NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT CHƢƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

MÔN HỌC:

NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CHƢƠNG 1:

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
VÀ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI
CỦA KHÍ LÝ TƢỞNG

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

2


Chƣơng 1

Một số khái niệm cơ bản

1. HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG

Nguồn nóng

 Gắn liền với 3 yếu tố:

Chất môi giới
Nguồn lạnh

 Và trao đổi với môi
trƣờng xung quanh:

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

Nhiệt lƣợng
Công

3


Chƣơng 1

Một số khái niệm cơ bản
Thiết bị ngƣng tụ

Hệ thống
nhiệt động kín

Van tiết lƣu
Máy nén
Thiết bị bay hơi

Hệ thống
nhiệt động hở

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

4


Chƣơng 1

Hệ thống nhiệt động
đoạn nhiệt

Một số khái niệm cơ bản

Là hệ thống nhiệt động
không trao đổi nhiệt lƣợng
với môi trƣờng xung quanh

Q=0

Q=0
W=0

Hệ thống nhiệt động
cô lập

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

5

Chƣơng 1

Một số khái niệm cơ bản

2. TRẠNG THÁI
Cân bằng

Không cân bằng

3. QUÁ TRÌNH
-Tập hợp 1 số trạng
thái làm việc theo
cùng một nguyên tắc.

Thuận
nghịch

- Trạng thái đầu và
cuối là cân bằng
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

Không
thuận
nghịch

6


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

 Các đại lƣợng đặc trƣng cho trạng thái của chất môi
giới đƣợc gọi là thông số trạng thái
 Các thông số trạng thái thƣờng dùng là:

 Nhiệt độ: T
 Áp suất: p

Thông số trạng thái
cơ bản

 Thể tích riêng: v
 Nội năng: u
 Entanpy: i
 Entropy: s
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

7


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

1. NHIỆT ĐỘ
 Là thông số biểu thị mức độ nóng lạnh của vật.
 Dụng cụ đo: nhiệt kế

 Nhiệt kế thủy ngân: Dựa trên sự giãn nở của

chất lỏng
 Nhiệt kế điện trở: Dựa trên sự thay đổi điện trở

 Thermocouple: Dựa trên sự thay đổi dòng điện
 Nhiệt kế hồng ngoại: Dựa trên hiệu ứng bức xạ
nhiệt dƣới dạng hồng ngoại của vật nóng
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

8


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

 Trong kỹ thuật thƣờng dùng các thang nhiệt độ sau:
Thang nhiệt độ Celcius:

Thang nhiệt độ Fahrenheit:

 Ký hiệu: t

 Ký hiệu: t

 Đơn vị:

 Đơn vị:

0C

Thang nhiệt độ Kelvin:
(Nhiệt độ tuyệt đối)

0F

Thang nhiệt độ Rankine:
(Nhiệt độ tuyệt đối)

 Ký hiệu: T

 Ký hiệu: T

 Đơn vị:

 Đơn vị:

K

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

0R

9


Chƣơng 1

K

0

0

0

373

100

671

212

- 273

F

0

32

Fahrenheit

491

Rankine

Kelvin

0

R

0

273

Điểm đóng
băng của nước

Mức không của
thang nhiệt độ
tuyệt đối

C

Celcius

Điểm sôi của
nước

Thơng số trạng thái

- 459

Chú ý
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

Mối quan hệ giữa
các thang nhiệt độ:

K = 0C + 273
0R

= 1,8 K

0F

= 1,8 0C + 32

Chỉ có nhiệt độ
tuyệt đối mới là
thơng số
trạng thái
10


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

2. ÁP SUẤT
 Là lực tác dụng lên một đơn vị
diện tích bề mặt ranh giới theo
phƣơng pháp tuyến với bề mặt đó.

F ,N/m2
p
A

 Có các loại áp suất sau:

 Áp suất khí quyển: pkq
 Áp suất dƣ: pd

Xác định bằng
dụng cụ đo

 Áp suất chân không: pck
 Áp suất tuyệt đối: ptđ
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

11


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

Ví dụ về áp suất

F1 A1
p1  p 2 

F2 A 2
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

12


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

Áp suất khí quyển: pkq
 Là áp lực của không khí tác động lên các vật thể
nằm trong nó và lên bề mặt trái đất.
 Giá trị trung bình của pkq tại
mực nƣớc biển là 760 mmHg

 Trong tính toán kỹ thuật
cho phép lấy pkq = 1 bar
 Dụng cụ đo: Barometer

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

13


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

Áp suất dƣ: pd
 Khi áp suất môi trƣờng khảo sát lớn hơn áp suất
khí quyển, ta gọi độ chênh lệch giữa áp suất môi
trƣờng đó với áp suất khí quyển là áp suất dƣ.
 Dụng cụ đo: Manometer

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

14

Chƣơng 1

Thông số trạng thái

Áp suất chân không: pck
 Khi áp suất môi trƣờng khảo sát nhỏ hơn áp suất khí
quyển, ta gọi độ chênh lệch giữa áp suất môi trƣờng
đó với áp suất khí quyển là áp suất chân không.
 Dụng cụ đo: Vacumeter

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

15


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

Áp suất tuyệt đối: ptđ
 Khi ptđ > pkq:

ptđ = pkq + pd
 Khi ptđ < pkq:

ptđ = pkq – pck

1bar = 105 N/m2 = 750 mmHg

1at = 0,981 bar = 1 kgf/cm2
= 10 mH2O
1 N/m2 = 1 Pa

1 psi = 6895 N/m2

Chú ý
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

Chỉ có áp suất
tuyệt đối mới là
thông số
trạng thái
16


Chƣơng 1

Thơng số trạng thái
Áp suất môi trường khảo sát
lớn hơn áp suất khí quyển

Áp suất tuyệt đối

Áp suất dư
Áp suất khí quyển
Độ chân không

Áp suất môi trường khảo sát
nhỏ hơn áp suất khí quyển

Áp suất tuyệt đối
Chân không tuyệt đối

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

17


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

3. THỂ TÍCH RIÊNG
 Thể tích riêng:

 Khối lƣợng riêng:

V
v
G

G 1
 
V v

Trong đó: G – Khối lƣợng của khối chất môi giới đang khảo sát, kg
V – Thể tích choán chỗ của khối chất môi giới đó, m3

Chú ý

Chỉ có thể tích
riêng mới là
thông số
trạng thái

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

18


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

4. NỘI NĂNG
 Tổng độ biến thiên năng lƣợng của một hệ thống:

E  E đ  E t  U
 Trong phạm vi nhiệt động lực học, hệ thống hầu
nhƣ không có sự thay đổi vị trí  E = U
 Trong phạm vi vi mô của hệ thống:

U  Uđ  U t
 Nếu G = 1 kg:

u  uđ  ut

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

19

Chƣơng 1

Thông số trạng thái

 Trong bài toán về nhiệt động với chất môi giới là khí
lý tƣởng, độ biến thiên nội năng của hệ thống đƣợc
xác định nhƣ sau:

- Khi G = 1 kg:

u  c v T2  T1 

, kJ/kg

- Khi G ≠ 1 kg: U  G.u  Gc v T2  T1  , kJ
Trong đó: cv – Nhiệt dung riêng khối lƣợng đẳng tích, kJ/kgK
T1,T2 – Nhiệt độ đầu và cuối của quá trình khảo sát, K
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

20


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

5. ENTANPY
 Entanpy đƣợc định nghĩa bằng biểu thức:

i = u + pv
 Trong bài toán về nhiệt động với chất môi giới là khí
lý tƣởng, độ biến thiên entanpy của hệ thống đƣợc
xác định nhƣ sau:

i  c p T2  T1  , kJ/kg
- Khi G ≠ 1 kg: I  G.i  Gc p T2  T1  , kJ
- Khi G = 1 kg:

Trong đó: cp – Nhiệt dung riêng khối lƣợng đẳng áp, kJ/kgK
T1,T2 – Nhiệt độ đầu và cuối của quá trình khảo sát, K
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

21


Chƣơng 1

Thông số trạng thái

6. ENTROPY
 Entropy đƣợc định nghĩa bằng biểu thức:

 Khi G ≠ 1 kg:
hoặc

q
ds 
T

, kJ/kgK

Q
dS 
T

, kJ/K

dS  G.ds

, kJ/K

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

22


Chƣơng 1

Phƣơng trình trạng thái của khí lý tƣởng

KHÍ LÝ TƢỞNG
 Một chất khí đƣợc xem là khí lý tƣởng nếu nó thỏa
2 điều kiện sau:
 Thể tích bản thân các phân tử bằng không
 Lực tƣơng tác giữa các phân tử bằng không
 Những chất khí không phải là khí lý tƣởng đƣợc
gọi là khí thực

CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

23


Chƣơng 1

Phƣơng trình trạng thái của khí lý tƣởng

PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI
- Khi G = 1 kg:

pv  RT

- Khi G ≠ 1 kg:

pV  GRT

Trong đó: p – áp suất tuyệt đối của khối khí, N/m2
v – thể tích riêng của khối khí, m3/kg
V – thể tích khối khí, m3
G – Khối lƣợng khối khí, kg
T – Nhiệt độ tuyệt đối của khối khí, K
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

24


Chƣơng 1

Phƣơng trình trạng thái của khí lý tƣởng

PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI (tt)
Và R – hằng số chất khí , J/kgK

R

8314
R



Rμ – hằng số phổ biến của chất khí , J/kmolK

μ – phân tử lƣợng của chất khí, kg/kmol
Định luật Avogadro:
Ở cùng điều kiện áp suất và nhiệt độ tiêu chuẩn
(p = 101,325kPa và T = 273,15K) thể tích 1 kmol của
tất cả các khí lý tƣởng đều bằng nhau và bằng 22,4 m3
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

25