Bài giảng Nhiệt động lực học và truyền nhiệt - Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết) - Nguyễn Văn Hạp
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.1 Khái niệm cơ bản
3.2 Pha của chất thuần khiết
3.3 Quá trình hoá hơi đẳng áp
3.4 Xác định các thông số trạng thái của CTK
3.5 Các quá trình nhiệt động của CTK
1/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.1 Khái niệm cơ bản
Những chất trong quá trình nhiệt động nó không bị biến đổi về
thành phần hóa học (hay có tính đồng nhất và ổn định về thành
phần hoá học).
VD: H2O, N2, CO2, NH3...
- Nhóm 1: có v gia tăng khi đông đặc (H2O)
- Nhóm 2: có v suy giảm khi đông đặc (CO2, ..)
Yes
No
2/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.2 Pha của chất thuần khiết
A: Điểm 3 thể
B
1
2
3
B: Điểm tới hạn
A
5
4
Sôi
Ngưng tụ
Nóng chảy
Đông đặc
Lỏng
Khí
Rắn
Thăng hoa
Ngưng kết
3/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.3 Quá trình hoá hơi đẳng áp
VD: Gia nhiệt đẳng
áp cho 1 kg H2O
1: Lỏng chưa sôi
2: Lỏng sôi
3: Hơi bão hoà ẩm
4: Hơi bão hoà khô
5: Hơi quá nhiệt
4/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.3 Quá trình hoá hơi đẳng áp
p
Lỏng chưa sôi
Hơi bão hòa ẩm
Hơi quá nhiệt
3
1
5
1 at
2
4
Lỏng sôi
Hơi bão hòa khô
v
5/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.3 Quá trình hoá hơi đẳng áp
K
p
p
K
p
v
4’
2’
2
ĐỘ KHÔ x:
1 at
4
mh
x
m ml mh
mh
Lỏng sôi
Hơi bão hòa khô
v
x = 0: trạng thái lỏng sôi
0 x 1
x = 1: trạng thái hơi bão hòa khô
6/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.3 Quá trình hoá hơi đẳng áp
Trạng thái hơi bão hòa ẩm : p và T
không đổi → p và T là 2 thông số trạng
thái phụ thuộc nhau
K
p
Để xác định trạng thái này cần biết
thêm 1 thông số khác như: Độ khô, v,
…
v
7/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.3 Quá trình hoá hơi đẳng áp
The slope of the saturation vapor line in a T-s diagram (ξ = ds/dT):
- ξ>0: a dry fluid,
- ξ≈ infinite : an isentropic fluid
- ξ<0: a wet fluid
8/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.4 Xác định các thông số trạng thái của CTK
Sử dụng bảng tra để xác định trạng
thái:
K
p
Bảng 3 (H2O): Nước chưa
Trạng thái lỏng
chưa sôi (1):
1
sôi và hơi quá nhiệt
4
5
3
2
Trạng thái lỏng sôi
và hơi bão hoà khô
(2, 4):
Bảng 1&2 (H2O): Nước và
hơi nước bão hoà
v
Trạng thái hơi quá
nhiệt (5):
Bảng 3 (H2O): Nước chưa
sôi và hơi quá nhiệt
9/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.4 Xác định các thông số trạng thái của CTK
Trạng thái lỏng chưa sôi và hơi quá nhiệt (1 , 5):
Hơi nước ở trạng thái
0,1bar và 100oC có:
v=17,2m3/kg
i= 2688kJ/kg
s=8,442kJ/kgK
Nội năng u : u = i - pv
10/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.4 Xác định các thông số trạng thái của CTK
Bảng 1&2: Nước và hơi nước bão hòa (theo nhiệt độ và áp suất)
x = 1: trạng thái hơi bão
hòa khô (có v”, i”, s”)
x = 0: trạng thái lỏng sôi
(có v’, i’, s’)
Vd: Nước ở trạng thái lỏng
sôi ở 1bar có:
t = 99.640C
v = v’= 0,0010432m3/kg
i = i’ = 417,4kJ/kg
s = s’ = 1,3026kJ/kg.độ
11/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.4 Xác định các thông số trạng thái của CTK
VD1: 1 lò hơi chứa nước đang sôi, áp kế trên lò chỉ 3bar. Hãy xác định nhiệt độ và
các thông số (v, i, s) nước trong lò hơi
t=143,620C, v = 0,0010836m3/kg, i = 604,7kJ/kg; s = 1,777kJ/kg. độ
VD2: Cho 1 ấm nước chứa 2 lít nước, t1 = 300C, xác định nhiệt lượng lý thuyết để
nước bay hơi hết. (ở p = 1bar)
(Q = G.cpt + Gi)
12/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.4 Xác định các thông số trạng thái của CTK
* Cách xác định trạng thái chất thuần khiết: có 2 phương pháp
- So sánh t và ts tương ứng:
Nếu t < ts: nước chưa sôi
Nếu t > ts: hơi quá nhiệt
- So sánh với ’ và ”
V Vl Vh mlvl mhvh
V mlvl mhvh
v
1 x vl xvh
< ’: lỏng chưa sôi
m m
m
= ’: lỏng bắt đầu sôi (lỏng sôi)
’ < < ”: hơi bão hoà ẩm
= ”: hơi bão hoà khô
Gọi (v, i, s): là thông số trạng thái của hơi
bão hoà ẩm
1 x
'
l xh
> ”: hơi quá nhiệt
x
'' '
13/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.4 Xác định các thông số trạng thái của CTK
VD1: Xác định trạng thái và các thông số trạng thái của nước:
a)1200C, 500kPa
b)1200C, 0,5m3/kg
a) t=1200C → ps = 198,5kPa ; p = 500kPa > ps Nước ở trạng thái lỏng chưa sôi
v= 0.00106m3/kg; i=503.8kJ/kg; s=1,5263kJ/kg. độ
b) t=1200C → v’ = 0,0010603m3/kg; v’’ = 0,8917m3/kg
Nước ở trạng thái bão hoà ẩmv
v v'
i
1 x
i' xi''
s' xs''
x
v'' v'
s
1 x
VD2: Xác định trạng thái và các thông số trạng thái của NH3 và
R22 ở 300C, 1000kPa
t=300C → ps = 11895kPa ; p = 1000kPa < ps NH3 ở trạng thái hơi quá nhiệt
v= 0.1351m3/kg; i=410,94kcal/kg; s=2,0487kcal/kg. độ
14/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.4 Xác định các thông số trạng thái của CTK
VD3: Xác định thông số trạng thái và độ khô (nếu có) của nước:
2000C, 0,4m3/kg
ts = 2000C → ps =1555,1kPa, v’ = 0,0011565m3/kg; v’’ = 0,1272m3/kg
Nước ở trạng thái hơi quá nhiệt
v v'
Nội suy tuyến tính (Linear interpolation)
x
v'' v'
2
6bar
0,4 1,807
0,3521,807
p 1,2 (6 1,2)
5,84bar
p
3
1,2bar
1
v
i, s = ?
0,3520
v=0.4
1,807
15/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.5 Các quá trình nhiệt động của CTK
Có 4 quá trình cơ bản: đẳng áp, đẳng nhiệt, đẳng tích và đoạn nhiệt. Để tính toán
các quá trình của chất thuần khiết ta cần lưu ý:
-Xác định trạng thái của chất thuần khiết và các thông số trạng thái cần thiết.
-Tính công, công kỹ thuật, độ biến thiên nội năng và nhiệt lượng của quá trình.
a. Quá trình đẳng tích : bình kín
c. Quá trình đẳng nhiệt
q = u + w
w = 0
q = u
q Tds
= T(s2 – s1)
u = (i2 – i1) – (p2v2 –p1v1)
b. Quá trình đẳng áp :
Bay hơi (sôi), ngưng tụ
d. Quá trình đoạn nhiệt: Nén hơi,
giãn nở trong turbine
s = const, q = 0
wkt = -i
q = i = i2 – i1
wkt = 0
u = (i2 – pv2) – (i1 – pv1)
16/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.5 Các quá trình nhiệt động của CTK
VD: Khảo sát bình ngưng tụ với môi chất làm việc R22, người ta dùng nước để
giải nhiệt.
Cp=4,18kJ/kgK
m = 0,5kg/s
R
t1 = 600C
DS: mw = 3,63kg/s
tw1 = 300C
tw2 = 360C
mw = ?
p = 16bar
Lỏng sôi
17/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.5 Các quá trình nhiệt động của CTK
VD: Một bình có thể tích V = 1030lít ban đầu chứa hơi nước có p1 = 10bar, nhiệt độ t1
= 2000C. Sau khi lấy bớt 1 lượng hơi nước là 3,5kg ra khỏi bình thì hơi nước còn lại
trong bình có nhiệt độ 1200C. Xác định áp suất và enthalpy của trạng thái hơi nước
còn lại trong bình?
P2=1,9854bar
i2 = 2199kJ/kg
18/19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết)
3.5 Các quá trình nhiệt động của CTK
Hơi nước vào turbine có áp suất và nhiệt độ lần lượt là p = 100bar và t
=6000C. Sau khi giãn nở trong tuabin, hơi nước có áp suất p=0,05bar. Biết
lưu lượng hơi nước đi qua turbine là m=80 tấn/giờ. Xác định công sinh ra
của quá trình?
Wkt = 33,7036 MW
19/19
19 trang
28320
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Nhiệt động lực học và truyền nhiệt - Chapter 3: Pure substance (Chất thuần khiết) - Nguyễn Văn Hạp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nhiet_dong_luc_hoc_va_truyen_nhiet_chapter_3_pure.pdf
