Điện Lạnh Cơ Bản 1 _ www.bit.ly/taiho123
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (756.04 KB, 47 trang )
ĐIỆN LẠNH CƠ BẢN 1
PHẦN 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NHIỆT ĐỘNG
1.1. Khái niệm về nhiệt động và máy lạnh:
Máy nhiệt là thiết bị thực hiện quá trình chuyển hoá giữa nhiệt năng và cơ năng ở hai nguồn
nóng (T1) và lạnh (T2).
Máy nhiệt được chia làm hai nhóm: Nhóm động cơ nhiệt và nhóm máy lạnh, bơm nhiệt.
Động cơ nhiệt: Gồm máy hơi nước, động cơ đốt trong, động cơ phản lực, turbine hơi, turbine
khí,… loại này làm việc theo nguyên lý chất môi giới nhận nhiệt (Q 1) từ nguồn nóng (quá trình
cháy nhiên liệu), kế đến là giãn nỡ để biến một phần nhiệt thành công (L 0), sau đó chất môi giới
nhả phần nhiệt (Q2) cho nguồn lạnh. Q1 - Q2 = L0 .
Máy lạnh và bơm nhiệt : Làm việc theo nguyên lý máy tiêu hao năng lượng L0, chất môi giới
nhận nhiệt (Q2) từ nguồn lạnh để làm lạnh vật, rồi truyền (Q 2) và (L0) cho nguồn nóng. Máy lạnh
sử dụng nhiệt (Q2) để làm lạnh vật còn bơm nhiệt sử dụng (Q1) để sưởi ấm hoặc sấy.
Nhiệt và công là các dạng năng lượng là các đại lượng vật lý phụ thuộc vào quá trình.
Qui ước: Nhiệt nhận
Q>0
Nhiệt nhả
Q<0
Công sinh ra L > 0
Công tiêu hao L < 0
Đơn vị: 1cal
= 4,18 J
1 Btu
= 252 cal
(British Thermal Unit)
1 Btu/h
= 0,3 W.
1.2. Trạng thái và thông số trạng thái
1.2.1 Trạng thái:
Trạng thái là tập hợp các đại lượng xác định tính chất vật lý của chất môi giới tại thời điểm
nào đó. Các thông số dùng để xác định trạng thái của chất môi giới được gọi là thông số trạng
thái, ở mỗi trạng thái xác định thì thông số trạng thái cũng có những giá trị xác định.
Một trạng thái được gọi là cân bằng của chất môi giới khi các thông số trạng thái có cùng một
giá trị ở mọi điểm trong toàn bộ khối chất môi giới. Ngược lại gọi là trạng thái chất môi giới
không cân bằng.
1.2.2 Thông số trạng thái:
Để biểu diễn trạng thái của chất môi giới người ta nhờ đến ba thông số trạng thái cơ bản:
Nhiệt độ, áp suất, thể tích riêng. Ngoài 3 thông số này còn dùng đến các thông số khác như : Nội
năng, Enthanpy, Entropy, Exergy, …
a/ Nhiệt độ:
Nhiệt độ là thông số biểu thị mức độ nóng lạnh của vật, còn theo thuyết động học phân tử
nhiệt độ biểu thị giá trị động năng trung bình của các phân tử chuyển động tịnh tiến.
2 mϖ2
3
2
=kT
Trong đó: T : Nhiệt độ tuyệt đối, K
m : Khối lượng phân tử, kg
(1-1)
1
ϖ : Vận tốc trung bình các phân tử, m/s
k : Hằng số Boltzmann.
k = 1,3805 .10-23 (J/độ)
Để xác định nhiệt độ người ta thường dùng 2 thang đo nhiệt độ:
Nhiệt độ bách phân. ( Nhiệt độ Celcius : t, 0C )
Nhiệt độ tuyệt đối. ( Nhiệt độ Kelvin : T, K )
Mối quan hệ :
T(K) = t(0C) + 273,15
Ngoài ra còn có các thang nhiệt độ khác như : Nhiệt độ Fahrenheit t(0F), Rankine T(0R).
Mối quan hệ :
5
t o C = t o F − 32
(1-2)
9
5
t o C = T o R − 273,15
(1-3)
9
b/ Áp suất:
Ap suất là lực tác dụng các phân tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành
bình chứa.
F
p=
(N/m2)
(1-4)
S
Ở đây: p : áp suất tuyệt đối (N/m2)
F : lực tác dụng (N)
(1 N = 1 kgm/s2)
S : diện tích thành bình (m2)
Để đo áp suất người ta dùng nhiều đơn vị đo khác nhau, ta có mối quan hệ giữa các đơn vị đo
áp suất như sau :
1at = 9,81 . 104 (N/m2) ≈ 0,981bar ≈ 9,81 . 104 Pa
= 1 kG/cm2
= 14,7 psi
= 10 mH2O
= 735,5 mmHg
Ngoài ra ta có các khái niệm khác về áp suất như:
( )
[( )
( )
( )
]
Pk
P
t
Pkt
Pck
P
Trong đó:
p : áp suất tuyệt đối
pd : áp suất dư
pKT : áp suất khí trời
pCK : áp suất chân không
* Khi đo áp suất bằng chiều cao cột thủy ngân phải qui về điều kiện 0 0C trước khi chuyển đổi
đơn vị, theo công thức:
h00C = h (1- 0,000172.t)
Trong đó : h00C : chiều cao cột thuỷ ngân ở 00C .
h
: chiều cao cột thuỷ ngân ở t 0C.
2
c/ Thể tích riêng:
Thể tích riêng là thể tích của một đơn vị khối lượng.
Nếu một lượng khí có khối lượng là G kg, thể tích là V m3 thì thể tích riêng sẽ là:
V
v=
, (m3/kg)
(1-5)
G
Khối lượng riêng là đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng.
1
ρ=
, (kg/m3)
(1-6)
v
d/ Nội năng: ( ký hiệu: u, J/kg)
Nội năng của một vật bao gồm: nhiệt năng, hoá năng, năng lượng nguyên tử. Đối với quá
trình nhiệt động hoá năng và năng lượng nguyên tử không thay đổi nên sự thay đổi nội năng của
vật chỉ là sự thay đổi nhiệt năng.
Nội năng bao gồm: Nội động năng và nội thế năng.
Nội động năng sinh ra là do chuyển động tịnh tiến, chuyển động dao động, chuyển động quay
của các phân tử.
Nội thế năng sinh ra là do lực tương tác các phân tử.
Theo thuyết động học phân tử thì nội động năng phụ thuộc vào nhiệt độ, nội thế năng phụ
thuộc vào khoảng cách các phân tử, là hàm đơn trị của thể tích, do vậy:
u = f (T, v)
Đối với khí lý tưởng thì:
u = f (T)
Mặt khác nội năng là một thông số trạng thái, chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối, không
phụ thuộc vào quá trình tiến hành.
du = cv dT.
Khi cho quá trình tiến hành từ trạng thái 1đến trạng thái 2 độ biến thiên nội năng sẽ là:
∆u = cv ( T2 – T1)
(1-7)
Ở đây: cv là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích(J/kg.độ)
e/ Năng lượng đẩy: (d : J/kg)
Đối với dòng khí hoặc chất lỏng chuyển động, ngoài động năng và thế năng bên ngoài còn
một năng lượng giúp khối khí dịch chuyển, gọi là năng lượng đẩy. Năng lượng đẩy được xác định
bằng biểu thức :
d = pv
(1-8)
Năng lượng đẩy là một thông số trạng thái và chỉ có ở hệ hở, khi dòng khí chuyển động thì
năng lượng đẩy thay đổi và tạo ra công lưu động để đẩy dòng khí dịch chuyển.
f/ Enthalpy: (i, h: J/kg)
Enthalpy là một thông số trạng thái.
Trong nhiệt động enthalpy được định nghĩa bằng biểu thức:
i = u + pv
(1-9)
Đối với khí thực enthalpy phụ thuộc vào 2 trong 3 thông số trạng thái cơ bản, còn đối với khí
lý tưởng thì:
3
(1-9)
⇒
di = du + d(R.T)
di = cvdt + RdT
di = cpdT.
Độ biến thiên enthalpy giữa hai trạng thái 1 và 2 sẽ là:
∆i = cp (T2 – T1)
(1-10)
g/ Entropy: (s: J/kg.độ)
Entropy là một đại lượng vật lý mà sự thay đổi của nó chứng tỏ có sự trao đổi nhiệt.
Phương trình vi phân entropy có dạng :
dq
ds =
( 1-11)
T
dq : nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường trong quá trình vô cùng bé.
1.2.3: Phương trình trạng thái :
Phương trình trạng thái của chất khí một cách tổng quát được biểu diễn theo mối quan hệ hàm
số như sau:
F ( p,v,T) = 0
(1-12)
Nó cho phép ta xác định được một trạng thái bất kỳ khi biết 2 trong 3 thông số trạng thái.
a/ Phương trình trạng thái của khí lý tưởng:
+ Phương trình trạng thái khi viết cho 1 kg khí có dạng :
p.v = R.T
(1-13)
2
Trong đó :
p : áp suất tuyệt đối (N/m )
v : Thể tích riêng
(m3/kg)
R : Hằng số chất khí (J/kg.độ)
T : Nhiệt độ tuyệt đối (K)
+ Phương trình trạng thái đối với G kg khí :
p.v.G = G.R.T
⇒
p.V = G.R.T
(1-14)
+ Phương trình khi viết cho 1 kmol chất khí:
Từ (1-13)
⇒
⇒
p.v.µ = µ.R.T
pVµ = µ.R.T
với : Vµ = v. µ : Thể tích 1 kmol khí. (m3/kmol)
Đặt : Rµ = µ.R : Hằng số phổ biến chất khí (J/kmol.độ)
⇒
pVµ = RµT
pVµ
⇒
Rµ =
T
Theo Avogadro – Ampere: ở điều kiện tiêu chuẩn : p = 760 mmHg,
thể tích 1 kmol khí lý tưởng Vµ = 22,4 m3 vậy :
(1-15)
(1-16)
t = 0 0C = 273,15 K,
4
⇒
Rµ =
760 5
.10 .22,4
101332.22,4
750
=
273,15
273,15
Rµ = 8314
(J/kmol.độ)
Rµ 8314
=
R=
.
µ
µ
⇒
b/ Phương trình trạng thái khí thực:
Trong thực tế các khí sử dụng đều là khí thực và việc tính toán nó rất phức tạp. Để thiết lập
phương trình cho khí thực người ta dựa vào phương trình của khí lý tưởng rồi thêm vào một số hệ
số điều chỉnh được rút ra từ thực nghiệm.
Theo Vander Waals phương trình có dạng:
a
p + 2 .( v − b ) = R.T
(1-17)
v
Trong đó: a/v2: Hệ số điều chỉnh về áp suất nội bộ, khi kể đến lực tác dụng tương hỗ giữa các
phân tử.
b : Hệ số điều chỉnh về thể tích bản thân phân tử.
a,b: Còn gọi là các hằng số cá biệt biến thiên theo các loại chất khí.
1.3 Nhiệt dung riêng:
1.3.1. Định nghĩa:
Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt lượng cần thiết để đưa một đơn vị chất môi giới lên 1 độ theo
một quá trình nào đó. Ký hiệu c .
- Nếu ta có 1 đơn vị chất môi giới là 1 kg, cần một nhiệt lượng là dq làm cho nó thay đổi
nhiệt độ là dt thì:
dq
c=
: Nhiệt dung riêng thực
(1-18)
dt
- Còn nếu ta cung cấp cho 1 kg chất môi giới một nhiệt lượng là q làm cho nó thay đổi nhiệt
độ từ t1 đến t2 thì:
q
gọi là nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ từ t1 đến t2.
t 2 − t1
Ký hiệu nhiệt dung riêng trung bình từ t1 đến t2 là: c
t2
⇒ c =
t1
q
t 2 − t1
t2
t1
(1-19)
1.3.2: Phân loại
Có nhiều cách phân loại nhiệt dung riêng, nếu dựa vào đơn vị đo và đặc tính quá trình ta có
các loại sau:
a) Khi lấy đơn vị đo là kg: gọi là nhiệt dung riêng khối lượng, ký hiệu c (kJ/kg.độ)
5
- Nếu quá trình tiến hành trong điều kiện áp suất không đổi, gọi là nhiệt dung riêng khối
lượng đẳng áp ký hiệu : cp
- Nếu quá trình tiến hành trong điều kiện thể tích không đổi, gọi là nhiệt dung riêng khối
lượng đẳng tích ký hiệu: cv
b) Khi lấy đơn vị đo là m3 tiêu chuẩn: gọi là nhiệt dung riêng thể tích, ký hiệu c’
(kJ/m3tc.độ) (m3tc đo ở điều kiện: p = 760 mmHg, t = 0 oC).
Tương tự ta cũng có c’p và c’v,lần lượt là nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp và
nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích.
c) Khi lấy đơn vị đo là kmol: gọi là nhiệt dung riêng kmol, ký hiệu cµ (kJ/kmol.độ).
Tương tự ta cũng có cµp và cµv, ký hiệu cho nhiệt dung riêng kmol đẳng áp và nhiệt dung riêng
kmol đẳng tích.
* Mối quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng:
Khi biết nhiệt dung riêng này cần xác định nhiệt dung riêng kia ta dùng các mối quan hệ sau:
cµ
= c'.vtc
+
c=
(a)
µ
+
+
cp – cv = R
cp
=k
cv
(b)
(c)
Trong đó k là số mũ đoạn nhiệt: k > 1
Từ ( 3-3b) và (3-3c)
R
⇒
cv =
(d)
k −1
k .R
⇒
cp =
(e)
k −1
1.3.3: Sự phụ thuộc nhiệt dung riêng vào nhiệt độ.
a) Quan hệ hằng số: Trong kỹ thuật khi tính toán không cần độ chính xác cao ta coi nhiệt
dung riêng không phụ thuộc vào nhiệt độ, chỉ phụ thuộc vào tính chất của chất môi giới, để xác
định ta có bảng sau:
kcal/kmol.độ
Loại khí
k
cµv
cµp
Khí 1 nguyên tử
1,6
3
5
Khí 2 nguyên tử
1,4
5
7
Khí từ 3 nguyên tử trở lên
1,3
7
9
b) Quan hệ đường thẳng: Ở mức độ chính xác vừa phải nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt
độ theo quan hệ đường thẳng như sau:
c = a + bt
(1-20)
c) Quan hệ đường cong:Khi mức độ chính xác cao nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ
theo quan hệ đường cong:
c = a’+ b’t + dt2
(1-21)
6
Trong đó: a, b, a’, b’, d là những hằng số xác định từ thực nghiệm.
1.3.4. Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng.
a) Theo nhiệt dung riêng thực:
dq
Từ định nghĩa (3-1): c =
dt
dq = c.dt
Khi cho quá trình tiến hành từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 tích phân ta được
2
⇒ q = c ∫ dt
1
⇒ q = c(t2 – t1)
b) Theo nhiệt dung riêng quan hệ là đường thẳng:
Ta có:
c = a + bt
dq = ( a + bt )dt
Tích phân:
(1-22)
2
⇒ q=
∫ ( a + bt ) dt
1
q = a.t +
1 2
bt
2
2
1
(
)
1 2
b t 2 − t 12
2
( t + t1 )
] .(t2 - t1)
hay:
q = [a + b 2
2
c) Theo quan hệ là đường cong:
Từ (3-5): c = a’+ b’t + dt2
⇒ q = a(t2 - t1) +
(1-23)
2
⇒ q=
∫ ( a '+b' t + dt )dt
2
1
Tương tự tích phân theo t và đặt (t2 – t1) làm thừa số chung:
( t 2 + t1 )
t 12 + t 22 + t 1 t 2
+ d
q = [a + b
2
3
d) Theo nhiệt dung riêng trung bình.
Từ định nghĩa:
t2
q
c =
t 2 − t1
t1
⇒ q= c
t2
t1
(t2 – t1)
].(t2 - t1)
(1-24)
(f)
7
Các bảng không cho nhiệt dung riêng trung bình từ t 1 ÷ t2, chỉ có từ 0 ÷ t nào đó mà thôi, do
vậy nhiệt dung riêng trung bình từ t1 ÷ t2 được xác định:
t
t
t2
c 02 t 2 − c 01 t 1
t1
t 2 − t1
c =
(g)
Thay (g) vào (f) và đơn giản ta được:
t2
t2
0
0
q = c t2 – c t1
(1-25)
1.4. Định luật nhiệt động thứ nhất.
1.4.1. Nội dung định luật:
Thực chất của định luật nhiệt động thứ nhất là định luật bảo toàn và biến hoá năng lượng ứng
dụng trong phạm vi nhiệt, định luật được phát biểu:
“ Năng lượng không tự mất đi cũng không tự tạo ra, mà nó chỉ có thể biến đổi từ dạng này
sang dạng khác trong các quá trình lý hóa khác nhau mà thôi”. Hay nói cách khác: tổng năng
lượng toàn phần trong hệ cô lập là không đổi.
Trong phạm vi nhiệt động, một lượng nhiệt năng nào đó bị mất đi tất yếu sẽ sinh ra một lượng
cơ năng xác định và ngược lại.
1.4.2. Phương trình định luật nhiệt động thứ nhất
Xét 1 khối khí bất kỳ khi ta cung cấp cho nó một nhiệt lượng vô cùng nhỏ dQ thì nó sẽ thay đổi
nội năng dU và sinh ra một công tương ứng là dL.
Theo định luật bảo toàn:
dQ = dU + dL
(1-26)
Khi tính cho 1 kg:
dq = du +dl
dq = du + pdv
(1-27)
⇒ dq = du + d(pv) – vdp
Hay
dq = d(u + pv) - vdp
với
i = u + pv :enthalpy
⇒
dq = di – vdp
(1-28)
Từ (4-4) suy ra:
dq = cvdT + pdv
Tích phân:
q = ∆u + l
(l: công thay đổi thể tích)
(1-29)
Từ (4-5) suy ra:
dq = cpdT - vdp
Tích phân:
q = ∆i +lkt
(1-30)
, ( lkt :công kỹ thuật)
Công thức (1-29) và (1-30) là phương trình của định luật nhiệt động thứ nhất cho hệ kín và hệ
hở.
8
1.4.3. Công thay đổi thể tích:
Là công sinh ra khi thể tích chất môi giới thay đổi. Ký hiệu l (J/kg)
xilanh
p
1 kg
p
p
dv
dx
Piston có diện tích S
v
v1
v2
Cho 1kg chất môi giới vào trong xilanh với áp suất p, trên đó đặt một piston có diện tích S.
Khi ta cung cấp cho chất môi giới một nhiệt lượng vô cùng bé là dp, chất môi giới giãn nở làm
piston dịch chuyển một đoạn nhỏ dx. Vậy công sinh ra tương ứng lúc này sẽ là:
dl = p.S.dx
⇒ dl = p.dv
Khi quá trình tiến hành từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 thì:
2
l=
∫ pdv
, (J/kg)
(1-31)
1
l > 0 khi chất môi giới giãn nở
l < 0 khi chất môi giới nén
Nếu tính cho G kg thì:
2
L = G.l = G
∫ pdv
, (J)
(1-32)
1
1.5: Các quá trình nhiệt động cơ bản cũa khí ly tưởng:
1.5.1: Khái niệm: Trong thực tế kỹ thuật xảy ra rất nhiều các quá trình nhiệt động khác nhau,
những quá trình nhiệt động cơ bản thường gặp là: quá trình đẳng tích, quá trình đẳng áp, quá trình
đẳng nhiệt, quá trình đoạn nhiệt, quá trình đa biến. Các quá trình đó xảy ra sự biến hóa năng
lượng dưới dạng nhiệt, công, nội năng,…
Ở đây ta nghiên cứu đặc tính các quá trình, xác lập biểu thức quan hệ các thông số, tính toán
các dạng năng lượng cho từng quá trình.
1.5.2: Độ biến thiên enthalpy: ∆i (J/kg)
Định nghĩa: i = u + pv
Hay: i = u + RT
Vi phân: di = du + RdT
di = cvdT + RdT
⇒ di = cpdT
Tích phân 2 vế từ trạng thái 1 ÷ 2, ta được:
∆i = cp(T2 – T1)
(1-33)
9
1.5.3. Độ biến thiên entropy: ∆s (J/kg.độ)
Định nghĩa:
dq
ds =
T
du + pdv
Hay : ds =
, với pv = RT ⇒
T
dT
dv
+R
⇒ ds = c v
T
v
Tích phân 2 vế đi từ trạng thái 1 ÷ 2, ta được:
T2
v2
∆s = c v ln + R ln
T1
v1
1.5.4. Quá trình đẳng tích: (v = const)
- Quan hệ các thông số:
(1) ⇒ p1v = RT1
(a)
(2) ⇒ p2v = RT2
(b)
- Độ biến thiên entropy:
Tổng quát:
T2
v2
∆s = c v ln + R ln
T1
v1
p R
=
T v
(1-34)
T2 P2
=
T1 P1
(1-35)
Vì quá trình đẳng tích có :v2 = v1
T2
⇒ ∆s = c v ln
T1
(1-36)
- Công giãn nở: l (J/kg)
2
Ta có: l =
∫ pdv ,
vì : v2 = v1
1
⇒ l=0
- Công kỹ thuật: lkt (J/kg)
2
Ta có: lkt = -
∫ vdp
1
Tích phân:
lkt = v(p1-p2)
Hay:
lkt = R(T1 – T2)
- Nhiệt lượng: q (J/kg)
Từ định luật 1:
q = ∆u + l mà l = 0
⇒ q = ∆u = cv(T2 – T1)
p
T
v
s
10
Hệ số biến hóa năng lượng α: là tỉ số giữa độ biến thiên nội năng và nhiệt lượng tham gia quá
trình (biết tỉ lệ các dạng năng lượng trong quá trình)
∆u
αv =
=1
(1-37)
q
Giá trị 1: Nói lên quá trình đẳng tích nhiệt lượng tham gia chỉ để biến thiên nội năng, hoàn
toàn không sinh công.
1.5.5. Quá trình đẳng áp: (p = const)
- Quan hệ các thông số:
T2 v 2
(1) ⇒ pv1 = RT1
(a)
(1-38)
=
T1 v1
(2) ⇒ pv2 = RT2
(b)
- Độ biến thiên entropy:
Tổng quát:
T2
v2
∆s = c v ln + R ln
T1
v1
Vì quá trình đẳng áp có:
T2 v 2
=
T1 v1
∆s = ( cv + R) ln
⇒ ∆s = c p ln
T2
T1
T2
T1
(1-39)
- Công giãn nở: l (J/kg)
2
Ta có: l =
∫ pdv
1
⇒ l = p(v2 - v1)
hay
l = R(T2 – T1)
- Công kỹ thuật: lkt (J/kg)
(1-40)
2
Ta có: lkt = -
∫ vdp ,
vì : p1 = p2
1
⇒ lkt = 0
- Nhiệt lượng: q (J/kg)
Từ định luật 1:
q = ∆u + l
⇒ q = cv(T2 – T1) + R(T2 – T1)
⇒ q = cp(T2 – T1)
(1-41)
11
p
T
2v
s
v
- Hệ số biến hóa năng lượng α:
∆u cv ( T2 − T1 ) 1
=
=
Ta có: α =
q
c p ( T2 − T1 ) k
Nếu chất môi giới là khí 2 nguyên tử thì : k=1,4 ≈
5
: để biến thiên nội năng.
7
2
⇒
: để sinh công.
7
1.5.6. Quá trình đẳng nhiệt: (T = const)
⇒
α=
5
7
7
5
⇒
∆u = 0
∆i = 0
Đối với quá trình đẳng nhiệt:
- Quan hệ các thông số:
(1) ⇒ p1v1 = RT = const
(2) ⇒ p2v2 = RT = const
Tổng quát:
pv = const
- Độ biến thiên entropy:
Tổng quát:
T2
v2
∆s = c v ln + R ln
T1
v1
Vì quá trình đẳng nhiệt có: cv.ln
⇒ ∆s = R ln
Hay :
v2
v1
∆s = R ln
vì : T2 = T1
p 2 v1
=
p1 v 2
(1-42)
(1-43)
T2
=0
T1
(1-44)
p1
p2
- Công giãn nở: l (J/kg)
12
2
Ta có: l =
∫ pdv
1
RT const
= v
v
pv = RT ⇒ p =
2
⇒ l = RT ∫
1
Tích phân:
dv
v
l = RT ln
v2
p
= RT ln 1
v1
p2
l = p1v1 ln
Hay:
v2
p
= p 2 v 2 ln 1
v1
p2
(1-45)
- Công kỹ thuật: lkt (J/kg)
2
Ta có: lkt = -
∫ vdp
1
pv = RT
⇒ lkt = - RT ln
Hay lkt =
⇒ v=
RT
p
p2
p
= RT ln 1
p1
p2
RT ln
v2
v1
(1-46)
Vậy đối với quá trình đẳng nhiệt ta có: lkt = l.
- Nhiệt lượng: q (J/kg)
Từ định luật 1:
q = ∆u + l
mà: (∆u = 0)
v2
p1
⇒ q = l = RT ln = RT ln
v1
p2
p
v
(1-47)
T
s
1.5.7. Quá trình đoạn nhiệt: là quá trình chất môi giới tiến hành hoàn toàn không trao đổi nhiệt
với môi trường bên ngoài.
Tổng quát :
q = 0 và dq = 0
- Phương trình của quá trình:
13
Từ định luật 1:
dq = cvdT + pdv = 0
Từ phương trình trạng thái:
pv = RT
Vi phân 2 vế:
⇒ pdv + vdp = RdT
pdv + vdp
⇒ dT =
R
Thay dT vào (a):
c
⇒ v (pdv+vdp) + pdv = 0
R
c
c
hay
pdv( v +1) + v vdp = 0
R
R
⇒ cppdv + cvvdp = 0
Chia tất cả cho : cv
⇒ k.p.dv + vdp = 0
Tích phân 2 vế:
Phương trình của quá trình đoạn nhiệt sẽ là:
pvk = const
(b) ⇒
k.pdv = - vdp
Tích phân:
(a)
(b)
(1-48)
k ∫ pdv = - ∫ vdp
Hay :
k.l = lkt
(1-49)
Điều này cho thấy rằng đối với quá trình đoạn nhiệt công kỹ thuật sẽ bằng k lần công thay đổi
thể tích.
- Độ biến thiên entropy: (∆s)
dq
Định nghĩa
⇒ ds =
(mà dq = 0)
T
⇒ ds = 0 ⇒
s = const
∆s = 0
Quá trình đoạn nhiệt còn gọi là quá trình đẳng entropy.
-Độ biến thiên nội năng: (∆u)
∆u = cv (T2 - T1)
-Độ biến thiên enthanpy: (∆i)
∆i = cp (T2 - T1)
- Quan hệ các thông số:
14
k
(1) ⇒
(2) ⇒
p1v1 = RT1 ; p1 v1 = const
k
p2v2 = RT2
;p2 v 2 = const
k
p 2 v1
= ,
p1 v 2
⇒
(c) và (d)
(c)
(d)
v 2 p1
=
v1 p 2
1
k
(e)
1
T2
p v
p p k p
= 2 2 = 2 1 = 2
T1
p1 v1
p1 p2
p1
(c)(d) và (e) ⇒
T2 v 2 v1
=
T1 v1 v 2
T2 p 2
⇒
=
T1 p1
- Công giãn nở: l (J/kg)
k −1
k
k
v
= 1
v2
v
= 1
v2
k −1
k
k −1
k −1
(1-50)
2
Ta có: l =
∫ pdv
(f)
1
Từ (2-24) và (c):
p1v1k const
⇒ p= k = k
v
v
2
−k
k
(f) ⇒ l = p1v1 ∫ v dv
1
Tích phân:
⇒
l=
p1v1k − k +1
v
− k +1
(
)
2
1
(
)
(
)
p1v1k − k +1
v1
− v 2− k +1
k −1
1
p1v1 − p 2 v 2
⇒ l=
k −1
R
( T1 − T2 )
Hay l =
k −1
l = cv (T1 – T2) = - ∆u
⇒
l=
k −1
p1v1 p 2 k
1−
Từ (4-27) ⇒l =
k − 1 p1
(1-51)
(1-52)
p
T
(4-29)
v
s
15
1.5.8. Quá trình đa biến:
Trong trường hợp tổng quát ta nghiên cứu quá trình có α = const, quá trình như vậy được gọi
là quá trình đa biến, với mỗi giá trị α ta có một quá trình đa biến tương ứng.
- Phương trình của quá trình:
∆u
Ta có: α =
= const
q
⇒
q=
∆u
α
cv
dT
α
c
Đặt:
cn = v
: nhiệt dung riêng đa biến
α
⇒
dq = cn.dT
Từ định luật 1:
dq = cvdT + pdv
Và:
dq = cpdT – vdp
Từ (a) và (c) ⇒ (cn – cp) dT = - vdp
Từ (a) và (b) ⇒ (cn – cv) dT = pdv
Chia (d) cho (e):
cn − c p
vdp
=−
cn − cv
pdv
Vi phân: dq =
Đặt n =
cn − c p
cn − cv
(a)
(b)
(c)
: số mũ đa biến
⇒
n.pdv + vdp = 0
(g)
n
Tích phân: ⇒
pv = const
(1-53) là phương trình của quá trình đa biến
- Quan hệ các thông số: Tương tự quá trình đoạn nhiệt ta cũng có :
n −1
n
p
v
T
⇒ 2 = 2 = 1
v
T1 p1
2
- Công giãn nở: l (J/kg)
(
(1-53)
n −1
(1-54)
)
1
p1v1 − p 2 v 2
n −1
R
( T1 − T2 )
l=
n −1
n −1
RT1 p 2 n
1−
l=
n − 1 p1
l=
(d)
(e)
(1-55)
16
- Công kỹ thuật:
lkt = n.l
Vậy công kỹ thuật bằng n lần công thay đổi thể tích.
- Nhiệt lượng:
(1-56)
2
q = ∫ c n dT
1
q = cn(T2 – T1)
cn − c p
mà n =
cn − cv
⇒ cn = cv
n−k
n −1
n−k
(T2 – T1)
n −1
- Độ biến thiên entropy:
dq
dT
= cn
ds =
T
T
T2
∆s = c n ln
T1
nên :
q = cv
p
n=
n= k
1
n=
0
(1-57)
(1-58)
n=
n = ±∞
k
T
n=±
∞
n=
0
n=
1
v
- Khi n = 0
(1-53) có: p = const
quá trình đẳng áp
- Khi n =1
(1-53) có: T = const
quá trình đẳng nhiệt
k
- Khi n = k
(1-53) có: pv = const quá trình đoạn nhiệt
- Khi n → ± ∝ (1-53) có: v = const
quá trình đẳng tích
1.6. Định luật nhiệt động thứ hai:
Định luật nhiệt động thứ hai là định luật xác định khả
A
năng (điều kiện) và chiều hướng xảy ra của các quá trình.
Xác định rằng: Mọi quá trình tự nhiên đều là các quá
trình tự phát (quá trình không thuận nghịch) biến đổi từ trạng
thái không cân bằng đến trạng thái cân bằng. Trong quá trình
biến đổi này cho phép ta nhận năng lượng có ích và khi đã ở
trạng thái cân bằng rồi tự nó không thể biến đổi ngược lại.
Muốn đổi ngược lại nó phải tiêu tốn một năng lượng từ bên
ngoài.
s
B
17
A: Trạng thái không cân bằng
B: Trạng thái cân bằng
Đi từ A đến B: tự nhiên
Đi từ B đến A: cần năng lượng từ ngoài.
Định luật được rút ra từ thực nghiệm và có thể phát biểu bằng các cách như sau:
+ Nhiệt lượng luôn đi từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. (Muốn làm ngược điều
này ta phải tiêu hao một năng lượng)
+ Không thể có máy nhiệt chạy tuần hoàn có khả năng biến đổi toàn bộ nhiệt cấp cho máy
thành công mà không mất một phần nhiệt truyền cho vật khác. (l < q1)
1.6.1. Định nghĩa về chu trình.
Trong các máy nhiệt để sinh công một cách liên tục, chất môi gới sau khi giãn nở cần phải tạo
ra quá trình để đưa chất môi giới về trạng thái ban đầu. Nó có nghĩa là chất môi giới phải tạo các
quá trình kín, hay nói cách khác là nó thực hiện một chu trình.
a) Chu trình thuận chiều.
Chu trình thuận chiều là chu trình bao gồm các quá trình có chiều tiến hành theo chiều kim
đồng hồ. (Hình 1. a).
p
1
q1
b
v1
p
a
l>0
q2
v2
q1
l<0
2
q2
a)
a
1
v
v1
b
b)
2
v2
v
Hình 1: Chu trình thuận chiều và nghịch chiều
Chu trình này có đường cong giãn nở nằm trên đường cong nén nên công nhận được có giá trị
dương ( l > 0). Các động cơ nhiệt đều làm việc theo kiểu này.
b) Chu trình nghịch chiều.
Chu trình nghịch chiều là chu trình bao gồm các quá trình có chiều tiến hành ngược chiều
kim đồng hồ. (Hình 1. b). Chu trình này có đường cong giãn nở nằm dưới đường cong nén nên
công của chu trình này có giá trị âm (l < 0). Các loại máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo kiểu này.
c) Công của chu trình. (lct: J/kg)
Có thể tính công chu trình bằng các cách sau:
* Cách 1:
Ta có: d(pv) = pdv + vdp
⇒
∫ d ( pv) = ∫ pdv + ∫ vdp
Trong đó tích số pv là hàm trạng thái nên:
∫ d ( pv)
=0
18
⇒
0=
∫ pdv + ∫ vdp
Với n quá trình:
n
0=
n
∑l − ∑l
i
i =1
i =1
n
lCT =
∑ li =
i =1
KTi
n
∑l
i =1
(1-58)
KTi
Công của chu trình bằng tổng công các quá trình.Có thể xác định theo tổng công thay đổi
thể tích hoặc tổng công kỹ thuật
⇒ Công của chu trình thuận chiều ở hình 1 a
lCT = l1a2 – l2b1
hay : lCT = dt(1.a.2.v2,v1) – dt(1.b.2.v2.v1)
⇒lCT = dt(1a2b1) > 0
⇒ Công của chu trình nghịch chiều ở hình 1 b
lCT = l1b2 – l2a1
hay : lCT = dt(1.b.2.v2,v1) – dt(2.a.1v1.v2)
mà : dt(2.a.1.v1.v2) > dt(1.b.v2.v1)
⇒lCT = dt(1b2a) < 0
* Cách 2:
Công chu trình tính theo nhiệt lượng:
Ta có: dq = du + pdv
∫ dq = ∫ du + ∫ pdv
Với chu trình ⇒ ∫ du = 0
⇒
n
⇒
lCT =
∑q
i =1
(1-59)
i
- Đối với chu trình thuận:
⇒
lCT = q1 - q2
- Đối với chu trình nghịch:
⇒
lCT = q1 - q2
c) Hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh, hệ số bơm nhiệt.
* Hiệu suất nhiệt: Để đánh giá mức độ hoàn thiện của chu trình thuận chiều, người ta đưa
ra đại lượng gọi là hiệu suất nhiệt, kí hiệu : ηt
ηt =
l CT q1 − q 2
=
q1
q1
ηt = 1 −
q2
q1
,
%
(1-60)
19
( 0 ≤ ηt ≤ 1 )
* Hệ số làm lạnh: Đối với chu trình ngược chiều,chu trình máy lạnh để đánh giá mức độ
hoàn thiện người ta đưa ra đại lượng ε gọi là hệ số làm lạnh. Còn đối với chu trình bơm nhiệt ta
có hệ số bơm nhiệt ϕ.
q2
q2
=
ε =
(1-61)
l CT
q1 − q 2
( ε: Có thể lớn hơn 1)
1.6.2. Chu trình Carnot.
a) Chu trình carnot thuận nghịch thuận chiều:
Là chu trình bao gồm 2 quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt xen kẽ nhau. (có chiều theo
chiều kim đồng hồ).
- Quá trình đầu tiên là quá trình giãn nở đẳng nhiệt, chất môi giới hoàn toàn tiếp xúc với
nguồn nóng nên chất môi giới nhận nhiệt q1 từ nguồn nóng. (T1 = const)
- Quá trình thứ hai sẽ là quá trình giãn nở đoạn nhiệt, chất môi giới đi từ nguồn nóng T 1 đến
nguồn lạnh có nhiệt độ T2.
- Quá trình tiếp theo là quá trình nén đẳng nhiệt chất môi giới tiếp xúc hoàn toàn với nguồn
lạnh (T2 = const) đồng thời nhả nhiệt lượng q2 cho nguồn lạnh.
- Quá trình cuối sẽ là quá trình nén đoạn nhiệt chất môi giới đi từ nguồn lạnh để trở về
nguồn nóng ứng với trạng thái ban đầu.
p
q1
a
T1=c
b
d
q2
dq=0
T2 =c
c v
T
T
Y1
T2
a
d q
2
q1
b
c
|∆ s|
s
Hình 2: Đồ thị p-v và T-s chu trình Carnot thuận.
Hiệu suất nhiệt:
Ta có:
ηt = 1 −
q2
q1
q1 = T1 (sb – sa) = T1(∆s)
q2= T2 sd -sc = T2∆s
T2
Vậy: ηt = 1 −
T1
(1-62)
Nhận xét:
- Hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của 2 nguồn nóng và
lạnh, không phụ thuộc vào tính chất của chất môi giới.
- Hiệu suất nhiệt càng lớn khi độ chênh nhiệt độ giữa hai nguồn nóng và lạnh càng cao.
20
- Hiệu suất nhiệt → 1 khi hoặc T2 → 0 hoặc T1 → ∝ (điều này không thể xảy ra).
- Hiệu suất nhiệt = 0 khi T2 = T1 hay nói cách khác khi chỉ có một nguồn nhiệt duy nhất.
b/ Chu trình Carnot thuận nghịch ngược chiều:
Tương tự chu trình carnot thuận, chu trình này cũng bao gồm 2 quá trình đẳng nhiệt và đoạn
nhiệt xen kẽ nhau. (có chiều ngược chiều kim đồng hồ)
p
a
q1
T1=c
b
d
T
T
Y1
dq=0
T2 =c
c v
q2
T2
a
d q
2
q1
b
c
|∆ s|
s
Hình 3: Đồ thị p-v và T-s chu trình Carnot ngược.
Hệ số làm lạnh:
ε =
Ta có:
Tương tự:
Vậy:
q2
q1 − q 2
| q1| = T1|∆s|
q2 = T2 ∆s
T2
ε =
T1 − T2
(1-63)
Nhận xét: ε của chu trình Carnot ngược cũng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T 1, T2 không phụ
thuộc vào tính chất của chất môi giới.
1.7. Truyền nhiệt
21
1.8. Chu trình máy lạnh một cấp và ứng dụng hệ thống lạnh
1.8.1. Chu trình ngược chiều Carnot (1796 - 1832)
a). Định nghĩa: chu trình ngược Carnot là chu trình ngược được thực hiện bởi 2 q trình
đẳng nhiệt và 2 q trình đẳng entropy.
Chu trình ngược Carnot là chu trình ngược lý tưởng, mọi q trình là thuận nghịch, nhiệt
lượng qo được lấy ở nguồn lạnh có nhiệt độ to, nhiệt lượng qk được lấy ở nguồn lạnh có nhiệt độ
tk, để thực hiện chu trình ta tốn 1 cơng l
b). Sơ đồ, đồ thị, chu trình lý thuyết.
3
4
T
k
NGUỒN NÓNG
MÁY NÉN
MÁY DÃN NỞ
k
ldn
NGUỒN LẠNH
To q o
Tk
3
2
2
l
1
ln
To
4
1
qo
s4
s1
s
Hình 1.1: Máy lạnh 1 cấp dùng mơi chất là khơng khí.
1-2: q trình nén đẳng entropy ở máy nén; 2-3: q trình nhả nhiệt đẳng nhiệt ở nguồn nóng;
3-4: q trình dãn nở đănge entropy ở máy dãn nở; 4-1: q trình nhận nhiệt đẳng nhiệt ở
nguồn lạnh.
c). Tính tốn chu trình.
1) Cơng cấp cho máy nén: lmn = h2 – h1;
2) Cơng cấp cho máy dãn nở: ldn = h3 – h4;
3) Cơng cấp cho chu trình: lct = lmn – ldn = dt(12341) = (s1-s4)*(Tk-To);
4) Nhiệt lượng nhận được ở nguồn lạnh: qo = dt(s114s4s1) = (s1-s4)*(T1-T4);
5) Nhiệt lượng nhả ra ở nguồn nóng: qk = dt(s123s4s1) = (s1-s4)*(T2-T3);
q
To
1
ε= o =
=
.
l
Tk − To To
6) Hệ số làm lạnh ε:
−1
Tk
Ý nghĩa hệ số làm lạnh ε: khi l = 1 ta có ε = qo. Vậy: hệ số làm lạnh ε cho biết lượng lạnh thu
được là bao nhiêu khi tiêu tốn một đơn vị cơng.
d). Nhận xét, kết luận.
1) Khi có cùng dải nhiệt độ Tk, To thì chu trình Carnot có hệ số làm lạnh ε lớn nhất.
2) Trong thực tế các q trình đẳng nhiệt với nhiệt độ mơi chất bằng nhiệt độ nguồn nhiệt là
khơng thực hiện được. Muốn trao đổi nhiệt cho nhau nhiệt độ mơi chất phải khác nhiệt độ
nguồn nhiệt. Ở chu trình thực tế các q trình nhận nhiệt là đẳng áp (đẳng nhiệt nếu ở vùng 2
pha hơi bão hòa ẩm).
3) Các q trình thực tế đều khơng thuận nghịch, do đó làm giảm hệ số làm lạnh ε .
22
1.8.2. Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng van tiết lưu.
Hành trình ẩm là hành trình nén của máy nén hút hơi bão hòa ẩm.
Hành trình khô là hành trình nén của máy nén hút hơi bão hòa khô hay hơi quá nhiệt.
Để tránh cho máy nén làm việc vùng 2 pha ta cho máy nén cháy hành trình khô.
a). Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết.
k
3
2
II
I
III
4
l
3
pk Tk
IV
qo
lgp
1
3
2 p
k
T
Tk
4
1
To
po
h
l
5
6
4
po To
qo
pk
2
1
Tk
po
To
s
1'
7 3' 4'
Hình 3.3: Máy lạnh 1 cấp dùng van tiết lưu.
I-Máy nén; II-Thiết bị ngưng tụ; III-Van tiết lưu; IV-Thiết bị bay hơi.
1-2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén I; 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết
bị ngưng tụ II; 3-4: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở van tiết lưu III; 4-1: quá trình bay hơi
đẳng áp ở thiết bị bay hơi IV;
Chu trình lý thuyết: hơi bão hòa khô từ thiết bị bay hơi IV đi đến máy nén, nén đoạn nhiệt,
đẳng entropy theo quá trình 1-2 trở thành hơi quá nhiệt cao áp, tiêu tốn ngoại công l. Môi chất
với thông số trạng thái 2 đi vào thiết bị ngưng tụ II, ngưng tụ đẳng áp theo quá trình 2-3, nhả
nhiệt qk thành lỏng hoàn toàn (lỏng bão hòa khô với thông số trạng thái 3). Lỏng cao áp với thông
số trạng thái 3 đi đến van tiết lưu III và tiết lưu đẳng enthalpy thành hơi bão hòa ẩm hạ áp với
thông số trạng thái 4. Với thông số trạng thái 4 môi chất đi vào cụm thiết bị bay hơi IV và bình
tách lỏng V nhận nhiệt qo đẳng áp, đẳng nhiệt đến thông số trạng thái 1 rồi quay trở về máy nén I.
Cứ thế chu trình tiếp diễn.
b). Tính toán các thông số của chu trình.
1) Công nén: l = h2 - h1.
2) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h2 - h3 = dt(1’12533’1’) trên đồ thị T-s.
3) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 - h4 = dt(1’144’1’) trên đồ thị T-s.
q o h1 − h 4
=
⋅
4) Hệ số làm lạnh: ε =
l
h 2 − h1
23
1)
2)
3)
4)
c). So sánh với chu trình Carnot.
Hệ số làm lạnh ε nhỏ hơn chu trình Carnot song máy nén chạy hành trình khô.
d). Các nhận xét.
Máy lạnh chạy hành trình khô nên năng suất lạnh riêng q o đạt giá trị cực đại do điểm 1 nằm
trên đường có độ khô x=1.
Biểu diễn công trên đồ thị T-s:
l = qk - qo = dt(1233’4’41) = dt(123541)
Chứng minh: ta phải chứng minh dt(365) = dt(644’3’).
Các chất lỏng thực tế xem như không chịu nén. Do đó có thể coi mọi đường đẳng áp ở phần
lỏng là trùng nhau và trùng với đường độ ẩm y=1. Từ đó ta có thể xem quá trình 35 là quá
trình đẳng áp với pk=const, nhiệt lượng nhả ra ở quá trình 35 là:
h3 - h5 = dt(33’753) = dt(365) + dt(563’7).
Quá trình 45 là quá trình đẳng áp po = const, nhiệt lượng nhả ra ở quá trình 45 là:
h4 - h5 = dt(544’7) = dt(644’3’) + dt(563’7).
Quá trình 3-4 là quá trình tiết lưu nên:
h3 = h4.
Do đó:
h3 – h5 = dt(365) + dt(563’7) = h4 – h5 = dt(644’3’) + dt(563’7).
Ta có: dt(365) = dt(644’3’) là điều phải chứng minh.
Các máy lạnh thực tế khi làm việc theo chế độ tính toán thiết kế thông số trạng thái điểm bắt
đầu nén đều là hơi quá nhiệt do môi chất trao đổi nhiệt trên đường ống từ thiết bị bay hơi về
máy nén với môi trường xung quanh, do môi chất tiếp xúc với các chi tiết có nhiệt độ cao
trong buồng nén của xy lanh máy nén.
Có 2 phương pháp chính chạy hành trình khô là dùng bình tách lỏng và dùng thiết bị hồi
nhiệt.
1.8.3. Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng bình tách lỏng.
a). Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết.
qk
3
I
III
4
2
II
V
1
IV
l
qo
T thiết bình tách lỏng. pk
cấp dùng
3Hình 3.4: Máy lạnh21 p
I-Máy nén; II-Thiết bị ngưng tụ; III-Van ktiết lưu; IV-ThiếtpbịTbay hơi;2V-Bình
Tktách lỏng.
3' k k
3
Tk
po
24
po To
1 To
4
1
po
4 4'
s
h
T
lgp
III
1
IV
V
4
l
qo
lgp
3
2 p
k
Tk
4
1
To
po
h
T
3
3'
pk Tk
pk
2
po To
4 4'
1
Tk
po
To
s
Hình 3.5: Đồ thị máy lạnh 1 cấp dùng thiết bình tách lỏng
1-2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén I; 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết
bị ngưng tụ II; 3-4: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở van tiết lưu III; 4-1: quá trình bay hơi
đẳng áp ở thiết bị bay hơi IV;
Chu trình lý thuyết: hơi bão hòa ẩm từ thiết bị bay hơi IV đi vào bình tách lỏng V, ở bình
tách lỏng các giọt lỏng bão hòa với thông số trạng thái 6 được tách ra khỏi môi chất rồi quay trở
về thiết bị bay hơi. Hơi môi chất ra khỏi bình tách lỏng là hơi bão hòa khô với thông số trạng thái
1 được đưa đến máy nén, nén đoạn nhiệt, đẳng entropy theo quá trình 1-2 trở thành hơi quá nhiệt
cao áp, tiêu tốn ngoại công l. Môi chất với thông số trạng thái 2 môi chất đi vào thiết bị ngưng tụ
II, ngưng tụ đẳng áp theo quá trình 2-3, nhả nhiệt q k thành lỏng hoàn toàn (lỏng bão hòa khô với
thông số trạng thái 3’, lỏng quá lạnh với thông số trạng thái 3). Lỏng cao áp với thông số trạng
thái 3 đi đến van tiết lưu III và tiết lưu đẳng enthalpy thành hơi bão hòa ẩm hạ áp với thông số
trạng thái 4. Với thông số trạng thái 4 môi chất đi vào cụm thiết bị bay hơi IV và bình tách lỏng
V nhận nhiệt qo đẳng áp, đẳng nhiệt đến thông số trạng thái 1 rồi quay trở về máy nén I. Cứ thế
chu trình tiếp diễn.
b). Tính toán các thông số của chu trình.
1) Công nén: l = h2 - h1.
2) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h2 - h3.
3) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 - h4.
q o h1 − h 4
=
⋅
4) Hệ số làm lạnh: ε =
l
h 2 − h1
c). Các nhận xét.
1) Chu trình máy lạnh có quá lạnh: T 3
một lượng ∆qql= h3’-h3. Tuy nhiên phải thêm thiết bị quá lạnh.
2) Máy lạnh amôniăc 1 cấp làm việc theo chu trình này.
1.8.4. Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt.
a). Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết.
25
