PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ BÀI NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC
BỘ MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
__________________________

PHÚC TRÌNH THÍ NGHIỆM
Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
Bài:

NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
CBHD: Trần Lê Hải
Sinh viên: Lê Khắc Hưng
MSSV: 1611427
Nhóm, lớp: H1.1, TNH1
Ngày TN: 19/09/2018

Năm học 2018 - 2019


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
MỤC LỤC

1. TRÍCH YẾU ......................................................................................................................... 2
1.1. Mục đích thí nghiệm .................................................................................................... 2
1.2. Phương pháp thí nghiệm .............................................................................................. 2
1.3. Kết quả thí nghiệm (số liệu thô) ................................................................................... 2
1.4. Nhận xét kết quả........................................................................................................... 3
2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM .............................................................................................. 3

2.1. Phân loại trạng thái khơng khí ẩm................................................................................ 3
2.2. Các thơng số đặc trưng cho khơng khí ẩm ................................................................... 4
2.3. Phân loại trạng thái hơi nước ....................................................................................... 5
3. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM.................................... 5
3.1. Mơ hình thí nghiệm ...................................................................................................... 5
3.2. Mơ tả sơ đồ ................................................................................................................... 5
3.3. Phương pháp thí nghiệm .............................................................................................. 6
4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ................................................................................................... 8
5. BÀN LUẬN ......................................................................................................................... 17
6. PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 23
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 25

1


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
1. TRÍCH YẾU
1.1. Mục đích thí nghiệm

Mục đích bài thí nghiệm là giúp sinh viên tìm hiểu bằng thực tế một số vấn đề cơ bản về
lý thuyết đã học trong mơn học Nhiệt động lực học kỹ thuật. Từ đó giúp sinh viên có một khái
niệm chung về mơn học, hiểu được vai trị và sự áp dụng của nó trong cơng nghiệp và đời sống.
1.2. Phương pháp thí nghiệm
Xác định trạng thái khơng khí bao gồm: nhiệt độ, đổ ẩm của khơng khí tại cái vị trí trước
dàn lạnh 4 (cũng chính là trạng thái của khơng khí ở mơi trường xung quanh), trước thiết bị sấy
nóng khơng khí 5 (sau dàn lạnh 4), trước vòi phun hơi 6 và sau dàn phun hơi (thải ra ngoài trời).
Từ các số liệu đo được, vẽ các quá trình thay đổi trạng thái của khơng khí trên giản đồ i-d và
trên cơ sở đó, xác đinh enthalpy và độ chứa hơi của khơng khí tại các vị trí trên.

Tính tốn cân bằng nhiệt của ống khí động bao gồm: xác định lưu lượng gió thổi qua ống,
xác định năng suất lạnh của dàn lạnh và phụ tải nhiệt của thiết bị sấy.
1.3. Kết quả thí nghiệm (số liệu thơ)
Bảng 1.1: Nhiệt độ khơng khí – hơi bão hịa.
Vận tốc

Điểm 1

Điểm 2

Điểm 3

Điểm 4

gió tại

Trước

Trước

Trước vịi

Sau vịi

phun hơi

phun hơi

đầu ra

Lần

Dàn

thiết bị

của ống

đo

lạnh

sấy

khí động

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

1

28,6

26,8

25,6

24,2

50,8

34,6

39,5

36,3

2

28,4

26,6

24,4

23,8

48,9

32,3

38,5

36,1

1

28,4

26,6

24,7

23,9

44,4

31,9

36,7

35,1

2

28,7

26,8

24,8

21,9

44,4

31,8

35,9

35,3

1

28,6

26,7

24,6

23,2

41,6

30,1

35,5

35,1

2

28,7

26,9

24,4

22,9

40,7

29,7

35,4

34,7

v (m/s)

2,2

3,5

4,4

2

Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
Bảng 1.2: Nhiệt độ khơng khí - hơi q nhiệt.
Vận tốc

Điểm 1

Điểm 2

Điểm 3

Điểm 4

gió tại

Trước

Trước

Trước vịi

Sau vịi

phun hơi

phun hơi

đầu ra

Lần

Dàn

thiết bị

của ống

đo

lạnh

sấy

khí động

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

1

29,9

27,6

23,7

24,5

48,1

31,3

38,4

29,0

2

30,2

27,7

23,7

24,9

47,1

31,0

38,0

29,5

1

30,1

27,8

24,5

25,6

43,5

30,7

38,2

30,6

2

30,1

27,7

24,4

25,8

42,2

30,5

37,0

30,4

1

30,3

27,8

24,2

25,9

40,5

30,2

37,6

30,9

2

30,3

27,8

25,6

22,3

41,1

30,4

36,3

29,9

Lần đo

2,2

3,5

4,4

1

28

28

26

2

29

27

26

1

120

120

120

2

120

120

120

v (m/s)

2.2

3,5

4,4

Bảng 1.3: Các số liệu khác.
Vận tốc ra của ống khí động v (m/s)
Mẫu đo lượng nước tách ra từ giàn lạnh v1 ( ml)
Thời gian lấy mẫu đo lượng nước τ1 (s)
1.4. Nhận xét kết quả
Kết quả có sai lệch với lý thuyết do sai sót xảy ra trong q trình thực nghiệm.
2. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM
2.1. Phân loại trạng thái khơng khí ẩm
Các loại khơng khí ẩm:
 Khơng khí ẩm chưa bão hịa: là loại khơng khí ẩm mà lượng hơi nước chứa trong đó
chưa đến mức tối đa. Khơng khí ẩm chưa bão hịa cịn có khả năng chứa thêm hơi nước. Trạng
thái của hơi nước trong khơng khí ẩm chưa bão hịa là hơi quá nhiệt. Phần áp suất hơi nước
trong không khí ẩm chưa bão hịa nhỏ hơn áp suất bão hịa của hơi nước ứng với nhiệt độ khơng
khí ẩm (Ph < Phs).

3


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị

 Khơng khí ẩm bão hịa: là khơng khí ẩm mà lượng hơi nước đã chứa tới mức tối đa tức
là Gh = Ghmax. Trong khơng khí ẩm bão hịa trạng thái của hơi nước là hơi bão hịa khơ, như vậy
phần áp suất của hơi nước trong khơng khí ẩm bão hòa bằng áp suất bão hòa của hơi nước ứng
với nhiệt độ khơng khí ẩm (Ph = Phs).
 Khơng khí ẩm q bão hịa: là loại khơng khí ẩm mà lượng hơi nước đã chứa tới mức
tối đa và còn chứa thêm cả nước ngưng tụ. Nếu nhiệt độ thấp dưới 0oC sẽ có băng và tuyết.
Trạng thái của hơi nước trong khơng khí ẩm q bão hịa là hơi bão hịa ẩm.
2.2. Các thơng số đặc trưng cho khơng khí ẩm
Thơng số

Ký
hiệu

Đơn vị

Định nghĩa
- Là tỷ số giữa lượng ẩm có trong khơng khí với
lượng ẩm tối đa có thể chứa được ở cùng nhiệt độ và

Độ ẩm
tương đối

áp suất.


%



Ph

100 %  h 100 %
Pbh
 bh

Với: Ph, Pbh là áp suất hơi riêng phần và áp suất hơi
bão hòa của nước ở cùng nhiệt độ.
kg ẩm/

Hàm ẩm
(độ ẩm

x (d,y)

tuyệt đối)

kg khơng
khí khơ

- Là lượng ẩm chứa trong 1 kg khơng khí khơ.

x

Pbh
Mh
Ph
18




M kkk P  Ph 29 P  Pbh

H = Ckkk.t + (r + Cht).x = t + (2493 + 1,97t).x
Nhiệt
hàm

H (I)

kJ/ kg

Ckkk = 1 kJ/kg.độ

: nhiệt dung riêng của kkk

khơng

t (oC)

: nhiệt độ của khơng khí

khí khơ

r = 2493 kJ/kg.độ : nhiệt hóa hơi của nước ở 0oC
Ch = 1,97 kJ/kg.độ : nhiệt dung riêng của hơi nước

Nhiệt độ
bầu khô

Tk

o

C

- Xác định nhiệt độ của không khí bằng nhiệt kế
thơng thường.
- Khi cho nước bốc hơi đoạn nhiệt trong khơng khí
ẩm, nước bốc hơi thu nhiệt  nhiệt độ khơng khí

Nhiệt độ
bầu ướt

Tư

o

C

giảm xuống  giảm đến lúc nhiệt độ khơng thay đổi
thì ta gọi là nhiệt độ bầu ướt.
- Nó đặc trưng cho khả năng cấp nhiệt để làm bốc
hơi ẩm của khơng khí.
4


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị

- Là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút ẩm của


Thế sấy

o

C

khơng khí.
 = T k - Tư
- Làm lạnh khơng khí ẩm ở x = const cho đến khi đạt

Nhiệt độ
điểm

Ts

o

C

sương

trạng thái bão hòa ( = 1), xuất hiện sương thì ta gọi
là nhiệt độ điểm sương. Đó là nhiệt độ giới hạn của
việc làm lạnh khơng khí ở x = const.

2.3. Phân loại trạng thái hơi nước
 Hơi nước bão hòa: khi chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ sôi tạo nên một áp suất hơi trên bề

mặt chất lỏng, áp suất này tăng dần cho đến một giá trị xác định Pbh. Lúc này có sự cân bằng
động: bao nhiêu lỏng bốc hơi sẽ có bấy nhiêu lỏng ngưng tụ. Ta nói: hơi nước đạt trạng thái
bão hồ.
 Hơi q nhiệt: chính là hơi nước bão hịa được gia nhiệt làm tăng nhiệt độ nhưng áp
suất hơi khơng đổi.
3. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
3.1. Mơ hình thí nghiệm
Sơ đồ ngun lý của mơ hình thí nghiệm được biểu diễn trên hình 3.1. Nó là một ống khí
động, trong đó khơng khí được thổi qua từ đầu này đến đầu kia của ống và lần lượt được làm
lạnh bằng dàn bốc hơi của máy lạnh, sấy nóng bằng điện trở và làm ẩm bằng cách phun hơi
nước từ một bình tạo hơi.
3.2. Mơ tả sơ đồ
Khơng khí nhờ quạt gió (có cửa điều chỉnh lưu lượng) 1 thổi qua ống khí động 2, lần lượt
được làm lạnh trong giàn lạnh 4, sau đó được sấy nóng bằng điện trở trong thiết bị sấy 5, sau
đó được làm ẩm bằng vịi phun hơi 6 và được thổi ra ngồi. Ở các vị trí trước và sau mỗi thiết
bị nằm trong ống khí động đều có đặt các nhiệt kế bầu khô 7 và các nhiệt kế bầu ướt 8 để đo
nhiệt độ và độ ẩm của khơng khí. Tại đầu ra của ống khí động có đặt đồng hồ đo vận tốc gió 9
để xác định lưu lượng gió thổi qua ống. Phía dưới giàn lạnh 4 có đặt dụng cụ đo thể tích nhằm
xác định lưu lượng nước ngưng tụ từ khơng khí bị làm lạnh.

5


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
6
2

1

7

8

7

8

7

8

7

8
9

4

5

3

Hình 1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm nhiệt động lực học

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm nhiệt động lực học.

1. Quạt gió

2. Ống khí động

3. Mágió
y lạnh
1. Quạt
5. Thiết bị sấy nóng không khí bằng điện trở

4. khí
Dàn động
lạnh
2. Ống
6. Vòi phun hơi

3. Máy
9. Đồlạnh
ng hồ đo vận tốc gió

4. Dàn lạnh

5. Thiết bị sấy nóng khơng khí bằng điện trở

6. Vịi phun hơi

7. Nhiệt kế bầu khơ

8. Nhiệt kế bầu ướt

7. Nhiệt kế bầu khô

8. Nhiệt kế bầu ướt

9. Đồng hồ đo vận tốc gió
3.3. Phương pháp thí nghiệm
Trong bài thí nghiệm này, sinh viên phải thực hiện các công việc như sau:
Xác định trạng thái không khí bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm của khơng khí tại các vị trí trước
giàn lạnh 4 (cũng chính là trạng thái của khơng khí ở mơi trường xung quanh), trước thiết bị
sấy nóng khơng khí 5 (sau giàn lạnh 4), trước vòi phun hơi 6 và sau dàn phun hơi (thải ra ngoài
trời). Từ các số liệu đo được, sinh viên phải vẽ các quá trình thay đổi trang thái của khơng khí
trên giản đồ i - d và trên cơ sở đó sinh viên phải xác định enthalpy và độ chứa hơi của khơng
khí tại các vị trí nói trên.
Tính tốn cân bằng nhiệt của ống khí động bao gồm các cơng việc như: xác định lưu
lượng gió thổi qua ống, xác định năng suất lạnh của giàn lạnh và phụ tải nhiệt của thiết bị sấy.
 Quy trình vận hành:
1. Bật cơng tắc tổng, kiểm tra đèn báo đủ ba pha trên tủ điện.
2. Bật quạt thổi khí, điều chỉnh lưu lượng khơng khí bằng cách đóng/ mở cửa gió.
3. Bật cơng tắc máy lạnh.
4. Bật cơng tắc điện trở gia nhiệt (sử dụng một điện trở hay cả hai điện trở).
5. Bật nút điều khiển bình hơi (ON) cho hơi bão hoà. Theo dõi nhiệt độ và áp suất tại bình
hơi. Nếu áp suất đạt 1,5 kg/cm2 thì bắt đầu mở van phun hơi.

6


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị

6. Sau khi mở van phun hơi, để hệ thống chạy khoảng 15 giây nhằm đạt độ ổn định. Lần
lượt đo nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt tại các vị trí. Dùng ống đong và thì kế đo lưu lượng
nước ngưng phía sau dàn lạnh.

7. Bật nút điều khiển bình hơi (ON) cho hơi quá nhiệt. Để hệ thống tiếp tục chạy khoảng
5 phút nhằm đạt ổn định rồi cũng tiến hành đo như trên.
Thay đổi chế độ hoạt động khác bằng cách thay đổi vị trí cửa gió, tăng hoặc giảm điện
trở, tăng hoặc giảm lượng hơi phun vào.
Chú ý:
Mực nước trong bình hơi được kiểm tra sau mỗi thí nghiệm (tắt điện trở) bằng cách đóng
mở van thơng giữa bình hơi và bình chứa nước để cấp thêm nước cho bình hơi. Mực nước cấp
ngang với nhiệt kế hơi bão hòa.

7


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Bảng 4.1: Các thơng số của khơng khí ẩm – hơi bão hịa.
Vận
tốc gió

Độ ẩm

tại đầu

Nhiệt độ

Nhiệt độ

ra của

bầu khơ

bầu ướt

ống khí

Tk (oC)

Tư (oC)

2,2

28,50

26,70

87,0

83,829

0,02161

3,5

28,55

26,70

86,70

83,827

0,02159

4,4

28,65

26,80

86,70

84,281

0,02173

2,2

25,00

24,00

92,10

72,337

0,01853

3,5

24,75

22,90

85,60

67,974

0,01692

4,4

24,50

23,05

88,60

68,569

0,01726

2,2

48,95

33,45

33,50

118,568

0,0264

3,5

44,40

31,85

42,00

109,384

0,02507

4,4

41,15

29,90

44,80

98,868

0,02236

2,2

39,00

36,20

83,30

137,430

0,03818

3,5

36,30

35,20

93,00

130,727

0,03670

4,4

35,45

34,90

96,40

128,779

0,03629

động v

tương

Enthalpy i1

đối

(kJ/kg)

1 (%)

Độ chứa
hơi d1
(kg/kg)

(m/s)

Trước dàn
lạnh

Trước thiết
bị sấy (sau
dàn lạnh)

Trước vòi
phun (sau
thiết bị sấy)

Sau vịi
phun
(thải
ra ngồi)

8


Hình 4.1: Quá trình thay đổi trạng thái tại v = 2,2 m/s.

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
Nhiệt động lực học

9


Hình 4.2: Quá trình thay đổi trạng thái tại v = 3,5 m/s.

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
Nhiệt động lực học

10


Hình 4.3: Quá trình thay đổi trạng thái tại v = 4,4 m/s.

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
Nhiệt động lực học

11


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị

Bảng 4.2: Các thơng số của khơng khí ẩm – hơi q nhiệt.
Vận
tốc gió

Độ ẩm

tại đầu

Nhiệt độ

Nhiệt độ

ra của

bầu khơ

bầu ướt

ống khí

Tk (oC)

Tư (oC)

2,2

30,05

27,65

83,40

88,189

0,02268

3,5

30,10

27,75

83,70

88,665

0,02285

4,4

30,30

27,80

82,80

88,894

0,02386

Trước thiết

2,2

24,70

23,70

92,10

71,136

0,01819

bị sấy (sau

3,5

25,70

24,45

90,40

74,155

0,01896

4,4

25,75

23,25

81,20

69,302

0,01704

2,2

47,60

31,15

31,70

105,243

0,02217

3,5

42,85

30,60

42,00

102,502

0,02304

4,4

40,80

30,30

47,20

101,003

0,02329

2,2

38,20

29,25

52,00

95,658

0,02227

3,5

37,60

30,50

60,20

102,260

0,02508

4,4

36,95

30,40

64,90

99,676

0,02473

động v

tương

Enthalpy i1

đối

(kJ/kg)

1 (%)

Độ chứa
hơi d1
(kg/kg)

(m/s)

Trước dàn
lạnh

dàn lạnh)

Trước vịi
phun (sau
thiết bị sấy)

Sau vịi

phun
(thải
ra ngồi)

12


Hình 4.4: Quá trình thay đổi trạng thái tại v = 2,2 m/s.

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
Nhiệt động lực học

13


Hình 4.5: Quá trình thay đổi trạng thái tại v = 3,5 m/s.

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
Nhiệt động lực học

14


Hình 4.6: Quá trình thay đổi trạng thái tại v = 4,4 m/s.

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
Nhiệt động lực học

15

Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
Bảng 4.3: Các giá trị tính tốn.
v

Trạng thái

(m/s)

hơi

T (oC)

ρ

Gkk

Qo

Gnước

G’nước

Q

(kg/m3)

(kg/s)

(kW)

(kg/h)

(kg/h)

(kW)

Bão hịa

28,50

1,156

0,0366

0,421

0,406

0,855

1,69

Q nhiệt

30,05

1,151

0,0365

0,622

0,589

0,855

1,24

Bão hòa

28,55

1,156

0,0583

0,924

0,980

0,825

2,41

Quá nhiệt

30,10

1,151

0,0580

0,637

0,533

0,825

1,64

Bão hòa

28,65

1,156

0,0732

1,151

1,179

0,780

2,22

Quá nhiệt

30,30

1.149

0,0728

1,426

1,787

0,780

2,31

2,2

3,5

4,4

16


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
5. BÀN LUẬN

Câu 1: Giải thích sự thay đổi trạng thái của khơng khí khi đi qua ống khí động dựa trên

sư thay đổi độ ẩm của khơng khí.

Hình 5.1: Giản đồ biểu diễn sự thay đổi trạng thái của không khí khi đi qua ống khí
động theo lý thuyết.
 Khi đi qua dàn lạnh: sự thay đổi trạng thái của khơng khí được biểu diễn bằng 2 đoạn
thẳng AB và BC.
Trong giai đoạn đầu của quá trình làm lạnh (AB): độ ẩm tuyệt đối d của khơng khí khơng
đổi (do hàm lượng nước khơng đổi) cịn nhiệt độ của khơng khí thì giảm dần xuống đến nhiệt
độ điểm sương. Độ ẩm tương đối  tăng dần đến trạng thái bão hòa  = 1. Tại nhiệt độ điểm
sương B, ứng với trạng thái bão hòa, nước bắt đầu ngưng tụ.
Trong giai đoạn sau của quá trình làm lạnh (BC): độ ẩm tương đối  của khơng khí
khơng đổi và bằng 1, do lúc này khơng khí đã đạt trạng thái bão hòa. Do vẫn tiếp tục làm lạnh
nên nhiệt độ của khơng khí vẫn tiếp tục giảm. Độ ẩm tuyệt đối d của khơng khí giảm do có
nước ngưng tụ làm giảm hàm lượng của nước trong khơng khí ẩm.
 Khi đi qua thiết bị sấy: sự thay đổi trạng thái của khơng khí được biểu diễn bằng đoạn
thẳng CD. Độ ẩm tuyệt đối d của khơng khí khơng đổi (do hàm lượng nước khơng đổi) cịn
nhiệt độ của khơng khí thì tăng dần. Độ ẩm tương đối  giảm dần.
 Khi đi qua vòi phun hơi: sự thay đổi trạng thái của khơng khí được biểu diễn bằng 1
đoạn thẳng nằm trong khoảng DE và DE’.

17


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị

Nếu sử dụng hơi nước bão hòa: sự thay đổi trạng thái của khơng khí được biểu diễn bằng
đoạn DE. Độ ẩm tuyệt đối d của khơng khí tăng lên do khơng khí nhận thêm ẩm. Enthalpy i
cũng tăng lên do khơng khí nhận thêm nhiệt lượng từ hơi nước bão hòa.

Nếu sử dụng hơi quá nhiệt: sự thay đổi trạng thái của khơng khí được biểu diễn bằng 1
đoạn thẳng nằm giữa DE và DE’. Hơi nước càng quá nhiệt thì đoạn thẳng càng gần DE’. Độ
ẩm tuyệt đối d của khơng khí tăng lên do khơng khí nhận thêm ẩm. Enthalpy i cũng tăng lên do
khơng khí nhận thêm nhiệt lượng từ hơi nước quá nhiệt, nhưng độ tăng nhỏ hơn so với khi sử
dụng hơi nước bão hòa.
Câu 2: Giải thích tại sao có thể xác định được độ ẩm của khơng khí thơng qua nhiệt độ
bầu khơ và nhiệt độ bầu ướt.
 Nhiệt độ bầu khô: là nhiệt độ của hỗn hợp khí được xác định bằng nhiệt kế thơng
thường.
Nhiệt độ bầu khơ cũng chính là nhiệt độ của khơng khí vì bầu thuỷ ngân của nó tiếp xúc
trực tiếp với khơng khí.
 Nhiệt độ bầu ướt: là nhiệt độ ổn định đạt được khi một lượng nhỏ nước bốc hơi vào
hỗn hợp khí chưa bão hịa hơi nước ở điều kiện đoạn nhiệt.
Nhiệt độ bầu ướt được đo bằng nhiệt kế thơng thường có bọc vải ướt ở bầu thủy ngân.
Cho nước vào cốc bọc đầu thủy ngân, nước bốc hơi đoạn nhiệt trong khơng khí ẩm thu nhiệt
làm nhiệt độ trong khơng khí giảm, chờ cho đến khi nhiệt độ khơng thay đổi nữa thì nhiệt độ
đó chính là nhiệt độ bầu ướt. Do đó phải thường xuyên theo dõi để thêm nước vào cốc.
Không khí càng khơ hay độ ẩm tương đối  của nó càng bé thì nước xung quanh bầu nhiệt
kế của nó sẽ bay hơi càng nhiều và lớp khơng khí sát đó càng mất nhiều nhiệt lượng và do đó
nhiệt độ bầu ướt càng bé hay độ chênh lệch giữa nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt càng lớn.
Dĩ nhiên khi khơng khí khơ tương đối  = 0 thì độ chênh lệch nhiệt độ này là cực đại. Ngược
lại khi khơng khí ẩm bão hịa hay độ ẩm tương đối  = 100% thì nước quanh bầu nhiệt kế khơng
thể bay hơi và do đó giá trị nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt bằng nhau hay độ chênh lệch
nhiệt độ của 2 nhiệt kế là bằng 0. Có thể thấy, nhiệt độ bầu ướt chính là nhiệt độ bão hịa tương
ứng với phân áp suất bão hịa của hơi nước trong khơng khí ẩm. Như vậy, độ chênh lệch nhiệt
độ giữa nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt đặc trưng cho khả năng nhận ẩm của khơng khí
và do đó trong kỹ thuật sấy người ta gọi là thế sấy . Như vậy thế sấy bằng:

18

Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị

Hình 5.2: Cách xác định độ ẩm của khơng khí thơng qua nhiệt độ bầu khô
và nhiệt độ bầu ướt.
 = tk - tư
Từ nhiệt độ tư gióng theo đường t = const, cắt đường  = 1 tại điểm A.
Từ A theo đường i = const cắt đường tk tại điểm B. B chính là trạng thái của khơng khí
xác định bởi hai thông số tk và tư.
Đường  = const qua B cho biết độ ẩm tương đối của khơng khí.
 Xác định độ ẩm của khơng khí thơng qua nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt:
Độ ẩm tương đối của khơng khí  được xác định bằng ẩm kế. Hiện nay có nhiều loại ẩm
kế. Tuy các ẩm kế hoạt động theo nhiều nguyên lý khác nhau nhưng cùng có một cơ sở nhiệt
động. Sau đây chúng ta giới thiệu các cơ sở này.
Các loại ẩm kế xác định độ ẩm tương đối của khơng khí đều dựa trên hiệu số nhiệt độ nhiệt kế
khô và nhiệt kế ướt (tk – tư). Giả sử q1 là nhiệt lượng mà khơng khí cung cấp cho bầu thủy ngân
của nhiệt kế ướt và q2 là nhiệt lượng mà nước quanh bầu thủy ngân tiêu tốn để bay hơi. Rõ ràng
ta có:
q1 = q2

(1)

Theo lý thuyết truyền nhiệt thì: q1 =  (tk – tư)

(2)

Và

(3)

q2 = qm.r

Trong đó  (W/m2.K) là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên, qm (kg/m2.s) là cường độ
bay hơi và r là nhiệt ẩm hóa hơi.
Cường độ bay hơi qm (kg/m2.s) có thể tính gần đúng theo cơng thức Dalton qua hệ số bay
hơi m (kg/m2.s.bar) và độ chênh lệch áp suất giữa phân áp suất bão hòa ứng với nhiệt độ nhiệt
kế ướt pm và phân áp suất pa của hơi nướ trong khơng khí ẩm:

19


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
q m   m (p m  p a )

760
B

Trong đó: B là áp suất khí trời nơi ta xác định độ ẩm tương đối .
Dễ dàng thấy rằng nếu áp suất khí trời B được đo bằng bar thì công thức trên được viết
lại dưới dạng:
q m   m (p m  p a )

1,013
B

(4)

Thay giá trị của q1 theo (2) và q2 (hay qm) theo (3), (4) vào (1) chúng ta được:
pm – pa 
Trong đó: A 


 m .1,013.r

B(t – tư) = A.B.( t – tư)



(5)
(6a)

 m .1,013.r

Hệ số A gọi là hệ số ẩm kế và phụ thuộc vào hệ số trao đổi nhiệt  và hệ số bay hơi m.
Các hệ số này lại phụ thuộc vào tốc độ chuyển động tự nhiên của khơng khí. Như vậy, có thể
xem A = f(v). Thực nghiệm cho thấy khi tốc độ v < 0,5m/s thì A = 66.10-5 và khi v > 0,5m/s thì
hệ số A xác định theo công thức sau:
6,75  5

A   65 
.10
V 


(6b)

Từ (5) có thể rút ra phân áp suất pa của hơi nước :
pa= pm – A.B.(t – tư)
Mà:  

(7)

pa
pb

 Ta có cơng thức xác định độ ẩm tương đối của khơng khí  theo áp suất bão hòa pb và độ
chênh nhiệt (t – tư)



p m A.B

(t – tư)
pb
pb

(8)

Trong (8) pm và pb đều là áp suất bão hòa nhưng pm là áp suất bão hòa ứng với nhiệt độ
nhiệt kế tư còn pb là áp suất bão hào ứng với nhiệt độ nhiệt kế khơ t. Như vậy, chúng ta có thể
hồn tồn xác định được độ ẩm tương đối của khơng khí khi biết nhiệt độ nhiệt kế khô t và nhiệt
độ nhiệt kế ướt tư.

20

Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị

Câu 3: So sánh giữa các quá trình làm lạnh, sấy nóng và phun hơi nước vào khơng khí
ẩm trên đồ thị i – d của lý thuyết và thực tế.
Sự thay đổi trạng thái của khơng khí khi đi qua ống khí động được biểu diễn trên các đồ
thị từ 1 đến 9. Nhìn chung, chúng có dạng như sau:

Hình 5.3 : Giản đồ biểu diễn sự thay đổi trạng thái của khơng khí khi đi qua ống khí động
theo thực tế.
 Khi đi qua dàn lạnh (AB, BC): sự thay đổi trạng thái của khơng khí khơng giống so
với lý thuyết. Tại vị trí cuối cùng của q trình làm lạnh (điểm C), trạng thái của khơng khí
khơng phải là bão hòa như lý thuyết mà là trạng thái chưa bão hịa. Đó là do khi khơng khí đi
ra khỏi dàn lạnh đã nhận thêm nhiệt lượng từ môi trường xung quanh trước khi đến nhiệt kế
bầu khô và nhiệt kế bầu ướt.
 Khi đi qua thiết bị sấy (CD): sự thay đổi trạng thái của khơng khí khơng giống so với
lý thuyết. Q trình sấy nóng này khơng phải diễn ra ở điều kiện độ ẩm tuyệt đối d không đổi
như lý thuyết mà ở đây d lại tăng dần. Đó là do khơng khí sau khi ra khỏi thiết bị sấy đã nhận
thêm ẩm từ môi trường xung quanh trước khi đến nhiệt kế bầu khô và nhiệt kế bầu ướt.
 Khi đi qua vòi phun hơi nước (DE, DE’) : sự thay đổi trạng thái của khơng khí giống
với lý thuyết. Do mơi trường xung quanh không ảnh hưởng nhiều đến kết quả.
Câu 4: So sánh các giá trị tính tốn theo lý thuyết và thực tế.
 Năng suất lạnh của dàn lạnh :
Theo lý thuyết: Qo = (1,3  1,8) kW
Thực tế: Q’o = (0,421  1,426) kW

21

Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị

 Giá trị tính tốn theo lý thuyết lớn hơn so với năng suất lạnh thực sự của máy. Đó là
do có sự mất mát nhiệt ra mơi trường xung quanh, làm cho nhiệt lượng mà khơng khí tỏa ra lớn
hơn nhiệt lượng mà dàn lạnh nhận được.
 Lượng nước tách ra từ dàn lạnh:
Theo lý thuyết: Gnước = (0,4  1,8) kg/h
Thực tế: G’nước = (0,7  0,9) kg/h
 Giá trị tính tốn theo lý thuyết xấp xỉ bằng với giá trị thực tế.
 Lượng nhiệt do thiết bị sấy cung cấp:
Theo lý thuyết: Q = (1,2  2,4) kW
Thực tế: Q’ = 2 kW
 Giá trị tính tốn theo lý thuyết nhỏ hơn so với thực tế. Đó là do có sự mất mát nhiệt ra
mơi trường xung quanh, làm cho nhiệt lượng mà khơng khí nhận được nhỏ hơn nhiệt lượng do
thiết bị sấy cung cấp.
Câu 5: Nguyên nhân dẫn đến sai số giữa thực tế và lý thuyết.
Sai số do đọc nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt trên đồng hồ hiện số: các số hiện trên
đồng hồ hiện số thường không ổn định mà dao động trong khoảng 1  2oC nên số đọc được
khơng chính xác lắm.
Sai số do đo lưu lượng nước ngưng: do đọc thể tích trên ống đong và bấm thời gian chưa chính
xác.
Sai số do thiết bị: lưu lượng khí vào khơng ổn định, thiết bị khơng được cách nhiệt và
cách ẩm tuyệt đối với môi trường xung quanh,…
Sai số do tính tốn: sai số do việc tra các giá trị , i, d trên giản đồ i – d.
Câu 6: Ảnh hưởng của các chế độ thí nghiệm đến sự thay đổi trạng thái của khơng khí
ẩm.
Khi thay đổi chế độ hoạt động bằng cách thay đổi vị trí cửa gió, tăng hoặc giảm lượng
hơi phun vào thì ảnh hưởng không đáng kể đến sự thay đổi trạng thái của khơng khí khi đi qua

ống khí động.

22


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị
6. PHỤ LỤC
Xác định các thơng số của khơng khí:

Trên giản đồ i – d, căn cứ vào nhiệt độ nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt, ta xác định độ ẩm
tương đối  (%), enthalpy i (kJ/kg) và độ chứa hơi d (kg/kg) của khơng khí tại các điểm.
Từ nhiệt độ tư gióng theo đường t = const, cắt đường  = 1 tại điểm A.
Đường i = const qua A cho ta biết giá trị i của trạng thái khơng khí cần xác định.
Từ A theo đường i = const cắt đường tk tại điểm B. B chính là trạng thái của khơng khí
xác định bởi hai thơng số tk và tư.
Đường  = const qua B cho biết độ ẩm tương đối của khơng khí.
Từ B kẻ 1 đường thẳng vng góc với trục d, từ đó ta xác định được giá trị d.

Hình 6.1: Cách xác định các thơng số của khơng khí thơng qua nhiệt độ bầu khô
và nhiệt độ bầu ướt.
Xác định lưu lượng không khí chuyển động trong ống khí động:
Lưu lượng trọng lượng Gkk (kg/s) của khơng khí chuyển động trong ống khí động có thể
được xác định bằng cơng thức sau đây:
Gkk = v.F.
Trong đó:


v: vận tốc gió đo tại đầu vào của ống khí động (bảng 1), m/s.



F = 0,0144 m2: diện tích miệng ra của ống khí động.



: khối lượng riêng của khơng khí (Bảng 7), kg/m3.

Trong trường hợp này,  được xác định theo nhiệt độ T (oC) của nhiệt kế khơ tại đầu vào
ống khí động. Giá trị  theo nhiệt độ T được xác định từ bảng 6.1 bên dưới.

23


Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Q trình & Thiết bị

Bảng 6.1: Khối lượng riêng của khơng khí  (kg/m3) phụ thuộc vào nhiệt độ T (oC).
T

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39



1,165

1,161

1,157

1,154

1,150

1,146

1,142

1,139

1,135

1,131

T

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49



1,128

1,124

1,121

1,117

1,114

1,110

1,107

1,103

1,100

1,096

T

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59



1,093

1,089

1,086

1,083

1,079

1,076

1,073

1,070

1,066

1,063

T

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69



1,060

1,057

1,054

1,051

1,047

1,044

1,041

1,039

1,035

1,032

T

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79



1,029

1,026

1,023

1,020

1,017

1,014

1,011

1,009

1,006

1,003

Tính tốn dàn lạnh:
Năng suất lạnh của dàn lạnh Qo:
Qo = Gkk. (i1 – i2), kW
Trong đó:


Gkk: lưu lượng trọng lượng của khơng khí chuyển động trong ống khí động, được

xác định theo cơng thức (1), kg/s.


i1 và i2: enthalpy của khơng khí vào và ra khỏi dàn lạnh (Bảng 2 và Bảng 3), kJ/kg.

Lượng nước tách ra từ dàn lạnh theo tính tốn lý thuyết Gnước:
Gnước = 3600. Gkk. (d1 – d2), kg/h
Trong đó:


d1 và d2: độ chứa hơi của khơng khí vào và ra khỏi dàn lạnh (bảng 2 và bảng 3),

kg/kg.
Lượng nước thực tế tách ra từ dàn lạnh G’nước:
G’nước 

0,06.V1

1

, kg/h

Trong đó:


V1: mẫu đo lượng nước tánh ra từ dàn lạnh (Bảng 1), ml.



1: thời gian lấy mẫu đo lượng nước nói trên (Bảng 1), phút.

Với:  1 ( phút) 

 1 ( s)
60

24