Bài giảng kỹ thuật nhiệt chương 3 lê anh sơn

ĐỊNH NGHĨA CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
 Chu trình = quá trình khép kín
 Chu trình thuận nghịch = chu trình m{ trong đó

TẤT CẢ c|c qu| trình đều thuận nghịch.
 Chu trình thuận chiều: NHIỆT >>> CÔNG
 Chu trình ngược chiều: CÔNG >>> NHIỆT

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


THUẬN CHIỀU VÀ NGƢỢC CHIỀU
T

T

2

B

 Tds   Tds

3

1

A

A
4

5
s1
p
p2

B

A

2C

D

3

1

s1
C

  vdp    vdp
C

p
p2

p1

4
D 5

L  0

B

s2 s
6C

D

C

C

D

  vdp    vdp

5

1

D

LCD  LDC
6

A

Q  0

4
3

s2 s

A

B Q
AB  Q BA

2

Q  0

B

 Tds   Tds

5

1

B Q
AB  Q BA

6

6

A

LCD  LDC
2
p1

4
D 3

L  0

v
v
Le Anh Son, Power engineering department, Hua


CÔNG CỦA CHU TRÌNH
p
c

2

3

 d ( pv)   pdv   vdp  0
 pdv    vdp

p2

l0>0

d

p
c

1
a

b

3

n

2

p2

n

l  l

p1
4

i 1

v

i

i 1

n

q

a

 lo

i 1

l0<0
4

 lo

 dq   du   pdv
i

d

kti

p1
1

l o  q 1  q2

chu trình thuận (động cơ nhiệt)

lo  q1  q2 chu trình ngƣợc (máy lạnh...)

v
b
Le Anh Son,
Power
engineering department, Hua


ht, e, f
T1
Q1>0

TC

l0>0

lo q1  q2
ht 

q1
q1

Q2<0
T2
T1

e

q2
q2

lo
q1  q2



q1

Q1<0

NC
Q2>0

l0<0

lo



q1
q1  q2

  e 1

T2
Le Anh Son, Power engineering department, Hua

EXECGI VÀ ANECGI
 Execgi l{ phần năng lượng có thể biến đổi ho{n

to{n th{nh công cơ học trong qu| trình thuận
nghịch: điện, cơ, thế, động năng và, một phần của
năng lượng nhiệt.
 Anecgi l{ phần năng lượng không thể biến đổi
th{nh công cơ học: nhiệt năng của môi trường và
một phần của năng lượng nhiệt.

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


BIỂU THỨC CỦA EXECGI
 Dòng môi chất chuyển động (i,s):

e  i  io  To ( s  so )

 Nhiệt lượng q ở nhiệt độ T:

 To 
e  q 1  
 Execgi > 0 nếu c|c
T số của môi chất hoặc
 thông

nhiệt độ nguồn nhiệt lớn hơn môi trường. |e | = 0
khi c}n bằng với môi trường

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


TỔN THẤT EXECGI
 Do biến đổi không thuận nghich trong qu| trình

hoặc chu trình:

et  To sh
 Trong qu| trình truyền nhiệt:

To T1  T2 
et  q
T1T2
Le Anh Son, Power engineering department, Hua


HIỆU SUẤT EXECGI
 C}n bằng thuận:

er
he 
ev

 C}n bằng ngược (phương ph|p entropy):

er  ev  et

eti
et

er

he 
 1
1
 1   i
ev
ev
ev
Le Anh Son, Power engineering department, Hua


HIỆU SUẤT NHIỆT CHU TRÌNH CARNOT
 Tham khảo t{i liệu

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


CHU TRÌNH THUẬN CHIỀU
 Chu trình chất khí (môi chất có thể coi l{ khí lý

tưởng – tính to|n dùng công thức): động cơ đốt
trong, tuabin khí, động cơ phản lực.
 Chu trình của hơi (môi chất l{ 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.

Le Anh Son, Power engineering department, Hua

GIẢ THIẾT KHI NGHIÊN CỨU CT CHẤT KHÍ
 Coi môi chất l{ khí lý tưởng v{ đồng nhất
 C|c qu| trình xảy ra đều thuận nghịch
 Qu| trình ch|y thay bằng qu| trình cấp nhiệt, qu|

trình thải sp ch|y thay bằng qu| trình thải nhiệt
(đc đốt trong l{ đẳng tích; tua bin khí v{ đc phản
lực l{ đẳng |p).
 Coi qu| trình nạp v{ thải triệt tiêu nhau về công v{
biến hệ hở th{nh hệ kín.

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
 Theo nhiên liệu sử dụng: lỏng (xăng, dầu
điêzen), khí
 Theo số h{nh trình pittông: 2 kỳ, 4 kỳ
 Theo qu| trình cấp nhiệt (ch|y): đẳng tích,
đẳng |p, hỗn hợp
 Theo c|ch đốt nhiên liệu: hỗn hợp ngo{i,
ch|y cưỡng bức nhờ tia lửa điện (động cơ
xăng, cấp nhiệt đẳng tích); hỗn hợp trong,
tự ch|y (động cơ điêzen, cấp nhiệt đẳng |p,

hỗn hợp).
Le Anh Son, Power engineering department, Hua

CÁC QUÁ TRÌNH CỦA CHU TRÌNH ĐCĐT
p

p

p
3'

3'
2

3"

2

2
4

4

4

1

1

1

v
T

3"

3'

v
T

3"

4

v
T

3"
3'

4

2

2

2

1

1

1

s
s
Le Anh Son, Power engineering department, Hua

4

s


CÁC ĐẠI LƢỢNG ĐẶC TRƢNG
p
3'

 Tỷ số nén (quá trình nén)

3"

v1
e
v2

2
4

 Tỷ số tăng áp (qt cấp nhiệt)

1
v

T

3"
3'
2
1

p3

p2
 Tỷ số giãn nở sớm (qt cấp nhiệt)

4

v3" v3"


v2
v3'
s Power engineering department, Hua
Le Anh Son,


HIỆU SUẤT NHIỆT CỦA CHU TRÌNH ĐCĐT
p
3'

 Cấp nhiệt hỗn hợp

  1

ht  1  k 1
e   1  k  1

3"

2
4

 Cấp nhiệt đẳng k|p ( = 1)

1
v
T

3"
3'
2
1

k

 1
ht  1  k 1
e k   1

 Cấp nhiệt đẳng tích ( = 1)

4

ht  1 

1
e

k 1

s Power engineering department, Hua
Le Anh Son,


SO SÁNH ht – CÙNG e, q1

T

3

3' 3"

2'

4"

2

4'
4

1
a

ht  1 

q2
q1

q2v  q2hh  q2 p
htv  hthh  htp

b c d s
Le Anh Son, Power engineering department, Hua


SO SÁNH ht – CÙNG q2 , pmax, Tmax
T

3

ht  1 

3'
2"
2'
2

4"

q2
q1

q1 p  q1hh  q1v

htp  hthh  htv

1
a

b s

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


CHU TRÌNH TUABIN KHÍ
Ống
tăng tốc

 Ch|y đẳng |p: môi

chất v{o/ra buồng
đốt liên tục, cấu tạo
buồng đốt đơn giản,
ít tổn thất qua c|c
Bơm
nhiên
liệu
van.
 Ch|y đẳng tích:
buồng đốt phải có
van nên cấu tạo phức
tạp. Sản phẩm ch|y
ra khỏi buồng đốt
không liên tục nên

cần nhiều buồng đốt.

Buồng đốt

3

2

Máy nén

Tuabin
4

1

Máy phát
điện


ƢU ĐIỂM CỦA CHU TRÌNH TUABIN KHÍ
SO VỚI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
 Thiết bị gọn, nhỏ công suất lớn
 Không có cơ cấu biến chuyển động tịnh tiến th{nh

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 m|y nén có công
suất lớn.

Le Anh Son, Power engineering department, Hua


CHU TRÌNH TUABIN KHÍ CẤP NHIỆT
ĐẲNG ÁP
p
2

 Tỷ số tăng |p (qu| trình nén):

p2

p1

3

1

4
v

T

3
2
4
1

 Tỷ số gi~n nở sớm (qu| trình cấp

nhiệt):
v3

v2

q2
1
 Hiệu suất nhiệt:
ht  1 
 1  k 1
q1
k



s


CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC
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 qu|
trình ch|y nhiên liệu lấy từ bình chứa (dạng
lỏng). Qu| trình ch|y đẳng |p.
 Động cơ phản lực m|y bay: ô-xy cấp cho qu|
trình ch|y được lấy từ môi trường.
- Động cơ m|y bay không m|y nén: tăng |p suất
nhờ ống tăng |p. Qu| trình ch|y đẳng |p hoặc
đẳng tích.
- Động cơ m|y bay có m|y nén: tăng |p suất nhờ

ống tăng |p v{ m|y nén. Qu| trình ch|y đẳng
áp.
Le Anh Son, Power engineering department, Hua


ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC MÁY BAY CÓ MÁY
NÉN
Ống tăng áp

Ống tăng tốc

Buồng đốt

Máy nén

 Công sinh trong tua bin khí =

S2’3bb’
 Công nén khí trong máy nén =
Sa’a22’
S2’3bb’ = Sa’a22’
1
 Hiệu suất nhiệt (giống chu trình
tua bin khí)

Vòi phun nhiên liệu
Tuabin khí

a

2

3

4

b

p

ht  1 

1

k 1
k |p của qu| trình
l{ tỉ số tăng

 = p2/p1

nén (của động cơ có m|y nén lớn hơn
của động cơ không m|y nén → hiệu
suất nhiệt của động cơ có m|y nén lớn
hơn)

2'
b’
a’

2

3

p2
b

a
1

4

p1

v


ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC TÊN LỬA
 Công của chu trình

Bình chứa
nhiên liệu lỏng
Buồng đốt

1

lo  lkt34  lkt 21  lkt34
 2  2
lkt34  ln34 

2

2
 2 42  32 42


 Hiệu
2 suất 2nhiệt 2

1

2
3

4

2

Bình chứa
ô-xy lỏng

b

a

lo
42
ht  
q1 2C p T3  T2 

Ống tăng tốc

2

1

3

4
v


ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC TÊN LỬA
Bình chứa
nhiên liệu lỏng
Buồng đốt

 Tốc độ sản phẩm ch|y
ra khỏi tên lửa:

1
1

Bình chứa
ô-xy lỏng

2
3

4

2

p
b

k 1


k
 p1  
k

4  2
RT3 1   
  p2  
k 1



Ống tăng tốc

a

2

1

3

4
v