Giáo trình nhiệt động lực học kyc thuật - Chương 5 docx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (254.23 KB, 17 trang )
-
46
-
CHƯƠNG 5
CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA KHÍ VÀ HƠI
5.1: QUÁ TRÌNH NÉN KHÍ HOẶC HƠI.
5.1.1: Khái niệm.
Khí hoặc hơi nén, đựơc sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp, đời sống, y
tế,… Dựa vào đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc thì máy nén khí chia làm 2 loại:
- Máy nén piston: loại này khí được hút vào xilanh nén với áp suất cao rồi đẩy
vào bình chứa.
- Máy nén ly tâm, hướng trục và vòi phun: nén bằng cách tạo cho chất khí có
vận tốc lớn, biến động năng thành nội năng làm tăng áp suất chất khí.
Tuy vậy về phương diện động học quá trình nén xảy ra trong các máy đều như
nhau, ở đây ta đề cập máy nén piston.
5.1.2: Quá trình nén khí trong máy nén piston 1 cấp.
a/ Các quá trình cơ bản
:
Với: a: Van hút
b: Van đẩy
c: Bình chứa
p
V
1
2
k
2
n
2
T
3
4
v
1
v
2
c
b
a
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
47
-
Trong đó:
1-2
T
: quá trình nén đẳng nhiệt
1-2
n
: quá trình nén đa biến (với n = 1,2 1,25)
1-2
k
: quá trình nén đoạn nhiệt
* Khi piston đi từ trái sang phải khí được nạp vào xilanh với áp suất không đổi
quá trình: 4-1, quá trình này trạng thái khí không đổi.
* Khi piston chuyển động ngược lại ( 2 van đều đóng), khí trong xilanh bò nén
đến một áp suất cần thiết quá trình:1-2, quá trình này trạng thái chất khí thay đổi.
* Khi đạt được áp suất cần thiết van thải mở khí đựơc đẩy vào bình chứa với
áp suất không đổi.
Để đạt được áp suất theo yêu cầu ta có thể thực hiện: quá trình nén đẳng nhiệt,
quá trình nén đa biến, hoặc quá trình nén đoạn nhiệt.
b) Công tiêu hao máy nén piston 1 cấp
:
Giả thuyết quá trình nén là thuận nghòch, tốc độ khí vào và ra khỏi xilanh bằng
nhau (động năng dòng khí không đổi). Công tiêu hao lý thuyết của máy nén 1 cấp
chính bằng diện tích (12341).
Công máy nén được xác đònh theo công kỹ thuật.
Ta có: l
n
= -
2
1
vdp
(J/kg) (5-1)
+ Khi quá trình nén là đẳng nhiệt:(T = const)
Từ phương trình trạng thái:
pv = RT v =
p
RT
l
n
= - RT
2
1
p
dp
Tích phân ta được:
l
n
= - RT
1
2
ln
p
p
(5-2)
Hay l
n
= - p
1
v
1
1
2
ln
p
p
(5-3)
+ Khi quá trình nén là đoạn nhiệt:
Ta có phương trình tổng quát quá trình đoạn nhiệt:
pv
k
= const; hay
vp
k
1
= const (a)
Viết cho trạng thái 1:
p
1
v
1
k
= const; hay
1
1
1
vp
k
= const (b)
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
48
-
Từ (a) và (b) v =
kk
k
p
const
p
vp
11
1
1
1
Thay vào (5-1)
l
n
= -
2
1
1
1
1
1
dppvp
k
k
Tích phân ta được:
l
n
= -
1
1
1
1
2
11
k
k
p
p
vp
k
k
(5-4)
hay l
n
= -
1
1
1
1
2
1
k
k
p
p
RT
k
k
(5-5)
+ Khi quá trình nén là đa biến
: Tương tự quá trình đoạn nhiệt ta có:
l
n
= -
1
1
1
1
2
1
n
n
p
p
RT
n
n
(5-6)
* Nhận xét
: Trong 3 quá trình nén, máy nén có quá trình nén đẳng nhiệt công
tiêu hao máy nén là nhỏ nhất, máy nén có quá trình nén đoạn nhiệt có công tiêu hao
là lớn nhất.
c) Tác hại của dung tích thừa
:
Trong thực tế khi nén đỉnh piston và nắp xilanh không thể sát vào nhau được,
mà giữa chúng luôn có một khoảng hở, tạo thành một vùng không gian có hại hay còn
gọi là phần dung tích thừa. Đồ thò thực tế sẽ là:
V
p
gh
p
gh
p
3
3’
3
p
2
2’
2
p
1
0
v
tt
1
v
t
v
lt
0’
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
49
-
Trong đó:
V
t
: Dung tích thừa
V
lt
: Dung tích lý thuyết
V
tt
: Dung tích thực tế.
Do có dung tích thừa, nên luôn luôn có quá trình giãn nở 2’-0, làm cho lượng
khí hút vào xilanh tương ứng là V
tt
( V
tt
< V
lt
). Nếu quá trình nén có áp suất càng lớn
thì V
tt
càng bò thu hẹp, lượng khí nạp cũng nhỏ theo và nếu ta nén đến một áp suất
nào đó gọi là áp suất giới hạn, lúc này quá trình giãn nở trùng với quá trình nén
V
tt
= 0, lượng khí nạp cũng = 0 (không nén được).
Để đánh giá lượng khí nạp vào, ta đặt:
v
lt
tt
V
V
: Hiệu suất thể tích (5-7)
0 <
v
< 1.
5.1.3: Quá trình nén khí trong máy nén piston nhiều cấp.
Khi sử dụng máy nén piston 1 cấp, nếu ta tăng áp suất thì lượng khí nén sẽ
giảm xuống. Do đó khi cần nén áp suất cao sử dụng máy nén 1 cấp không có lợi. Mặt
khác áp suất nén càng cao thì nhiệt độ càng lớn làm cho chế độ bôi trơn kém. Thực tế
p
2
(10 12) p
1
.
Vì vậy khi nén áp suất cao người ta sử dụng máy nén nhiều cấp có làm mát
trung gian.
a/ Sơ đồ nguyên lý máy nén 2 cấp có làm mát trung gian
:
p
2
T
2
Cấp 1
p
1
T
1
B
A
p
2
T
1
p
3
T
2
Cấp 2
C
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
50
-
A: Đường nước làm mát
B: Bộ làm mát trung gian
C: Bình chứa.
b/ Đồ thò lý thuyết máy nén 2 cấp có làm mát trung gian
:
Trong đó:
1-2: quá trình nén đa biến ở cấp 1.
2-2’: quá trình làm mát đẳng áp ở bộ làm mát trung gian.
2’-3: quá trình nén đa biến ở cấp 2 (có làm mát trung gian)
2-3’: quá trình nén đa biến ở cấp 2 (khi không làm mát trung gian)
Trên p-v ta thấy: Khi có làm mát trung gian công tiêu hao của máy nén 2 cấp
sẽ nhỏ hơn khi không làm mát với diện tích tương ứng là: dt(2 3’ 3 2’ 2).
* Sự phân bố áp suất giữa các cấp
:
Đối với máy nén nhiều cấp ta cần chọn áp suất trung gian giữa các cấp để sao
cho công tiêu hao là nhỏ nhất. đây ta xem số mũ đa biến là không đổi ở các cấp.
Nhiệt độ qua các bình làm mát trung gian trở về nhiệt độ ban đầu. Công tiêu hao của
máy nén 2 cấp sẽ bằng tổng công cấp một và công cấp hai:
l
n
= -
1
1
1
1
1
2
3
1
1
1
2
1
n
n
n
n
p
p
RT
n
n
p
p
RT
n
n
hay l
n
= -
2
1
1
2
3
1
1
2
1
n
n
n
n
p
p
p
p
RT
n
n
(5-8)
p
3
p
1
Cấp 1
Cấp 2
T
1
= const
T
2
= const
T
3
= const
2
3
V
p
p
2
2'
1
3'
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
51
-
Để công tiêu hao có trò tuyệt đối là nhỏ nhất thì giá trò trong ngoặc vuông là
nhỏ nhất ( nhiệt độ sau khi nén phải trở về bằng trước khi nén).
- Quá trình 1-2:
n
n
p
p
T
T
1
1
2
1
2
(a)
- Quá trình 2’-3:
n
n
p
p
T
T
1
'2
3
'2
3
(b)
mà T
2
= T
3
T
2’
= T
1
p
2’
= p
2
(b)
n
n
p
p
T
T
1
2
3
1
2
(c)
Từ (a) và (c):
2
3
1
2
p
p
p
p
: tỉ số tăng áp
1
3
2
p
p
1
3
p
p
Vậy để công tiêu hao có trò tuyệt đối là nhỏ nhất ta chọn tỉ số tăng áp ở mổi
cấp phải bằng nhau.
(5-8)
l
nmin
= -
2
1
11
1
n
n
n
n
RT
n
n
hay l
nmin
= -
1
1
2
1
1
n
n
RT
n
n
Vậy công tiêu hao nhỏ nhất của máy nén hai cấp sẽ là:
l
nmin
= -
1
1
2
1
1
3
1
n
n
p
p
RT
n
n
(5-9)
Ta có thể suy ra tỉ số tăng áp của máy nén i cấp từ máy nén hai cấp:
1
1
p
p
i
i
dau
cuoi
i
p
p
Công nhỏ nhất máy nén i cấp:
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
52
-
l
nmin
= -
1
1
*
1
1
n
n
dau
cuoi
i
p
p
RT
n
ni
(5-10)
c) Nhiệt thải qua xilanh và qua bình làm mát trung gian
:
Nhiệt thải của máy nén bao gồm hai thành phần:
- Nhiệt thải do quá trình nén đa biến, thông qua xilanh.
- Nhiệt thải qua bình làm mát trung gian (đẳng áp).
Đồ thò biểu thò quá trình thải nhiệt máy nén 2 cấp.
Trong đó: Nhiệt thải qua xilanh ở cấp nén thứ nhất tương ứng với diện tích
(1,2,s
2
,s
1
,1).
Ta có:
q
x
= c
n
(T
2
- T
1
)
q
x
= c
v
1
1
1
2
1
T
T
T
n
kn
hay q
x
= c
v
1
1
1
1
2
1
n
n
p
p
T
n
kn
q
x
= c
v
1
1
1
1
n
n
T
n
kn
(a)
- Nhiệt thải qua bình làm mát trung gian ứng với diện tích (2, 2’, s
2’ ,
s
2
,2).
Ta có: q
t
= c
p
(T
2’
- T
2
)
hay q
t
= c
p
(T
1
- T
2
)
để q > 0
q
t
= c
p
(T
2
- T
1
)
s
T
T
2
T
1
s
3
3
p
3
= const
2’
2
1
p
2
= const p
1
=const
s
2’
s
1
s
2
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
53
-
q
t
= c
p
T
1
1
1
2
T
T
q
t
= c
p
T
1
1
1
1
2
n
n
p
p
q
t
= c
p
T
1
1
1
n
n
(b)
Nếu là máy nén i cấp, số xilanh là i và số bộ làm mát trung gian sẽ là ( i –1).
Vậy nhiệt thải của máy nén i cấp sẽ là:
q = i. q
x
+ ( i -1) q
t
q = i. c
v
1
1
1
1
n
n
T
n
kn
+ ( i -1) c
p
T
1
1
1
n
n
q =
pv
n
n
i
d
c
ci
n
kn
ci
p
p
T 1
1
1
1
1
(5-11)
5.2: QUÁ TRÌNH LƯU ĐỘNG.
5.2.1: Khái niệm.
Trong một số động cơ hiện nay khi yêu cầu tốc độ lớn, nếu sử dụng động cơ
piston sẽ gặp một số hạn chế như: sức bền không cho phép, công suất thừa,… Để khắc
phục người ta sử dụng loại động cơ có cánh (turbine) dùng trong máy phát điện, động
cơ phản lực,… Trong trường hợp này dòng khí hoặc hơi có chuyển động tương đối lớn
nên ta không thể bỏ qua động năng của chúng được. Sự chuyển động của dòng khí
hoặc hơi như vậy được gọi là quá trình lưu động.
5.2.2: Giả thuyết khi nghiên cứu quá trình lưu động.
Để thuận tiên cho việc nghiên cứu quá trình lưu động, ta dựa trên một số giả
thuyết sau:
-
Chuyển động của dòng trong kênh dẫn là đoạn nhiệt.
-
Tất cả các thông số đặc trưng cho trạng thái của chất môi giới ở mỗi tiết
diện đều là hằng số (chúng chỉ thay đổi dọc theo kênh dẫn).
- Tốc độ dòng ở mỗi thiết diện ngang là hằng số.
- Điều kiện chuyển động trong kênh dẫn không thay đổi theo thời gian
(điều kiện ổn đònh), lưu lượng qua các tiết diện là hằng số.
G =
1
11
.
v
f
v
f
= const (5-12)
(Ứng với một chế độ lưu động và hình dáng kích thước ống dẫn).
Trong đó:
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
54
-
G: lưu lượng (kg/s)
: tốc độ dòng (m/s)
f : tiết diện ngang của ống (m
2
)
v: thể tích riêng (m
3
/kg)
0-0: Mặt cắt thẳng góc chiều chuyển động ở cửa vào
1-1: Mặt cắt thẳng góc chiều chuyển động ở cửa ra.
a/ Tính chất của dòng
:
Từ đònh luật nhiệt động 1 và đònh lý động năng, ta có:
dq = di – vdp (a)
dq = di + d
)
2
(
2
(b)
Từ (a) và (b) d
)
2
(
2
= - vdp (c)
Hay d = - vdp (5-13)
Từ (5-13) cho thấy trong quá trình lưu động giữa dp và d
luôn luôn ngược dấu
nhau.
Khi d > 0 thì dp < 0 : tốc độ tăng thì áp suất giảm.
Khi d < 0 thì dp > 0 : áp suất tăng thì tốc độ giảm.
Khi
tăng gọi là ống tăng tốc, còn khi p tăng gọi là ống tăng áp.
b/ Tốc độ âm thanh – số Mach:
- Tốc độ âm thanh: là tốc độ lan truyền các chấn động nhỏ trong môi trường
đàn hồi. Ký hiệu: a
Đối với quá trình lưu động đoạn nhiệt thuận nghòch:
a =
vpk
, (m/s) (5-14)
Đối với khí lý tưởng:
a =
TRk
, (m/s)
Tốc độ âm thanh phụ thuộc môi trường và trạng thái chất khí.
1
Dòng
khí vào
Dòng
khí ra
0
0
1
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
55
-
- Số Mach: ký hiệu M, là tỉ số giữa vận tốc dòng và vận tốc âm thanh.
M =
a
(5-15)
- Khi : < a M < 1:quá trình lưu động dưới âm
- Khi :
= a M = 1: quá trình lưu động bằng âm (tốc độ âm thanh)
- Khi :
> a M > 1: quá trình lưu động trên âm (siêu âm).
5.2.3: Các công thức cơ bản.
a/ Tốc độ dòng:
Từ đònh lý động năng:
dq = di + d
)
2
(
2
(d)
Vì quá trình lưu động là đoạn nhiệt
dq = 0
(d)
di = - d
)
2
(
2
Tích phân 2 vế và lấy cận từ 0 đến 1, ta được:
i
0
– i
1
=
2
2
0
2
1
1
=
2
010
2
ii
, m/s (5-16)
Trong đó:
0
,
1
: Vận tốc dòng ở cửa vào và ra, m/s
i
0
, i
1
: Enthanpy ở cửa vào và ra, J/kg
Đối với ống tăng tốc thì:
1
>>
0
Từ (5-16) suy ra:
1
=
10
2 ii
(5-17)
Biểu thức (5-17) thường được áp dụng cho hơi nước (dễ dàng xác đònh i
o
, i
1
).
Đối với khí lý tưởng: từ (c) ta có:
d
2
2
= - vdp
Tích phân và lấy cận từ 0 đến 1, ta được:
1
0
01
1
0
2
0
2
1
2
lkvdp
(e)
với : l
01
=
k
k
p
p
k
vp
1
0
100
1
1
Từ (e)
2
2
0
2
1
=
k
k
p
p
vp
k
k
1
0
1
00
1
1
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
56
-
Vậy tốc độ dòng ở cửa ra sẽ là:
1
=
2
0
1
0
1
00
1
1
2
k
k
p
p
vp
k
k
Và nếu khi
1
>>
0
thì:
1
=
k
k
p
p
vp
k
k
1
0
1
00
1
1
2
, (m/s) (5-18)
b/ Lưu lượng:
Từ giả thuyết của quá trình lưu động, ta có:
G=
1
11
v
f
Hay: G =
k
k
p
p
vp
k
k
v
f
1
0
1
00
1
1
1
1
2
(5-19)
Quá trình lưu động là đoạn nhiệt nên:
v
1
= v
0
k
p
p
1
1
0
Từ (5-19) G =
k
k
k
p
p
p
p
v
p
k
k
f
1
0
1
2
0
1
0
0
1
1
2
(5-20)
Ở đây: k, f
1
, p
0
, v
0
là những hằng số.
Đặt:
0
1
p
p
: tỉ số thay đổi áp suất.
Từ (5-20) G =
k
k
k
v
p
k
k
f
12
0
0
1
1
2
, (kg/s) (5-21)
* Các giá trò đặc biệt của G: lưu lượng G phụ thuộc vào
. G = 0 Khi = 0 hoăc = 1
p
1
0
= 0
p
0
= 1 p
1
= p
0
. G = G
max
Để xác đònh G
max
ta lấy đạo hàm G theo , cho G’=0 ta suy ra tới hạn (
th
).
Giải ra ta được:
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
57
-
th
=
1
1
2
k
k
k
Thay
th
vào (5-20) ta nhận được G
max
sẽ là:
G
max
=
k
k
k
k
k
k
k
kkv
p
k
k
f
1
1
2
1
0
0
1
1
2
1
2
1
2
G
max
=
1
1
1
2
0
0
1
1
2
1
2
1
2
k
k
k
kkv
p
k
k
f
Đặt
1
2
1
2
k
k
làm thừa số chung và rút gọn, ta được:
G
max
=
1
2
0
0
1
1
2
1
2
k
kv
p
k
k
f
(5-22)
Như vậy khi tốc độ
t
ở cửa ra càng tăng, thì tỉ số p
1
/ p
0
càng giảm,
nghóa là p
1
càng giảm. ng với sự giảm của p
1
thì lưu lượng G sẽ tăng lên,
nhưng p
1
không thể nhỏ hơn p
th
cho nên lưu lượng G sẽ đạt đến một giá trò cực
đại gọi là G
max
như đã xác đònh.
Quan hệ giữa G
max
và
0
1
p
p
th
G
0
G
max
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
58
-
c/ Vận tốc tới hạn: (
th
)
Khi khảo sát ống tăng tôc nhỏ dần, tốc độ
1
ở cửa ra không thể lớn hơn
một giá trò xác đònh gọi là vận tốc tới hạn
th
. Do vậy áp suất p
1
của môi chất ở
cửa ra cũng không thể nhỏ hơn p
th
. Để xác đònh vận tốc tới hạn, ta thay
th
vào
(5-18):
th
=
k
k
k
k
k
vp
k
k
1
1
00
1
2
1
1
2
Rút gọn:
th
=
1
2
1
1
2
00
k
vp
k
k
hay:
th
=
00
1
2
vp
k
k
(5-23)
Kết hợp phương trình trạng thái với mối quan hệ giữa các thông số trong quá
trình đoạn nhiệt từ 0 th, ta có:
k
k
th
k
k
thththth
p
p
T
T
vp
vp
11
0000
1
; với:
thth
p
p
1
0
2
1
2
1
1
1
00
kk
vp
vp
k
k
k
k
thth
p
0
v
0
= p
th
v
th
2
1k
Từ (5-23)
th
=
2
1
1
2
k
vp
k
k
thth
th
=
thth
vpk.
, (m/s) (5-24)
So sánh (5-24) và (5-14) ta thấy vận tốc tới hạn không thể vượt quá vận tốc âm
thanh. Muốn có vận tốc lớn hơn vận tốc âm thanh người ta phải nhờ đến ống dẫn có
hình dạng đặc biệt.
5.2.4: Sự phụ thuộc hình dạng ống dẫn (profile) vào tốc độ khi lưu động đoạn
nhiệt.
Ta có: G =
v
f
.
Hay v.G =f.
Vi phân 2 vế:
Gdv = f.d
+ .df
Chia 2 vế cho f. ta được:
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
59
-
f
dfd
dv
f
G
f
dfd
v
dv
d
v
dv
f
df
(a)
Ta đã có:
d = -vdp
2
vdpd
(b)
Vì là quá trình đoạn nhiệt nên:
k.p.dv = -vdp
kp
dp
v
dv
(c)
Thay (b) và (c) vào (a) ta được:
kp
dpvdp
f
df
2
2
22
kp
dpa
f
df
(5-25)
Vậy:
Đối với ống tăng tốc: (dp < 0)
Dấu của df phụ thuộc vào (a
2
-
2
)
+ khi: < a; thì (a
2
-
2
) > 0
mà dp < 0
df < 0
Vậy để tăng được tốc độ của dòng lưu chất, thì tiết diện ống có dạng nhỏ
dần.
+ khi:
> a thì (a
2
-
2
) < 0 mà dp < 0 df > 0
Trường hợp này để tăng tốc độ của dòng lưu chất, thì tiết diện ống phải
có dạng lớn dần.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
60
-
Thực tế vận tốc ban đầu thường nhỏ hơn vận tốc âm thanh, để có được vận
tốc sau cùng lớn hơn vận tốc âm thanh ta phải dùng ống tăng tốc hỗn hợp, còn gọi là
ống Laval và có dạng như øsau:
1
p
1
p
th
0
p
0
f
1
p
1
v
1
1
> a
p
th
v
th
th
= a
f
0
p
0
v
0
0
< a
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
61
-
5.3: QUÁ TRÌNH TIẾT LƯU.
5.3.1 :Khái niệm và đặc điểm của quá trình tiết lưu.
a) Khái niệm: Thực nghiệm cho thấy dòng khí hoặc hơi (hay lưu chất) khi
chuyển động trong ống nếu gặp trở lực độ ngột ( van, ống mao dẫn, van tiết lưu,…) thì
áp suất phía sau tiết diện bò thu hẹp sẽ thấp hơn áp suất phía trước. Quá trình này
được gọi là quá trình tiết lưu.
b) Đặc điểm
:
- Quá trình tiết lưu là quá trình không thuận nghòch và là quá trình đoạn nhiệt
nên không phải là quá trình đẳng entropy (trao đổi nhiệt giữa chất môi giới với môi
trường rất nhỏ).
- Khi qua tiết lưu áp suất giảm nhưng không sinh công ngoài mà để thắng sức
cản do ma sát và xoáy.
Từ đònh luật nhiệt động 1 cho dòng khí:
dq = di + d
2
2
= 0 (đoạn nhiệt) (a)
di = - .d
Tích phân từ 0 1 ta được:
i
0
– i
1
=
2
2
0
2
1
(b)
Theo thực nghiệm vận tốc trước và sau tiết lưu xem như không đổi. (
1
=
0
)
(b) i
1
= i
0
Như vậy quá trình tiết lưu enthanpy của chất môi giới là không đổi.
- Đối với khí lý tưởng ta có:
di = c
p
.dT = 0
Nên quá trình tiết lưu đối với khí lý tưởng có nhiệt độ không đổi.
1
i
0
= i
1
Ø
p
0
> p
1
0
=
1
i
p
0
0 1
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
-
62
-
5.3.2 : Hiệu ứng Joule – Thomson.
Đối với khí thực quá trình tiết lưu nhiệt độ thay đổi như thế nào, ta dựa vào
khái niệm hiệu ứng Joule – Thomson như sau:
=
i
dp
dT
(5-26)
Trong đó: : Hệ số hiệu ứng Joule – Thomson
i : Enthanpy không đổi.
Mà quá trình tiết lưu áp suất giảm (dp < 0). Do đó
và dT luôn luôn ngược dấu
nhau.
- Khi > 0 thì dT < 0 : Nhiệt độ chất môi giới khi tiết lưu sẽ giảm.
- Khi
= 0 thì dT = 0 : Nhiệt độ chất môi giới khi tiết lưu sẽ không đổi. Nhiệt
độ này gọi là nhiệt độ chuyển biến: T
cb
- Khi
< 0 thì dT > 0 : Nhiệt độ chất môi giới khi tiết lưu sẽ tăng.
Ứng với mỗi giá trò áp suất của chất môi giới có 2 giá trò nhiệt độ chuyển biến:
Nhiệt độ chuyển biến pha hơi
h
cb
T
và nhiệt độ chuyển biến pha lỏng
l
cb
T
(với
h
cb
T
>
l
cb
T
)
. Nếu chất khí có nhiệt độ ban đầu T
o
<
h
cb
T
: Nhiệt độ sẽ giảm sau tiết lưu.
. Nếu chất lỏng có nhiệt độ ban đầu T
o
>
l
cb
T
: Nhiệt độ cũng sẽ giảm sau tiết
lưu.
Quá trình tiết lưu được ứng dụng trong kỹ thuật lạnh, điều chỉnh công suất cũng
như lưu lượng dòng,…
Có thể xác đònh
bằng phương trình vi phân enthanpy:
di = c
p
dT -
dpv
T
v
T
p
= 0
dT =
p
p
c
dpv
T
v
T
Thay dT vào (5-26) ta được:
=
p
p
c
v
T
v
.T
(5-27)
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
