Bài giảng môn Nhiệt động lực học kỹ thuật: Chương 3 - ThS. Nguyễn Thị Minh Trinh

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

CHƢƠNG 3:

ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI

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

2


Chƣơng 3

Tổng quát

1. HẠN CHẾ CỦA ĐỊNH LUẬT 1 VÀ
SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỊNH LUẬT 2
 Định luật nhiệt động thứ nhất đã chỉ ra rằng: 2 dạng
năng lượng cơ bản là nhiệt lượng và công có thể biến
đổi qua lại lẫn nhau.

 Nhưng định luật này không chỉ rõ được:
 Chiều hướng diễn biến của quá trình
 Điều kiện cần và đủ để quá trình xảy ra
 Mức độ biến hóa năng lượng của quá trình
 Và trong thực tế: công có thể biến đổi hoàn toàn
thành nhiệt lượng nhưng nhiệt lượng không thể biến đổi
hoàn toàn thành công.
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

3


Chƣơng 3

Tổng quát

1. HẠN CHẾ CỦA ĐỊNH LUẬT 1 VÀ
SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỊNH LUẬT 2 (tt)
 Từ nghiên cứu thực tiễn các nhà khoa học đã tìm ra
một số quy luật và gọi nó là định luật nhiệt động thứ 2
 Định luật nhiệt động thứ 2 chỉ ra được:
 Chiều hướng diễn biến của quá trình
 Thiết lập giới hạn tối đa của sự biến hóa năng
lượng của quá trình
 Điều kiện để thực hiện các quá trình xảy ra ngược
với chiều tự nhiên.

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

4

Chƣơng 3

Chu trình nhiệt động

2. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

Thuận chiều

Tất cả các loại động
cơ nhiệt: động cơ
đốt trong, tuabin
hơi, tuabin khí, …

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

Ngược chiều

Tất cả các loại
máy lạnh và
bơm nhiệt

5


Chƣơng 3

Chu trình nhiệt động

Chu trình thuận chiều
T

p

3

3
q1

q1

2

sinh coâng

2

sinh coâng

4
q2

1

1

4
q2

v

s

q2
w q1  q 2

 1
Hiệu suất nhiệt:  
q1
q1
q1
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

6


Chƣơng 3

Chu trình nhiệt động

Phát biểu Kelvin-Planck
 Không thể có bất kỳ
một động cơ nhiệt nào
có thể biến toàn bộ nhiệt
lượng nhận được thành
ra công.

 Không thể có
bất kỳ một động

cơ nhiệt nào có
hiệu suất là 100%

Vậy với chu trình thuận chiều:

w  q1  q 2  q1  w  q 2
Khi G ≠ 1 kg: Q1  W  Q 2 hay Qnóng  W  Qlanh
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

7


Chng 3

Chu trỡnh nhit ng

Chu trỡnh ngc chiu
p

3

q2

p

2

nhaọn
coõng

4

q1

Chu trỡnh maựy laùnh

q1

3 s lm
2
H
lnh:
q1
q1


q 2 q1 nhaọ
wn
coõng

1

v

CBGD: ThS.NGUYN TH MINH TRINH HBK TP.HCM

H s lm núng:
4
q 2 q2 q 2

q 2 q1 w

1

v

Chu trỡnh bụm nhieọt

8


Chƣơng 3

Chu trình nhiệt động

Phát biểu Clausius
 Không thể có bất kỳ một
máy lạnh hay bơm nhiệt nào
có thể vận chuyển nhiệt
lượng từ nơi có nhiệt độ thấp
đến nơi có nhiệt độ cao mà
không tiêu tốn năng lượng.

 Hệ số làm lạnh của
máy lạnh (hay hệ số
làm nóng của bơm
nhiệt) là một giá trị
xác định, không thể
nào tiến tới vô cùng.

Vậy với chu trình ngược chiều:
w  q 2  q1  q 2  w  q1
Khi G ≠ 1 kg: Q2  W  Q1 hay Qnóng  W  Qlanh
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

9


Chƣơng 3

p

Chu trình Carnot

Chu trình Carnot thuận chiều

1

T

q1
TN

q=0

4

=c

t

=c
o ns

q=0

TL

t

q2

2

2

ons

TL

1

TN

q1

4

3

3

q2

5

V

6

s

Chu trình Carnot thuaän chieàu

Hiệu suất của chu trình:

TN  TL
C 
TN

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

10


Chƣơng 3

Chu trình Carnot

1

Chu trình Carnot ngƣợc chiều
T

q2
TN

q=0

4

=c
ons
t

TL

2

2

=c
ons
t

q1

1

TN

q2

q=0

TL

3
V

4

3

q1

5

6

s

Chu trình Carnot ngöôïc chieàu

Hệ số làm lạnh của chu trình:
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

TL
C 

TN  TL
11


Chƣơng 3

Chu trình Carnot

Ý nghĩa của chu trình Carnot
T

q1c

1

Tmax

- Chu trình tuabin khí:
2

q2
dt DC65D 
  1
 1
q1
dt AB 65A 

B

q1

C

A
Tmin

D

- Chu trình Carnot:

q2
4

5

3

q2c
6

s

c  1 

So saùnh chu trình Carnot vaø chu trình tuabin khí

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

q 2c
q1c

dt43654 
 1
dt12651 

c  
12


Chƣơng 3

Chu trình Carnot

Ý nghĩa của chu trình Carnot
 Trong tất cả các chu trình nhiệt

động tiến hành ở cùng điều kiện
nhiệt độ cực đại Tmax và nhiệt độ
cực tiểu Tmin, chu trình CARNOT
luôn có hiệu suất cao nhất
 Hiệu suất chu trình CARNOT là

mốc để đánh giá mức độ hoàn thiện
của các chu trình trong thực tế.
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

13


Chƣơng 3

Bài tập

VD 3.1
Một động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot
với nhiệt độ nguồn lạnh là 350C, nhiệt độ nguồn nóng
là 6000C. Năng suất nhiệt cần cung cấp là 1000 kW.
Xác định:
1. Công suất sinh ra của chu trình (HP). Trong thực tế
công suất này lớn hơn hay nhỏ hơn.
2. Năng suất nhả nhiệt của chu trình.
ĐS:
1. W = 647,19 kW = 867,9 HP
2. Q2 = 352,81 kW
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

14


Chƣơng 3

Bài tập

VD 3.2
Một chu trình máy lạnh hoạt động giữa nhiệt độ nguồn
lạnh là – 100C và nhiệt độ nguồn nóng là 370C, năng
suất lạnh là 100 kW. Xác định:
1. Hệ số làm lạnh lớn nhất của chu trình.
2. Công nén cần cung cấp (HP)
3. Năng suất nhả nhiệt của chu trình.
ĐS:

1. W = 17,87 kW = 23,96 HP
2. Q2 = 117,87 kW
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM

15


Chƣơng 3

Bài tập

VD 3.3
Một máy lạnh làm việc theo chu trình Carnot tiêu thụ
công suất 10 kW. Nhiệt độ nguồn lạnh là 70C và nhiệt
độ nguồn nóng là 270C. Xác định nhiệt lượng lấy
được của nguồn lạnh trong một giây?
ĐS:
Q1 = 140 kJ

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

16


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

Hết chƣơng 3

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

17