Bài giảng Kỹ thuật nhiệt: Chương 1 - Ngô Phi Mạnh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CN NHIỆT – ĐIỆN LẠNH

BÀI GIẢNG

KỸ THUẬT NHIỆT

Đà Nẵng 2018


Thông tin liên lạc

Họ và tên: Ngô Phi Mạnh
Địa chỉ email:

Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh
Tầng 2, khu A, phòng A216.


Nội dung
Môn học chia làm 2 phần lớn:
1. Nhiệt động học (NĐH): 14 giờ
2. Truyền nhiệt (TN): 16 giờ


Hình thức đánh giá
20%

Điểm danh,

BT lớn
Kiểm tra giữa
kỳ (30 câu TN)

30%

50%

Thi cuối kỳ
(30 câu TN)


Tài liệu tham khảo
1. Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt, Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú

2. Bài tập Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt, Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú
3. Nhiệt Kỹ thuật, PGS.TS. Nguyễn Bốn, PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng
4. Kỹ thuật nhiệt, PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng, TS Thái Ngọc Sơn.
5. Fundamentals of thermal-fluid science, Y. A. Çengel


Tài liệu tham khảo


KỸ THUẬT NHIỆT

Phần 1

Nhiệt động học

CHƯƠNG 1:
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN


1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN


1.1.1. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
◦ Đối tượng:
 Nghiên cứu các qui luật biến đổi năng lượng (Nhiệt-công)
Nhà máy nhiệt điện, động cơ đốt trong,…

 = max
Nhiệt

Đối tượng
nghiên cứu
 =  max
Máy lạnh

✓ Phương pháp nghiên cứu:
Lý thuyết, thực nghiệm và kết hợp.

Công


1.1.2. Hệ nhiệt động (HNĐ)
a. Môi chất: Chất trung gian để thực hiện quá trình biến
đổi Công ⇒ Nhiệt hoặc ngược lại. Ví dụ: nước, ga

lạnh, khói nóng, dầu truyền nhiệt…
b. Định nghĩa Hệ nhiệt động (HNĐ):
Tập hợp các vật thể hay không gian có liên hệ với
nhau về cơ nhiệt => HNĐ.
c. Phân loại HNĐ:
+ Hệ kín
+ Hệ hở

Hệ cô lập

Hệ đoạn nhiệt


1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN


1.1.3. Trạng thái và thông số trạng thái của 1 HNĐ
1. Trạng thái:




Tập hợp các thông số xác định tính chất vật lý của 1 HNĐ tại
một thời điểm t nào đó.
Các thông số trạng thái cơ bản: p, t, v
Các hàm trạng thái: u, i, s.

2. Các thông số trạng thái cơ bản
a. Áp suất tuyệt đối:

Áp suất
tuyệt đối
p

p

F
S

Lực mà môi chất (chất khí hay chất lỏng) tác
dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích tiếp
xúc.
Đơn vị: Pa ( Pascal); N/m2


1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Áp suất
khí quyển
Kí hiệu: pk
pk = 760mmHg
( áp suất khí quyển chuẩn)
Thay đổi theo độ cao, điều
kiện thời tiết
Dụng cụ đo:
Baromet

Áp suất dư

Nếu p> pk:
pd = p-pk

Trong thực tế
các thiết bị đo
áp suất đều
thể hiện áp
suất này

Áp suất
chân không

Nếu p< pk:
pck = pk – p
Dụng cụ đo:
Chân không
kế

1 bar = 105 Pa = 105 N/m2
1 atm =101,3 kPa =1,013 bar
1 at = 9,807.104 Pa = 0,981 bar

760mmHg = 1 atm = 101,3 kPa = 10,3 mH2O
1 psi = 6894.76 N/m2


1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Áp suất khí quyển tại những độ cao khác nhau

Nguồn: />

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Áp suất khí quyển và
nhiệt độ kk tại những
độ cao khác nhau

Nguồn: NASA (1976)


1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
b. Nhiệt độ tuyệt đối (T)
- Nhiệt độ T = f(tốc độ chuyển động tịnh tiến  của các phân tử và
nguyên tử).
m. 2
T
3.k
Trong đó : T - Nhiệt độ tuyệt đối của vật, K
m - Khối lượng phân tử, kg
 - Vtốc ch.động tịnh tiến trung bình của p.tử
k - Hằng số Boltzmann, k = 1,3805.10-23, J/K
-

Thang đo nhiệt độ:
+ Bách phân: t [0C]
+ Kenvin: T [K]
+ Thang nhiệt độ Farenheit: tF[0 F]

 Mối liên hệ:


T = t + 273,15
tF = 1,8.t +32

1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

c. Thể tích riêng và khối lượng riêng
- Thể tích riêng: là thể tích của 1kg khối lượng vật chất
ν

Trong đó:

V
, [m3/kg]
G

G - khối lượng vật, [kg]
V - thể tích vật, [m3]

- Khối lượng riêng: là đại lượng nghịch đảo của thể tích
riêng

1 G
ρ 
v V

, [kg/m3]


1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
d. Nội năng (hàm trạng thái)
- ĐN: Toàn bộ các dạng năng lượng bên trong của vật (nội

năng, nội hóa năng, năng lượng nguyên tử…).

- Trong nhiệt động học:
Nội năng = Nội nhiệt năng = Nội động năng + Nội thế năng
U = Ud + Ut = f(T, v)

Đối với khí lí tưởng: Ut = 0 => U = Ud = f (T)

du = Cv.dT

=>

Δu = Cv(T2 –

Cv – Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích


1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
e. Entanpi, i
- ĐN:
i = u + pv
- Đối với KLT:
di = d(u+pv)

di = du + d(pv) = CvdT + RdT

=>
Trong đó:

Cp – Nhiệt dung riêng đẳng áp

di = Cp.dT

f. Entropi, s
- ĐN:

=>

Δi = Cp(T2 – T1)

ds = q/T


1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN


1.1.4. Quá trình và chu trình nhiệt động
1. Quá trình nhiệt động:
- ĐN: Là sự thay đổi liên tục của một hay nhiều thông số trạng thái
từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối.
- Phân loại:
+ Quá trình thuận nghịch.
+ Quá trình không thuận nghịch.

2. Chu trình nhiệt động
Là một quá trình có trạng thái đầu và trạng thái cuối trùng nhau


1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN


1.1.5. Nhiệt và Công (hàm quá trình)
1. Nhiệt, q [kJ/kg]:

- ĐN: Quá trình truyền nội năng giữa 2 vật có nhiệt độ khác nhau
- Kí hiệu:
Q (J) và q (J/kg)
- Qui ước:
q > 0 ➠ Nhận nhiệt

q < 0 ➠ Nhả nhiệt




1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.5. Nhiệt và Công
2. Công, l [kJ/kg]

- ĐN: Đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi NL giữa MC và môi
trường khi có chuyển động.
 Kí hiệu:
L (J) và l (J/kg)
 Qui ước:
l > 0 ➠ hệ sinh công
l < 0 ➠ hệ nhận công


1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN


1.1.5. Nhiệt và Công
3. Phân loại

a. Công giãn nở:
δL  pdV
V2

L

 pdv  S (12V V 1)
2 1

V1

b. Công kỹ thuật:
δl kt  vdp
p2

L

kt



 Gl kt  G  vdp  S (12 p 2 p11)
p1


1.2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KLT

1. Khí lý tưởng (KLT) và khí thực
- ĐN: khí có thể tích bản thân các phân tử bé và lực tương tác giữa

các phân tử = 0. Ngược lại, là khí thực.
- Ở điều kiện bình thường có thể xem các khí H2, O2, N2… là KLT

2. Phương trình trạng thái khí lý tưởng (Claperon)
a. Viết cho 1kmol khí

p.Vμ = Rμ.T
Trong đó:

p - Áp suất tuyệt đối của môi chất, [N/m2]
T - Nhiệt độ tuyệt đối, [k]

Vμ -

Thể tích của 1 kmol khí, [m3/kmol]
Rμ = 8314 J/kmol độ - Hằng số phổ biến với mọi chất khí


1.2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KLT
b. Viết cho 1kg khí

p.v = R.T
Trong đó:

T - Nhiệt độ tuyệt đối, [K]
v - Thể tích riêng của chất khí, [m3/kg]
R=

8314



- Hằng số của chất khí, [J/kg.độ]

μ – khối lượng phân tử của chất khi [kg/kmol]
c. Viết cho G kg khí, thể tích V (m3)

p.V = G.R.T


1.3. Nhiệt dung riêng của chất khí
1. Nhiệt dung riêng
a. Định nghĩa: là nhiệt lượng  tăng nhiệt độ của một đơn vị đo lường
vật chất lên 1 độ trong một quá trình nhiệt động.
t2
C = f(bản chất, T, p)
q

C

b. Phân loại:

dt

 Theo đơn vị đo:
C

 Nhiệt dung riêng khối lượng
 Nhiệt dung riêng thể tích:

 Nhiệt dung riêng mol:

 Theo quá trình:

C 

C' 

Q

Q

 q   C.dt
t2

Q
G.dt

V .dt

M .dt

 NDR Khối lượng đẳng áp Cp, [J/kg.độ]

G, V, M là khối
lượng [kg], thể
tích tiêu chuẩn

[m3], khối
lượng mol
[kg/kmol]

 NDR Khối lượng đẳng tích Cv, [J/kg.độ]

 Theo nhiệt độ:
 NDR thực : là NDR tại một nhiệt độ nào đó.
 NDR trung bình : là NDR trong một khoảng nhiệt độ nào đó.