Bài tập kỹ thuật nhiệt part 6 potx

41
Bài tập 1.50 Xác định tỷ số áp suất tới hạn của dòng khí có số mũ đoạn nhiệt k =
1,4.

Lời giải
T ỷ số áp suất tới hạn đợc xác định theo (1-90):

14,1
4,1
1k
k
k
14,1
2
1k
2








+
=

+
=
= 0,528.

Bài tập 1.51 Một hỗn hợp khí gồm O
2
và H
2
. Thành phần khối lợng của H
2
là
10%. Xác định hằng số chất khí của hỗn hợp, thể tích riêng của hỗn hợp ở điều
kiện tiêu chuẩn (p
0
= 760 mmHg, t
0
= 0
0
C).

Trả lời: R = 648,5 J/kg.
0
K; v = 1,747 m
3
/kg;

Bài tập 1.52 1 kg không khí khô gồm N
2

và O
2
có thành phần thể tích r
O2
= 21%,
r
N2
= 79%. Xác định kilomol à của hỗn hợp, hằng số chất khí của hỗn hợp và phân
áp suất của khí N
2
và O
2
tròng hỗn hợp khi áp suất của hỗn hợp là p = 10 bar.

Trả lời à = 28,84 kg; R = 288 J/kg.
0
K;
p
O2
= 2,1 bar; p
N2
= 7,9 bar;


Bài tập 1.53 Trong một bình có vách ngăn, ngăn bên trái chứa 1 kg khí O
2
ở nhiệt
độ 27
0
C, ngăn bên phải chứa 1 kg khí N

2
ở nhiệt độ 127
0
C. Hãy xác định nhiệt độ
của hỗn hợp sau khi bỏ vách găn.

Trả lời t = 80
0
C.

Bài tập 1.54 Dòng thứ nhất có lu lợng G
1
= 120 kg/h, nhiệt độ t
1
= 500
0
C hợp
với dòng không khí thứ hai có lu lợng G
2
= 210 kg/h, nhiệt độ t
2
= 200
0
C. Hãy
xác định nhiệt độ của hỗn hợp.

Trả lời t = 309
0
C.

Bài tập 1.55 Một bình kín có chứa 10 kg khí O
2
ở nhiệt độ 27
0
C. Ngời ta nạp
vào bình mọt dòng khí cũng là O
2
ở nhiệt độ 37
0
C. Hãy xác định nhiệt độ của hỗn
hợp.

Trả lời t = 49
0
C.

Bài tập 1.56 Khí hai nguyên tử có hằng số chất khí R = 294,3 J/kg.
0
K ở áp suất p
1

= 63,7 bar, nhiệt độ T
1
= 300
0
K lu động qua ống tăng tốc nhỏ dần phun vào môi
trờng có áp suất p
2
= 35,4 bar. Xác định tốc độ tại của ra của ống, lu lợng của
dòng khí nếu đờng kính của tiết diện ra d

2
= 5 mm và
k
= 0,528.

42

Trả lời
2
= 310 m/s; G = 0,257 kg/s;

Bài tập 1.57 Hơi nớc quá nhiệt ở áp suất p
1
= 10 bar, nhiệt độ t
1
= 300
0
C lu
động qua ống tăng tốc nhỏ dần vào môi trờng trong hai trờng hợp:
a) có áp suất p
2
= 7 bar,
b) có áp suất p
2
= 4 bar,
Xác định tốc độ dòng hơi tại cửa ra của ống trong hai trờng hợp trên, biết
k

= 0,55.

Trả lời a)
2
= 310 m/s; b)
2
=
k
= 510 m/s;

Bài tập 1.58 Không khí lu động qua ống tăng tốc hỗn hợp có áp suất p
1
= 8at,
nhiệt độ t
1
= 127
0
C vào môi trờng có áp suất p
2
= 1 at. Xác định tốc độ tại của ra
của ống và đờng kính của tiết diện ra nếu biết lu lợng của không khí nếu là
2kg/s.

Trả lời
2
= 600 m/s; d
2
= 63 mm;

Bài tập 1.59 Hơi nớc quá nhiệt ở áp suất p
1
= 20 bar, nhiệt độ t

1
= 400
0
C lu
động qua ống tăng tốc hỗn hợp vào môi trờng có áp suất p
2
= 5 bar. Xác định tốc
độ tại của ra của ống và tốc độ tại tiết diện nhỏ nhất của ống, biết
k
= 0,55.

Trả lời a)
2
= 837 m/s; b)
k
= 600 m/s;

1.13. BàI tập về quá trình nén khí và không khí ẩm

Bài tập 1.60 Máy nén lý tởng mỗi giờ nén đợc 100 m
3
không khí từ áp suất p
1

= 1 at, nhiệt độ t
1
= 27
0
C đến áp suất p
2

= 8 at theo quá trình đa biến với n = 1,2.
Xác định công suât của máy nén, lợng nhiệt toả ra trong quá trình nén.

Lời giải
Công suât (hay công) của máy nén đợc xác định theo (1-96):

)1(GRT
1n
n
N
1n
n
1


=



)1(Vp
1n
n
N
1n
n
11


=

ở đây n = 1,2; p
1
= 1 at = 0,98.10
5
N/m
2
,


V
1
= 100 m
3
/h = 100/3600 m
3
/s,

8
1
8
p
p
1
2
===

43
W10.78,6)18(

3600
100
.10.98,0.
12,1
2,1
N
3
2,1
12,1
5
mn
=

=


Nhiệt toả ra trong quá trình nén đợc tính theo (1-97):

)1(TC.GQ
1n
n
1nn
=


Khối lợng G (kg/s) đợc xác định từ phơng trình trạng tháI:

0316,0
3600).27327.(287
100.10.98,0.1

RT
Vp
G
5
1
11
=
+
== kg/s
Nhiệt dung riêng của quá trình đa biến C
n
đợc xác định theo (1-49) với
không khí k =1,4:

72,0
12,1
4,12,1
29
9,20
1n
kn
CC
vn
=


=


= kJ/kg.

0
K
C
n
= -0,72 kJ/kg.
0
K,
ở đây
à
=
àv
v
C
C
; C
à
v
= 20,9 kJ/kg.
0
K, tra ở bảng 1 phụ lục, à = 29 kg.
Vậy nhiệt lợng toả ra trong quá trình nén:
kW82,2W10.82,2)18(10.72,0.0316,0Q
3
2,1
2,0
3
n
=== .

Bài tập 1.61 Không khí ẩm ở áp suất p

1
= 1at, nhiệt độ t
1
= 25
0
C, độ ẩm tơng
đối = 0,6. Xác định phân áp suất hơi nớc p
h
, nhiệt độ đọng sơng t
s
, độ chứa
hơi d, entanpi I của không khí ẩm.

Lời giải
Theo (1-103) ta có:

maxh
h
p
p
=

vậy p
h
= .p
hmax

Từ bảng nớc và hơi nớc bão hoà với t
h
= t =25

0
C, tra đợc áp suất p
max
=
0,03166 bar. Vậy phân áp suất của hơi nớc:
P
h
= 0,6.0,03166 = 0,018996 bar = 0,19 bả
Từ bảng nớc và hơi nớc bão hoà với p
h
= 0,019 bar tra đợc nhiệt độ đọng
sơng t
s
= 17
0
C.
Độ chứa hơi d theo (1-104):
12
019,01
019,0
622
pp
p
622d
h
h
=

=

= g/kg khô = 0,012kg/kg khô
Entanpi tinh theo (1-106):
I = t + d(2500 + 1,93 t)
= 25 + 0,012(2500 + 1,93.25) = 55,6 kJ/kg khô.

Bài tập 1.62 10 kg không khí ẩm ở áp suất p
1
= 1 bar, nhiệt độ t
1
= 20
0
C, nhiệt độ
đọng sơng t
s
= 10
0
C. Xác định độ ẩm tơng đối , độ chứa hơi d, entanpi I và
khối lợng không khí ẩm G, khối lợng riêng của không khí ẩm .

44

Lời giải
Theo (1-103) ta có:

maxh
h
p
p
=

Tra bảng nớc và hơi nớc bão hoà theo:
t = 20
0
C, tra đợc áp suất p
max
= 0,0234 bar
t = 10
0
C, tra đợc áp suất p
h
= 0,0123 bar
Vậy:

53,0
0234,0
0123,0
==
Theo (1-104) ta có:
00775,0
0123,01
0123,0
622
pp
p
622d
h
h
=

=

= kJ/kg khô
Entanpi tinh theo (1-106):
I = t + d(2500 + 1,93 t)
= 20 + 0,00775(2500 + 1,93.20) = 39,67 kJ/kg khô.
Lợng không khí ẩm:
G = G
h
+ G
k

Từ phơng trình trạng thái viết cho hơi nớc và không khí khô ta tính đợc:
09,0
)27320.(
18
8314
10.10.0123,0
TR
V.p
G
5
h
h
h
=
+
== kg hơi nớc
75,11
)27320.(287
10.10).0123,01(

TR
V.p
G
5
k
k
k
=
+

==
kg không khí khô
G = 0,09 + 11,75 = 11,84 kg.
Khối lợng riêng của không khí ẩm :

184,1
10
84,11
V
G
===
kg/m
3
1,2 kg/ m
3


Bài tập 1.63 Không khí ẩm có độ ẩm = 0,6, áp suất hơi nớc bão hoà p
bh
= 0,06

bar, áp suất khí quyển p
0
= 1 bar. Xác định độ chứa hơi d.

Lời giải

Độ chứa hơi d của không khí ẩm theo (1-104):
h
h
pp
p
622d

=
;
bh
h
p
p
=

p
h
= .p
bh
= 0,7.0,06 = 0,042 bar,
3,27
042,01
042,0
622d =

=
g/kg


45
Bài tập 1.64 Không khí ẩm có phân áp suất của hơI nớc 30 mmHg, áp suất khí
quyển p
0
= 750 mmHg. Xác định độ chứa hơi d.

Lời giải
Theo (1-104) độ chứa hơi d:
h0
h
pp
p
622d

=
9,25
30750
30
622d =

= g/kg

Bài tập 1.61 Không khí ẩm ở trạng thái đầu có nhiệt độ t
1
= 20

0
C, độ ẩm tơng
đối
1
= 40% đợc đốt nóng tới nhiệt độ t
2
= 80
0
C rồi đa vào buồng sấy. Sau khi
sấy nhiệt độ giảm xuống t
3
= 35
0
C. Xác định độ chứa hơi d, độ ẩm tơng đối
sau khi sấy, nhiệt và lợng không khí cần để bốc hơi 1 kg nớc trong vật sấy.
Lời giải
Từ hính 1-3 và đồ thị I-d của không khí ẩm trong phần phụ lục ta tìm đợc:
d
1
= 6 g/kg; d
3
= 24 g/kg;
3
= 66%;
I
1
= 8,3 kcal/kg; I
1
= 23 kcal/kg;
Vậy độ chứa hơi d

3
= 24 g/kg, độ ẩm tơng đối sau khi sấy
3
= 66%.
Lợng nhiệt cần để bốc hơi 1 kg nớc trong vật sấy htoe (1-108):
817
006,0024,0
3,823
dd
II
Q
13
12
=


=


=
kcal/kg
Q = 817.4,18 = 3415 kJ/kg
Lợng không khí cần để bốc hơi 1 kg nớc trong vật sấy theo (1-107):

9,55
006,0024,0
006,01
dd
d1
G

13
1
=
+
+
=

+
=
kg/kg.



. Vậy phân áp suất của hơi nớc:
P
h
= 0,6.0,03166 = 0,018996 bar = 0,19 bả
Từ bảng nớc và hơi nớc bão hoà với p
h
= 0,019 bar tra đợc nhiệt độ đọng
sơng t
s
= 17
0
C.
Độ chứa hơi d theo (1-104):
12
019,01
019,0
622

pp
p
622d
h
h
=

=

= g/kg khô = 0,012kg/kg khô
= 25 + 0,012(2500 + 1,93.25) = 55,6 kJ/kg khô.
khối lợng riêng của không khí ẩm




72
Chơng 2. chu trình nhiệt động và máy lạnh

2.1. chu trình động cơ nhiệt

2.1.1. Công của chu trình, hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh và bơm nhiệt

Công của chu trình nhiệt đợc tính bằng tổng công thay đổi thể tich hoặc
công kỹ thuật của các quá trình trong chu trình.


==
kti0
lll (2-1)

Công của chu trình còn đợc tính theo nhiệt:
Với chu trình động cơ nhiệt (thuận chiều, công sinh ra) công của chu trình là
hiệu số giữa nhiệt cấp q
1
cho chu trình và nhiệt nhả q
2
cho nguồn làm mát.

210
qql = (2-2)
Với chu trình máy lạnh hoặc bơm nhiệt ( chu trình ngợc chiều, tiêu hao
công) công của chu trình mang dấu âm l
0
< 0 và cũng là hiệu số giữa nhiệt nhả từ
chu trình q
1
và nhiệt lấy của vật cần làm lạnh q
2
.

210
qql = (2-3)
Hiệu suất nhiệt
t
để đánh giá mức độ hoàn thiện của chu trình động cơ
nhiệt:

1
21
1

0
q
qq
q
l

==
(2-4)
Hệ số làm lạnh để đánh giá mức độ hoàn thiện của chu trình máy lạnh:

21
2
0
2
qq
q
l
q

== (2-5)

Hệ số bơm nhiệt để đánh giá mức độ hoàn thiện của chu trình bơm nhiệt
(bơm nhiệt là máy làm việc theo nguyên lý máy lạnh, nhng ở đay sử dụng nhiệt
q
1
ở nhiệt độ cao cho các quá trình nh sấy, sởi . . . ):

1
l
q

0
+==
(2-6)

2.1.2. Hiệu suất nhiệt của chu trình Carno

Chu trình Carno gồm hai quá trình đẳng nhiệt và hai quá trình đoạn nhiệt
xen kẽ nhau, ở nhiệt độ hai nguồn nhiệt không đổi T
1
= const (nguồn nóng), T
2
=
const (nguồn lạnh). Chu trình Carno là một trong những chu trình thuận nghịch.
Hiệu suất nhiệt của chu trình Carno thuận chiều bằng:


1
21
tc
T
TT
=
(2-7)
Hệ số làm lạnh của chu trình Carno ngợc chiều bằng:


73

21
2

c
TT
T

=
(2-8)


2.2 Chu trình động cơ đốt trong

2.2.1. Chu trình cấp nhiệt đẳng tích

Nhiên liệu ở đây là xăng hoặc khí cháy xẩy ra rất nhanh nên coi là quá
trình cháy đẳng tích v = const. Hiệu suất chu trình bằng:

1k
ct
1
1


= (2-9)
Trong đó:
- tỷ số nén:

2
1
v
v
=

k số mũ đoạn nhiệt

2.2.2. Chu trình cháy đẳng áp

Nhiên liệu là mazut, . . . qua strình cháy xẩy ra chậm nên coi là cháy đẳng
áp p = const. Đây là động cơ diezen trớc đây. Hiệu suất chu trình cấp nhiệt
bằng:

()
1k
1
1
1k
k
ct


=

(2-10)
- tỷ số dãn nở sớm:

2
3
'v
v
=


2.2.3. Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

Nhiên liẹu là dầu mazut, . đợc phun vào xi lanh nhờ bơm cao áp và vòi
phun dới dạng những hạt rất nhỏ nh sơng mù, quá trình cháy xẩy ra nhanh
hơn và coi là cháy hỗn hợp (phần đầu cháy đẳng tích, phần sau cháy đẳng áp).
Đây là động cơ diezen hiện đại. Hiệu suất chu trình cấp nhiệt bằng:

()()
[]
1k1
1
1
1k
k
ct
+

=

(2-11)
- Tỉ số tăng áp trong quá trình cấp nhiệt:

2
3
p
p
=

2.2.4. So sánh hiệu suất nhiệt của chu trình động cơ đốt trong

74

Khi ký hiệu hiệu suất của chu trình cháy đẳng tích là
tv
,

cháy đẳng áp là

tp
, cháy hỗn hợp là
th
ta có:
- Khi có cùng tỉ số nén và nhiệt lợng q
1
cấp vào cho chu trình:

tv
>
th
>
tp

- Khí có cùng áp suất và nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất:

tp
>
th
>
tv

2.3 Chu trình tuốc bin khí

Chu trình tuốc bin khí cấp nhiệt đẳng áp
Chu trình cấp nhiệt đẳng áp đợc dùng nhiều trong thực tế vì có cấu tạo
buồng đốt đơn giản, có ít avn nên tổn thất qua van cũng nhỏ. Hiệu suất chu trình
cấp nhiệt bằng:
2
1
ct
T
T
1=
k
1k
1
1


=
(2-12)
trong đó:

1
2
p
p
=
- Tỷ số tăng áp trong quá trình nén:
T
1

, T
2
nhiệt độ không khí vào và ra khỏi máy nén;
K số mũ đoạn nhiệt.

2.4. Chu trình động cơ phản lực


2.4.1. Chu trình động cơ phản lực (máy bay) có máy nén

Hiệu suất nhiệt của chu trình giống hiệu suất nhiệt chu trình tuốc bin khí
cấp nhiệt đẳng áp bằng:

()
()
2
3
14
ct
TT
TT
1


=
k
1k
1
1

=
(2-13)
là tỷ số tăng áp trong ống tăng áp và trong máy nén,
k số mũ đoạn nhiệt.

2.4.2. Chu trình động cơ tên lửa

ở các dạng chu trình trên, oxy cần cho chu trình lấy từ khí quyển, ở đay
oxy dới dạng chất lỏng đợc chứa ngay trong tên lửa. Hiệu suất nhiệt của chu
trình bằng:
=
ct

)TT(C2q2q
l
23p
2
4
1
2
4
1


=

=
(2-14)
trong đó: