NHI T Đ NG K THU T: Ệ Ộ Ỹ Ậ
Ch t môi gi i và các thông s tr ng thái c a ch t môi gi i: ấ ớ ố ạ ủ ấ ớ
1.1.1 Các khái ni m và đ nh nghĩa:ệ ị a) Thi t b nhi t: ế ị ệ
Là lo i thi t b có ch c năng chuy n đ i gi a nhi t năng và c năng.ạ ế ị ứ ể ổ ữ ệ ơ Thi t b nhi t đế ị ệ ược chia thành 2 nhóm: đ ng c nhi t ộ ơ ệ và máy l nhạ
Có ch c năng chuy n đ i nhi t năng thành c năng nh đ ng c h iứ ể ổ ệ ơ ư ộ ơ ơ nước, turbine khí, đ ng c xăng, đ ng c ph n l c, v.v ộ ơ ộ ơ ả ự
Có ch c năng chuy n nhi t năng t ngu n l nh đ n ngu n nóng ứ ể ệ ừ ồ ạ ế ồ b) H nhi t đ ng (HNĐ):ệ ệ ộ
Là h g m m t ho c nhi u v t đệ ồ ộ ặ ề ậ ược tách riêng ra kh i các v t khác đỏ ậ ể nghiên c u các tính ch t nhi t đ ng c a chúng T t c nh ng v t ngoài HNĐứ ấ ệ ộ ủ ấ ả ữ ậ được g i là ọ môi trường xung quanh.
Hình 1.1: Nguyên lý làm vi c c a đ ng c nhi t và máy l nh, b m nhi tệ ủ ộ ơ ệ ạ ơ ệ
V t th c ho c tậ ự ặ ưởng tượng ngăn cách h nhi t đ ng v i môi trệ ệ ộ ớ ường xung quanh được g i là ọ ranh gi i c a HNĐ.ớ ủ
H nhi t đ ng đệ ệ ộ ược phân lo i nh sau : ạ ư
HNĐ trong đó không có s trao đ i v t ch t gi a h và môi trự ổ ậ ấ ữ ệ ường xung quanh
HNĐ trong đó có s trao đ i v t ch t gi a h và môi trự ổ ậ ấ ữ ệ ường xung quanh
HNĐ được cách ly hoàn toàn v i môi trớ ường xung quanh.
Hình 1.2: H nhi t đ ngệ ệ ộ a) HNĐ kín v i th tích không đ iớ ể ổ b) HNĐ kín v i th tích thay đ iớ ể ổ c) HNĐ hở
1.1.2 Ch t môi gi i và các thông s tr ng thái c a ch t môi gi i:ấ ớ ố ạ ủ ấ ớ a) Khái ni m ch t môi gi i (CMG):ệ ấ ớ
Chất môi giới và chất công tác đóng vai trò trung gian quan trọng trong việc chuyển đổi nhiệt năng và năng lượng trong thiết bị nhiệt Chúng hỗ trợ quá trình biến đổi nhiệt, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.
* Thông s tr ng thái c a CMG: ố ạ ủ
Là các đ i lạ ượng v t lý đ c tr ng cho tr ng thái nhi t đ ng c a ậ ặ ư ạ ệ ộ ủ CMG b) Các thông s tr ng thái c a ch t môi gi i:ố ạ ủ ấ ớ
Nhi t đ ệ ộ (T) s đo tr ng thái nhi t c a v t Theo thuy t đ ng h cố ạ ệ ủ ậ ế ộ ọ phân t , nhi t đ là s đo đ ng năng trung bình c a các phân t ử ệ ộ ố ộ ủ ử m kT
Trong đó: mμ kh i lố ượng phân tử v n t c trung bình c a các phân t ω ậ ố ủ ử k h ng s Bonzman , k = 1,3805.10ằ ố 5 J/độ
Nhi t k :ệ ế Nhi t k ho t đ ng d a trên s thay đ i m t s tính ch t v tệ ế ạ ộ ự ự ổ ộ ố ấ ậ lý c a v t thay đ i theo nhi t đ , ví d : chi u dài, th tích, màu s c, đi nủ ậ ổ ệ ộ ụ ề ể ắ ệ tr , v.v ở
M i quan h gi a các đ n v đo nhi t đ :ố ệ ữ ơ ị ệ ộ oC =
+ Khái ni m: ệ Áp su t c a l u ch t ấ ủ ư ấ (p) l c tác d ng c a các phân t theo phự ụ ủ ử ương pháp tuy n lên m t đ n v di n tích thành ch a ế ộ ơ ị ệ ứ p = F A [1 2]
Hình 1.3: Nhi t kệ ế p = 3 m 2 n [1 3] trong đó : p áp su t ; ấ
A di n tích thành bình ch a ; ệ ứ n s phân t trong m t đ n v th tích ;ố ử ộ ơ ị ể α h s ph thu c vào kích thệ ố ụ ộ ước và l c tự ương tác c a các phânủ t ử
3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch)
4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot)
M i quan h gi a các đ n v đo áp su t:ố ệ ữ ơ ị ấ
1 atm = 760 mm Hg (at 0 0 C) = 10,13 10 4 Pa = 2116 psf (lbf/ft 2 )
1at = 0,981 bar = 9,81.10 4 N/m 2 = 9,81.10 4 Pa = 10 mH20 = 735,5 mmHg = 14,7 psi
+ Phân lo i áp su t:ạ ấ Áp su t khí quy n ấ ể (p 0): Áp su t c a không khí tác d ng lên b m t các v t trên trái đ t ấ ủ ụ ề ặ ậ ấ Áp su t d ấ ư(pd):
Là ph n áp su t tuy t đ i l n h n áp su t khí quy n ầ ấ ệ ố ớ ơ ấ ể p d = p p 0 [1 4] Áp su t tuy t đ i ấ ệ ố (p): Áp su t c a l u ch t so v i chân không tuy t đ i ấ ủ ư ấ ớ ệ ố p = p d + p 0 [1 5] Áp su t chân không ấ (pck):
Ph n áp su t tuy t đ i nh h n áp su t khí quy n ầ ấ ệ ố ỏ ơ ấ ể pck = p0 p [1 6]
Hình 1.4: Các lo i áp su t ạ ấ
Hình 1.5: D ng c đo áp su t ụ ụ ấ a) Barometer , b) Áp k ế
Khi đo áp suất bằng áp kế thủy ngân, chiều cao cột thủy ngân cần được hiệu chỉnh theo nhiệt độ 0°C Công thức hiệu chỉnh là h0 = h (1 - 0,000172 * t), trong đó t là nhiệt độ đo được Hệ số này giúp xác định chiều cao cột thủy ngân chính xác hơn tại nhiệt độ 0°C Bên cạnh đó, cần lưu ý về khối lượng riêng và thể tích riêng để đảm bảo độ chính xác trong các phép đo.
Th tích riêng ể (v) Th tích riêng c a m t ch t là th tích ng v i m tể ủ ộ ấ ể ứ ớ ộ đ n v kh i lơ ị ố ượng ch t đó : ấ m
Kh i lố ượng riêng ( ) Kh i lρ ố ượng riêng còn g i là ọ m t đ ậ ộ c a m tủ ộ ch t là kh i lấ ố ượng ng v i m t đ n v th tích c a ch t đó : ứ ớ ộ ơ ị ể ủ ấ
N i nhi t năng ộ ệ (u) g i t t là ọ ắ n i năng ộ là năng lượng do chuy n đ ngể ộ c a các phân t bên trong v t và l c tủ ử ậ ự ương tác gi a chúng ữ
N i năng g m 2 thành ph n: n i đ ng năng (uộ ồ ầ ộ ộ d ) và n i th năng (uộ ế p )
N i đ ng năng liên quan đ n chuy n đ ng c a các phân t nên nó phộ ộ ế ể ộ ủ ử ụ thu c vào nhi t đ c a v t ộ ệ ộ ủ ậ
Nội năng liên quan đến lực tương tác giữa các phân tử, phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng Nó được định nghĩa là một hàm của nhiệt độ và thể tích: u = u(T, v) Đối với khí lý tưởng, lực tự tương tác giữa các phân tử bằng 0, do đó nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Sự thay đổi nội năng của khí lý tưởng được xác định bằng các biểu thức: du = CvdT và Δu = Cv(T2 - T1) Đối với 1 kg môi chất, nội năng ký hiệu là u, đơn vị là J/kg; đối với G kg môi chất, nội năng ký hiệu là U, đơn vị là J Ngoài ra, nội năng còn có thể được biểu thị bằng các đơn vị khác như kCal, kWh, Btu.
1kJ = 0,239 kCal = 277,78.10 6 kWh = 0,948 Btu e Enthanpy:
Enthalpy (i ho c h) là đ i lặ ạ ượng được đ nh nghĩa b ng bi u th c : ị ằ ể ứ i = h = u + p.v [1 11]
Nh v y, cũng tư ậ ương t nh n i năng, enthalpy c a khí th c là hàm c a cácự ư ộ ủ ự ủ thông s tr ng thái Đ i v i khí lý tố ạ ố ớ ưởng, enthalpy ch ph thu c vào nhi tỉ ụ ộ ệ đ ộ f Entropy:
Entropy (s) là m t hàm tr ng thái độ ạ ược đ nh nghĩa b ng bi u th c : ị ằ ể ứ ds = dq T [J/K] [1 12]
1.1.3 Nhi t dung riêng và tính nhi t lệ ệ ượng theo nhi t dung riêng:ệ a) Các khái ni m chung:ệ
+ Nhi t năng (nhi t lệ ệ ượng): là d ng năng lạ ượng truy n t v t này sang v tề ừ ậ ậ khác do s chênh l ch nhi t đ ự ệ ệ ộ Đ n v đo nhi t năng: ơ ị ệ
Calorie (Cal) 1 Cal là nhi t năng c n thi t đ làm nhi t đ c a 1 gamệ ầ ế ể ệ ộ ủ nước tăng t 14.5ừ 0 C đ n 15.5ế 0 C
British thermal unit (Btu) 1 Btu là nhi t năng c n thi t đ làm nhi t đệ ầ ế ể ệ ộ c a 1 pound nủ ước tăng t 59.5ừ 0 F lên 60.5 0 F
Hình 1.6: Các hình th c truy n nhi t ứ ề ệ + Nhi t dung và nhi t dung riêng: ệ ệ
Nhi t dung ệ c a m t v t là lủ ộ ậ ượng nhi t c n cung c p cho v t ho c tệ ầ ấ ậ ặ ừ v t t a ra đ nhi t đ c a nó thay đ i 1ậ ỏ ể ệ ộ ủ ổ 0
Nhi t dung riêng (NDR) ệ còn g i là ọ T nhi t ỷ ệ là lượng nhi t c n cungệ ầ c p ho c t a ra t 1 đ n v s lấ ặ ỏ ừ ơ ị ố ượng v t ch t đ nhi t đ c a nó thay đ i 1ậ ấ ể ệ ộ ủ ổ 0
Phân lo i NDR theo đ n v đo lạ ơ ị ượng v t ch t:ậ ấ
Nhi t dung riêng kh i lệ ố ượng c = m
Nhi t dung riêng th tích c’ = ệ ể
Nhi t dung riêng mol ệ c = N C [J/kmol.đ ] ộ [1 16]
Phân lo i NDR theo quá trình nhi t đ ng:ạ ệ ộ
NDR đ ng tích cẳ v , cv’, cμv
NDR đ ng áp cẳ p , cp’, cμp
Công th c Maye : ứ cp cv = R [1 17] cμp cμv = Rμ = 8314 [J/kmol.đ ] ộ [1 18]
Tr s k c a khí th c ph thu c vào lo i ch t khí và nhi t đ Đ i v iị ố ủ ự ụ ộ ạ ấ ệ ộ ố ớ khí lý tưởng, k ch ph thu c vào lo i ch t khí ỉ ụ ộ ạ ấ
+ Nhi t dung riêng c a khí th c:ệ ủ ự
NDR c a khí th c ph thu c vào b n ch t c a ch t khí, nhi t đ , ápủ ự ụ ộ ả ấ ủ ấ ệ ộ su t và quá trình nhi t đ ng : ấ ệ ộ c = f (T, p, quá trình).
Trong phương pháp vi áp suất thông dụng, áp suất có thể được mô tả bằng một hàm của nhiệt độ, được biểu diễn dưới dạng NDR Biểu thức này có thể được viết như sau: c = a0 + a1.t + a2.t² + + an.tⁿ.
+ Nhi t dung riêng c a khí lý tệ ủ ưởng:
NDR c a khí lý tủ ưởng ch ph thu c vào lo i ch t khí mà không phỉ ụ ộ ạ ấ ụ thu c vào nhi t đ và áp su t ộ ệ ộ ấ
B ng 1.1: Ch s đo n nhi t và nhi t dung riêng c a khí lý tả ỉ ố ạ ệ ệ ủ ưởng
Lo i khí ạ k cμv [kJ/kmol.đ ] ộ cμp [kJ/kmol.đ ] ộ
[1 22] b) Tính nhi t lệ ượng theo nhi t dung riêng trung bình:ệ
* Tính NDR trung bình trong kho ng nhi t đ tả ệ ộ 1 ÷ t 2 khi bi t NDR trung bìnhế trong kho ng nhi t đ 0 ả ệ ộ ÷ t :
• NDR trung bình trong kho ng nhi t đ 0 ÷ t: ả ệ ộ c t 0 = a 0 + a 1 t
• Theo đ nh nghĩa NDR: ị c = dq/dt
• Nhi t trao đ i trong quá trình 1 2: ệ ổ 2
* Tính nhi t dung riêng trung bình trong kho ng nhi t đ tệ ả ệ ộ 1 ÷ t 2 khi bi t NDR ế th c c = aự 0 + a 1 t:
* Tính nhi t lệ ượng theo nhi t dung riêng trung bình:ệ q =
Công là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng thực hiện công việc trong quá trình chuyển đổi năng lượng Nó phụ thuộc vào vị trí và sự chuyển động của các thành phần trong hệ thống, bao gồm cả lực tác động và quãng đường di chuyển Công được tính bằng tích của lực tác động và quãng đường dịch chuyển theo hướng của lực.
Công là m t d ng năng lộ ạ ượng nên đ n v c a công là đ n v c a năngơ ị ủ ơ ị ủ lượng Đ n v thông d ng là ơ ị ụ Joule (J) 1J là công c a l c 1N tác d ng trênủ ự ụ quãng đường 1 m
Công thay đổi thể tích là công do CMG sinh ra khi dãn nở hoặc nén Công này liên quan đến sự dịch chuyển ranh giới của hệ thống và có ảnh hưởng lớn đến các quá trình vật lý trong các lĩnh vực kỹ thuật và khoa học.
Công thay đ i th tích đổ ể ược xác đ nh b ng bi u th c : ị ằ ể ứ l =
Công k thu t (lỹ ậ kt ) là công c a dòng khí chuy n đ ng đủ ể ộ ược th c hi nự ệ khi áp su t c a ch t khí thay đ i ấ ủ ấ ổ
Công k thu t đỹ ậ ược xác đ nh b ng bi u th c: ị ằ ể ứ lkt =
Qui ước: Công do HNĐ sinh ra mang d u (+), công do môi trấ ường tác d ng lên HNĐ mang d u ( ).ụ ấ
H i và các thông s tr ng thái c a h i: ơ ố ạ ủ ơ
Chất môi giới là chất đóng vai trò trung gian trong các quá trình biến đổi năng lượng trong các thiết bị nhiệt Chất môi giới thường được gọi là "môi trường" Ví dụ, nước có thể tồn tại ở ba pha: pha rắn, pha lỏng và pha khí Thiết bị nhiệt thường sử dụng chất môi giới ở pha khí vì chất khí có khả năng thay đổi thể tích rất lớn, do đó có khả năng thực hiện công hiệu quả.
Hình 1.8: Đ th bi u di n pha c a ch t thu n khi tồ ị ể ễ ủ ấ ầ ế
* Ví d các quá trình chuy n pha c a nụ ể ủ ước:
+ S hóa h i và ng ng tự ơ ư ụ:
Hóa hơi là quá trình chuyển đổi từ pha lỏng sang pha hơi Trong quá trình này, nhiệt lượng cần thiết để chuyển đổi 1kg CMG (chất lỏng) thành hơi là nhiệt hóa hơi, khoảng 2257 kJ/kg Nhiệt lượng tỏa ra khi 1kg CMG ngưng tụ thành lỏng là nhiệt ngưng tụ, và hai giá trị này có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với nhau Áp suất khí quyển ảnh hưởng đến nhiệt hóa hơi và nhiệt ngưng tụ trong quá trình chuyển đổi.
+ S nóng ch y và đông đ cự ả ặ :
Nóng ch y là quá trình chuy n t pha r n sang pha l ng, quá trìnhả ể ừ ắ ỏ ngượ ạ ược l i đ c g i là đông đ c C n cung c p nhi t đ làm nóng ch y CMG.ọ ặ ầ ấ ệ ể ả
Nguyên tắc cơ bản của quá trình đông đặc và chảy là nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc của chất liệu CMG Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ mà tại đó 1 kg CMG bắt đầu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng, trong khi nhiệt độ đông đặc là nhiệt độ mà 1 kg CMG chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn Hai nhiệt độ này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau và thường xảy ra ở áp suất khí quyển.
Hình 1.9: Các quá trình chuy n pha c a nể ủ ước
+ S thăng hoa và ng ng k tự ư ế :
Thăng hoa là quá trình chuyển tiếp từ pha rắn sang pha khí, diễn ra khi nhiệt độ thăng hoa và nhiệt độ ngưng kết có giá trị bằng nhau Ở áp suất 0,006 bar, nhiệt thăng hoa của nước là 2818 kJ/kg.
1.2.2 Quá trình hoá h i đ ng áp:ơ ẳ
Trong một hệ thống chứa 1 kg nước trong xilanh, với một piston có khối lượng không đổi, áp suất tác động lên nước sẽ không thay đổi trong quá trình hóa hơi Nhiệt độ ban đầu của nước là t0, và khi nhiệt độ được tăng lên, quá trình hóa hơi xảy ra dưới áp suất không đổi Hình 1.10 minh họa quá trình hóa hơi dưới áp suất không đổi, trong đó nhiệt độ phụ thuộc vào lượng nhiệt cung cấp, được biểu diễn bằng công thức t = f(q).
Đo nhiệt độ trong quá trình đun nước là rất quan trọng để xác định khi nào nước bắt đầu sôi Nước được coi là sôi khi nhiệt độ đạt đến 100 độ C Khi nước chưa sôi, nhiệt độ sẽ tăng lên khi có thêm nhiệt năng được cung cấp.
Trong quá trình sôi, nhiệt độ của nước không thay đổi (tổ s = const), nhưng năng lượng được cung cấp vào nước sẽ làm chuyển đổi pha mà không làm tăng nhiệt độ chất lỏng Các thông số trạng thái của nước ở điểm A được ký hiệu là: i', s', u', v', Trong khi đó, ở điểm C, nước ở trạng thái bão hòa khô với các thông số trạng thái được ký hiệu là: i'', s'', u'', v'', Trạng thái giữa A và C được gọi là trạng thái bão hòa ẩm, với các thông số trạng thái được ký hiệu là: iệ x, sx, ux, vx,
Sau khi toàn bộc lộ lượng nước được hóa hơi, nhiệt độ của hơi nước tăng (đơn vị CD) Hơi nước có nhiệt độ đạt > nhiệt độ bão hòa là hơi quá nhiệt Hơi bão hòa mát là hỗn hợp của nước sôi và hơi bão hòa khô Hàm lượng hơi bão hòa khô trong hơi bão hòa mát được đánh giá bằng đại lượng ẩm (x) hoặc đại lượng khô (y): ẩm ướt = hàm lượng ẩm x hàm lượng khô.
Trong đó: x đ khô; y đ m; Gộ ộ ẩ x lượng h i bão hòa m; Gơ ẩ h lượng h iơ bão hòa khô; Gn lượng nước sôi
Hình 1.10: Quá trình hóa h i đ ng áp c a nơ ẳ ủ ước
1.2.3 Các đường gi i h n và các mi n tr ng thái c a nớ ạ ề ạ ủ ước và h i:ơ
Tương tác, trong quá trình hóa học, diễn ra dưới áp suất khác nhau (p1, p2, p3, ) và được biểu diễn trên đồ thị trạng thái p-v Để dễ dàng hình dung, các đường, điểm và vùng đặc trưng sẽ được biểu diễn trong trạng thái của hệ thống.
+ Đường tr ng thái c a nạ ủ ước ch a sôi: đư ường n i các đi m Oố ể 0 , O1, O2,
O3 g n nh th ng đ ng vì th tích c a nầ ư ẳ ứ ể ủ ước thay đ i r t ít khi tăng ho cổ ấ ặ gi m áp su t ả ấ
+ Đường gi i h n dớ ạ ưới: đường n i các đi m …Aố ể 1 , A2, A3 bi u di nể ễ tr ng thái nạ ước sôi đ khô x = 0 ộ
+ Đường gi i h n trên: đớ ạ ường n i các đi m …Cố ể 1 , C2, C3, bi u di nể ễ tr ng thái h i bão hòa khô có đ khô x = 1 ạ ơ ộ
Hình 1.11: Quá trình hóa h i đ ng áp c a nơ ẳ ủ ước trên đ th p vồ ị
Điểm tới hạn K là điểm giao nhau giữa đường giới hạn dưới và giới hạn trên Trạng thái tại K giới hạn là trạng thái tĩnh, không còn sự khác biệt giữa trạng thái lỏng sôi và hơi bão hòa khô Các thông số trạng thái tại K giữ vai trò quan trọng trong việc xác định các thông số trạng thái tĩnh Nói chung, có các thông số trạng thái tĩnh như áp suất và nhiệt độ.
+ Vùng ch t l ng ch a sôi (x = 0): vùng bên trái đấ ỏ ư ường gi i h n dớ ạ ưới + Vùng h i bão hòa m (0 < x < 1): vùng gi a đơ ẩ ữ ường gi i h n dớ ạ ưới và trên
+ Vùng h i quá nhi t (x = 1): vùng bên ph i đơ ệ ả ường gi i h n trên.ớ ạ
1.2.4 Cách xác đ nh các thông s c a h i b ng b ng và đ th lgp h:ị ố ủ ơ ằ ả ồ ị
Hệ thống các chất lỏng thơm được xem như khí thực, nếu sử dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng cho hệ thống này sẽ dẫn đến sai số khá lớn Trong tính toán khí động học, người ta thường dùng các bảng số liệu đã được xây dựng sẵn cho từng loại khí Bảng khí nén ước lượng là một trong những công cụ quan trọng trong lĩnh vực này.
Trạng thái của CMG được xác định thông qua hai thông số trạng thái là áp suất (p) và nhiệt độ (t), với các điểm đặc trưng là nước sôi (x = 0) và hơi bão hòa khô (x = 1) Đối với nước ở trạng thái giữa sôi và hơi quá nhiệt, áp suất và nhiệt độ được sử dụng để xây dựng bảng trạng thái Các bảng trạng thái này phản ánh các trạng thái của nước (nước sôi, hơi bão hòa khô, hơi quá nhiệt) và thông tin liên quan được cung cấp trong phần phân tích Đối với hơi bão hòa, người ta không lập bảng trạng thái mà xác định trạng thái dựa trên các thông số của nước sôi và hơi bão hòa khô.
N i năng không có trong các b ng và đ th N i năng độ ẳ ồ ị ộ ược xác đ nhị theo enthalpy b ng công th c sau : ằ ứ u = i – pv [1 33] b) Đ th lgp h (hay lgp – i):ồ ị
Bên c nh vi c dùng b ng, ngạ ệ ả ười ta có th s d ng các đ th tr ng tháiể ử ụ ồ ị ạ đ tính toán cho h i ể ơ
Hình 1.12: Đ th lgp h c a h i nồ ị ủ ơ ước
Các đường đẳng áp trong vùng khí nóng thường song song với trục hoành, trong khi các đường đẳng nhiệt trong vùng bão hòa lại trùng với các đường đẳng áp Vùng khí quá nhiệt có các đường cong hướng xuống, ngược lại với vùng lỏng chứa sôi, nơi các đường đẳng áp song song với trục tung Nhiệt độ tăng cùng với áp suất, trong khi các đường đẳng entropy và đẳng tích là các đường cong có bậc lồi Đường đẳng entropy thường nằm phía trên so với đường đẳng tích Các đường có độ khô không đổi xuất phát từ một điểm ổn định và hướng về phía dưới.
Trên đồ thị T-s, các đồ thị đường đẳng áp (p = const) trong vùng nước chưa sôi hình tròn với đường giới hạn dưới (x = 0), trong vùng hơi bão hòa là các đường thẳng ngang và trùng với đường đẳng nhiệt (T = const), còn trong vùng hơi quá nhiệt là các đường cong đi lên Chiều tăng của áp suất luôn đi kèm với chiều tăng của nhiệt độ.
Các quá trình nhi t đ ng c b n c a h i: ệ ộ ơ ả ủ ơ
1.3.1 Các quá trình nhi t đ ng c b n c a h i trên đ th lgp h:ệ ộ ơ ả ủ ơ ồ ị
Các quá trình c b n c a ch t thu n khi t được khảo sát thông qua nước và h i nơ ước Để kh o sát một quá trình nào đó, ta phải tiến hành các bước cần thiết.
Xác đ nh đi m bi u di n tr ng thái đ u c a quá trình trên đ thị ể ể ễ ạ ầ ủ ồ ị tương ng.ứ
T đ c đi m c a quá trình và m t thông s tr ng thái đã bi t c aừ ặ ể ủ ộ ố ạ ế ủ đi m cu i ta xác đ nh để ố ị ược đi m bi u di n tr ng thái cu i.ể ể ễ ạ ố
Khi thực hiện quá trình đẳng tích (v = const), cần xác định các thông số liên quan đến áp suất và thể tích của hệ thống Qua đó, có thể tính toán được lượng nhiệt trao đổi giữa chất môi trường và môi trường xung quanh Điều này giúp hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa các yếu tố trong hệ thống và ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất hoạt động.
Hình 1.14: Đ th bi u di n quá trình đ ng tích ồ ị ể ễ ẳ
Nhi t lệ ượng tham gia trong quá trình: Δq = Δu + l = Δu [1 34c] b) Quá trình đ ng áp (p = const):ẳ
Hình 1.15: Đ th bi u di n quá trình đ ng áp ồ ị ể ễ ẳ
Nhi t lệ ượng tham gia trong quá trình: Δq = Δu + l = h 2 – h1 [1 35c] c) Quá trình đ ng nhi t (t = const):ẳ ệ
Hình 1.16: Đ th bi u di n quá trình đ ng nhi t ồ ị ể ễ ẳ ệ
Nhi t lệ ượng tham gia trong quá trình: q = T(s 2 – s1) [1 36b]
Công c a trong quá trình: l = q – Δuủ [1 36c] d) Quá trình đo n nhi t (s = const)ạ ệ
Hình 1.17: Đ th bi u di n quá trình đo n nhi t ồ ị ể ễ ạ ệ
Nhi t lệ ượng tham gia trong quá trình: q = 0 [1 37b]
Công c a trong quá trình: l = q – Δu = Δuủ [1 37c]
Công k thu t c a quá trình : lỹ ậ ủ kt = Δh = h1 – h2 [1 37d] 1.3.2 Quá trình l u đ ng và ti t l u:ư ộ ế ư
1.3.3 Quá trình l u đ ng:ư ộ a) Khái ni m:ệ
Trong thiết kế kỹ thuật, tùy theo mục tiêu kỹ thuật, có thể áp dụng nhiều quá trình lưu động với các dạng khác nhau trong các thiết bị Ví dụ, trong một số động cơ hiện nay, khi yêu cầu tốc độ đạt được cao, nếu sử dụng piston sẽ gặp phải một số hạn chế như sức bền không cho phép và công suất thấp Để khắc phục, người ta sử dụng loại động cơ có cánh (tuabin) trong máy phát điện, giúp phân lực hiệu quả hơn Trong trường hợp này, dòng khí hoặc hơi có chuyển động tịnh tiến, do đó không thể bỏ qua động năng của chúng Sự chuyển động của dòng khí hoặc hơi sẽ ảnh hưởng đến quá trình lưu động Để nghiên cứu quá trình lưu động, cần thiết lập các thiết bị phù hợp nhằm thu thập thông tin chính xác.
Chuy n đ ng c a dòng trong kênh d n là đo n nhi t.ể ộ ủ ẫ ạ ệ
T t c các thông s đ c tr ng cho tr ng thái c a CMG m i ti tấ ả ố ặ ư ạ ủ ở ỗ ế di n đ u là h ng s ệ ề ằ ố
T c đ dòng m i ti t di n ngang đ u là h ng s ố ộ ở ỗ ế ệ ề ằ ố Đi u ki n chuy n đ ng trong kênh d n không thay đ i theo th i gian,ề ệ ể ộ ẫ ổ ờ l u lư ượng qua ti t di n là h ng s ế ệ ằ ố
1.3.4 Quá trình ti t l u:ế ư a) Khái ni m:ệ
Khi dòng lưu chất chuyển động trong ống, áp suất phía sau ti tắc sẽ giảm, trong khi áp suất phía trước ti tắc sẽ tăng Quá trình này được gọi là quá trình ti tắc lưu.
Quá trình ti t l u là một quá trình không thu n gh ch, đồng thời là quá trình đo nế ư ậ ị ạ nhi t Điều này cho thấy rằng nó không phải là quá trình đ ng entropy, mà là sự trao đổi nhiệt giữa CMG và môi trường một cách ổn định.
Khi qua ti t l u áp su t gi m nh ng không sinh công ngoài mà đế ư ấ ả ư ể th ng s c c n do ma sát và xoáy.ắ ứ ả
T đ nh lu t nhi t đ ng 1 cho dòng khí ta có:ừ ị ậ ệ ộ dq = dh + d(ω 2 /2) = 0 (đo n nhi t) ạ ệ => dh = dω ω
Tích phân t 0 đ n 1 ta đừ ế ược: h0 – h1 = (ω1 2 – ω0 2)/2 [1 38]
Theo th c nghi m v n t c trự ệ ậ ố ước và sau ti t l u xem nh không đ i nên ωế ư ư ổ 1 = ω 0 , do đó h0 = h1.
Quá trình ti t l u là quá trình có enthalpy của chất môi giới không thay đổi Đối với khí lý tưởng, ta có dh = cp.dT = 0, do đó quá trình ti t l u đối với khí lý tưởng diễn ra mà không có sự thay đổi nhiệt độ.
TRUY N NHI T: Ề Ệ
D n nhi t: ẫ ệ
2.1.1 Các khái ni m và đ nh nghĩa:ệ ị a) Trường nhi t đệ ộ:
Nhi t đ là m t thông s tr ng thái bi u th m c đ nóng l nh c a m tệ ộ ộ ố ạ ể ị ứ ộ ạ ủ ộ v t.Trong trậ ường h p t ng quát nhi t đ t là hàm s c a t a đ x,y,z và th iợ ổ ệ ộ ố ủ ọ ộ ờ gian , t c là:ứ
Mặt đồng nhiệt là một biểu thức toán học diễn tả sự phân bố nhiệt độ trong không gian ba chiều Nó thể hiện mối quan hệ giữa các điểm khác nhau trong không gian tại một thời điểm cụ thể, giúp hình dung rõ ràng hơn về cách nhiệt độ thay đổi trên bề mặt của một vật thể.
Trường nhi t đ có hai loại: trường nhi t đ n đ nh, tức là trường không biến thiên theo thời gian, và trường nhi t đ không n đ nh, là trường có sự biến thiên theo thời gian.
+ Phương trình trường nhi t đ n đ nh có d ng:ệ ộ ổ ị ạ t = f (x,y,z) t 0
[1 48a] + Phương trình trường nhi t đ không n đ nh có d ng:ệ ộ ổ ị ạ t = f (x,y,z, ) t 0
Trường nhi t đ bi n thiên theo 3 t a đ g i là trệ ộ ế ọ ộ ọ ường nhi t đ baệ ộ chi u:ề t = f (x,y,z, ) [1 49a]
Trường nhi t đ bi n thiên theo 2 t a đ g i là trệ ộ ế ọ ộ ọ ường nhi t đ haiệ ộ chi u:ề t = f (x,y, ) 0 z t [1 49b]
Trường nhi t đ bi n thiên theo 1 t a đ g i là trệ ộ ế ọ ộ ọ ường nhi t đ m tệ ộ ộ chi u:ề t = f (x, ) 0 z t y t [1 49c] Đ n gi n nh t là trơ ả ấ ường nhi t đ n đ nh m t chi u:ệ ộ ổ ị ộ ề t = f (x) 0 z t và 0 z t y t [1 50] b) Gradient nhi t đệ ộ:
Tìm hiểu về nhiệt độ tại một thời điểm nào đó, ta có thể xác định các điểm có nhiệt độ đồng nhất Một cách khác, một vùng có nhiệt độ đồng nhất chính là quỹ tích của các điểm có nhiệt độ xác định tại một thời điểm nhất định Bởi vì một điểm trong vật không thể có hai nhiệt độ khác nhau, do đó các điểm ở bên ngoài không có sự kết nối với một nhiệt độ đồng nhất, mà chỉ tạo thành một vật thể khép kín bên trong.
Nhiệt độ trong vật chất thay đổi theo phương pháp truyền nhiệt, với các mặt tiếp xúc nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ sẽ biến thiên theo phương dài theo phương truyền nhiệt Để tăng nhiệt độ theo phương truyền nhiệt, cần phải xác định được gradient nhiệt độ Gradient nhiệt độ là một vectơ có phương trùng với phương truyền của bức xạ nhiệt và có chiều dài là chiều tăng nhiệt độ Giá trị của gradient nhiệt độ được xác định bằng đạo hàm của nhiệt độ theo phương đó.
V i: ớ n 0 : vecto đ n v theo phơ ị ương pháp tuy n v i b m t đ ng nhi tế ớ ề ặ ẳ ệ và có chi u dài là chi u tăng nhi t đ ề ề ệ ộ n t : đ o hàm c a nhi t đ theo phạ ủ ệ ộ ương pháp tuy n n.ế c) M t đ dòng nhi tậ ộ ệ:
M t đ dòng nhi t ậ ộ ệ (q W/m 2 ): là lượng nhi t truy n qua m t đ n vệ ề ộ ơ ị di n tích b m t đ ng nhi t ệ ề ặ ẳ ệ vuông góc v i hớ ướng truy n nhi tề ệ trong m t đ nộ ơ v th i gian.ị ờ
Dòng nhi t ệ (Q – W): là lượng nhi t truy n qua toàn b di n tích bệ ề ộ ệ ề m t đ ng nhi t trong m t đ n v th i gian.ặ ẳ ệ ộ ơ ị ờ
[1 52] d) Đ nh lu t Fourier v d n nhi tị ậ ề ẫ ệ : Đ nh lu tị ậ : m t đ dòng nhi t t l thu n v i gradient nhi t đ ậ ộ ệ ỉ ệ ậ ớ ệ ộ
[1 53] Véc t m t đ dòng nhi t có phơ ậ ộ ệ ương trùng v i phớ ương c a grad(t),ủ chi u dề ương là chi u gi m nhi t đ (ngề ả ệ ộ ược chi u v i grad(t)).ề ớ e) H s d n nhi tệ ố ẫ ệ :
Là nhi t lệ ượng truy n qua m t đ n v di n tích b m t đ ng nhi tề ộ ơ ị ệ ề ặ ẳ ệ trong m t đ n v th i gian khi grad(t) = 1 ộ ơ ị ờ
H s d n nhi t ệ ố ẫ ệ λ đ c tr ng cho kh năng d n nhi t c a v t H sặ ư ả ẫ ệ ủ ậ ệ ố d n nhi t ph thu c vào các y u t sau:ẫ ệ ụ ộ ế ố
Ph thu c vào b n ch t c a các ch tụ ộ ả ấ ủ ấ λr n ắ > λl ng ỏ > λkhí Ph thu c vào nhi t đụ ộ ệ ộ λ = λo(1 + bt) λo h s d n nhi t 0ệ ố ẫ ệ ở o C b h s th c nghi m ệ ố ự ệ
* Tính ch t c a h s d n nhi t:ấ ủ ệ ố ẫ ệ λ c a kim lo i nguyên ch t và h u h t ch t l ng (tr nủ ạ ấ ầ ế ấ ỏ ừ ước và Glyxerin) gi m khi t tăngả
Chất cách nhiệt và chất khí có ảnh hưởng đến λ, với λ tăng khi nhiệt độ tăng Đặc biệt, λ ≤ 0,2 W/mK là tiêu chí quan trọng để xác định chất cách nhiệt hiệu quả Để xây dựng phương trình vi phân cho nhiệt, cần xem xét các giả thuyết liên quan đến tính chất vật liệu và điều kiện môi trường.
V t đ ng ch t và đ ng hậ ồ ấ ẳ ướng.
V t xem là hoàn toàn c ng, nghĩa là s thay đ i thê tích do nhi t đ gây nênậ ứ ự ổ ệ ộ r t bé.ấ
Các ph n vĩ mô c a v t không có s chuy n đ ng tầ ủ ậ ự ể ộ ương đ i v i nhau.ố ớ
Ngu n nhi t bên trong phân b đ u là qồ ệ ố ề v = f (x,y,z, )
Định luật bảo toàn năng lượng và định luật Fourier là hai nguyên lý quan trọng trong việc nghiên cứu nhiệt động học Định luật bảo toàn năng lượng cho biết rằng năng lượng không thể tự sinh ra hay mất đi, mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác Trong trường hợp này, nhiệt lượng dQ được truyền vào phần tử tích dv trong một khoảng thời gian nhất định, do sự thay đổi nhiệt độ và nguồn nhiệt bên trong phát ra, dẫn đến sự biến thiên nội năng trong phần tử tích vật.
Hay: dQ1 + dQ2 = dQ, trong đó dQ1 là nhi t lệ ượng đ a vào ph n t th tích b ng d n nhi t sau kho ngư ầ ử ể ằ ẫ ệ ả th i gian dờ dQ2 là nhi t lệ ượng t a ra trong ph n t th tích sau kho ng th i gian dỏ ầ ử ể ả ờ do ngu n nhi t bên trong dQ là đ bi n thiên n i năng trong ph n t th tích dv sau kho ng th iộ ế ộ ầ ử ể ả ờ gian d.
Phương trình vi phân có d ng t ng quát:ạ ổ z y x dQ x dQ x+dx dQ y dQ y+dy dQ z dQ z+dz dx dy dz q v
Phương trình vi t g n l i nh sau:ế ọ ạ ư
Trong quá trình diễn nhiệt, có hai thông số vật lý quan trọng cần lưu ý: năng suất phát nhiệt (qv) tính bằng W/m³ và nhiệt dung riêng (c) của vật liệu tính bằng kJ/kg.K Những thông số này giúp đánh giá hiệu quả và độ ổn định của quá trình truyền nhiệt trong các hệ thống.
(kg/m 3 ): kh i lố ượng riêng c a v t.ủ ậ
Phương trình [1 55] g i là phương trình vi phân đa biến, thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ tại một điểm bất kỳ trong vật liệu biến thiên theo không gian và thời gian trong quá trình dẫn nhiệt Để áp dụng phương trình này, cần xác định các điều kiện biên: điều kiện thời gian cho sự phân bố nhiệt độ tại thời điểm ban đầu, điều kiện hình học để xác định hình dạng và kích thước của vật đang khảo sát, và điều kiện biên để hoàn thiện mô hình.
+ Lo i 1ạ : phân b nhi t đ trên b m t c a v t th i đi m b t k ố ệ ộ ề ặ ủ ậ ở ờ ể ấ ỳ + Lo i 2ạ : m t đ dòng nhi t qua b m t v t th i đi m b t k ậ ộ ệ ề ặ ậ ở ờ ể ấ ỳ
+ Lo i 3ạ : quy lu t trao đ i nhi t gi a b m t c a v t v i môi trậ ổ ệ ữ ề ặ ủ ậ ớ ường xung quanh. Đi u ki n v t lý:ề ệ ậ thông s v t lý c a v t đang kh o sát.ố ậ ủ ậ ả
Từ phương trình vi phân dạng nhiệt, chúng ta có thể tìm hiểu sự phân bố nhiệt theo không gian và theo thời gian Trong trường hợp nhiệt độ không phụ thuộc theo thời gian, điều này có nghĩa là nhiệt độ ổn định tại thời điểm t=0 Trong trường hợp này, phương trình vi phân dạng nhiệt sẽ được sử dụng để mô tả tình hình.
Hình 1.25:D n nhi t ẫ ệ qua vách ph ng m t ẳ ộ l pớ
N u v t không có ngu n nhi t bên trong (qế ậ ồ ệ v =0) thì phương trình sẽ được vi t l i đ n gi n nh sau:ế ạ ơ ả ư
Trong chương trình này ta ch xét d n nhi t n đ nh đ i v i các v t cóỉ ẫ ệ ổ ị ố ớ ậ hình dáng hình h c đ n gi n và ngu n nhi t bên trong không t n t i ho cọ ơ ả ồ ệ ồ ạ ặ phân b đ u trong v t.ố ề ậ
2.1.2 Dòng nhi t n đ nh d n qua vách ph ng và vách tr :ệ ổ ị ẫ ẳ ụ a) D n nhi t qua vách ph ng không có ngu n nhi t bên trongẫ ệ ẳ ồ ệ
Xét mặt vách phẳng đứng chất và đồng thời ẳ ồ ấ ẳ hướng, chiều dày ề và hệ số dẫn nhiệt ệ ố ẫ ệ, lớp có chiều rồng r t l n so với chiều dày, nhiệt độ ấ ớ ớ ề ệ đ hai bên gi không đ i là tộ ữ ổ w1, tw2 Trong trường hợp này, nhiệt độ biến thiên theo ệ ộ ỉ ế phương vuông góc với b m t Nếu ch nớ ề ặ ế ọ tr c Ox nh hình bên thì nhiệt độ không đ iụ ư ệ ộ ổ theo phương Oy và Oz, nghĩa là: z 0 t y t.
Khi các thông s c, ố = const thì phương trình vi phân d n nhi t đ i v i váchẫ ệ ố ớ ph ng m t l p đẳ ộ ớ ược vi t đ n gi n nh sau:ế ơ ả ư
Trong bài toán đang xét, điều kiện biên loại 1 được xác định tại các điểm x = 0, t = tw1 và x = t = tw2 Mục tiêu là tìm quy luật phân bố nhiệt độ trong vách, thông qua việc áp dụng tích phân theo phương trình đã nêu.
L y tích phân l n 1 phấ ầ ương trình [1 58] ta được:
Tích phân l n 2 ta đầ ược:
T k t qu trên ta th y khi h s d n nhi t không đ i, nhi t đ trongừ ế ả ấ ệ ố ẫ ệ ổ ệ ộ vách phân b theo quy lu t đố ậ ường th ng.ẳ
H ng s tích phân Cằ ố 1 , C2 được xác đ nh theo đi u ki n biên:ị ề ệ x = 0 t = tw1 1 t w 1 t w 2
Thay vào phương trình [1 59] ta được: t x t t t w 1 w 1 w 2 [1 60] Đ xác đ nh m t đ dòng nhi t qua vách theo phể ị ậ ộ ệ ương Ox, d a vào đ nhự ị lu t Fourie:ậ dx q dt
Thay C 1 dx dt = t w 1 t w 2 vào bi u th c đ nh lu t Furie ta để ứ ị ậ ược:
Phương trình [1 61] cho ta th y r ng nhi t lấ ằ ệ ượng truy n qua vách trongề m t đ n v th i gian t l thu n b c nh t v i h s d n nhi t, v i đ chênhộ ơ ị ờ ỉ ệ ậ ậ ấ ớ ệ ố ẫ ệ ớ ộ nhi t đ gi a hai b m t vách và t l ngh ch v i chi u dày c a vách.ệ ộ ữ ề ặ ỉ ệ ị ớ ề ủ
Phương trình [1 61] có th vi t l i dể ế ạ ướ ại d ng:
Phương trình [1 62] tương t nh phự ư ương trình đ nh lu t Omh v đi n,ị ậ ề ệ chúng ta có th xem ể là nhi t tr d n nhi t c a vách 1 l p Kí hi u: R=ệ ở ẫ ệ ủ ớ ệ
Nhi t lệ ượng truy n qua b m t vách F sau kho ng th i gian ề ề ặ ả ờ được xác đ nh theo công th c sau:ị ứ qF
* Vách ph ng nhi u l pẳ ề ớ :
Vách đượ ổ ợ ừ ộ ốc t h p t m t s các l p v t li u g i là vách nhi u l p.ớ ậ ệ ọ ề ớ
Hình 1.26: D n nhi t qua ẫ ệ vách ph ng nhi u l pẳ ề ớ
Vách lò hầm bên trong được cấu tạo từ lớp gạch chịu lửa, bên ngoài là lớp gạch đỏ, và lớp bảo ôn hay vách kho lạnh ở ngoài cùng được làm từ các tấm panel Các tấm này bao gồm ba lớp chính: hai lớp ngoài cùng bằng tôn và lớp giữa là polyurethan.
Trong ph n này chúng ta s gi i bài toán d n nhi t qua vách ph ngầ ẽ ả ẫ ệ ẳ nhi u l p Gi s chúng ta có các thông s c a vách ph ng nhi u l p nhề ớ ả ử ố ủ ẳ ề ớ ư hình dưới.
Các thông s ch a bi t: tố ư ế w2 , t w3 ch đ nhi t n đ nh dòng nhi t qua các b m t đ ng nhi t b t k Ở ế ộ ệ ổ ị ệ ề ặ ẳ ệ ấ ỳ c a vách b ng nhau, nghĩa là: ủ ằ 0 x q
M t đ dòng nhi t qua các vách đậ ộ ệ ược tính nh sau:ư
T các công th c trên ta xác đ nh đừ ứ ị ược độ chênh nhi t đ qua các l p:ệ ộ ớ q t t w w
C ng t ng v các bi u th c trên ta độ ừ ế ể ứ ược:
Tương t ta c th suy ra cho nhi u l p:ự ố ể ề ớ n i i i i n w t q t
Nhi t tr toàn ph n tính b ng công th c: ệ ở ầ ằ ứ n i i i
Ta có th tính tể w2, tw3 theo công th c sau:ứ
3 t q t q t w w w [1 66] b) D n nhi t qua vách tr không có ngu n nhi t bên trong:ẫ ệ ụ ồ ệ
Phương trình vi phân d n nhi t trong h t a đ tr cho vách tr m tẫ ệ ệ ọ ộ ụ ụ ộ l p đớ ược vi t nh sau:ế ư
2 dr dt r dr t d [1 67] Đi u ki n biên:ề ệ
Hình 1.27: D n nhi t qua vách tr m t l pẫ ệ ụ ộ ớ
Gi i phả ương trình [1 67] k t h p v i đi u ki n biên, ta s tìm đế ợ ớ ề ệ ẽ ược phương trình nhi t đ qua vách tr ệ ộ ụ Đ t ặ dr u dt
L y đ o hàm hai v theo bi n r ta đấ ạ ế ế ược: dr du dr t d
Hình 1.28: D n nhi t ẫ ệ qua vách tr nhi u l pụ ề ớ
Thay vào phương trình (1.34) ta được:
1 0 ru dr du 0 r dr u du
L y tích phân hai v phấ ế ương trình trên ta được: lnu + lnr = lnC1 u.r = C1
Thay dr u dt vào phương trình trên ta được:
L y tích phân hai v phấ ế ương trình ta được: t = C1lnr +C2
Căn c vào đi u đi u ki n biên ta xác đ nh đứ ề ề ệ ị ược các h ng s tích phânằ ố
Khi r = r1 thì t = tw1 = C1lnr1 + C2 r = r2 thì t = tw2 = C1lnr2 + C2
Gi i h trên ta đả ệ ược :
Thay C1 và C2 vào phương trình (1.36) ta được :
Dựa vào chương trình trên, chúng ta nhận thấy rằng đường phân bố nhiệt độ trong vách trần là một đệ quy logarit Để tính mật độ dòng nhiệt qua một mặt phẳng F, trong thời gian chúng ta áp dụng định luật Fourier.
( d d t t l dr l rdt dr rl dt dr F
Gi thi t có m t vách tr đả ế ộ ụ ượ ổ ợc t h p b i ba l p v t li u khác nhau, cóở ớ ậ ệ các thông s nh hình bên.ố ư
Khi ch đ nhi t n đ nh, m t đ dòng nhi t trên m t đ n v đ dài qế ộ ệ ổ ị ậ ộ ệ ộ ơ ị ộ l không thay đ i theo chi u dày c a vách, nghĩa là: ổ ề ủ 0 r q l
Trong trường h p này dòng nhi t d n qua các l p có th tính theo công th cợ ệ ẫ ớ ể ứ sau:
Trong trường h p vách tr có n l p ta có công th c tính nh sau:ợ ụ ớ ứ ư
2.1.3 Nhi t tr c a vách ph ng và vách tr m ng:ệ ở ủ ẳ ụ ỏ
Ta có nhi t tr c a vách ph ng đệ ở ủ ẳ ược xác đ nh: ị n i i i
Trường h p tính nhi t tr c a vách tr m ng (có dợ ệ ở ủ ụ ỏ 2 /d1 < 2), đ đ nể ơ gi n có th s d ng công th c vách ph ng tính cho vách tr mà sai s r t nhả ể ử ụ ứ ẳ ụ ố ấ ỏ có th b qua.ể ỏ
Trao đ i nhi t đ i l u: ổ ệ ố ư
2.2.1 Các khái ni m và đ nh nghĩa:ệ ị
Trao đ i nhi t đ i l u: là quá trình trao đ i nhi t x y ra gi a b m t v tổ ệ ố ư ổ ệ ả ữ ề ặ ậ r n v i ch t l ng ho c ch t khí chuy n đ ng khi có s chênh l ch nhi t đ ắ ớ ấ ỏ ặ ấ ể ộ ự ệ ệ ộ
Trao đ i nhi t đ i l u luôn kèm theo d n nhi t (nh ng không đáng k ) vìổ ệ ố ư ẫ ệ ư ể luôn có s ti p xúc gi a các ph n t có nhi t đ khác nhau.ự ế ữ ầ ử ệ ộ
* Công th c Newton:ứ Đ xác đ nh lể ị ượng nhi t trao đ i gi a b m t vách ch t l ng hay ch tệ ổ ữ ề ặ ấ ỏ ấ khí ta có công th c sau::ứ q = α(tw – tf)[W/m 2 ] [1 70]
Q = qF = αF(tw – tf) [W] [1 71] q, Q là m t đ dòng nhi t và dòng nhi tậ ộ ệ ệ
F là di n tích b m t trao đ i nhi t [mệ ề ặ ổ ệ 2 ] tw, tf là nhi t đ b m t vách và ch t l ng xa b m t vách [ệ ộ ề ặ ấ ỏ ở ề ặ o C] α là h s trao đ i (to ) nhi t đ i l u [W/mệ ố ổ ả ệ ố ư 2 K]
* Các phương pháp xác đ nh ị : α = f (λ, , Cp, ρ, , tw, tf, ω, , kích thước l…)
Trong đó: tw – nhi t đ b m t, (ệ ộ ề ặ 0 C) tf – nhi t đ ch t l ng, (ệ ộ ấ ỏ 0 C) ω t c đ chuy n đ ng c a ch t l ng, (m/s)ố ộ ể ộ ủ ấ ỏ λ h s d n nhi t c a ch t l ng, (W/mK)ệ ố ẫ ệ ủ ấ ỏ
Cp – nhi t dung riêng đ ng áp c a ch t l ng, (kJ/kgK)ệ ẳ ủ ấ ỏ ρ – kh i lố ượng riêng c a ch t l ng, (kg/mủ ấ ỏ 3 )
– đ nh t đ ng l c h c c a ch t l ng, (Ns/mộ ớ ộ ự ọ ủ ấ ỏ 2 ) đ nh t đ ng h c, (mộ ớ ộ ọ 2 /s) h s dãn n th tích c a ch t l ng.ệ ố ở ể ủ ấ ỏ
Phương pháp gi i tích: vi t h phả ế ệ ương trình vi phân và gi i cùng v iả ớ các đi u ki n đ n tr ề ệ ơ ị
Phương pháp th c nghi m: xây d ng thí nghi m đ đo m t s đ iự ệ ự ệ ể ộ ố ạ lượng c n thi t đ t đó có th xác đ nh đầ ế ể ừ ể ị ược α
Lý thuy t đ ng d ng: đ m r ng k t qu th c nghi m.ế ồ ạ ể ở ộ ế ả ự ệ
Hài hòa tệ ượng vật lý có thể đồng dạng khi chúng có cùng bản chất vật lý và được mô tả bởi một hệ phương trình vi phân, không cần điều kiện ràng buộc về độ lớn hay hình dạng.
N u 2 hi n tế ệ ượng v t lý đ ng d ng đậ ồ ạ ược bi u di n b ng phể ễ ằ ương trình f (ρ, λ, à, τ, l,…), ta cú cỏc h ng s đ ng d ng:ằ ố ồ ạ
Trong chương trình này chúng ta ch gi i h n xét các tiêu chu n đ ngỉ ớ ạ ẩ ồ d ng sau:ạ a t l
Hình 1.29: T a nhi t đ i l u ỏ ệ ố ư gi a t m ph ng và môi ữ ấ ẳ trường
N u 2 hi n tế ệ ượng v t lý đ ng d ng thì các tiêu chu n đ ng d ng cùngậ ồ ạ ẩ ồ ạ tên có giá tr b ng nhau.ị ằ
C th các tiêu chu n trên:ụ ể ẩ
Tiêu chu n Nuxen (ẩ Nu ) là tiêu chu n bi u th cẩ ể ị ường đ t a nhi t.ộ ỏ ệ
T tiêu chu n Nuxen ta tính đừ ẩ ược h s t aệ ố ỏ nhi t ệ :
Tiêu chu n Reynold (ẩ Re ) là tỉ s gi a l c quán tính và l c nh t, nó bi uố ữ ự ự ớ ể th s đ ng d ng c a dòng ch t l ng ho cị ự ồ ạ ủ ấ ỏ ặ đ ng d ng c a trồ ạ ủ ường t c đ ố ộ
2.2.2 Các nhân t nh hố ả ưởng t i trao đ i nhi t đ i l u:ớ ổ ệ ố ư
Nh ng nhân t nh hữ ố ả ưởng đ n chuy n đ ng c a ch t l ng ho c ch tế ể ộ ủ ấ ỏ ặ ấ khí đ u nh hề ả ưởng đ n quá trình trao đ i nhi t đ i l u.ế ổ ệ ố ư
* Nguyên nhân gây ra chuy n đ ng:ể ộ
Chuy n đ ng t nhiên do chênh l ch m t đ ể ộ ự ệ ậ ộ L c nâng P = g∆ự ρ.
Chuy n đ ng cể ộ ưỡng b c do tác d ng c a ngo i l c (b m, qu t…).ứ ụ ủ ạ ự ơ ạ Trong chuy n đ ng cể ộ ưỡng b c luôn kèm theo chuy n đ ng t nhiênứ ể ộ ự
* Ch đ chuy n đ ng (ph thu c vào Re):ế ộ ể ộ ụ ộ
Ch y t ng (Re < 2300): qu đ o chuy n đ ng c a các ph n t songả ầ ỹ ạ ể ộ ủ ầ ử song v i nhau.ớ
Chảy rỉ (Re > 2300) là hiện tượng chuyển động của các phân tử không tuân theo quy luật nào Trong dòng chảy rỉ, luôn tồn tại lớp đệm (biên) chảy tĩnh, chịu ảnh hưởng của ma sát giữa chất lỏng với nhau và với vách rắn.
Chi u dày l p đ m t ng ph thu c vào t c đ chuy n đ ng và đ nh t c aề ớ ệ ầ ụ ộ ố ộ ể ộ ộ ớ ủ ch t l ng.ấ ỏ
* Tính ch t v t lý c a ch t l ng hay ch t khí: ấ ậ ủ ấ ỏ ấ ρ, Cà, λ, a, ν, à, β Ta cú quan h ệ à = ν ρ
* Hình d ng, kích thạ ước, v trí b m t trao đ i nhi t.ị ề ặ ổ ệ
2.2.3 M t s hình th c trao đ i nhi t đ i l u thộ ố ứ ổ ệ ố ư ường g p:ặ a) Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên:ổ ệ ố ư ự
Là quá trình trao đ i nhi t th c hi n khi ch t l ng hay ch t khí chuy nổ ệ ự ệ ấ ỏ ấ ể đ ng t nhiên.ộ ự
Nguyên nhân gây ra chuyển động tự nhiên chủ yếu là sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng có khí hậu khác nhau Chuyển động này phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng và sự chênh lệch nhiệt độ trong môi trường.
* Đ i l u t nhiên có th x y ra trong không gian vô h n ho c h u h n.ố ư ự ể ả ạ ặ ữ ạ
+ Trao đ i nhi t đ i l u t nhiên trong không gian vô h n:ổ ệ ố ư ự ạ
Không gian vô h n: đ l n đ trong đó quá trình đ t nóng ho c làmạ ủ ớ ể ố ặ ngu i ch t l ng hay ch t khí x y ra đ c l p.ộ ấ ỏ ấ ả ộ ậ
Xét 2 d ng không gian vô h n: ng ho c t m ph ng đ t đ ng và ngạ ạ ố ặ ấ ẳ ặ ứ ố ho c t m ph ng đ t n m ngang.ặ ấ ẳ ặ ằ
Ta có công th c tính tiêu chu n Nu:ứ ẩ ng ho c t m đ t đ ng: Ố ặ ấ ặ ứ
Ch đ ch y t ng (10ế ộ ả ầ 3 < (Grf Prf) < 10 9 )
[1 74] ng ho c t m đ t ngang (10 Ố ặ ấ ặ 3 < (Grf Prf) < 10 9 )
Kích thước xác đ nh:ị ng, t m đ t đ ng là chi u caoỐ ấ ặ ứ ề ng n m ngang là đỐ ằ ường kính ngoài
B m t nóng quay lên trên ề ặ α tăng 30% so v i công th cớ ứ
B m t nóng quay xu ng dề ặ ố ưới α gi m 30% so v i công th cả ớ ứ
* H s hi u ch nh chi u dòng nhi t:ệ ố ệ ỉ ề ệ
Không gian h u h n: quá trình đ t nóng ho c làm ngu i ch t l ng hayữ ạ ố ặ ộ ấ ỏ ch t khí có nh hấ ả ưởng l n nhau.ẫ
Khe h p gi a hai vách song song th ng đ ng, song song n m ngangẹ ữ ẳ ứ ằ ho c hình xuy n:ặ ế
Hình 1.30: Tính ch t ch y vòng t nhiên c a ch t l ng trong không gian h pấ ả ự ủ ấ ỏ ẹ
Tính toán đ i l u t nhiên trong không gian h a h n:ố ư ự ữ ạ
+ Xem quá trình là d n nhi t:ẫ ệ
Là quá trình trao đ i nhi t th c hi n nh s chuy n đ ng cổ ệ ự ệ ờ ự ể ộ ưỡng b cứ c a ch t l ng hay khí.ủ ấ ỏ
Các trường h p trao đ i nhi t đ i l u cợ ổ ệ ố ư ưỡng b c:ứ dl td w td t w t q 1 2
* Trao đ i nhi t đ i l u cổ ệ ố ư ưỡng b c, ch t l ng ch y trong ng:ứ ấ ỏ ả ố
+ Ch t l ng ch y t ng trong ng:ấ ỏ ả ầ ố
Ch đ ch y t ng: Re < 2300ế ộ ả ầ Đ i l u t nhiên có nh hố ư ự ả ưởng l n đ n trao đ i nhi tớ ế ổ ệ
H s to nhi t thay đ i d c theo chi u dài ngệ ố ả ệ ổ ọ ề ố
H s to nhi t trung bình s n đ nh t kho ng cách l > 50d (d ệ ố ả ệ ẽ ổ ị ừ ả đường kính trong c a ng)ủ ố
* Công th c th c nghi m c a M.A Mikheev:ứ ự ệ ủ
H s hi u ch nh chi u dài ngệ ố ệ ỉ ề ố l l y theo b ng dấ ả ưới đây:
B ng 1.2: Tr s ả ị ố l khi ch y t ngả ầ l/d 1 2 5 10 15 20 30 40 50 l 1.9 1.7 1.44 1.28 1.18 1.13 1.05 1.02 1
H s hi u ch nh tính đ n đ cong c a ng: ệ ố ệ ỉ ế ộ ủ ố
Nhi t đ tính toán là nhi t đ trung bình c a ch t l ngệ ộ ệ ộ ủ ấ ỏ
Kích thước tính toán là đường kính trong c a ngủ ố
+ Ch t l ng ch y r i trong ng:ấ ỏ ả ố ố
Ch đ ch y r i, đ i l u t nhiên h u nh không nh hế ộ ả ố ố ư ự ầ ư ả ưởng đ n traoế đ i nhi t.ổ ệ
Công th c th c nghi m c a M.A Mikheev (v i Re > 10ứ ự ệ ủ ớ 4 ):
* Trao đ i nhi t đ i l u cổ ệ ố ư ưỡng b c khi ch t l ng ch y bên ngoài ng tròn:ứ ấ ỏ ả ố + Trao đ i nhi t đ i l u cổ ệ ố ư ưỡng b c ch t l ng ch y ngang qua m t ng:ứ ấ ỏ ả ộ ố
Hình 1.31: Ch t l ng ch y ngang qua m t ngấ ỏ ả ộ ố
Khi ch t l ng tấ ỏ f ch y cả ưỡng b c v i v n t c ứ ớ ậ ố , l ch m t góc ệ ộ so v iớ tr c ng có đụ ố ường kính ngoài d, nhi t đ tệ ộ w thì công th c th c nghi m cóứ ự ệ d ng:ạ
Kích thước tính toán: là đường kính ngoài c a ng.ủ ố
Nhi t đ tính toán: là nhi t đ ch t l ng tệ ộ ệ ộ ấ ỏ f
H s nh hệ ố ả ưởng c a góc va đ p (góc t i) c a dòng ủ ậ ớ ủ εϕ (tra theo đ thồ ị hình dưới).
Hình 1.32: nh hẢ ưởng c a góc ủ đ i v i t a nhi tố ớ ỏ ệ
+ Trao đ i nhi t đ i l u cổ ệ ố ư ưỡng b c, ch t l ng ch y ngang qua m t chùmứ ấ ỏ ả ộ ng: ố
Bướ ốc ng ngang tương đ i số 1 /d;
Bướ ốc ng d c tọ ương đ i số 2 /d.
* Tính toán trao đ i nhi t đ i l u cổ ệ ố ư ưỡng b c, l ng ch y qua chùm ng:ứ ỏ ả ố
Kích thước xác đ nh: là đị ường kính ngoài c a ng.ủ ố
Nhi t đ xác đ nh: là nhi t đ ch t l ng tệ ộ ị ệ ộ ấ ỏ f
T c đ xác đ nh: là t i ti t di n h p nh t.ố ộ ị ạ ế ệ ẹ ấ s w f f f
H s nh hệ ố ả ưởng c a góc va đ p (góc t i) c a dòng ủ ậ ớ ủ εϕ
H s nh hệ ố ả ưởng bướ ốc ng εs
* H s nh hệ ố ả ưởng bướ ốc ng:
* Đ i v i dãy ng th 1 và th 2ố ớ ố ứ ứ
* H s to nhi t trung bình c a chùm ng:ệ ố ả ệ ủ ố
2.2.4 T a nhi t khi sôi và khi ng ng h i:ỏ ệ ư ơ a) Khái ni m chung:ệ
Trong mục 2.2.3, chúng ta đã nghiên cứu quá trình tạo nhiệt của chất lỏng trong môi trường một pha, tức là không có sự chuyển đổi pha nào diễn ra trong quá trình trao đổi nhiệt.
Trong quá trình trao đổi nhiệt, chúng ta thường gặp nhiều vấn đề liên quan đến việc biến đổi pha Cụ thể, trong tuabin hơi, quá trình trao đổi nhiệt diễn ra kèm theo sự chuyển đổi từ pha lỏng sang pha khí Điều này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị mà còn liên quan đến các quá trình trao đổi nhiệt khác trong hệ thống Việc hiểu rõ những quy trình này là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động và đảm bảo sự ổn định của hệ thống.
Lò h i c a chu trình Tuabin h i, thi t b bay h i trong h th ng l nh có ở ơ ủ ơ ế ị ơ ệ ố ạ kèm theo quá trình chuy n t pha l ng sang pha h i.ể ừ ỏ ơ
Trong thi t b k thu t ta thế ị ỹ ậ ường g p nh t là trao đ i nhi t khi sôi vàặ ấ ổ ệ ng ng.ư b) T a nhi t khi sôi:ỏ ệ
Quá trình biên đổi pha là sự chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác trong toàn bộ khối lượng chất lỏng Điều kiện cần thiết để xảy ra quá trình sôi là chất lỏng phải đạt đến nhiệt độ sôi cụ thể, tương ứng với áp suất sôi nhất định, và cần có sự truyền nhiệt.
+ Nh ng y u t nh hữ ế ố ả ưởng đ n quá trình trao đ i nhi t khi sôi:ế ổ ệ nh hẢ ưởng c a đ chênh nhi t đ Δt = tủ ộ ệ ộ f – ts
Khi tf càng cao, khả năng hình thành bọt khí càng nhiều, dẫn đến việc tăng cường độ truyền nhiệt Nếu Δt < 50°C, thì Δt ít ảnh hưởng đến hiệu suất trao đổi nhiệt trong hệ thống ổn định Quá trình sôi diễn ra trong môi trường ổn định của hệ thống một pha.
5 0 C Δt nh hả ưởng m nh đ n h s trao đ i nhi t đ iạ ế ệ ố ổ ệ ố l u và cư ường đ trao đ i nhi t, quá trình sôi lúc này g i là sôi b t.ộ ổ ệ ọ ọ
Khi khoảng chênh lệch nhiệt độ (Δt) từ 22,2 °C đến 110 °C, hiệu suất trao đổi nhiệt giảm dần và quá trình sôi diễn ra là sôi màng không ổn định Khi Δt vượt quá 110 °C, quá trình sôi trở thành sôi màng ổn định Áp suất bão hòa càng cao thì hiệu suất trao đổi nhiệt càng lớn do sự hình thành hơi nước nhiều hơn Sức căng bề mặt và độ nhớt của chất lỏng cũng ảnh hưởng đến quá trình sôi; khi sức căng bề mặt tăng, nhiệt độ sôi giảm và hiệu suất trao đổi nhiệt tăng Đối với trạng thái bề mặt nóng, bề mặt nhám càng lớn thì khả năng hấp thụ nhiệt càng cao Cuối cùng, tốc độ chuyển động của chất lỏng và cách bố trí bề mặt cũng ảnh hưởng đến hiệu suất trao đổi nhiệt.
+ Tính toán t a nhi t khi sôi:ỏ ệ
Tính ch t v t lý ch n theo nhi t đ sôi Tấ ậ ọ ệ ộ s.
Khi sôi v i kho ng áp su t p = 0,2 – 80 bar trong không gian t do đ i v iớ ả ấ ự ố ớ nước:
Ho c ặ 3,45.p 0 , 5 q 0 , 7 ,W /m 2 K [1 95] Δt = tw – ts : tw : nhi t đ b m t váchệ ộ ề ặ ts : nhi t đ sôiệ ộ q: m t đ dòng nhi tậ ộ ệ c) T a nhi t khi ng ng:ỏ ệ ư
Quá trình chuyển đổi nhiệt độ trong môi trường tự nhiên liên quan đến việc biến đổi pha của các chất Điều kiện để xảy ra quá trình này thường liên quan đến nhiệt độ và áp suất Nhiệt độ bão hòa là yếu tố quan trọng, xác định điểm mà tại đó hơi nước có thể tồn tại ở trạng thái lỏng Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt bao gồm sự chuyển động của không khí và hướng dòng chảy của các chất lỏng.
Trường hợp ngưng động hồi trên nền đất học vách đứng, phường ương chuyển nề động của dòng hồi trùng với phường ủ ơ ớ ương của trồng trồng, bề dày màng nủ ướt ngưng có xu hướng giảm nên làm tăng hệ số trao đổi nhiệt độ lưu.
Khi dòng khí chuyển động ngược chiều với lực cản của màng nước, màng nước sẽ bị bão hòa, dẫn đến việc tăng độ ẩm và làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt Nếu dòng khí đi vào màng nước với áp suất thấp, nó sẽ bị bão hòa và làm giảm nhiệt độ và hiệu suất trao đổi nhiệt Ảnh hưởng của khí không ngưng tụ trong khí: nếu khí không ngưng tụ nhiều, màng nước sẽ không còn hiệu quả trong việc ngăn cản quá trình tiếp xúc giữa khí và bề mặt, dẫn đến việc ngưng tụ khí sẽ giảm đáng kể Khi đó, áp suất tăng nhanh có thể gây nguy hiểm cho thiết bị.
Quá trình ngưng tụ hơi nước phụ thuộc vào cách bố trí bề mặt ngưng tụ Hình dạng và vật liệu bề mặt ngưng tụ ảnh hưởng đến trạng thái và hiệu suất trao đổi nhiệt Trên các bề mặt nhám hoặc bề mặt có phủ một lớp oxit, hiệu suất trao đổi nhiệt có thể giảm xuống không dưới 20 – 30%.
+ Tính toán t a nhi t khi ng ng:ỏ ệ ư
Ng ng h i trên vách đ ng ho c ng đ ng có chi u cao H:ư ơ ứ ặ ố ứ ề
Ng ng h i trên ng n m ngang có đư ơ ố ằ ường kính d:
Trong đó: g (m/s 2 ): gia t c tr ng trố ọ ường
(W/m đ ): h s d n nhi t c a ch t l ng λ ộ ệ ố ẫ ệ ủ ấ ỏ r (J/kg.đ ): nhi t n hóa h iộ ệ ẩ ơ
(kg/m ρ 3 ): kh i lố ượng riêng c a ch t l ngủ ấ ỏ
Các thông s v t lý ch n theo tố ậ ọ m = 0,5(tw + tf); r ch n theo tọ s
Trao đ i nhi t b c x : ổ ệ ứ ạ
2.3.1 Các khái ni m và đ nh nghĩa:ệ ị
Trao đ i nhi t b c x là quá trình trao đ i nhi t đổ ệ ứ ạ ổ ệ ược th c hi n b ngự ệ ằ sóng đi n t ệ ừ
Tia nhi t là tia b c x đệ ứ ạ ược các v t h p th và bi n thành nhi t Quáậ ấ ụ ế ệ trình phát sinh và truy n nh ng tia nhi t đề ữ ệ ược g i là quá trình b c x nhi t.ọ ứ ạ ệ
Tia nhi t g m:ệ ồ ư Ánh sỏng trụng th y (ấ λ = 0,4 ữ 0,8 àm) ư H ng ngo i (ồ ạ λ = 0,8 ữ 400 àm).
Đặc điểm của quá trình biến đổi năng lượng là luôn gắn liền với việc chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác Khi nhiệt năng của vật thể biến thành năng lượng của các dao động điển hình trong không gian, ánh sáng sẽ tương tác với các vật khác, dẫn đến một phần năng lượng đó bị hấp thụ và biến thành nhiệt năng Năng lượng này một phần lại được phát ra dưới dạng sóng điện từ và quá trình này tiếp tục diễn ra mãi Như vậy, các vật luôn đồng thời phát ra và hấp thụ năng lượng từ các vật khác xung quanh.
Năng lượng giữa các vật có nhiệt độ khác nhau sẽ tạo ra trạng thái cân bằng nhiệt độ, trong trường hợp này các vật có nhiệt độ cao sẽ truyền năng lượng cho các vật có nhiệt độ thấp, đồng thời cũng hấp thụ năng lượng từ chúng Kết quả là năng lượng được chuyển giao giữa các vật này, dẫn đến sự cân bằng nhiệt độ trong hệ thống.
* Cường đ trao đ i nhi t b c x ph thu c vào:ộ ổ ệ ứ ạ ụ ộ Đ chênh nhi t đ gi a các v tộ ệ ộ ữ ậ
* Trao đ i nhi t b c x gi a các v t còn có th x y ra trong chânổ ệ ứ ạ ữ ậ ể ả không.
Hình 1.35: B c x nhi tứ ạ ệ a) Các đ i lạ ượng đ c tr ng c a trao đ i nhi t b c x :ặ ư ủ ổ ệ ứ ạ
Trong các trường chung dòng năng lượng, b c x t bên ngoài chi uứ ạ ừ ế đ n v t đế ậ ược kh o sát là Q Nó s b v t h p th m t ph n Qả ẽ ị ậ ấ ụ ộ ầ A đ bi n thành để ế nhi t M t ph n s b ph n x l i là Qệ ộ ầ ẽ ị ả ạ ạ R, còn m t ph n xuyên qua v t là Qộ ầ ậ D.
Các h s A, R, D không có th nguyên và bi n đ i t 0 đ n 1, tr sệ ố ứ ế ổ ừ ế ị ố c a chúng ph thu c vào b n ch t v t lý c a v t, nhi t đ và chi u dài bủ ụ ộ ả ấ ậ ủ ậ ệ ộ ề ước sóng mà v t đó phát đi.ậ
N u A = 1 (D = R = 0) thì v t có kh năng h p th toàn b năngế ậ ả ấ ụ ộ lượng b c x chi u t i nó và đứ ạ ế ớ ược g i là ọ v t đen tuy t đ iậ ệ ố
N u R = 1 (D = A = 0) thì v t s ph n x toàn b năng lế ậ ẽ ả ạ ộ ượng b c xứ ạ t i g i là ớ ọ v t tr ng tuy t đ iậ ắ ệ ố (v t gậ ương).
N u D = 0 (A = R = 0) v t s cho xuyên qua toàn b năng lế ậ ẽ ộ ượng b cứ x t i và đạ ớ ược g i là ọ v t trong su t tuy t đ iậ ố ệ ố
Trong th c t không có v t đen tuy t đ i, v t gự ế ậ ệ ố ậ ương, v t trong su tậ ố tuy t đ i Đ i v i v t r n thệ ố ố ớ ậ ắ ường g p trong k thu t có th coi nh D = 0, nóặ ỹ ậ ể ư được g i là ọ v t đ cậ ụ
Dòng bức xạ là sự phát tán năng lượng từ một vùng diện tích nhất định theo mọi hướng trong không gian bán cầu, trong một khoảng thời gian nhất định Ký hiệu Q đại diện cho năng lượng, đơn vị là W.
Năng su t b c x : là ấ ứ ạ dòng b c xứ ạ ng v i ứ ớ m t đ n v di n tích bộ ơ ị ệ ề m tặ
[1 98] Trong đó: dQ – dòng b c x toàn ph n phát ra t b m t phân t dF.ứ ạ ầ ừ ề ặ ố
Hình 1.36: S đ phân b ơ ồ ố các dòng b c xứ ạ
Cường đ b c x : là ộ ứ ạ năng su t b cấ ứ x ng v i ạ ứ ớ m t kho ng h p (đ nộ ả ẹ ơ v ) c a chi u dài bị ủ ề ước sóng.
Năng su t b c x riêng: là năng su t b c x c a b n thân v t.ấ ứ ạ ấ ứ ạ ủ ả ậ
Gi s m t v t đ c, b n thân nó phát ra m t năng lả ử ộ ậ ụ ả ộ ượng b c x g i làứ ạ ọ
E1; năng lượng b c x t các v t xung quanh chi u lên nó là Eứ ạ ừ ậ ế t , năng lượng này b v t h p thu m t ph n Aị ậ ấ ộ ầ 1Et ph n còn l i là (1 Aầ ạ 1)Et b ph n h i tr l i.ị ả ồ ở ạ
Hình 1.37: S đ nguyên lý các thành ph n b c xơ ồ ầ ứ ạ b) Các đ nh lu t c b n c a b c x nhi t:ị ậ ơ ả ủ ứ ạ ệ
* Đ nh lu t Planck: quan h gi a cị ậ ệ ữ ường đ b c x c a v t đen tuy t đ i v iộ ứ ạ ủ ậ ệ ố ớ nhi t đ và chi u dài bệ ộ ề ước sóng.
: chi u dài bề ước sóng (m)
Công thức Planck có thể được biểu diễn trên đồ thị, cho thấy rằng năng lượng E tăng nhanh theo nhiệt độ T Đặc biệt, giá trị E chỉ có ý nghĩa trong khoảng từ 0.8 đến 10^6 m.
Nhi t đ càng tăng thì giá tr c c đ i ệ ộ ị ự ạ m c a quang ph càng d ch vủ ổ ị ề phía bước sóng ng n, quan h gi a T và ắ ệ ữ m được xác đ nh theo đ nh lu tị ị ậ Wien: m T = 2.9 (mm.K)
Hình 1.38:Đ th đ nh lu tồ ị ị ậ
Hình 1.39: Đ th bi u di n đ nh lu t Wienồ ị ể ễ ị ậ
Năng su t b c x c a v t đen tuy t đ i t l v i nhi t đ tuy t đ i lũyấ ứ ạ ủ ậ ệ ố ỉ ệ ớ ệ ộ ệ ố th a 4.ừ
+ Đ nh lu t Stefan Boltzmann v i v t xámị ậ ớ ậ :
Các v t đ c (D = 0; A + R = 1) có cùng nhi t đ thì t s gi a năng su tậ ụ ệ ộ ỉ ố ữ ấ b c x và h s h p th là nh nhau và b ng năng su t b c x c a v t đenứ ạ ệ ố ấ ụ ư ằ ấ ứ ạ ủ ậ tuy t đ i cùng nhi t đ ệ ố ở ệ ộ
Hay có th phát bi u nh sau:ể ể ư
Trong đi u ki n cân b ng nhi t đ ng, t s gi a kh năng b c x và hề ệ ằ ệ ộ ỉ ố ữ ả ứ ạ ệ s h p thu c a v t xám đ u b ng nhau và b ng kh năng b c x c a v t đenố ấ ủ ậ ề ằ ằ ả ứ ạ ủ ậ tuy t đ i Eệ ố 0
2.3.2 Dòng nhi t trao đ i b ng b c x gi a các v t:ệ ổ ằ ứ ạ ữ ậ a) B c x nhi t gi a hai m t ph ng r ng vô h n, đ t song song nhau:ứ ạ ệ ữ ặ ẳ ộ ạ ặ
Gi s có hai t m ph ng r ng vô h n đ t song song T m th 1 cóả ử ấ ẳ ộ ạ ặ ấ ứ nhi t đ Tệ ộ 1, h s h p th Aệ ố ấ ụ 1, t m th hai có nhi t đ Tấ ứ ệ ộ 2, h s h p th Aệ ố ấ ụ 2.
Gi s Tả ử 1>T2 yêu c u tính năng lầ ượng trao đ i nhi t b c x gi a haiổ ệ ứ ạ ữ t m trong đi u ki n n đ nh, nghĩa là nhi t đ các t m ph ng Tấ ề ệ ổ ị ệ ộ ấ ẳ 1, T2 không đ i theo th i gian.ổ ờ
Năng lượng trao đ i nhi t b c x gi a hai t m:ổ ệ ứ ạ ữ ấ
Theo đ nh lu t ị ậ Stefan Boltzmann và Kirchhof thì năng lượng b c x đứ ạ ược tính nh sau: ư
Gi s có hai v t b c nhau nh hình bên v i các thông s sau:ả ử ậ ọ ư ớ ố
E E q hd hd hd hd hd hd
Hình 1.40:Trao đ i ổ nhi t b c x gi a ệ ứ ạ ữ hai v t b c nhauậ ọ
[1 108] Đ tìm giá tr ể ị 21 chúng ta c n ph i xét trong đi u ki n câng b ng nhi tầ ả ề ệ ằ ệ đ ng, t c làộ ứ T1 = T2 thì lúc đó Q12 = 0
Sau đây chúng ta xét các trường h p đ c bi t sau:ợ ặ ệ
Kho ng cách trung bình t Trái Đ t đ n M t Tr i là 149,6 tri u km.ả ừ ấ ế ặ ờ ệ Kho ng cách đó cùng v i s t quay đã làm cho Trái Đ t nh n đả ớ ự ự ấ ậ ượ ừc t M tặ
Tr i m t lờ ộ ượng b c x phù h p, t o đi u ki n cho s s ng trên Trái Đ t t nứ ạ ợ ạ ề ệ ự ố ấ ồ t i và phát tri n.ạ ể
Phân lượng năng lượng mặt trời phân tán vào vũ trụ có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như vị trí địa lý, mùa, thời gian trong ngày và độ che phủ của mây Năng lượng này cũng thay đổi theo các điều kiện khí hậu khác nhau, ảnh hưởng đến khả năng thu nhận và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện Việc hiểu rõ các yếu tố này là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống năng lượng mặt trời.
F F F v t đen tuy t đ i nhi t đ g n 6000 ậ ệ ố ở ệ ộ ầ K Trong đó, bao g m các vùngồ tia c cự tím (Ultra violet), vùng các tia b c x nhìn th y đứ ạ ấ ược và vùng các tia h ngồ ngo i (Infra red).ạ
Khi đi vào b u khí quy n, b c x m t tr i s b :ầ ể ứ ạ ặ ờ ẽ ị
Tán xạ ánh sáng xảy ra khi các phân tử không khí, hơi nước và bụi trong khí quyển tương tác với bức xạ mặt trời Kết quả cho thấy khoảng 6% bức xạ bị phản xạ ra ngoài không gian, trong khi 20% bức xạ bị hấp thụ bởi bề mặt trái đất, dẫn đến hiện tượng tán xạ ánh sáng.
H p th b i các phân t ozone ( đ cao trên 40km, kho ng 3% cácấ ụ ở ử ở ộ ả tia b c x đ n t M t tr i, ch y u trong vùng tia c c tím)ứ ạ ế ừ ặ ờ ủ ế ự
Cỏc tia c c tớm ự λ0,29àm: kh năng h p thả ấ ụ gi m xu ng đỏng k ả ố ể
Khi λ>0,35àm: khụng cũn kh năng h p th ả ấ ụ
(Tuy nhiờn, vựng lõn c n bở ậ ước súng 0,6àm thỡ ozone v n cũn khẫ ả năng h p th m t ít).ấ ụ ộ
Hệ thống bức xạ hồng ngoại ở vùng ẩm ướt của Bắc Việt Nam có độ cao từ 1.000 đến 1.400 mét, với khoảng 14% các tia bức xạ bị hấp thụ Tia hồng ngoại chủ yếu tập trung trong khu vực lân cận, đặc biệt là tại các vùng lõn có các bậc súng 1, 1.4 và 1.8.
Kh năng h p th các tia b c x b i mây, COả ấ ụ ứ ạ ở 2 và oxygen r t nh ấ ỏ
Hình 1.41: Quá trình truy n năng lề ượng b c x m t tr i quaứ ạ ặ ờ l p khí quy n c a trái đ tớ ể ủ ấ
Khi tia bức xạ mặt trời đạt cường độ 1000W/m², năng lượng bức xạ mặt trời có thể được chuyển đổi hiệu quả thành điện năng Điều này thường xảy ra trong những ngày quang đãng, khi ánh sáng mặt trời chiếu sáng tối đa Việc khai thác nguồn năng lượng này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn cung cấp nguồn điện bền vững cho Trái Đất.
Mặc dù toàn bộ năng lượng mặt trời trên Trái Đất rất lớn, nhưng nó không có mật độ tập trung cao Do đó, việc khai thác năng lượng mặt trời hiệu quả đòi hỏi phải chiếm một diện tích rộng lớn để tạo ra trung tâm có hiệu quả phát điện Trong vài thập niên gần đây, con người đã bắt đầu tìm kiếm cách khai thác tiềm năng khổng lồ của năng lượng mặt trời.
Ngày nay, năng lượng mặt trời đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đáp ứng nhu cầu sinh hoạt cho đời sống sản xuất như: sản xuất điện, điều hòa không khí, cung cấp nước nóng trong sinh hoạt, và công nghệ sản xuất.
KHÁI NI M CHUNG: Ệ
Ý nghĩa c a k thu t l nh trong đ i s ng và k thu t: ủ ỹ ậ ạ ờ ố ỹ ậ
1.1.1 ng d ng l nh trong b o qu n th c ph m:Ứ ụ ạ ả ả ự ẩ
Theo thống kê, khoảng 80% công suất lạnh được sử dụng trong công nghệ bảo quản thực phẩm Lĩnh vực này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an toàn cho các thực phẩm như rau, quả, thịt, cá, sữa, … không bị hư hỏng do vi khuẩn gây ra Đặc biệt, những thực phẩm dễ hỏng có thể bị phân hủy nhanh chóng nếu không được bảo quản đúng cách Do đó, việc áp dụng công nghệ lạnh vào bảo quản thực phẩm là rất cần thiết để duy trì chất lượng và an toàn thực phẩm.
Các kho lạnh bảo quản, kho lạnh chế biến phân phối, và các máy lạnh thương nghiệp đang dần trở thành thiết yếu cho các gia đình Sự phát triển của các nhà máy sản xuất nước đá, máy lạnh lắp trên tàu thủy hay các phương tiện vận tải không còn xa lạ Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, bao gồm rượu bia, bánh kẹo, nước giải khát, đang ngày càng phát triển mạnh mẽ.
1.1.2 ng d ng l nh trong công nghi p:Ứ ụ ạ ệ
Hóa l ng không khí bao g m các ch t khí là s n ph m c a công nghi pỏ ồ ấ ả ẩ ủ ệ hóa h c nh : clo, amoniac, cacbonic, các lo i khí đ t, các lo i khí sinh h c…ọ ư ạ ố ạ ọ
Oxi, Nit đơ ượ ử ục s d ng nhi u nh hàn, c t kim lo iề ư ắ ạ
Các lo i khí tr He, Ar, Xe… đạ ơ ược s d ng trong nghiên c u v t lý,ử ụ ứ ậ s n xu t bóng đènả ấ
1.1.3 ng d ng l nh trong nông nghi p:Ứ ụ ạ ệ
Nh m b o qu n gi ng, lai t o gi ng, đi u hoà khí h u cho các tr iằ ả ả ố ạ ố ề ậ ạ chăn nuôi tr ng tr t, b o qu n và ch bi n cá, nông s n th c ph m.ồ ọ ả ả ế ế ả ự ẩ
Hóa l ng không khí thu nit s n xu t phân đ mỏ ơ ả ấ ạ
1.1.4 ng d ng l nh trong đi u ti t không khí:Ứ ụ ạ ề ế
Ngày nay, việc tách rời kỹ thuật điều tiết không khí đã trở nên quan trọng trong các ngành công nghiệp chính xác như kỹ thuật điện tử, kỹ thuật phim ảnh và quang học Các sản phẩm công nghiệp yêu cầu điều kiện và thông số không khí nghiêm ngặt, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và độ sạch Việc kiểm soát những yếu tố này là cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm và hiệu suất hoạt động.
Trong y tế hiện đại, việc sử dụng các loại dược phẩm và vật tư y tế ngày càng trở nên phổ biến và mang lại hiệu quả cao Các loại thuốc quý, hiếm như vaccine, kháng sinh và các sản phẩm gây mê đã được quản lý chặt chẽ để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong điều trị.
1.1.6 ng d ng l nh trong th d c th thao:Ứ ụ ạ ể ụ ể
Nhiều người không biết rằng các vận động viên trượt băng thường phải ra sân muộn để luyện tập Đường đua trượt băng và trượt tuyết nhân tạo được thiết kế cho các vận động viên rèn luyện kỹ năng, ngay cả khi nhiệt độ không khí rất cao Điều này giúp họ duy trì thể lực và chuẩn bị tốt cho các giải đấu thể thao.
1.1.7 ng d ng l nh trong đ i s ng:Ứ ụ ạ ờ ố
Sử dụng nước đá trong việc bảo quản nông sản, thực phẩm và cho sinh hoạt hàng ngày là rất quan trọng, đặc biệt ở các vùng nhiệt đới Nước đá không chỉ giúp làm mát mà còn giữ cho thực phẩm tươi ngon, đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người Việc áp dụng công nghệ lạnh trong vận chuyển và bảo quản thực phẩm là cần thiết để nâng cao chất lượng và độ bền của sản phẩm.
Trong ngành hàng không và vũ trụ, máy bay và tàu vũ trụ phải hoạt động trong những điều kiện khác nhau Nhiệt độ có thể tăng lên rất cao, thậm chí lên đến hàng nghìn độ, nhưng cũng có lúc hạ xuống dưới 100 độ C Oxy và hydro là những nhiên liệu chính cho tàu vũ trụ.
MÔI CH T L NH VÀ CH T T I L NH: Ấ Ạ Ấ Ả Ạ
Các môi ch t l nh th ấ ạ ườ ng dùng trong k thu t l nh: ỹ ậ ạ
Môi chất lạnh, còn được gọi là tác nhân lạnh hay gas lạnh, là chất môi giới được sử dụng trong chu trình nhiệt động học Nó có khả năng thu nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp và thải ra môi trường có nhiệt độ cao, giúp duy trì hiệu quả trong các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí.
* Ký hi u môi ch t l nh:ệ ấ ạ
Các frêon là các ch t h u c no ho c ch a no mà các Hydro(Hấ ữ ơ ặ ư 2 ) được thay th m t ph n hay toàn b b ng các nguyên t Cl, Br hay Fế ộ ầ ộ ằ ử
Các frêon thường được ký hi u ch đ u tiên là R.ệ ữ ầ
Xét: R 1 2 3 S lố ượng nguyên t Fử
* Ví d 1: Môi ch t có công th c hoá h c CClụ ấ ứ ọ 2 F2 Tìm ký hi uệ
V y môi ch t có ký hi u: R012 ho c R12.ậ ấ ệ ặ
* Ví d 2: môi ch t có công th c hoá h c CHClFụ ấ ứ ọ 2 Tìm ký hi uệ
V y môi ch t có ký hi u: R022 ho c R22ậ ấ ệ ặ
* Ví d 3: môi ch t có kí hi u R114 tìm công th c hoá h c c a môi ch t đóụ ấ ệ ứ ọ ủ ấ
V y môi ch t có công th c hoá h c: Cậ ấ ứ ọ 2 Cl2F4
S lố ượng nguyên t Cl xác đ nh đử ị ược nh hoá tr còn l i c a nguyên tờ ị ạ ủ ử t Cacbon: 2 Cacbon ừ C2H6 , có 4 F có 2 Cl.
Các ch t vô c có ký hi u đ u tiên là R và sau đó là 3 ch s , ch sấ ơ ệ ầ ữ ố ữ ố đ u tiên là 7 còn l i hai ch s sau là phân t lầ ạ ữ ố ử ượng c a ch t đó:ủ ấ
CO2: R744 Không khí: R729 2.1.3 Yêu c u đ i v i môi ch t l nh:ầ ố ớ ấ ạ a Tính ch t hoá h c:ấ ọ
B n v ng v m t hoá h c trong ph m vi áp su t và nhi t đ làm vi c,ề ữ ề ặ ọ ạ ấ ệ ộ ệ không được phân hu và polyme hóa.ỷ
Ph i tr , không ăn mòn các v t li u ch t o máy, d u bôi tr n…ả ơ ậ ệ ế ạ ầ ơ
Để đảm bảo an toàn và tránh cháy nổ, áp suất trong hệ thống không được vượt quá mức cho phép Cần kiểm soát áp suất ngưng tụ và áp suất bay hơi, tránh tình trạng áp suất quá cao hoặc quá thấp Hệ thống phải được thiết kế để ngăn ngừa rò rỉ khí, đảm bảo không khí không xâm nhập vào hệ thống.
Nhi t đ đông đ c nh h n nhi t đ bay h i.ệ ộ ặ ỏ ơ ệ ộ ơ
Nhi t đ t i h n ph i cao h n nhi t đ ng ng tệ ộ ớ ạ ả ơ ệ ộ ư ụ
Nhi t n hóa h i và nhi t dung riêng càng l n càng t t.ệ ẩ ơ ệ ớ ố
Năng su t l nh riêng th tích càng l n càng t t.ấ ạ ể ớ ố Đ nh t càng nh càng t t.ộ ớ ỏ ố
Kh năng hoà tan nả ước càng l n càng t t.ớ ố
Không được d n đi nẫ ệ c Tính ch t sinh lý:ấ
Môi ch t không đấ ược đ c h i v i con ngộ ạ ớ ười và c th s ng, không gâyơ ể ố ph n ng v i c quan hô h p.ả ứ ớ ơ ấ
Môi ch t ph i có mùi đ c tr ng đ d dàng phát hi n rò r ấ ả ặ ư ể ễ ệ ỉ
N u c n có th pha thêm ch t có mùi đ c tr ng vào môi ch t v i đi uế ầ ể ấ ặ ư ấ ớ ề ki n ch t đó không nh hệ ấ ả ưởng đ n các tính ch t khác c a môi ch t.ế ấ ủ ấ
Không nh hả ưởng x u đ n ch t lấ ế ấ ượng s n ph m b o qu n.ả ẩ ả ả d Tính kinh t :ế
Giá thành ph i r , D ki m nghĩa là môi ch t đả ẻ ể ế ấ ược s n xu t côngả ấ nghi p, v n chuy n và b o qu n d dàng.ệ ậ ể ả ả ễ e Tính an toàn và cháy n :ổ
Ph i an toàn, không d cháy n ả ễ ổ
Môi trường không thể đáp ứng đầy đủ tất cả các yêu cầu, mà chỉ có thể đáp ứng một phần nào đó Để giải quyết vấn đề này, cần phải lựa chọn môi trường phù hợp với từng nhu cầu cụ thể Việc lựa chọn đúng môi trường sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả và đáp ứng tốt hơn các yêu cầu đặt ra.
1.2.4 Môi ch t l nh thấ ạ ường dùng: a Amoniac (NH3):
Amoniac, với công thức hóa học NH₃ và ký hiệu môi chất R717, là một loại khí không màu có mùi hắc, tồn tại ở áp suất khí quyển với nhiệt độ sôi là -33,4 °C Chất này có tính chất nhiệt động phù hợp với các máy lạnh, đặc biệt là máy nén piston.
NH3 b n v ng kho ng nhi t đ và áp su t làm vi c NHề ữ ở ả ệ ộ ấ ệ 3 ch phânỉ hu thành Nỷ 2 và H2 260ở o C.
Khi có nước và thép làm ch t xúc tác thì NHấ 3 phân hu ngay nhi t đỷ ở ệ ộ
110 120 o C Vì v y c n làm mát t t đ u xilanh và h n ch nhi t đ cu iậ ầ ố ở ầ ạ ế ệ ộ ố t m nén càng th p càng t t.ầ ấ ố
NH3 không gây ăn mòn đối với các kim loại dùng trong chế tạo máy, nhưng có thể gây ăn mòn đối với một số hợp kim đặc biệt, ngoại trừ đồng thau Do đó, không cần lo ngại về việc ăn mòn các hợp kim trong máy lạnh sử dụng NH3.
* Tính ch t v t lý:ấ ậ đi u ki n ng ng t làm mát b ng n c n u t Ở ề ệ ư ụ ằ ướ ế n ướ c = 25 o C nhi t đệ ộ nước ra kh i ng ng t t = 37ỏ ư ụ o C thì tk = 42 o C và Pk = 16,5 bar.
Nhiệt độ trong quá trình nén khí rất cao, do đó cần phải làm mát bằng nước để đảm bảo hiệu suất Áp suất bay hơi thường ở mức 1 bar, vì vậy máy lạnh hoạt động hiệu quả với ít chân không Chân không được duy trì khi nhiệt độ bay hơi đạt khoảng -33,4 độ C.
Năng suất lạnh riêng thể hiện khả năng làm lạnh của một thiết bị trong một thể tích môi chất nhất định Máy nén và thiết bị gia nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất làm lạnh Để đạt được hiệu quả tối ưu, cần chú trọng đến các yếu tố như áp suất và nhiệt độ trong quá trình hoạt động Việc hiểu rõ về năng suất lạnh riêng sẽ giúp cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh.
H s d n nhi t và trao đ i nhi t l n nên thu n l i cho vi c tính toánệ ố ẫ ệ ổ ệ ớ ậ ợ ệ ch t o thi t b bay h i và ng ng t ế ạ ế ị ơ ư ụ
Hoà tan nước không h n ch nên van ti t l u không b t c m.ạ ế ế ư ị ắ ẩ
Không hoà tan d u nên khó bôi tr n các chi ti t chuy n đ ng c c aầ ơ ế ể ộ ơ ủ máy nén và h th ng máy l nh ph i b trí bình tách d u.ệ ố ạ ả ố ầ
D n đi n nên không s d ng cho máy nén kínẫ ệ ử ụ
Nhược đi m c b n nh t c a NHể ơ ả ấ ủ 3 là gây đ c h i đ i v i con ngộ ạ ố ớ ười và c th s ng n ng đ 1% trong không khí gây ng t sau 1 phút.ơ ể ố Ở ồ ộ ấ
Có mùi đ c tr ng khó ch u nên d phòng tránh.ặ ư ị ễ
Làm gi m ch t lả ấ ượng s n ph m c n b o qu n.ả ẩ ầ ả ả
Là môi ch t l nh d tìm, r ti n, d v n chuy n và b o qu n ấ ạ ễ ẻ ề ễ ậ ể ả ả
Gây cháy n trong không khí n ng đ 13,5 ổ ở ồ ộ 16% v i nhi t đ cháyớ ệ ộ
651 o C Vì v y các gian máy NHậ 3 không được dùng ng n l a tr n và các gianọ ử ầ máy ph i thông thoáng.ả
Qua các tính ch t trên ngày nay NHấ 3 tr thành môi ch t quan tr ng đở ấ ọ ược s d ng trong nhi u lĩnh v c t nhi t đ bay h i +10 ử ụ ề ự ừ ệ ộ ơ 60 o C. b R12:
Môi chất lạnh R12, với công thức hóa học CCl₂F₂, là một loại khí không màu và có mùi thơm nhẹ Nó nặng hơn không khí khoảng 4 lần và có nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển là 28,9 độ C.
B n v ng trong ph m vi nhi t đ và áp su t làm vi c.ề ữ ạ ệ ộ ấ ệ
Không ph n ng hoá h c v i d u bôi tr n và v t li u ph trong hả ứ ọ ớ ầ ơ ậ ệ ụ ệ th ng l nh.ố ạ
Không ăn mòn kim lo i đen, màu và phi kim lo i nh ng làm trạ ạ ư ương phòng m t s ch t h u c nh cao su và m t s ch t d o.ộ ố ấ ữ ơ ư ộ ố ấ ẻ
B t đ u phân hu nhi t đ 540 ắ ầ ỷ ở ệ ộ 565 o C khi có ch t xúc tác, đ nấ ế
760 o C thì phân hu hoàn toàn.ỷ
* Tính ch t lý h c:ấ ọ Áp su t ng ng t thu c lo i trung bình, nhi t đ ng ng t 42ấ ư ụ ộ ạ ở ệ ộ ư ụ o C thì áp su t ng ng t Pấ ư ụ k = 10 bar.
Nhi t đ cu i t m nén th p.ệ ộ ố ầ ấ Áp su t bay h i l n h n 1 bar (áp su t khí quy n).ấ ơ ớ ơ ấ ể
Năng su t l nh riêng kh i lấ ạ ố ượng nh , ch b ng 1/8 đ n 1/10 NHỏ ỉ ằ ế 3 nên l u lư ượng tu n hoàn trong h th ng l nầ ệ ố ớ
Năng su t l nh riêng th tích b ng kho ng 60% c a NHấ ạ ể ằ ả ủ 3 nên h th ngệ ố c ng k nh h n.ồ ề ơ Đ l u đ ng kém nên độ ư ộ ường ng c a van ph i làm to.ố ử ả
Không d n đi n nên s d ng đẫ ệ ử ụ ược cho máy nén kín và n a kín.ử
Hoà tan d u hoàn toàn nên r t thu n l i cho vi c bôi tr n.ầ ấ ậ ợ ệ ơ
Không hoà tan nước nên nhược đi m r t l n là gây t c m b ph nể ấ ớ ắ ẩ ở ộ ậ ti t l u.ế ư
Có đ c tính r a s ch c n b n, cát b i, g s t trên thành máy nén và thi tặ ử ạ ặ ẩ ụ ỉ ắ ế b nên ph i b trí phin l c c n th n.ị ả ố ọ ẩ ậ
Có kh năng rò r r t cao, có th rò r qua c gang có c u trúc tinh thả ỉ ấ ể ỉ ả ấ ể thô.
Không đ c h i đ i v i con ngộ ạ ố ớ ười và c th s ng.ơ ể ố
V i n ng đ 30% gây ng t vì thi u dớ ồ ộ ạ ế ưỡng khí.
Không nh hả ưởng x u đ n ch t lấ ế ấ ượng s n ph m b o qu n.ả ẩ ả ả
Giá thành đ t tuy d ki m, d b o qu n và v n chuy n.ắ ễ ế ễ ả ả ậ ể
Do phá hu t ng ôzôn nên c m s d ng các nỷ ầ ấ ử ụ ở ước công nghi p tệ ừ 1/1/1996 và các nước đang phát tri n t 1/1/2006ể ừ
Không gây cháy n nên đổ ược được g i là môi ch t l nh an toàn.ọ ấ ạ c R22:
Là môi ch t l nh có công th c hoá h c CHClFấ ạ ứ ọ 2 , là ch t khí không màuấ có mùi th m r t nh ơ ấ ẹ áp su t khí quy n có t Ở ấ ể s = 40,8 o C.
B n v ng ph m vi nhi t đ và áp su t làm vi c.ề ữ ở ạ ệ ộ ấ ệ
Khi có ch t xúc tác là thép, phân hu 550ấ ỷ ở o C.
Không tác d ng v i kim lo i và phi kim lo i ch t o máy nh ng hoà tanụ ớ ạ ạ ế ạ ư và làm trương phòng m t s ch t h u c (cao su, ch t d o).ộ ố ấ ữ ơ ấ ẻ
* Tính ch t lý h c:ấ ọ đi u ki n ng ng t làm mát b ng n c, nhi t đ ng ng t t Ở ề ệ ư ụ ằ ướ ệ ộ ư ụ k = 42 o C,
Áp suất Pk= 16,1 bar là mức áp suất khá cao trong môi trường khí Nhiệt độ cuối cùng của quá trình nén trung bình đạt khoảng 40,8 độ C, do đó áp suất bay hơi sẽ thấp hơn so với áp suất khí quyển.
Năng su t l nh riêng th tích l n g n NHấ ạ ể ớ ầ 3 nên máy g n nh ọ ẹ Đ nh t nh , tính l u đ ng l n.ộ ớ ỏ ư ộ ớ
Hoà tan h n ch d u nên gây khó khăn cho quá trình bôi tr n.ạ ế ầ ơ
Không hoà tan nước nh ng m c đ hòa tan l n g p 5 l n c a R12 nênư ứ ộ ớ ấ ầ ủ nguy c t c m gi m đi.ơ ắ ẩ ả
Không d n đi n nên có th dùng cho máy nén kín và n a kín.ẫ ệ ể ử
Không đ c h i đ i v i c th s ng, khi n ng đ quá cao s gây ng t doộ ạ ố ớ ơ ể ố ồ ộ ẽ ạ thi u dế ưỡng khí.
Không nh hả ưởng x u đ n s n ph m b o qu n.ấ ế ả ẩ ả ả
* Tính kinh t :ế Đ t ti n tuy d ki m, d b o qu n và d v n chuy n.ắ ề ễ ế ễ ả ả ễ ậ ể
Không cháy và không n tuy tính an toàn th p h n R12.ổ ấ ơ
Ch t t i l nh: ấ ả ạ
Là môi ch t trung gian, nh n nhi t c a đ i tấ ậ ệ ủ ố ượng c n làm l nh chuy nầ ạ ể t i thi t b bay h i c p cho ch t l nh sôi Ch t t i l nh còn g i là môi ch tớ ế ị ơ ấ ấ ạ ấ ả ạ ọ ấ l nh th c p.ạ ứ ấ
Gi ng nh môi ch t l nh, ch t t i l nh lý tố ư ấ ạ ấ ả ạ ưởng cũng c n có các tínhầ ch t sau đây:ấ
B n v ng, không phân h y trong ph m vi làm vi c.ề ữ ủ ạ ệ
Nhi t đ đông đ c ph i th p h n nhi t đ bay h i c a môi ch t l nhệ ộ ặ ả ấ ơ ệ ộ ơ ủ ấ ạ là 5 o C
Nhi t đ sôi áp su t khí quy n ph i cao đ khi d ng máy, nhi t đệ ộ ở ấ ể ả ể ừ ệ ộ ch t t i l nh nâng lên b ng nhi t đ môi trấ ả ạ ằ ệ ộ ường thì ch t t i l nh không bấ ả ạ ị bay h i.ơ
H s d n nhi t và trao đ i nhi t ph i l n.ệ ố ẫ ệ ổ ệ ả ớ
Nhi t dung riêng càng l n càng t tệ ớ ố Đ nh t và kh i lộ ớ ố ượng càng nh càng t t vì gi m đỏ ố ả ượ ổc t n th t th yấ ủ l c.ự
Không đ c h i v i con ngộ ạ ớ ười và c th s ng.ơ ể ố
Không tác đ ng x u đ n th c ph m.ộ ấ ế ự ẩ
Ph i r ti n, d ki m, d v n chuy n và b o qu n.ả ẻ ề ể ế ễ ậ ể ả ả
Không làm ô nhi m môi trể ường.
2.2 Các ch t t i l nh thấ ả ạ ường dùng:
Là ch t t i l nh lý tấ ả ạ ưởng, nó đáp ng h u h t các yêu c u đã nêu.ứ ầ ế ầ
Nhược đi m duy nh t là đông đ c 0ể ấ ặ ở o C.
* Dung d ch nị ước mu i NaCl:ố Đáp ng khá đ y đ yêu c u trên Nhứ ầ ủ ầ ược đi m ch y u là ăn mòn kimể ủ ế lo i c a h th ng l u chuy n môi ch t t i l nh ạ ủ ệ ố ư ể ấ ả ạ
* Dung d ch nị ước mu i CaClố 2:
Có các tính ch t g n gi ng NaCl tuy khó tìm.ấ ầ ố
Bài t p v môi ch t l nh và ch t t i l nh: ậ ề ấ ạ ấ ả ạ
Câu 1: Nêu cách ký hi u môi ch t l nh frêon ?ệ ấ ạ
Câu 2: Môi ch t có kí hi u R114 Tìm công th c hoá h c c a môi ch t đó ?ấ ệ ứ ọ ủ ấ
Câu 3: Tìm ký hi u c a môi ch t l nh NHệ ủ ấ ạ 3 , CO2, không khí ?
