

0
DC
D
L
LL
vdpvdp
CD
CD
C
∑
∫∫
〈
〈
〈
0Q
QQ
TdsTds
BAAB
A
B
B
A
∑
∫∫
〈
〈
−〈−
0
DC
D

L
LL
vdpvdp
CD
CD
C
CÔNG CỦA CHU TRÌNH
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333
o
n
i
kt
n
i
i
lll
vdppdv
vdppdvpvd
i
==
−=
=+=
∑∑
∫ ∫
∫ ∫ ∫
== 11
0)(
p
v

1
2 3
4
a b
c
d
p
2
p
1
l
0
>0
p
v
4
3 2
1
a b
c
d
p
2
p
1
l
0
<0
o
n

i
i
lq
pdvdudq
=
+=
∑
∫∫∫
=1
21
21
qql
qql
o
o
−=
−=
chu trình thuận (động cơ nhiệt)
chu trình ngược (máy lạnh )
η
t
, ε, φ
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333
1
21
1
q
qq
q

l
o
t
−
==η
1
21
11
21
22
+ε=ϕ
−
==ϕ
−
==ε
qq
q
l
q
qq
q
l
q
o
o
T
1
TC
T
2

Q
1
>0
Q
2
<0
l
0
>0
T
1
NC
T
2
l
0
<0
Q
1
<0
Q
2
>0
EXECGI VÀ ANECGI
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Execgi là phần năng lượng có thể biến đổi
hoàn toàn thành công cơ học trong quá trình
thuận nghịch: điện, cơ, thế, động năng và,

một phần của năng lượng nhiệt.

Anecgi là phần năng lượng không thể biến
đổi thành công cơ học: nhiệt năng của môi
trường và một phần của năng lượng nhiệt.
BIỂU THỨC CỦA EXECGI
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Dòng môi chất chuyển động (i,s):

Nhiệt lượng q ở nhiệt độ T:

Execgi > 0 nếu các thông số của môi chất
hoặc nhiệt độ nguồn nhiệt lớn hơn môi
trường. |e | = 0 khi cân bằng với môi trường
)(
ooo
ssTiie −−−=






−=
T
T
qe
o

1
TỔN THẤT EXECGI
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Do biến đổi không thuận nghich trong quá
trình hoặc chu trình:

Trong quá trình truyền nhiệt:
hot
sTe ∆=∆
( )
21
21
TT
TTT
qe
o
t
−
=∆
HIỆU SUẤT EXECGI
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Cân bằng thuận:

Cân bằng ngược (phương pháp entropy):
v
r

e
e
e
=η
∑
∑
ω−=
∆
−=
∆
−==η
∆−=
i
v
ti
v
t
v
r
e
tvr
e
e
e
e
e
e
eee
111
HIỆU SUẤT NHIỆT CHU TRÌNH CARNOT

Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Tham khảo tài liệu
CHU TRÌNH THUẬN CHIỀU
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Chu trình chất khí (môi chất có thể coi là khí
lý tưởng – tính toán dùng công thức): động
cơ đốt trong, tuabin khí, động cơ phản lực.

Chu trình của hơi (môi chất là khí thực – tính
toán dùng bảng hoặc đồ thị): chu trình
Rankine.

Chu trình nhiệt điện: pin nhiệt điện, nhiệt điện
tử; động cơ từ-thuỷ động; pin nhiên liệu.
GIẢ THIẾT KHI NGHIÊN CỨU CT CHẤT KHÍ
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Coi môi chất là khí lý tưởng và đồng nhất

Các quá trình xảy ra đều thuận nghịch

Quá trình cháy thay bằng quá trình cấp nhiệt,
quá trình thải sp cháy thay bằng quá trình thải
nhiệt (đc đốt trong là đẳng tích; tua bin khí và
đc phản lực là đẳng áp).


Coi quá trình nạp và thải triệt tiêu nhau về
công và biến hệ hở thành hệ kín.
CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Theo nhiên liệu sử dụng: lỏng (xăng, dầu
điêzen), khí

Theo số hành trình pittông: 2 kỳ, 4 kỳ

Theo quá trình cấp nhiệt (cháy): đẳng tích,
đẳng áp, hỗn hợp

Theo cách đốt nhiên liệu: hỗn hợp ngoài, cháy
cưỡng bức nhờ tia lửa điện (động cơ xăng,
cấp nhiệt đẳng tích); hỗn hợp trong, tự cháy
(động cơ điêzen, cấp nhiệt đẳng áp, hỗn hợp).
CÁC QUÁ TRÌNH CỦA CHU TRÌNH ĐCĐT
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333
1
2
3"
4
T
s
3'
p

v
2
3"
1
4
3'
p
v
2 3"
1
4
1
2
3"
4
T
s
1
2
3'
4
T
s
p
v
2
3'
1
4
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG

Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Tỷ số nén (quá trình nén)

Tỷ số tăng áp (qt cấp nhiệt)

Tỷ số giãn nở sớm (qt cấp nhiệt)
2
1
v
v
=ε
1
2
3"
4
T
s
3'
p
v
2
3"
1
4
3'
2
3
p

p
=λ
'3
"3
2
"3
v
v
v
v
==ρ
HIỆU SUẤT NHIỆT CỦA CHU TRÌNH ĐCĐT
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Cấp nhiệt hỗn hợp

Cấp nhiệt đẳng áp (λ = 1)

Cấp nhiệt đẳng tích (ρ = 1)
( ) ( )
[ ]
11
1
1
1
−ρλ+−λε
−λρ
−=η
−

k
k
k
t
1
2
3"
4
T
s
3'
p
v
2
3"
1
4
3'
( )
1
1
1
1
−ρε
−ρ
−=η
−
k
k
k

t
1
1
1
−
ε
−=η
k
t
SO SÁNH η
t
– CÙNG ε, q
1
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333
1
2
1
q
q
t
−=η
1
2
3"
4"
T
s
2'
3'

3
4'
4
a b c d
tpthhtv
η>η>η
phhv
qqq
222
<<
SO SÁNH η
t
– CÙNG q
2
, p
max
, T
max
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333
1
2
1
q
q
t
−=η
tvthhtp
η>η>η
vhhp

qqq
111
>>
1
2
4"
T
s
a b
2'
2"
3'
3
CHU TRÌNH TUABIN KHÍ
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Cháy đẳng áp: môi
chất vào/ra buồng
đốt liên tục, cấu tạo
buồng đốt đơn giản,
ít tổn thất qua các
van.

Cháy đẳng tích:
buồng đốt phải có
van nên cấu tạo
phức tạp. Sản
phẩm cháy ra khỏi
buồng đốt không

liên tục nên cần
nhiều buồng đốt.
ƯU ĐIỂM CỦA CHU TRÌNH TUABIN KHÍ
SO VỚI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Thiết bị gọn, nhỏ công suất lớn

Không có cơ cấu biến chuyển động tịnh tiến
thành chuyển động quay

Số vòng quay đạt được lớn, mô men quay
đều, liên tục

Điều khiển đơn giản

Nhược điểm: phải chế tạo được máy nén có
công suất lớn.
CHU TRÌNH TUABIN KHÍ CẤP NHIỆT
ĐẲNG ÁP
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Tỷ số tăng áp (quá trình nén):

Tỷ số giãn nở sớm (quá trình cấp
nhiệt):

Hiệu suất nhiệt:

1
2
p
p
=
β
2
3
v
v
=
ρ
k
k
t
q
q
1
1
2
1
11
−
−=−=
β
η
CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333
Có thể chế tạo động cơ công suất lớn, nhẹ

phù hợp với ngành hàng không.

Động cơ phản lực tên lửa: ô-xy cấp cho quá trình
cháy nhiên liệu lấy từ bình chứa (dạng lỏng).
Quá trình cháy đẳng áp.

Động cơ phản lực máy bay: ô-xy cấp cho quá
trình cháy được lấy từ môi trường.
-
Động cơ máy bay không máy nén: tăng áp suất
nhờ ống tăng áp. Quá trình cháy đẳng áp hoặc
đẳng tích.
-
Động cơ máy bay có máy nén: tăng áp suất nhờ
ống tăng áp và máy nén. Quá trình cháy đẳng
áp.
ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC MÁY BAY CÓ MÁY
NÉN
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Công sinh trong tua bin khí =
S
2’3bb’

Công nén khí trong máy nén =
S
a’a22’
S
2’3bb’

= S
a’a22’

Hiệu suất nhiệt (giống chu trình
tua bin khí)
β = p2/p1 là tỉ số tăng áp của quá trình
nén (của động cơ có máy nén lớn hơn
của động cơ không máy nén → hiệu
suất nhiệt của động cơ có máy nén lớn
hơn)
k
k
t
1
1
1
−
−=
β
η
ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC TÊN LỬA
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Công của chu trình

Hiệu suất nhiệt
( )
23
2

4
1
2 TTCq
l
p
o
t
−
==
ω
η
222
22
2
4
2
3
2
4
2
22
3434
342134
ω
ωω
ω
ωω
≈
−
=

∆
∆
≈
∆
+=
≈−=
nkt
ktktkto
ll
llll
ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC TÊN LỬA
Trường ĐHBK Hà nội - Viện KH&CN Nhiệt-Lạnh - Bộ môn Kỹ thuật nhiệt
Đ/c: Phòng 201 nhà C7 ĐHBK Hà nội ĐT: (04) 8.692.333

Tốc độ sản phẩm
cháy ra khỏi tên lửa:



















−
−
=
−
k
k
p
p
RT
k
k
1
2
1
34
1
1
2
ω