(NB) Giáo trình Kỹ thuật lạnh với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được vai trò, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, vị trí lắp đặt của các thiết bị chính và phụ trong hệ thống lạnh nén hơi. Mời các bạn cùng tham khảo!
Cơ sở nhiệt động kỹ thuật và truyền nhiệt
Truyền nhiệt
4 Bài 2 Cơ sở kỹ thuật lạnh
2.2 Môi chất lạnh và chất tải lạnh
2.4 Các thiết bị khác của hệ thống lạnh
7 Bài 3 Cơ sở kỹ thuật điều hòa không khí
3.1 Khái niệm về điều hòa không khí
3.2 Hệ thống vận chuyển và phân phối không khí
3.3 Các phần tử khác của hệ thống điều hòa không khí
Cơ sở nhiệt động kỹ thuật và truyền nhiệt Mục tiêu:
- Trình bày được các khái niệm, quá trình truyền nhiệt
- Phân tích được nguyên lý làm việc của máy lạnh
- Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập
1.1.1 Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới a Chất môi giới
Chất môi giới (hay còn gọi là môi chất) là chất trung gian để thực hiện quá trình biến đổi nhiệt thành công và ngược lại
Chất môi giới có thể tồn tại dưới dạng rắn, lỏng hoặc khí Để đảm bảo an toàn trong vận hành, cũng như hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, việc lựa chọn chất môi giới cần dựa trên các tiêu chí như chi phí thấp, không độc hại, dễ dàng tìm kiếm và khả năng thay đổi thể tích khi chịu nhiệt độ cao.
Trong các thiết bị nhiệt, chất môi giới thường tồn tại dưới dạng lỏng, hơi hoặc khí Do đó, khi đề cập đến chất môi giới, chúng ta hiểu rằng nó có thể ở cả ba thể trạng này.
Theo khái niệm về hệ thống nhiệt động, chất môi giới chuyển đổi nhiệt thành công trong các thiết bị nhiệt được xem là một hệ thống nhiệt động Các thông số trạng thái của chất môi giới đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Thể tích riêng là thể tích của một đơn vị khối lượng chất môi giới Kí hiệu là v, có đơn vị đo là m 3 /kg
Nếu V m 3 chất môi giới có khối lượng là G kg, thì:
G v V ; m 3 /kg (1-1) Đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng là khối lượng riêng, kí hiệu là ρ, có đơn vị là kg/m 3 :
Thể tích riêng và khối lượng riêng là hai thông số phụ thuộc vào nhau, biết thông số này có nghĩa là biết thông số kia và ngược lại
Áp suất là lực tổng hợp tác động theo phương vuông góc lên một đơn vị diện tích bề mặt của bình chứa chất môi giới, được ký hiệu là p và đo bằng đơn vị N/m².
S p F ; N/m 2 (1-3) Ở đây: F – lực tác dụng của các phần tử chất môi giới, (N)
Trong thực tế, áp suất không chỉ được đo bằng đơn vị N/m² mà còn sử dụng nhiều đơn vị khác như pascal (Pa), bar, ata, mmHg và mH2O Dưới đây là cách chuyển đổi giữa các đơn vị này:
1 N/m 2 = 1 Pa; 1 Kpa = 10 3 Pa; 1 Mpa = 10 6 Pa
Các chuyển đổi đơn vị chiều cao cột chất lỏng chỉ chính xác ở nhiệt độ 0°C; nếu nhiệt độ khác, cần hiệu chỉnh về 0°C Ở nhiệt độ không lớn, có thể bỏ qua sai khác do nhiệt độ Áp suất của chất môi giới, ký hiệu là p, được gọi là áp suất tuyệt đối và là thông số trạng thái quan trọng Áp suất khí quyển, ký hiệu là pkt, được đo bằng baromet Phần áp suất của chất môi giới lớn hơn áp suất khí quyển được gọi là áp suất dư (pd), đo bằng maromet, trong khi phần nhỏ hơn gọi là độ chân không (pck), đo bằng chân không kế.
Vậy: khi p > pkt thì p = pkt + pd
Khi p < pkt thì p = pkt – pck
Nhiệt độ là chỉ số đo lường trạng thái nhiệt của vật thể, phản ánh mức độ nóng hoặc lạnh Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ thể hiện mức độ chuyển động hỗn loạn của các phân tử cấu thành vật.
Nhiệt kế là dụng cụ dùng để đo nhiệt độ, dựa vào các tính chất vật lý của vật thay đổi theo nhiệt độ Có nhiều loại nhiệt kế, chẳng hạn như nhiệt kế chất lỏng (thủy ngân, rượu) dựa vào sự dãn nở của chất lỏng, nhiệt kế điện trở sử dụng điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ, và nhiệt kế cặp nhiệt dựa vào hiệu ứng nhiệt điện.
Thường dùng hai thang nhiệt độ sau để xác định nhiệt độ: nhiệt độ bách phân và nhiệt độ tuyệt đối
Nhiệt độ bách phân được ký hiệu là 0 °C, với 0 °C tương ứng với nhiệt độ nước đá đang tan và 100 °C là nhiệt độ nước sôi, cả hai đều ở áp suất 760 mmHg Thang nhiệt độ này được chia thành 100 phần bằng nhau từ 0 °C đến 100 °C, mỗi phần tương ứng với 1 °C.
Nhiệt độ tuyệt đối (còn gọi là nhiệt độ Kelvin), kí hiệu là T, đơn vị là 0 K Quan hệ giữa hai thang nhiệt độ trên biểu thị bằng biểu thức:
Cần lưu ý rằng giá trị một độ trong hai thang nhiệt độ trên là như nhau (tức là ΔT = Δt và dT = dt)
Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ tuyệt đối liên quan trực tiếp đến động năng của các phân tử Nhiệt độ thấp nhất của vật chất, được gọi là không độ tuyệt đối 0 K, là trạng thái mà tại đó các phân tử ngừng chuyển động.
Ngoài các thang nhiệt độ trên, người ta còn dùng thang nhiệt độ Farenheit, đơn vị đo là 0 F Ta có qui đổi sau: 32 0 F = 0 0 C; 212 0 F = 100 0 C Chuyển từ 0 C sang
Nội năng là tổng hợp các dạng năng lượng bên trong một hệ thống, bao gồm động năng, thế năng của các phần tử và nguyên tử, cũng như năng lượng điện, năng lượng từ và năng lượng hóa học Nội năng được ký hiệu là U (J) hoặc u (J/kg).
Khi không xảy ra phản ứng hóa học hay phản ứng hạt nhân, nội năng bao gồm hai thành phần chính: nội động năng và nội thế năng, cả hai đều do vận động nhiệt tạo ra, được gọi chung là nội nhiệt năng Do đó, trong nhiệt động học, khái niệm nội năng cần được hiểu là nội nhiệt năng.
Nội động năng phụ thuộc vào chuyển động của các phân tử và nguyên tử, do đó nó liên quan đến nhiệt độ Nội thế năng, ngược lại, phụ thuộc vào lực tác dụng giữa các phân tử và khoảng cách giữa chúng, tức là thể tích riêng Vì vậy, nội năng có thể được biểu diễn như một hàm của nhiệt độ: u = u(T, v) Đối với khí lý tưởng, nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, được mô tả bằng công thức u = u(T), vì khí lý tưởng chỉ có động năng mà không có lực tương tác giữa các phân tử Nội năng là một thông số trạng thái, và trong các quá trình biến đổi của khí lý tưởng, nó được xác định bằng biểu thức: du = CvdT và Δu12 = u2 – u1 = Cv.(T2 – T1), với Cv là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích.
Trong các quá trình nhiệt động, chỉ cần biết giá trị biến đổi nội năng Δu mà không cần xác định giá trị tuyệt đối của nội năng Do đó, có thể chọn một điểm gốc tùy ý, tại đó nội năng được coi là bằng không Chẳng hạn, theo quy ước quốc tế, giá trị nội năng u = 0 được chọn ở nhiệt độ 0,01 °C và áp suất 0,0062 atm, tương ứng với điểm ba thể của nước.
Entanpy được kí hiệu là I(J) i(J/kg), hoặc h(J/kg) Trong nhiệt động học, entapy được định nghĩa bằng biểu thức:
Entanpy là thông số trạng thái và có vi phân toàn phần: di = du + d(pv) (1-6) hay di = d(u + pv); J/kg (1-7)
Entanpy là hàm trạng thái, vì vậy sự biến thiên của nó không phụ thuộc vào quá trình mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối của quá trình, được biểu diễn bằng Δi12 = i2 – i1 và ΔI12 = I2 – I1 Đối với khí lý tưởng, entanpy chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, với sự biến thiên entanpy chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ đầu và cuối của quá trình Trong mọi quá trình của khí lý tưởng, ta có các biểu thức di = CpdT và dI = G.CpdT Sự biến thiên entanpy được tính bằng Δi12 = Cp(T2 – T1) và ΔI12 = GCp(T2 – T1), trong đó Cp là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của chất môi giới.
T1, T2 – là nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của quá trình; 0 K
G – khối lượng của chất môi giới; kg
