Bài tập nhiệt động lực học và truyền nhiệt

Bài tập nhiệt động lực học kỹ thuật
Người soạn: ThS Võ Kiến Quốc
Chương 1:
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I
1. Phương trình trạng thái khí lý tưởng
Tóm tắt lý thuyết
Phương trình:
PV  GRT

Trong đó:
P: áp suất tuyệt đối (N/m2)
V: thể tích (m3)
G: khối lượng (kg)
R: hằng số chất khí (J/kgK)
T: nhiệt độ tuyệt đối (K)
R

R




8314


2. Công và nhiệt lượng
Công
Công thay đổi thể tích (Công trong hệ thống kín):
W   pdV

Công kỹ thuật (Công trong hệ thống hở)

WKT    Vdp

Nhiệt lượng
-

Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi entropi

q   Tds

Nhiệt độ tính toán là K và sử dụng công thức này khi quá trình khảo sát là thuận nghòch
-

Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi nhiệt độ

q   cdt  ct 2  t 1 

Sử dụng công thức này khi không có sự thay đổi pha
-

Nhiệt dung riêng của khí lý tưởng
c v , kJ

kmolK

c p , kJ

kmolK

Khí 1 nguyên tử

12,6

20,9

Khí 2 nguyên tử

20,9

29,3

1


Khí 3 và nhiều nguyên tử

29,3

c v

c v  


c  c p
 p


Biến thiên nội năng và entanpi
u  i  pv

i  u  pv

Đối với khí lý tưởng
U  Gc v t

I  Gc p t

3. Hỗn hợp khí lý tưởng
Quan hệ giữa các thành phần
g i  ri

i
 hh

ri  g i

 hh
i

Phân tử lượng của hỗn hợp
 hh 

1
 r
gi  i i

i

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp
c vhh   g i .c vi
c phh   g i .c pi

4. Đònh luật nhiệt động thứ I
dq  du  w  di  w KT
q  u  w  i  w KT

5. Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng
5.1 Quá trình đa biến
Phương trình:
PV n  const  P1 V1n  P2 V2n

Quan hệ P,V,T
 V2 
 
 V1 

n 1



T1
T2

2

37,67


1

p2

p1

n



1



T1
T2

p1
T
ln 1
p2
T2
1
n
1

V
V
T
ln 1
ln 2
ln 2
T2

V1
V1 1
p
ln 2
p1
ln

Coõng
W
WKT

P1V1 P2 V2
T T2
(J)
GR 1
n 1
n 1
n.W

Nhieọt lửụùng
Q Gc v

nk
t (kJ)
n 1

k 5 1ngt
3

7
k 5 2ngt

k 9 7 3ngt


5.2 Quaự trỡnh ủoaùn nhieọt
Phửụng trỡnh:
PV k const P1 V1k P2 V2k

k

cp
cv

k 5 1ngt
3


k 7 5 2ngt

k 9 7 3ngt


Quan heọ P,V,T
k 1

V2

V1

p2

p1

1

k





T1
T2



T1
T2

1

Coõng
W

P1V1 P2 V2
T T2
(J)
GR 1
k 1

k 1

3


WKT k.W

Nhieọt lửụùng
Q 0 (kJ)

5.3 Quaự trỡnh ủaỳng aựp
Phửụng trỡnh:
P const P1 P2
n0

Quan heọ P,V,T
V2 T2

V1 T1

Coõng
W P2 V2 P1 V1 GR T2 T1 (J)
WKT 0

Nhieọt lửụùng
Q G.c p .t (kJ)

5.4 Quaự trỡnh ủaỳng tớch
Phửụng trỡnh:
V const V1 V2

n

Quan heọ P,V,T
P2 T2

P1 T1

Coõng
W0

WKT Vp1 p 2 (J)

Nhieọt lửụùng
Q G.c v .t (kJ)

5.5 Quaự trỡnh ủaỳng nhieọt
Phửụng trỡnh:
T const T1 T2 P1 V1 P2 V2
n 1

Coõng
W P1 V1 . ln

V2
(J)
V1

4

WKT  W

Nhiệt lượng
Q  U  W  I  WKT  W (kJ)

Bài 1: Khảo sát 1,2kg khí CO2 ở trạng thái ban đầu có t1=35oC, p1=1,5bar. Sau đó người ta
nén khối khí này đến trạng thái 2 có t2=50oC, V2=0,3m3. Hãy xác đònh:
a. Số mũ đa biến của quá trình đang khảo sát
b. Công và nhiệt lượng trao đổi của quá trình
c. Kiểm tra đònh luật nhiệt động 1
ĐS: n=1,1082; W=-31,42kJ; Q=-19,665kJ; U  11,98kJ
Bài 2: Một hệ xylanh pittông bên trong có chứa 0,5kg khí N 2. Ở trạng thái ban đầu có
t1=30oC. Sau khi nhận một công là 20kJ khối khí nhả ra một nhiệt lượng là 7,5kJ. Hãy xác
đònh:
a. Số mũ đa biến của quá trình
b. Các thông số trạng thái còn lại trước và sau khi nhận công biết p1=1,8bar
ĐS: n=1,248; V1=0,25m3; t2=33,5oC; V2=0,1638m3; p2=3,05bar
Bài 3: Khảo sát 0,03kg hỗn hợp 2 khí lý tưởng N2 và CO2 chứa trong một hệ xylanh pittông
có đường kính là d=250mm. Ở trạng thái ban đầu hỗn hợp có t1=30oC; p1=1,2bar. Sau đó
người ta đặt thêm một vật có khối lượng là M=300kg lên nắp pittông thì thấy nhiệt độ hỗn
hợp tăng thêm 21oC. Hãy xác đònh:
a. Số mũ đa biến của quá trình đang khảo sát
b. Thể tích của hỗn hợp khí chứa trong xylanh sau khi đặt vật nặng M. Biết chiều cao
của hỗn hợp chứa trong xylanh trước khi đặt vật nặng là h1=400mm.
c. Tính công và nhiệt lượng trao đổi của quá trình
d. Kiểm tra lại đònh luật I
ĐS: n=1,198; V2=0,014m3; W=-0,83kJ; Q=-0,3787kJ; U=0,4525kJ
Bài 4: Khảo sát một khối khí CO2 chứa trong một hệ xylanh pittông. Ở trạng thái ban đầu có
các thông số như sau: p1=1,5bar; t1=30oC; G=0,55kg. Sau đó người ta nén khối khí này đến

đến trạng thái 2 có t2=70oC. Công nhận vào của quá trình nén này là 20,8kJ. Hãy xác đònh:
a. Đặc điểm của quá trình đang khảo sát
b. Thể tích và áp suất của khối khí ở trạng thái 2
c. Nhiệt lượng trao đổi của quá trình đang khảo sát. Nhận xét ?
d. Kiểm tra lại đònh luật nhiệt động thứ nhất
ĐS: n=1,2
5


Bài 5: Khảo sát hỗn hợp khí lý tưởng bao gồm 2 khí O2 và CO2. Ở trạng thái ban đầu hỗn
hợp có t1=37oC, p1=2,5bar. Sau đó người ta nén đa biến hỗn hợp này với số mũ đa biến
n=1,2 thì hỗn hợp đạt đến trạng thái 2 có p2=4bar. Biết khối lượng của từng khí trong hỗn
hợp là G O 2 =0,5kg và G CO2  1,5kg. Hãy xác đònh:
a. Thể tích của khối khí trước và sau khi nén
b. Công và nhiệt lượng trao đổi của quá trình
Bài 6: Khảo sát hỗn hợp bao gồm khí lý tưởng O2 và CO2. Ở trạng thái ban đầu hỗn hợp này
có V1=0,5m3; t1=27oC và P1=2,5bar. Sau đó người ta nén đa biến hỗn hợp này với số mũ
n=1,25 thì hỗn hợp đạt đến trạng thái 2 có: P2=3,5bar. Biết nhiệt dung riêng khối lượng đẳng
áp của hỗn hợp là cp=0,8744kJ/kgK. Hãy xác đònh
a. Công trao đổi của quá trình nén này. Nhận xét
b. Số mũ đoạn nhiệt k và nhiệt lượng trao đổi của quá trình. Nhận xét
c. Kiểm tra lại đònh luật 1
Bài 7: Cho hỗn hợp khí lý tưởng gồm 2 khí O2 và khí A. Biết khối lượng và thành phần khối
lượng của khí O2 trong hỗn hợp là 1,5kg và 30%. Thể tích, nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp
lần lượt là 1m3; 47oC và 4,5727bar. Hãy xác đònh
a. Hai công thức hoá học cóthể có của khí A. Biết khí A là khí 2 nguyên tử
b. Thành phần thể tích của từng khí
Bài 8: Khảo sát hỗn hợp 2 khí lý tưởng O2 và CO2 chứa trong một hệ xylanh pittông có
đường kính là d=600mm. Ở trạng thái ban đầu hỗn hợp có t1=25oC; p1=2,5bar; chiều cao
khối khí chứa trong xylanh là h1=500mm. Sau đó người ta nén khối khí này đến trạng thái 2

có h2=300mm; t2=57oC thì khối khí nhả ra một nhiệt lượng là 8kJ. Hãy xác đònh
a. Số mũ đa biến của quá trình đang khảo sát
b. Công trao đổi của quá trình. Nhận xét?
c. Áp suất của hỗn hợp sau khi nén
d. Khối lượng của từng khí trong hỗn hợp
Bài 9: Khảo sát một hệ xylanh pittông bên trong có chứa 1,8kg khí CO2 ở trạng thái ban đầu
khối khí có t1=21oC; V1=0,5m3. Sau đó người ta nén khối khí này đến trạng thái 2 có
P2=3bar; t2=42oC. Hãy xác đònh:
a. Số mũ đa biến của quá trình.
b. Công và nhiệt lượng của quá trình.
c. Khối lượng khí cần lấy đi để áp suất trong xylanh trở lại trạng thái ban đầu.
Bài 10: Hỗn hợp khí lý tưởng gồm 3 khí CO2 ; O2 và N2 chứa trong một xylanh có thể tích
ban đầu là V1=0,79m3; nhiệt độ t1=27oC. Biết thành phần khối lượng tương ứng của các khí
6


thành phần là 20%, 30% và 50%. Sau đó người ta nén hỗn hợp khí này đến trạng thái 2 có:
t2=58oC và p2=3,6bar. Biết khối lượng khí oxy trong hỗn hợp là 0,6kg. Hãy xác đònh:
a. Đặc điểm quá trình đang khảo sát
b. Công và nhiệt lượng của quá trình
c. Kiểm tra lại tính đúng đắn của đònh luật 1
Bài 11: Hỗn hợp khí lý tưởng gồm 2 khí CO2 và O2 có khối lượng là 1,4kg chứa trong một hệ
xylanh pittông có thể tích ban đầu là V1=0,5m3; nhiệt độ t1=27oC. Sau đó người ta nén hỗn
hợp khí này đến trạng thái 2 có: t2= 58oC và p2=3,6bar. Biết nhiệt dung riêng khối lượng
đẳng tích của hỗn hợp là cvhh=0,65696kJ/kg.độ. Hãy xác đònh:
a. Đặc điểm quá trình đang khảo sát
b. Công và nhiệt lượng của quá trình
Bài 12: Khảo sát một khối khí CO2 có khối lượng là G=1,5kg chứa trong một hệ xylanh
pittông có đường kính d=850mm. Ở trạng thái ban đầu người ta đo được nhiệt độ và chiều
cao khối khí trong xylanh t1=27,5oC và h1=1000mm. Sau đó người ta nén khối khí này đến

trạng thái 2 có P2=2,5bar và t2=55oC. Biết áp suất khí quyển là 1bar
a. Cho biết ở trạng thái ban đầu lực tác dụng bởi khối khí lên pittông cân bằng với trọng
lượng của pittông. Hãy xác đònh khối lượng của pittông.
b. Tính nhiệt lượng và công của quá trình. Nhận xét
c. Kiểm tra lại đònh luật I
Bài 13: Khảo sát hỗn hợp 2 khí lý tưởng N2 và CO2 chứa trong một hệ xylanh pittông. Ở
trạng thái ban đầu hỗn hợp có t1=30oC, p1=2,5bar. Sau đó người ta nén đoạn nhiệt hỗn hợp
này đến trạng thái 2 có t2=85oC và p2=5bar. Khối lượng của hỗn hợp là G=0,5kg. Hãy xác
đònh:
a. Khối lượng của từng khí chứa trong hỗn hợp
b. Công trao đổi của quá trình
c. Đường kính của xy lanh là 200mm. Hãy xác đònh chiều cao di chuyển của pittông
Bài 14: Khảo sát hỗn hợp 2 khí lý tưởng O2 và CO2 chứa trong một hệ xylanh pitông. Ở trạng
thái ban đầu hỗn hợp có t1=27oC, p1=1,5bar và V1=0,4m3. Sau đó người ta nén hỗn hợp này
đến trạng thái 2 có t2=50oC thì công nhận vào của quá trình nén này là 23kJ. Hãy xác đònh:
a. Số mũ đa biến của quá trình đang khảo sát
b. p suất và thể tích của hỗn hợp sau khi nén
c. Nhiệt lượng trao đổi của quá trình
Bài 15: Khảo sát hỗn hợp 2 khí lý tưởng O2 và CO2 chứa trong một hệ xylanh pitông. Ở trạng
thái ban đầu hỗn hợp có p1=3bar. Nếu tiến hành cấp nhiệt đẳng áp cho hỗn hợp từ nhiệt độ
t1=30oC đến t2= 50oC thì nhiệt lượng nhận vào là 52kJ. Nếu tiến hành cấp nhiệt đẳng tích
cho hỗn hợp từ nhiệt độ t1=30oC đến t2= 50oC thì nhiệt lượng nhận vào là 39kJ. Nếu tiến
7


hành cấp nhiệt đa biến cho hỗn hợp từ nhiệt độ t1=30oC đến t2= 50oC thì nhiệt lượng nhận
vào là 45kJ. Hãy xác đònh:
a. Số mũ đa biến của quá trình
b. Công trao đổi của quá trình đa biến
c. p suất và thể tích của hỗn hợp sau khi cấp nhiệt

d. Biểu diễn trên đồ thò P-V
Bài 16: Khảo sát 0,03kg hỗn hợp 2 khí lý tưởng N2 và CO2 chứa trong một hệ xylanh pittông
có đường kính là d=250mm. Ở trạng thái ban đầu hỗn hợp có t1=30oC; p1=1,2bar. Sau đó
người ta đặt thêm một vật có khối lượng là M=300kg lên nắp pittông thì thấy nhiệt độ hỗn
hợp tăng thêm 21oC. Hãy xác đònh:
a. Số mũ đa biến của quá trình đang khảo sát
b. Thể tích của hỗn hợp khí chứa trong xylanh sau khi đặt vật nặng M. Biết chiều cao
của hỗn hợp chứa trong xylanh trước khi đặt vật nặng là h1=250mm.
c. Tính công và nhiệt lượng trao đổi của quá trình
d. Kiểm tra lại đònh luật I
Bài 17: Khảo sát một khối khí CO2 chứa trong một hệ xylanh pittông. Ở trạng thái ban đầu
có các thông số như sau: p1=1,5bar; t1=30oC; G=0,55kg. Sau đó người ta nén khối khí này
đến đến trạng thái 2 có t2=70oC. Công nhận vào của quá trình nén này là 20,8kJ. Hãy xác
đònh:
a. Đặc điểm của quá trình đang khảo sát
b. Thể tích và áp suất của khối khí ở trạng thái 2
c. Nhiệt lượng trao đổi của quá trình đang khảo sát. Nhận xét ?
d. Kiểm tra lại đònh luật nhiệt động thứ nhất
Bài 18: Khảo sát một hệ xylanh pittông bên trong có chứa 1,8kg khí CO 2 ở trạng thái ban
đầu khối khí có t1=21oC; V1=0,5m3. Sau đó người ta nén khối khí này đến trạng thái 2 có
P2=3bar; t2=42oC. Hãy xác đònh:
a. Số mũ đa biến của quá trình.
b. Công và nhiệt lượng của quá trình.
c. Khối lượng khí cần lấy đi để áp suất trong xylanh trở lại trạng thái ban đầu.
Chương 2
CHẤT THUẦN KHIẾT
1. Quá trình đẳng áp
Tóm tắt lý thuyết
-

Nội năng:

u  (i 2  i1 )  p( v 2  v1 ).10 3 , kJ / kg
U  G.u, kJ

Chú ý: đơn vò của áp suất (p) là N/m2, đơn vò của thể tích riêng là m3/kg
8


-

Công thay đổi thể tích:
2

w   pdv  p( v 2  v1 ), J / kg 
1

W  G.w , J 

Chú ý: đơn vò của áp suất (p) là N/m2, đơn vò của thể tích riêng là m3/kg
-

Công kỹ thuật
2

w kt    vdp  0
1

-

Nhiệt lượng

q  u  w  i  w kt  i  i 2  i1 , kJ / kg 
Q  G.q  Gi 2  i1 , kJ

Bài 1:
Một hệ xylanh pittông bên trong có chứa 0,6kg hơi nước, ở trạng thái ban đầu có p 1=1,2bar
và x1=0,4. Sau đó người ta nhiệt cho nó đến trạng thái 2 có t2=145oC. Hãy xác đònh trạng
thái của hơi nước ở trạng thái 1 và 2. Xác đònh nhiệt lượng cung cấp vào cho quá trình này.
ĐS: Q=856,9kJ
Bài 2:
Một hệ xylanh pittông có đường kính là d=400mm bên trong có chứa 0,2kg hơi nước, ở trạng
thái ban đầu có p1=1,5bar. Sau khi cấp cho hơi nước 1 nhiệt lượng là Q=20kJ thì chiều cao
của hơi nước chứa trong xylanh là h2=500mm. Hãy xác đònh trạng thái của hơi nước trước và
sau khi cấp nhiệt. Xác đònh chiều cao của hơi nước chứa trong xylanh trước khi cấp nhiệt.
ĐS: Trạng thái 1: hơi bão hòa ẩm, Trạng thái 2: hơi bão hoà ẩm, h1=86mm
Bài 3:
Cho các thông số trạng thái của hơi nước ở trạng thái 1 và 2 trong bảng dưới đây. Hãy xác
đònh trạng thái và các thông số trạng thái còn lại của hơi nước ở trạng thái 1 và 2. Biết nhiệt
lượng cung cấp vào cho quá trình này là q=1500kJ/kg.
Thông số

p, bar

Trạng thái 1
Trạng thái 2

t, oC

v, m3/kg

100

i, kJ/kg

s, kJ/kgK

419

1,2

Bài 4:

Hơi

Một thiết bò trao đổi nhiệt có kết cấu như hình vẽ.
Nước giải nhiệt đi vào có áp suất pn1=1,5bar; nhiệt
độ tn1=30oC, lưu lượng Gn=150kg/phút. Hơi nước

p=1,5bar
t=30oC
G=150kg/ph

p=8bar
x=0,8
G=10kg/ph

Nước

9

x=0


ngưng tụ bên ngoài ống có áp suất ph1=8bar, x1=0,8; lưu lượng Gh=10kg/phút. Nước ngưng ra
khỏi TBTĐN có trạng thái là lỏng sôi. Hãy xác đònh nhiệt độ của nước giải nhiệt sau khi ra
khỏi TBTĐN.
ĐS: tn2=56oC
Bài 5:
Một bình bay hơi có kết cấu như hình vẽ. Tác nhân

x=1

lạnh R22 có trạng thái lỏng sôi bay hơi bên ngoài
ống với lưu lượng GR22=0,15kg/s ở áp suất
p=4,983bar. Hơi R22 sau khi ra khỏi bình bay hơi có
trạng thái là hơi bão hòa khô. Nước đi vào có áp suất

Nước
p=1,2bar
t=12oC

p=1,2bar, nhiệt độ tn1=12oC, nước ra khỏi bình bay
hơi có nhiệt độ là tn2=7oC. Hãy xác đònh lưu lượng
nước đi qua bình bay hơi.

t=7oC

p=4,983bar
R22 x=0
G=0,15kg/s

ĐS: Gn=1,47kg/s
Bài 6:
2. Quá trình đẳng tích
Tóm tắt lý thuyết:
-

Nội năng:

u  (i 2  i1 )  v(p 2  p1 ).10 3 , kJ / kg
U  G.u, kJ

Chú ý: đơn vò của áp suất (p) là N/m2, đơn vò của thể tích riêng là m3/kg
-

Công thay đổi thể tích:
2

w   pdv  0
1

-

Công kỹ thuật
2

w kt    vdp  vp1  p 2 , J / kg
1

Wkt  G.w kt , J

Chú ý: đơn vò của áp suất (p) là N/m2, đơn vò của thể tích riêng là m3/kg
-

Nhiệt lượng

q  u  w  i  w kt  u  i 2  i1   vp 2  p1 .10 3 , kJ / kg





Q  G.q  G i 2  i1   vp 2  p1 .10 3 , kJ

Bài 1:

10


Một bình kín có thể tích là V=250lít bên trong có chứa 2 kg hơi nước ở áp suất p 1=3bar. Sau
đó người ta cấp nhiệt cho bình đến trạng thái 2 có p2=9bar. Hãy xác đònh trạng thái của hơi
nước chứa trong bình trước và sau khi cấp nhiệt. Xác đònh nhiệt lượng cung cấp cho quá trình
này.
ĐS: Q=1680kJ.
Bài 2:
Một bình kín bên trong có chứa 1,2kg hơi nước, ở trạng thái ban đầu có p 1=1,5bar; x1=0,2.
Bên trong bình có gắn 1 điện trở có công suất là P=1,5kW. Hãy xác đònh thời gian cấp điện
cho điện trở để áp suất trong bình đạt đến p2=6bar.
ĐS: Q=1427kJ,   951s
Bài 3:

Một bình kín bên trong có chứa 0,3kg hơi nước, ở trạng thái ban đầu có t1=135oC,
i1=1200kJ/kg. Hãy xác đònh nhiệt lượng cần cung cấp để hơi nước chứa trong bình trở thành
hơi bão hòa khô. Biểu diễn quá trình này trên đồ thò p-V
ĐS: Q=432,135kJ
Bài 4:
Một bình kín bên trong có chứa 1,5kg hơi nước, ở trạng thái ban đầu số chỉ áp kế gắn trên
bình là 9bar, t1=200oC. Sau một thời gian đặt ngoài trời thì nhiệt độ của hơi nước chứa trong
bình là t2=90oC. Hãy xác đònh số chỉ áp kế ở trạng thái 2 và nhiệt lượng nhả ra của quá trình
này.
ĐS: số chỉ áp kế là 0,2989bar, Q=3677,56kJ
Bài 5
Một bình kín bên có thể tích là V=45lít trong có chứa 0,3kg hơi nước, ở trạng thái ban đầu có
t1=150oC. Sau đó người ta cấp nhiệt cho bình đến trạng thái 2 có t2=200oC. Hãy xác đònh
trạng thái của hơi nước chứa trong bình trước và sau khi cấp nhiệt. Tính nhiệt lượng cung cấp
vào cho quá trình này.
3. Quá trình đẳng nhiệt
Tóm tắt lý thuyết:
-

Nội năng:

u  (i 2  i1 )  (p 2 v 2  p1 v1 ).10 3 , kJ / kg
U  G.u, kJ

Chú ý: đơn vò của áp suất (p) là N/m2, đơn vò của thể tích riêng là m3/kg
-

Nhiệt lượng
11

2

q   Tds  Ts 2  s1 , kJ / kg
1

Q  G.q, kJ

Nhiệt độ tính toán là nhiệt độ tuyệt đối
-

Công thay đổi thể tích:

w  q  u , kJ/kg

-

Công kỹ thuật

w kt  q  i , kJ/kg

Bài 1:
Khảo sát 0,5kg hơi nước ở trạng thái ban đầu có t1=220oC, p1=8bar. Sau đó người ta nén
đẳng nhiệt hơi nước này đến trạng thái 2 có p2=12bar. Hãy xác đònh trạng thái của hơi nước
ở trạng thái 2. Tính công và nhiệt lượng trao đổi của quá trình
ĐS: Trạng thái 2 là hơi quá nhiệt, Q=-53,5kJ; W=-46,78kJ
Bài 2:
Khảo sát 1kg hơi nước ở trạng thái ban đầu có p1=14bar, v1=0,14m3/kg. Sau đó người ta nén
đẳng nhiệt nó đến trạng thái 2 có v2=0,1143m3/kg. Hãy xác đònh trạng thái của hơi nước ở
trạng thái 2. Tính công và nhiệt lượng trao đổi của quá trình

4. Quá trình đoạn nhiệt
Tóm tắt lý thuyết
-

Nội năng:

u  (i 2  i1 )  (p 2 v 2  p1 v1 ).10 3 , kJ / kg
U  G.u, kJ

Chú ý: đơn vò của áp suất (p) là N/m2, đơn vò của thể tích riêng là m3/kg
-

Nhiệt lượng

2

q   Tds  0
1

-

Công thay đổi thể tích:

w   u , kJ/kg

-

Công kỹ thuật

w kt   i , kJ/kg

Bài 1:
Hơi nước ở trạng thái ban đầu có p1=120bar, t1=550oC được giãn nở đoạn nhiệt đến trạng
thái 2 có p2=0,05bar. Hãy xác đònh trạng thái của hơi nước ở trạng thái 1 và 2, tính công kỹ
thuật sinh ra của quá trình này.
12


Bài 2:
Hơi nước ở trạng thái ban đầu có p1=100bar được giãn nở đoạn nhiệt đến trạng thái 2 có
p2=0,06bar và x2=0,75. Hãy xác đònh các thông số trạng thái của hơi nước ở trạng thái 1 và
2, tính công kỹ thuật sinh ra của quá trình này.
Bài 3:
Nước lỏng sôi ở trạng thái ban đầu có p1=0,05bar được nén đoạn nhiệt đến trạng thái 2 có
p2=80bar. Hãy xác đònh các thông số trạng thái của hơi nước ở trạng thái 1 và 2, tính công kỹ
thuật sinh ra của quá trình này.
Bài 4
Khảo sát sơ đồ nhiệt như hình vẽ dưới đây:

1

Tuabin
Cao
áp
p=130bar
o
t=550 C

Tuabin
Hạ áp

p=30bar

6
Lỏng sôi

2

3

p=0,06bar

y

Bình ngưng

Bình hồi nhiệt

4

5

Lỏng sôi

Bơm

Hãy xác đònh
a. Entanpi của các điểm trên chu trình
b. Lưu lượng hơi trích y đi qua bình hồi nhiệt
c. Công kỹ thuật sinh ra của chu trình (kJ/kg)

Biết các quá trình diễn ra trong tuabin và bơm là đoạn nhiệt
Chương

CHU TRÌNH THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC HƠI NƯỚC
1. Chu trình Rankine
Tóm tắt lý thuyết

13


LÒ HƠI

1

4

TUABIN
HƠI

BƠM

1

T

P
4

1

4
BÌNH NGƯNG

3
2

3

3

2
s

2
V

NƯỚC GIẢI NHIỆT

Quá trình 1-2: giãn nở đoạn nhiệt trong tuabin s2=s1
Quá trình 2-3: ngưng tụ đẳng áp trong bình ngưng p3=p2
Quá trình 3-4: nén đoạn nhiệt từ bình ngưng vào lò hơi s4=s3
Quá trình 4-1: cấp nhiệt đẳng áp trong lò hơi p4=p1
-

Nhiệt cấp vào cho lò hơi

Q1  G i1  i 4  , kW

-

Nhiệt nhả ra ở bình ngưng

Q 2  G i 2  i 3  , kW

-

Công sinh ra của tuabin

WTB  G i1  i 2  , kW

-

Công cấp vào cho bơm

WB  G i 4  i 3  , kW

-

Hiệu suất nhiệt của chu trình



WTB  WB i1  i 2  i 4  i 3 

Q1
i1  i 4

Bỏ qua công bơm


WTB i1  i 2

Q1
i1  i 3

Bài 1:
Khảo sát chu trình thiết bò động lực hơi nước làm việc với các thông số như sau:
-

p suất và nhiệt độ hơi nước trước khi vào tuabin là 120bar và 500oC

-

p suất hơi nước sau khi ra khỏi tuabin là 0,05bar

-

Lưu lượng hơi nước tuần hoàn là 300tấn/h

Hãy xác đònh:
14


a. Entanpi tại các điểm trên chu trình
b. Hiệu suất nhiệt của chu trình
c. Hiệu suất nhiệt lớn nhất của chu trình
d. Tính lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng nếu biết độ chênh lệch nhiệt độ nước
vào và ra bình ngưng là 6oC
e. Lò hơi sử dụng dầu FO, biết nhiệt trò riêng của dầu FO là 10000kcal/kg. Hãy xác đònh
lượng tiêu hao nhiên liệu của lò hơi trong 1 giờ

f. Biểu diễn chu trình trên 3 đồ thò p-V, T-s và i-s
Bài 2:
Khảo sát chu trình thiết bò động lực hơi nước làm việc với các thông số như sau:
-

p suất hơi nước trước khi vào tuabin là 130bar

-

p suất và độ khô của hơi nước sau khi ra khỏi tuabin là 0,05bar và 0,75

-

Lưu lượng hơi nước tuần hoàn là 200tấn/h

Hãy xác đònh:
a. Entanpi tại các điểm trên chu trình và nhiệt độ hơi nước trước khi vào tuabin
b. Công sinh ra của chu trình, nhiệt cấp vào cho lò hơi và nhiệt nhả ra ở bình ngưng. Có
nhận xét gì về kết quả tính được?
c. Tính hiệu suất nhiệt của chu trình khi tính công bơm và bỏ qua công bơm. So sánh và
nhận xét
d. Nêu nhiệm vụ của bình ngưng và giải thích tại sao sau khi ra khỏi bình ngưng nước có
trạng thái là lỏng sôi.
2. Chu trình quá nhiệt trung gian
Tóm tắt lý thuyết

LÒ HƠI

1

TUABIN
CAO ÁP

TUABIN
HẠ ÁP

T

P

1

6

6

3
2

BƠM

3

6

1

2

23

BỘ QUÁ NHIỆT
BÌNH NGƯNG

5
4

5

5

4
s

NƯỚC GIẢI NHIỆT

Quá trình 1-2: giãn nở đoạn nhiệt trong tuabin cao áp s2=s1
Quá trình 2-3: cấp nhiệt đẳng áp trong bộ quá nhiệt p3=p2
15

4
V


Quá trình 3-4: giãn nở đoạn nhiệt trong tuabin hạ áp s4=s3
Quá trình 4-5: ngưng tụ đẳng áp trong bình ngưng p4=p5
Quá trình 5-6: nén đoạn nhiệt nước từ bình ngưng vào lò hơi s6=s5
Quá trình 6-1: cấp nhiệt đẳng áp trong lò hơi p6=p1
-

Nhiệt cấp vào cho chu trình

Q1  Gi1  i 6   i 3  i 2  , kW

-

Nhiệt nhả ra ở bình ngưng

Q 2  G i 4  i 5  , kW

-

Công sinh ra của tuabin

WTB  Gi1  i 2   i 3  i 4  , kW

-

Công cấp vào cho bơm

WB  G i 6  i 5  , kW

-

Hiệu suất nhiệt của chu trình

WTB  WB i1  i2  i3  i4  i6  i5 

Q1
i1  i6  i3  i2



Bỏ qua công bơm


WTB i1  i 2  i 3  i 4

Q1
i1  i 5

Bài 1:
Chu trình thiết bò động lực hơi nước có quá nhiệt trung gian làm việc với các thông số như
sau:
-

p suất và nhiệt độ hơi nước trước khi vào tuabin cao áp là 120bar và 600oC

-

p suất hơi nước sau khi ra khỏi tuabin cao áp là 14bar

-

Nhiệt độ hơi nước sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt là 450oC

-

p suất hơi nước sau khi ra khỏi tuabin hạ áp là 0,06bar

-

Lưu lượng hơi nước tuần hoàn là 400tấn/h

Bỏ qua công bơm. Hãy xác đònh:
a. Entanpi tại các điểm trên chu trình
b. Hiệu suất nhiệt của chu trình
c. So sánh với hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine
d. Tính nhiệt lượng cung cấp vào cho chu trình
e. Tính lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng, biết độ chênh nhiệt độ nước vào và ra
bình ngưng là 5oC.
Bài 2:
16


Chu trình thiết bò động lực hơi nước có quá nhiệt trung gian làm việc với các thông số như
sau:
-

p suất và nhiệt độ hơi nước trước khi vào tuabin cao áp là 130bar và 550oC

-

Hơi nước sau khi ra khỏi tuabin cao áp là hơi bão hòa khô

-

Nhiệt độ hơi nước sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt là 450oC

-

p suất hơi nước sau khi ra khỏi tuabin hạ áp là 0,06bar

-

Lưu lượng hơi nước tuần hoàn là 300tấn/h

Bỏ qua công bơm. Hãy xác đònh:
a. Entanpi tại các điểm trên chu trình
b. Hiệu suất nhiệt của chu trình
c. So sánh với hiệu suất nhiệt của chu trình Rankine
d. Tính nhiệt lượng cung cấp vào cho chu trình
e. Tính lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng, biết độ chênh nhiệt độ nước vào và ra
bình ngưng là 5oC.
Bài 3:
Chu trình thiết bò động lực hơi nước có quá nhiệt trung gian làm việc với các thông số như
sau:
-

p suất và nhiệt độ hơi nước trước khi vào tuabin cao áp là 100bar và 600oC

-

p suất hơi nước sau khi ra khỏi tuabin cao áp là 10bar

-

p suất và độ khô hơi nước sau khi ra khỏi tuabin hạ áp là 0,06bar và 0,72

-

Lưu lượng hơi nước tuần hoàn là 200tấn/h

Bỏ qua công bơm. Hãy xác đònh:
a. Entanpi tại các điểm trên chu trình và nhiệt độ hơi nước sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt
b. Hiệu suất nhiệt của chu trình
c. Tính nhiệt lượng cung cấp vào cho chu trình, công sinh ra của chu trình
d. Tính lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng, biết độ chênh nhiệt độ nước vào và ra
bình ngưng là 6oC.
Chương
KHÔNG KHÍ ẨM
Tóm tắt lý thuyết
-

Không khí ẩm = không khí khô + hơi nước

-

Hơi nước chứa trong không khí ẩm có trạng thái là hơi quá nhiệt hoặc hơi bão hòa khô

-

Không khí ẩm chưa bão hòa là kk ẩm có thể tiếp nhận thêm hơi nước. Trạng thái của
hơi nước chứa trong kk ẩm chưa bão hòa là hơi quá nhiệt
17


-

Kk ẩm bão hòa là kk ẩm không thể tiếp nhận thêm hơi nước. Nếu thêm vào sẽ xảy ra

hiện tượng đọng sương. Trạng thái của hơi nước chứa trong kk ẩm bão hòa là hơi bão
hòa khô.

-

Nhiệt độ nhiệt kế ướt thể hiện cho khả năng tiếp nhận thêm hơi nước của kk ẩm.
Nhiệt độ nhiệt kế ướt càng cao thì khả năng tiếp nhận thêm hơi nước càng ít và ngược
lại. Nhiệt độ nhiệt kế ướt là nhiệt độ thấp nhất có thể làm lạnh được bằng cách phun
thêm hơi nước vào kk ẩm. Tại nhiệt độ nhiệt kế ướt thì độ ẩm =100%
Nhiệt độ đọng sương là nhiệt độ mà tại đó hơi nước chứa trong không khí ẩm bắt đầu
ngưng tụ lại. Tại nhiệt độ đọng sương thì độ ẩm =100%
I

60%

70%
80%

90%
I=c

on

st

100%

st

t=con

tư
d=const

-

tđs

d

18


100%

I=c

on

90%

80%

70%

60%

d

st

tư

tđs

d=const

t=const
t

1. Quá trình gia nhiệt

t1,,d1

t2,,d2

Sau khi gia nhiệt
t2>t1
2<1
d2=d1
Nhiệt cấp vào
Q kk  G I 2  I1  kW

Bài 1:
Không khí ẩm ở trạng thái ban đầu có t1=30oC,1=70% được gia nhiệt đến trạng thái 2 có
t2=50oC. Lưu lượng kk đi qua buồng gia nhiệt là 250kg/h. Hãy xác đònh
19


a. Các thông số trạng thái còn lại của kk ẩm trước và sau khi gia nhiệt
b. Nhiệt lượng cung cấp vào

c. Kk được gia nhiệt bằng hơi nước, hơi nước trước khi vào buồng gia nhiệt là hơi bão
hòa khô ở áp suất p=6bar. Sau khi ra khỏi buồng gia nhiệt hơi nước có trạng thái là
hơi bão hòa ẩm có x=0,3. Hãy xác đònh lưu lượng hơi nước đi qua buồng gia nhiệt.
Bài 2:
Kk ẩm ở trạng thái ban đầu có t1=35oC, 1=80% được gia nhiệt đến trạng thái 2 có
2=10%. Hãy xác đònh các thông số trạng thái còn lại của kk ẩm trước và sau khi gia
nhiệt.
Bài 3.
Một máy sấy tóc có công suất là 300W, không khí đi vào máy có t1=30oC, 1=80%. Hãy
xác đònh các thông số trạng thái còn lại của kk ẩm sau khi ra khỏi máy sấy tóc. Biết lưu
lượng khơng khí đi qua máy là 6 lit/s
Bài 4.
Kk ẩm trước khi đi vào dàn nóng của máy lạnh có t1=30oC,1=70%. Sau khi ra khỏi dàn
nóng kk có t2=45oC. Hãy xác đònh:
a. Các thông số trạng thái còn lại của kk ẩm trước và sau khi qua dàn nóng
b. Lưu lượng kk đi qua dàn nóng biết máy lạnh này có năng suất lạnh là 3HP và hệ số
làm lạnh của nó là 3,5
Bài 5:
Không khí ẩm ở trạng thái ban đầu có tư=25oC, tđs=20oC được gia nhiệt đến trạng thái 2
có 2=15%. Hãy xác đònh các thông số trạng thái còn lại của kk ẩm trước và sau khi làm
lạnh. Kiểm tra kết quả tính toán trên đồ thò t-d
2. Quá trình làm lạnh

t1,,d1

t2,,d2
20


Sau khi làm lạnh:

t22>1
Trường hợp 1: làm lạnh trên điểm đọng sương
d2=d1
Trường hợp 2: làm lạnh dưới điểm đọng sương
d22=100%
Nhiệt nhả ra:
Q kk  G I1  I 2  , kW

Lượng nước tách ra:
G n  G d1  d 2  , kg/h

Bài 1:
Kk ẩm ở trạng thái ban đầu có t1=25oC, 1=70% được làm lạnh đến trạng thái 2 có
t2=15oC. Lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh là G=300kg/h. Hãy xác đònh
a. Các thông số trạng thái còn lại của không khí ẩm trước và sau khi làm lạnh
b. Nhiệt lượng nhả ra
c. Lượng nước tách ra
d. Biểu diễn quá trình làm lạnh trên đồ thò t-d
Bài 2:
Kk ẩm ở trạng thái ban đầu có t1=25oC, 1=80% được làm lạnh đến trạng thái 2 có
d2=10ghn/kgkkk. p suất khí quyển là p=760mmHg. Hãy xác đònh các thông số trạng
thái còn lại của kk ẩm trước và sau khi làm lạnh
Bài 3:
Không khí ẩm ở trạng thái ban đầu có tk=30oC, tư=25oC được làm lạnh đến trạng thái 2 có
t2=20oC. Hãy xác đònh các thông số trạng thái còn lại của kk ẩm trước và sau khi làm
lạnh. Kiểm tra kết quả tính toán trên đồ thò t-d
Bài 4:
Không khí ẩm ở trạng thái ban đầu có tk=30oC, tđs=20oC được làm lạnh đến trạng thái 2

có t2=16oC. Hãy xác đònh các thông số trạng thái còn lại của kk ẩm trước và sau khi làm
lạnh. Kiểm tra kết quả tính toán trên đồ thò t-d
Bài 5

21


Kk ẩm ở trạng thái ban đầu có t1=30oC, 1=60% được làm lạnh đến trạng thái 2 rồi gia
nhiệt đến trạng thái 3 có t3=15oC, 3=50%. Hãy xác đònh các thông số trạng thái của
không khí ẩm ở trạng thái 2 và biểu diễn quá trình này trên đồ thò t-d.
Bài 6:
Kk ẩm ở trạng thái ban đầu có t1=25oC, 1=60% được làm lạnh đến trạng thái 2 có
t2=15oC, 2=90%. Lượng nước tách ra trong 1 giờ là 2kg. Hãy xác đònh:
a. Các thông số trạng thái còn lại của kk ẩm trước và sau khi làm lạnh
b. Nhiệt lượng nhả ra của qua trình này
3. Quá trình sấy

Sản phẩm sấy
Gđ

Calorifer
t1,,d1

t2,,d2

Buồng sấy

t3,,d3

Gs

t2>t1

t3
2<1

3>2

d2=d1

d3>d2
I3=I2

Nhiệt lượng cấp vào
Q kk  G I 2  I1  , kW

Lượng nước tách ra từ sản phẩm sấy:
G n  G d 3  d 2  , kg/h

Thời gian sấy


Gd  Gs
Gn

Bài 1:
Không khí ẩm ở trạng thái ban đầu có t1=30oC, 1=70% được gia nhiệt đến trạng thái 2
có 2=10% rồi đưa vào buồng sấy. Sau khi ra khỏi buồng sấy không khí có t3=40oC. Sản
phẩm sấy là cà phê có khối lượng ban đầu Gđ=150kg, độ ẩm của cà phê là 85%. Sau khi
sấy cà phê có độ ẩm là 15%. Hãy xác đònh

a. Các thông số trạng thái còn lại của kk ẩm tại các điểm 1,2 và 3
b. Tính nhiệt lượng cung cấp vào cho quá trình sấy
c. Tính thời gian sấy
22


d. Biểu diễn quá trình sấy trên đồ thò i-d
Bài 2: Bài 7.9 SBT

23


Chương

CHU TRÌNH MÁY LẠNH
Tóm tắt lý thuyết
KHÔNG GIAN NGOÀI TRỜI
2
DÀN NÓNG

3
VÙNG ÁP CAO

KK GIẢI NHIỆT
VAN TL KK LÀM LẠNH

VÙNG ÁP THẤP

MÁY NÉN

4
DÀN LẠNH
1

KHÔNG GIAN ĐIỀU HOÀ

T
2
3

tK, pK

4

t0, p0

1
s

Quá trình 1-2: nén đoạn nhiệt trong máy nén s2=s1
Quá trình 2-3: ngưng tụ đẳng áp trong dàn nóng p3=p2
Quá trình 3-4: tiết lưu i4=i3
Quá trình 4-1: bay hơi đẳng áp trong dàn lạnh p4=p1
Nhiệt nhả ra ở dàn nóng
24


Q K  Q1  G i 2  i 3  , kW

Nhiệt nhận vào ở dàn lạnh

Q 0  Q 2  G i1  i 4  , kW

Công cấp vào cho máy nén
W  G i 2  i1  , kW

Hệ số làm lạnh


Q 0 i1  i 4

W i 2  i1

Bài 1:
Chu trình máy lạnh có máy nén hơi làm việc với tác nhân lạnh là R22 có các thông số
như sau:
-

Nhiệt độ bay hơi t0=-10oC

-

p suất ngưng tụ pK=16bar

-

Hơi hút về máy nén là hơi bão hòa khô

-

Lưu lượng tác nhân lạnh tuần hoàn là 0,08kg/s

-

Không khí giải nhiệt cho dàn nóng có t1=30oC, 1=70%. Sau khi ra khỏi dàn nóng
không khí có t2=45oC.

Hãy xác đònh:
a. Entanpi tại các điểm trên chu trình
b. Năng suất lạnh năng suất giải nhiệt và hệ số làm lạnh của chu trình
c. Lưu lượng không khí giải nhiệt cho dàn nóng
d. Nếu áp suất đầu đẩy của máy nén là 10bar và nhiệt độ không khí giải nhiệt là không
đổi thì máy lạnh này có hoạt động được hay không. Giải thích
Bài 2:
Chu trình máy lạnh có máy nén hơi làm việc với tác nhân lạnh là R22 có các thông số
như sau:
-

Nhiệt độ bay hơi t0=-15oC

-

Nhiệt độ ngưng tụ tK=45oC

-

Hơi hút về máy nén là hơi bão hòa khô

-

Lượng nước tách ra khỏi dàn lạnh trong 1giờ là 2kg. Biết kk vào dàn lạnh có t 1=25oC

và 1=70%, sau khi ra khỏi dàn lạnh không khí có t2=16oC

Hãy xác đònh:
a. Entanpi tại các điểm trên chu trình
b. Năng suất lạnh năng suất giải nhiệt và hệ số làm lạnh của chu trình
25