LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình môn học” kỹ thuật nhiệt” được rất nhiều tác giả trong và ngoài nước viết, nói chung nội dung cơ bản là nh nhau. Môn học” Kỹ thuật nhiệt” là môn học cơ sở tại các trường Đại học, cao đẳng học. Tùy theo chương trình khung đào tạo của các trường mà môn học được dạy theo nội dung và số tiết học khách nhau. Giáo trình kỹ thuật nhiệt này được dùng chủ yếu cho sinh viên các lớp cao đẳng nghề hóa nhuộm. Giáo trình này được biên soạn trên cơ sở sinh viên phân biệt, hiểu rõ các phần nhiệt học trong chương trình phổ thông và môn học vật lý, toán học, hóa học qua các chương theo chương trình khung của môn học. Giáo trình gồm 45 giờ: Bao gồm 7 chương Tôi đã cố gắng nghiên cứu, kế thừa kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm của bản thân, của các bạn đồng nghiệp, cũng nh tham khảo nhiều tài liệu trong quá trình biên soạn, nhưng khó tránh khỏi thiếu sót, những ý kiến đóng góp của bạn đọc xin gửi về địa chỉ: Bộ môn cơ khí chế tạo sửa chữa, Khoa cơ khí, Trường cao đẳng nghề kinh tế kỹ thuật Vinatex Nam Định Email: Congnghehangmail.com Xin chân thành cảm ơn Nam Định, tháng 10 năm 2011 Giáo viên biên soạn Bùi Minh Thành Chương 1: Những khái niệm cơ bản – Nhiệt dung riêng Chương 2: Định luật nhiệt động I và các quá trình nhiệt động cơ bản của chất khí Chương 3: Định luật nhiệt động II và các chu trình nhiệt động Chương 4: Quá trình lưu động và tiết lưu của khí và hơi Chương 5: Hơi nước và không khí ẩm Chương 6: Các phương thức trao đổi nhiệt Chương 7: Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt2 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN – NHIỆT DUNG RIÊNG 6 1.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN................................................................................6 1.1.1. Công và nhiệt.......................................................................................6 1.1.2. Môi chất và các thông số trạng thái ....................................................8 1.1.3. Phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng...................................11 1.1.4. Hỗn hợp khí lý tưởng ........................................................................13 1.1.5. Phương trình trạng thái của khí thực.................................................13 1.2. NHIỆT DUNG RIÊNG.............................................................................14 1.2.1. Định nghĩa .........................................................................................14 1.2.2. Phân loại ............................................................................................14 1.2.3. Mối quan hệ giữa nhiệt dung riêng và nhiệt độ ................................15 1.2.6. Các loại công .....................................................................................18 CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I VÀ CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐÔNG CƠ BẢN CỦA CHẤT KHÍ 21 2.1. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I .................................................................21 2.1.1. Những khái niệm cơ bản ...................................................................21 2.1.2. Phương trình nhiệt động I .................................................................21 2.1.3. Ứng dụng của định luật nhiệt động I.................................................22 2.2. CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA CHẤT KHÍ LÝ TƯỞNG...........................................................................................................22 2.2.1. Khái niệm chung ...............................................................................22 2.2.2. Biến thiên nội năng entanpi của khí lý tưởng trong mỗi quá trình ...23 2.2.3. Quá trình đẳng tích............................................................................23 2.2.4. Quá trình đẳng áp ..............................................................................24 2.2.5. Quá trình đẳng nhiệt..........................................................................26 2.2.6. Quá trình đoạn nhiệt..........................................................................27 2.2.7. Quá trình đa biến ...............................................................................28 CHƯƠNG 3: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II VÀ CÁC CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 32 3.1. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II ................................................................32 3.1.1. Nội dung ............................................................................................32 3.1.2. Các cách phát biểu của định luật nhiệt động II .................................32 3.2. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG....................................................................33 3.2.1. Khái niệm cơ bản...............................................................................33 3.2.2. Chu trình Carnot................................................................................34 3.2.3. Chu trình động cơ đốt trong ..............................................................36 3.2.4. Chu trình thiết bị lạnh........................................................................38 3.2.5. Chu trình RANKINE.........................................................................39 CHƯƠNG 4: QUÁ TRÌNH LƯU ĐỘNG VÀ TIẾT LƯU CỦA KHÍ VÀ HƠI 41 4.1. QUÁ TRÌNH LƯU ĐỘNG.......................................................................41 4.1.1. Những khái niệm cơ bản ...................................................................413 4.1.2. Các công thức cơ bản về lưu động.................................................... 42 4.2. QUÁ TRÌNH TIẾT LƯU.......................................................................... 45 4.2.1. Định nghĩa......................................................................................... 45 4.2.2. Đặc điểm của quá trình tiết lưu......................................................... 45 4.2.3. Hiệu ứng Joule Thomson................................................................ 45 CHƯƠNG 5: HƠI NƯỚC VÀ KHÔNG KHÍ ẨM 47 5.1. HƠI NƯỚC............................................................................................... 47 5.1.1. Khái niệm .......................................................................................... 47 5.1.2. Quá trình hóa hơi đẳng áp của hơi nước........................................... 48 5.2. KHÔNG KHÍ ẨM .................................................................................... 49 5.2.1. Các khái niệm cơ bản........................................................................ 49 5.2.2. Đồ thị Id của không khí ẩm ............................................................. 53 CHƯƠNG 6: CÁC PHƯƠNG THỨC TRAO ĐỔI NHIỆT 56 6.1. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG DẪN NHIỆT................................................ 56 6.1.1. Khái niệm cơ bản .............................................................................. 56 6.1.2. Dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng.................................................... 58 6.1.3. Dẫn nhiệt ổn định qua vách trụ ......................................................... 61 6.2. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG ĐỐI LƯU ..................................................... 61 6.2.1. Khái niệm cơ bản .............................................................................. 61 6.2.2. Công thức Newton về cấp nhiệt........................................................ 62 6.3. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG BỨC XẠ NHIỆT.......................................... 63 6.3.1. Khái niệm cơ bản .............................................................................. 63 6.3.2. Các định luật cơ bản về bức xạ ......................................................... 65 CHƯƠNG 7: TRUYỀN NHIỆT VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 68 7.1. TRUYỀN NHIỆT..................................................................................... 68 7.1.1. Khái niêm chung ............................................................................... 68 7.1.2 Truyền nhiệt qua vách phẳng ............................................................. 69 7.1.3. Truyền nhiệt qua vách trụ ................................................................. 70 7.2. THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT.................................................................... 71 1. Định nghĩa............................................................................................... 71 2. Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt ............................................................... 71 BẢNG CHUYỂN ĐỔI ĐƠN VỊ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 764 MÔN HỌC KỸ THUẬT NHIỆT Mã số môn học: MH08 I. Vị trí, tính chất của môn học Thuộc nhóm các môn cơ sở ngành vì vậy phải học trước các môn chuyên ngành và chuyên sâu của ngành. Môn học bao gồm lý thuyết và kiểm tra. II. Mục tiêu môn học Hiểu các kiến thức cơ bản về nhiệt dung riêng, định luật nhiệt, nhiệt động I II, các quy luật biến đổi năng lượng trong các quá trình nhiệt, những khái niệm cơ bản về hơi nước và không khí ẩm, quá trình lưu động và tiết lưu của khí hoặc hơi..v..v.. Vận dụng được các quá trình nhiệt động vào trong thực tế sản xuất tại các nhà máy nhuộm; Tự giác học tập, rèn luyện nâng cao trình độ nhằm đáp ứng được nhu cầu của doanh nghiệp. III. Nội dung môn học Mã chương Tên chươngmục Thời gian Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra MH0801 Những khái niệm cơ bản – Nhiệt dung riêng 4 4 MH0802 Định luật nhiệt động I và các quá trình nhiệt động cơ bản của chất khí 6 6 MH0803 Định luật nhiệt động II và các chu trình nhiệt động 5 4 1 MH0804 Quá trình lưu động và tiết lưu của khí và hơi 3 3 MH0805 Hơi nước và không khí ẩm 3 3 MH0806 Các phương thức trao đổi nhiệt 4 4 MH0807 Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt 5 4 1 Cộng 30 28 25 IV. Yêu cầu về đánh giá hoàn thành môn học Môn học có thời gian học là 30 giờ, áp dụng hình thức kiểm tra viết hoặc vấn đáp bằng các câu tự luận hoặc trắc nghiệm gồm: 2 bài kiểm tra định kỳ và 1 bài kiểm tra hết môn, nội dung tập trung vào kiến thức của các chương sau: Nội dung bài kiểm tra định kỳ thứ nhất: + Các khái niệm cơ bản của các thông số trạng thái, nhiệt dung riêng + Phương trình trạng thái của khí lý tưởng + Định luật nhiệt động I, II và phương trình định luật nhiệt động I, II + Các bài tập ứng dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng và định luật nhiệt động I, II Nội dung bài kiểm tra định kỳ thứ hai: + Các khái niệm và quá trình lưu động và tiết lưu của khí và hơi + Các khái niệm về hơi nước và không khí ẩm + Các phương thức trao đổi nhiệt + Truyền nhiệt và các thiết bị trao đổi nhiệt + Các bài tập ứng dụng Nội dung bài kiểm tra kết thức môn học + Các kiến thức về phương trình trạng thái + Bài tập ứng dụng của định luật nhiệt động I, II + Các kiến thức và bài tập về truyền nhiệt và trao đổi nhiệt6 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN – NHIỆT DUNG RIÊNG Mã chương: MH0801 Giới thiệu: Nội dung chương này đề cập đến các vấn đề sau: Các khái niệm cơ bản của các thông số trạng thái như: Nhiệt độ, áp suất, thể tích …Giúp học sinh hiểu và nắm bắt được khái niệm, ý nghĩa và tính chất của các thông số. Các dạng cơ bản của phương trình trạng thái viết cho khí lý tưởng và khí thực. Nhiệt dung riêng và cách tính nhiệt dung riêng của môi chất. Môc tiªu: Trình bày được những khái niệm cơ bản về: công và nhiệt, môi chất, thông số trạng thái, phương trình trạng thái, nhiệt dung riêng.. Biết được mối liên quan của những khái niệm trên đến quá trình sản xuất nhuộm hoàn tất. Nội dung chính 1.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1. Công và nhiệt C«ng vµ nhiÖt lµ c¸c ®¹i lîng vËt lý phô thuéc vµo qu¸ tr×nh vµ lµ d¹ng n¨ng lîng. V× chóng cã thÓ biÕn ®æi mét d¹ng n¨ng lîng nµy sang d¹ng n¨ng lîng kh¸c. 1kJ = 103 J 1MJ = 106 J 1J = 0,24 cal; 1KJ = 0,24 Kcal Nhiệt được ký hiệu là chữ ( Q ) . Nhiệt mà vật nhận vào mang dấu dương Q>0 Nhiệt mà vật nhả ra mang dấu âm Q < 0 Nhiệt7 Công được ký hiệu là chữ ( L ) . Công mà vật sinh ra mang dấu dương L>0 Công mà vật nhận mang dấu âm L < 0 Quy đổi các đơn vị8 1kJ = 103 J 1MJ = 106 J 1J = 0,24 cal; 1KJ = 0,24 Kcal; 1kPa = 103 Pa ; 1MPa = 106 Pa 1 Pa= 1 Nm2 = 105 bar = 0.981 105 at = 0.981 1 mmH2O 1000 lít = 1 m3 1bar = 750 mm Hg = 105 Nm2 1 at = 0,981 bar = 0,981 105 Nm2 1at = 735,5 mm Hg = 10 m H2O 1.1.2. Môi chất và các thông số trạng thái a) Môi chất Là chất dùng để thực hiện những biến đổi giữa nhiệt và công trong các máy nhiệt. Môi chất thường thể hiện ở 3 thể cơ bản, thể khí, thể rắn, thể lỏng vì Trong các máy nhiệt môi chất thường dùng ở thể lỏng, thể hơi, Vì chúng có khả năng co giãn thuận tiện cho việc sinh công. Khí thực: phân tử của nó có khối lượng, kích thước nhất định, giữa các phân tử có lực tác dụng tương hỗ. Khí lý tưởng. Khối lượng, kích thước phân tử vô cùng bé, có thể bỏ qua, giữa các phân tử không có lực tác dụng tương hỗ Trong thực tế. Không khí, hydro, oxy.. là khí lý tưởng. Hơi nước, cacbonnic, amôniac.. là khí thực Máy nhiệt: là thiết bị thực hiện quá trình chuyển hoá gữa nhiệt năng và cơ năng ở hai nguồn nhiệt: Nguồn nóng có nhiệt T1 và nguồn lạnh có nhiệt T2
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN – NHIỆT DUNG RIÊNG 6
KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Công và nhiệt là hai đại lượng vật lý quan trọng, liên quan đến quá trình chuyển đổi năng lượng Chúng có khả năng biến đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác, góp phần vào các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật.
* Nhiệt được ký hiệu là chữ ( Q ) Nhiệt mà vật nhận vào mang dấu dương Q>0
Nhiệt mà vật nhả ra mang dấu âm Q < 0
* Công được ký hiệu là chữ ( L ) Công mà vật sinh ra mang dấu dương L>0
Công mà vật nhận mang dấu âm L < 0
* Quy đổi các đơn vị
1J = 0,24 cal; 1KJ = 0,24 Kcal; 1kPa = 10 3 Pa ; 1MPa = 10 6 Pa
1.1.2 Môi chất và các thông số trạng thái a) Môi chất
Môi chất là chất liệu dùng để chuyển đổi giữa nhiệt và công trong các máy nhiệt, thường tồn tại ở ba trạng thái cơ bản: khí, rắn và lỏng Trong các máy nhiệt, môi chất chủ yếu được sử dụng ở dạng lỏng và hơi, do chúng có khả năng co giãn, thuận tiện cho quá trình sinh công.
* Khí thực: phân tử của nó có khối lượng, kích thước nhất định, giữa các phân tử có lực tác dụng tương hỗ
* Khí lý tưởng Khối lượng, kích thước phân tử vô cùng bé, có thể bỏ qua, giữa các phân tử không có lực tác dụng tương hỗ
Trong thực tế Không khí, hydro, oxy là khí lý tưởng Hơi nước, cacbonnic, amôniac là khí thực
Máy nhiệt: là thiết bị thực hiện quá trình chuyển hoá gữa nhiệt năng và cơ năng ở hai nguồn nhiệt: Nguồn nóng có nhiệt T1 và nguồn lạnh có nhiệt T2
Máy nhiệt được chia thành hai nhóm
+ Máy lạnh và bơm nhiệt
Trạng thái b) Hệ nhiệt động
Hệ nhiệt động là một tập hợp các vật thể được tách biệt khỏi môi trường xung quanh để nghiên cứu các tính chất nhiệt động của chúng Các vật nằm ngoài hệ được gọi là môi trường.
Hệ nhiệt động được tác ra làm nhiều loại
Hệ kín là một hệ thống mà trong đó trọng tâm không di chuyển hoặc di chuyển với tốc độ rất nhỏ, cho phép chúng ta bỏ qua động năng của hệ thống đó.
Chất khí trong bình kín tạo thành một hệ kín, với trọng tâm của khối khí không chuyển động, khối lượng khí không thay đổi và khí không thoát ra ngoài bình.
Hơi nước trong một chu trình động lực hơi nước (hơi nước không thoát ra ngoài)
Hệ hở là một loại hệ mà trong đó có sự chuyển động tại tâm của hệ, khối lượng của hệ có sự thay đổi, và môi chất có khả năng đi qua bề mặt ranh giới giữa hệ và môi trường xung quanh.
Ví dụ: Tuabin (hơi hoặc khí) , máy nén khí là hệ hở vì lượng khí trong xilanh thay đổi khi đi vào và ra khỏi xilanh
- Hệ đoạn nhiệt là hệ không trao đổi nhiệt với môi trường
- Hệ cô lập là hệ không trao đổi nhiệt và công với môi trường c) Các thông số trạng thái của môi chất
Thông số trạng thái là các đại lượng vật lý có giá trị xác định tại một trạng thái cụ thể Chúng là hàm chỉ phụ thuộc vào trạng thái mà không bị ảnh hưởng bởi quá trình Khi môi chất thay đổi và quay trở lại trạng thái ban đầu, các giá trị của thông số trạng thái sẽ giữ nguyên.
Thể tích riêng là thể tích của một đơn vị khối lượng
Ký hiệu v và xác định bằng biểu thức kg
Trong đó V - Thể tích của vật thể (m 3 )
G – Khối lượng của vật (kg) Đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng là khối lượng riêng
- áp suất là lực tác dụng của các phân tử theo ph-ơng pháp tuyến lên một đơn vị diện tích Thành bình chứa khí hoặc chất lỏng đó
-áp suất đ-ợc ký hiệu là p
Trong đó F – Lực tác dụng của các phân tử khí hoặc chất lỏng (N)
S -Diện tích thành bính ( m 2 ) Đơn vị đo áp suất là N/m 2 hay Pa (Pasal) và bar
Ta cã 1bar = 10 5 N/m 2 ; 1kPa = 10 3 Pa ; 1MPa = 10 6 Pa
Mối quan hệ áp suất pdư = p– p0
Là mức độ trạng thái nhiệt (nóng, lạnh) của vật Theo thuyết động học phân tử nhiệt độ là số đo động năng của các phân tử
Dụng cụ đo nhiệt độ gọi chung là nhiệt kế
Thường dùng hai thang nhiệt độ để xác định nhiệt độ
- Nhiệt độ bách phân (Celsius) ký hiệu là ( t 0 C )
Trong thang độ bách phân 0 0 C ứng với nhiệt độ nước đá đang tan và 100 0
C ứng với nhiệt độ nước sôi Tất cả đều ở áp suất P = 760 mmHg
- Nhiệt độ tuyệt đối; (Kelvin) ( 0 K) ký hiệu T
Do các phân tử chuyển động không ngừng nên chúng có động năng, động năng phân tử phụ thuộc vào vận tốc của phân tử
Trong nhiệt động lực học người ta gọi tổng nội động năng và nội thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật là nội năng của vật
Nội năng của vật được kớ hiệu bằng chữ đơn vị của nội năng là jun (J)
Nội động năng: Do chuyển động của các phân tử nguyên tử gây ra nên nó phụ thuộc vào nhiệt độ
Nội thế năng là năng lượng tiềm ẩn do lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử, và nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử cũng như thể tích riêng của chúng.
Nội năng là hàm của nhiệt độ và thể tích, được biểu diễn bằng công thức u = u(T) Đối với các khí lý tưởng, sự biến đổi nội năng trong mọi quá trình được xác định qua biểu thức du = Cv dT, và tổng biến đổi nội năng được tính bằng Δu = Cv (T2 - T1).
Trong đó Cv Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích
Trong quá trình nhiệt động ta chỉ cần biết giá trị biến đổi nội năng u mà không cần biết giá trị tuyệt đối của nội năng
Entanpi được ký hiệu I (J) i (J/kg) được định nghĩa bằng biểu thức
Entanpi xuất hiện trong cả hệ kín và hệ hở Trong hệ kín, tích số pV không có ý nghĩa là năng lượng đẩy Tuy nhiên, trong hệ hở, với D = pV hoặc d = pv, ta có thể áp dụng các công thức liên quan để phân tích.
Entanpi của các khí khớ thực cũng giống như nội năng là hàm phụ thuộc vào hai trong 3 thông số trạng thái cơ bản p, v , T
Đối với khí lý tưởng, entanpi chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, được biểu diễn bằng i = f(T) Biến đổi entanpi trong mọi chu kỳ được xác định qua công thức di = Cp dT, và sự thay đổi entanpi giữa hai trạng thái được tính bằng Δi = i2 - i1 = Cp (T2 - T1).
Cp : nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp
1.1.3 Phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng
Phương trình trạng thái của khí lý tưởng được xây dựng trên cơ sở định luật Bôi-mariốt, Gay-Luyxắc đối với khí lý tưởng
- Phương trình trạng thái viết cho 1 kg khí lý tưởng pv = RT p – Áp suất tuyệt đối của môi chất (N/m 2 ) v – Thể tích riêng của môi chất (m 3 /kg)
R – Hằng số chất khí nào đó R = 8314/ (J/kg 0 K)
- khối lượng riêng của một kmol chất khí , có giá trị bằng phân tử gam của chất khí đó (kg/kmol)
- Phương trình trạng thái viết cho G kg khí lý tưởng pV = GRT
V = v G – thể tích của G kg khí lý tưởng
- Phương trình trạng thái viết cho 1 kmol khí lý tưởng pV = RT
V = .v – thể tích của 1 kmol khí lý tưởng (m 3 /kmol)
R = .R = 8314 (J/ kmol 0 K) – Là hằng số phổ biến của mọi môi chất ở điều kiện tiêu chuẩn
- Phương trình trạng thái viết cho M kmol khí lý tưởng pV = M.RT = 8341 MT
V = M V - Thể tích của M kmol VD1: Xác định thể tích riêng, khối lượng riêng của khí N2 ở a) Điều kiện tiêu chuẩn vật lý b) Điều kiện pdư = 0,2 at , t = 127 0 C
Biết áp suất khí quyển 760 mm Hg
Lời giải: a) ở điều kiện tiêu chuẩn vật lý p0 = 760 mm Hg, t0 = 0 0 C, thể tích v0 Từ phương trình trạng thái ta có p0.v0 = RT0 =>
-Hằng số chất khí được xác định R = R.
- ta biết 1bar = 10 5 N/m 2 = 750 mm Hg ta có p0 N/m 2 = 760 mm Hg p0 = 10 5 / 2 750
b) ở điều kiện pdư = 0,2 at , t = 127 0 C p v RT
Thể tích riêng : v = RT/p = 0 , 98 m / kg
Ví dụ 2 Tìm thể tích của 2 Kg khối khí O2 ở áp suất thực p = 4,157 bar, t = 47 0 C Lời giải p.V =GRT
1.1.4 Hỗn hợp khí lý tưởng
Trong thực tế thường gặp hỗn hợp có nhiều khí đơn
Ví dụ: - Không khí là hỗn hợp của N2, O2
- Sản phẩm cháy là hỗn hợp O2 , CO
Hỗn hợp khí lý tưởng vẫn được coi là khí lý tưởng và có thể áp dụng các phương trình trạng thái của khí lý tưởng Tuy nhiên, cần xác định các đại lượng tương đương của hỗn hợp để đảm bảo tính chính xác trong các tính toán.
Phương trình trạng thái cho G kg hỗn hợp khí lý tưởng được biểu diễn bằng công thức pV = GRT Khi tách hỗn hợp khí theo phân áp suất, ta có công thức pi V = Gi Ri T Ngược lại, khi tách theo phân thể tích, công thức sẽ là pVi = Gi Ri T Các đại lượng có chỉ số “i” đại diện cho khí thành phần, trong khi các đại lượng không có chỉ số là của toàn bộ hỗn hợp.
1.1.5 Phương trình trạng thái của khí thực
Bằng lý thuyết người ta chỉ tìm được phương trình trạng thái của khí lý tưởng ở các trạng thái cân bằng (như vừa trình bầy ở trên)
Việc sử dụng các phương trình trạng thái cho khí lý tưởng để tính toán cho khí thực sẽ dẫn đến sai số Khi sai số này vượt quá giới hạn cho phép trong kỹ thuật, phương trình trạng thái của khí lý tưởng không còn áp dụng cho khí thực, buộc chúng ta phải sử dụng phương trình trạng thái dành riêng cho khí thực Đến nay, cả lý thuyết và thực nghiệm đều chưa tìm ra một phương trình trạng thái áp dụng cho tất cả các loại khí thực, mà chỉ có các phương trình chính xác cho từng loại khí hoặc nhóm khí trong những khoảng áp suất và nhiệt độ nhất định.
Ví dụ: Phương trình trạng thái đầu tiên của Wan-der-Walls
Trong đó a, b là hệ số thực nghiệm(phụ thuộc vào từng loại khí )
Thực nghiệm này cho biết phương trình (1.1.5-1) chỉ đúng cho khí ở áp suất nhỏ , thể tích lớn.
NHIỆT DUNG RIÊNG
Nhiệt dung riêng của môi chất là lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của một đơn vị vật chất lên một độ trong một quá trình cụ thể Bài viết này tập trung vào nhiệt dung riêng của môi chất ở dạng khí hoặc hơi, cho thấy rằng nó phụ thuộc vào bản chất của chất khí, cũng như nhiệt độ và áp suất.
Nhiệt dung riêng được ký hiệu là C
- Vì nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ nên ta có thể khái niệm nhiệt dung riêng thực và nhiệt dung riêng trung bình
* Nhiệt dung riêng thực là nhiệt dung riêng tại một nhiệt độ nào đó
* Nhiệt dung riêng trung bình là nhiệt dung riêng trong một khoảng nhiệt độ
t = t2 - t1 nào đó chúng ta có t q t t q t
Từ 1 thay vào 2 ta có
* Nhiệt dung riêng khối lượng: ký hiệu C (J/kg 0 K) khi đơn vị đo lường môi chất là kg, chúng ta có nhiệt dung riêng khối lượng
* Nhiệt dung riêng thể tích ký hiệu là C ' (J/m 3 0 K)
Nhiệt dung riêng thể tích được xác định khi đơn vị đo lường môi chất là mét khối tiêu chuẩn (m³) Mét khối tiêu chuẩn là mét khối ở điều kiện tiêu chuẩn vật lý, với áp suất 760 mm Hg và nhiệt độ 0°C.
* Nhiệt dung riêng Kilômol ký hiệu C = (J/kmol 0 K), kilômol ký hiệu (kg/mol)
Nếu đơn vị đo lượng môi chất là Kilômol (kmol) nhiệt dung riêng được gọi là nhiệt dung riêng kilômol,
Ví dụ phân tử lượng của O2 là 32 vậy kilômol của O2 là o = 32 kg
Các mối quan hệ sau:
Trong đó vtc - Thể tích riêng của môi chất ở điều kiện tiêu chuẩn vật lý (t = 0 0 C , p0 = 760 mm Hg ) vtc (m 3 tc / kg)
* Nhiệt dung riêng đẳng áp Trong quá trình nhận nhiệt xảy ra ở áp suất không đổi chúng ta có nhiệt dung riêng đẳng áp
Cp - Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp
C’p - Nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp
Cp - Nhiệt dung riêng kilômol đẳng áp
* Nhiệt dung riêng đẳng tích
Cv - Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích
C’v - Nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích
C v - Nhiệt dung riêng kilômol đẳng tích
Trong khí lý tưởng C’p - Cv = R (1.2.1 -1)
Trong nhiệt động thì tỉ số giữa nhiệt dung riêng đẳng áp và nhiệt dung riêng đẳng tích được biểu thị
K gọi là số mũ đoạn nhiệt giá trị của k đối với các khí lý tưởng cho trong bảng 1 từ biểu thức (1), (2) ta có
1.2.3 Mối quan hệ giữa nhiệt dung riêng và nhiệt độ Đối với khí lý tưởng, nhiệt dung riêng không phụ thuộc vào nhiệt độ và được xác định theo bảng 1 sau:
Loại khí Trị số K Kcal/kmol 0 K kJ/kmol o K
Ba hoặc nhiều nguyên tử 1,3 7 9 29.3 37.7
* Đối với khí thực, nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt dung riêng trung bình được xác định bằng công thức sau:
C là nhiệt dung riêng trung bình trong một khoảng nhiệt độ từ 0 – t1 và 0 – t2 được xác định trong các bảng số của phụ lục
* Ví dụ1: Tìm nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp trung bình và nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích trung bình từ 200 0 C đến 800 0 C của khí N 2
Ta có thể giải bài toán này theo công thức tổng quát tính nhiệt dung riêng trung bình
Từ bảng 2 phần phụ lục, nhiệt dung riêng trung bình phụ thuộc nhiệt độ, đối với khí N2 ta có
C t = 1,024 + 0,00008855 t (kJ/kg.K) ở đây với t2 = 800 0 C; t1 = 200 0 C , ta có
Ví dụ 2: Biết nhiệt dung riêng trung bình từ 0 0 C đến 1500 0 C của môi chất khí
C tb = 1,024 + 0,00008855 t (kJ/kg 0 K) xác định nhiệt dung riêng trung bình của khí đó trong khoảng nhiệt độ từ 200 0 C đến 300 0 C
Lời giải: ta có t = t1 + t2 = 200+300= 500 0 C vào nhiệt dung riêng trung bình đã cho
Nhiệt lượng được tính theo nhiệt dung riêng hoặc theo entropi Theo nhiệt dung riêng Q - Nhiệt lượng (KJ)
- Với quá trình đẳng áp Q = G Cp ( t2-t1 )
- Với quá trình đẳng tính Q = G Cv ( t2-t1 )
- Với quá trình đa biến Q = G Cn ( t2-t1 )
G – Khối lượng chất khí (kg)
Cv - NDR khối lượng đẳng tích (kJ/kg.K)
Cp - NDR khối lượng đẳng áp (kJ/kg.K)
Cn - NDR khối lượng đa biến (kJ/kg.K)
Nếu khí được xem là khí lý tưởng, các nhiệt dung riêng sẽ là hằng số và được xác định từ bảng 1 Trong trường hợp khí được coi là khí thực, các nhiệt dung riêng trên là nhiệt dung riêng trung bình được tính theo công thức (1.2.3-1).
1.2.5 Năng lượng toàn phần của hệ nhiệt động
1 Các dạng năng lượng của hệ nhiệt động
Một vật có thể tồn tại dưới nhiều dạng năng lượng, nhưng trong hệ nhiệt động, các quá trình chỉ liên quan đến một số dạng năng lượng nhất định Trong đó, ngoại động năng là năng lượng liên quan đến chuyển động vĩ mô của vật thể, và nó được xác định bằng một biểu thức cụ thể.
W đ (J) Ở đây G - Khối lượng của vật thể (kg)
Tốc độ của vật được đo bằng mét trên giây (m/s²), trong khi ngoại thế năng là năng lượng liên quan đến lực trọng trường Ngoại thế năng phụ thuộc vào chiều cao của vật so với mặt đất và có thể được xác định bằng một biểu thức cụ thể.
Năng lượng trọng lực Wt (J) được xác định bởi độ cao H (m) và gia tốc trọng trường g (m/s²), nhưng do giá trị Wt rất nhỏ, thường được coi là Wt ≈ 0 Nội năng U (J) và năng lượng đẩy D (J) chỉ xuất hiện trong hệ hở.
2 Năng lượng toàn phần của hệ nhiệt động ký hiệu W (J) hoặc w (j/kg)
Khi bỏ qua ngoại thế năng ta có W = U + D + Wđ w = u + d + 2
* Trong hệ kín D = 0, Wđ = 0 nên WK = U và wK = u
* Trong hệ hở U + D = I nên năng lượng toàn phần
Vậy biến thiên năng lượng toàn phần trong hệ hở sẽ là:
1 Công thay đổi thể tích là công do môi chất trong hệ sinh ra (khi giãn nở) hoặc nhận được (khi bị nén) khi thể tích của môi chất thay đổi Công thay đổi thể tích ký hiệu L (J) hoặc l (j/kg) dl = pdv l12 = 2
Công kỹ thuật được ký hiệu Lkt (J) hoặc lkt (j/kg) dlkt = - vdp l kt 12 l 2
Công ngoài ký hiệu Ln (J) hoặc ln (j/kg) Đối với hệ kín l n 12 l 12 và dl n dl pdv Đối với hệ hở
Công kỹ thuật dạng tổng quát
Bài 1 Một bình V = 200 lít chứa 0,2 kg khí N2 , áp suất khí quyển 1 bar a) Nếu nhiệt độ trong bình là 7 0 C Xác định chỉ số chân không kế gắn ở nắp bình b) Nếu nhiệt độ trong bình là 127 0 C xác định chỉ số áp kế gắn ở nắp bình
Câu a) khi nhiệt độ trong bình là 7 0 C, áp suất tuyệt đối trong bình p p.V =GRT vì V = 200 lít = 200 dm 3 = 0,2 m 3 ở đây G = 0,2 kg, R = 8314/28, T = 7 +273 = 280 0 K ta có p = GRT/V = 0 , 8314 10 N / m 0 , 8314 bar
0 5 2 chỉ số áp kế gắn trên bình
Câu b) khi nhiệt độ trong bình là 127 0 C, áp suất tuyệt đối trong bình p p.V =GRT p = GRT/V = 1 , 1877 10 N / m 1 , 1877 bar
Chỉ số áp kế gắn trên nắp bình pdư = p– p0 = 1,1877-1 = 0,1877 bar
Bài 2 Một bình kín thể tích 100 l, chứa 58,2 g khí lý tưởng Áp kế gắn trên nắp bình chỉ độ chân không 420 mm Hg, nhiệt độ khí trung bình 27 0 C, áp suất khí quyển 760 mm Hg Xác định khí trong bình là khí gì?
Lời giải:Ta có phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng pV = GRT =>
* Áp suất thực trong bình p = pk - pck pk = áp suất không khí 10 5
760 p k N/m 2 pck = áp suất không khí 10 5
* Thể tích V = 100 lít = 100 dm 3 = 0,1 (m 3 ) ta có hằng số chất khí của khí trong bình là
R pV (J/kg.K) ta có quan hệ 8314 259 , 6
vậy khí trong bình là O2
Câu hỏi ôn tập chương I
Câu 1: Thế nào là môi chất?
Câu 2: Trìnhbày các công thức tính các thông số trạng thái của môi chất?
Câu 3: Trình bày các phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng?
Câu 4: Nêu mèi quan hệ giữa nhiệt dung riêng và nhiệt độ ?
Câu 5: Trình bày công thức tính năng lượng toàn phần của hệ nhiệt động?
Câu 6: Trình bày công thức tính các loại công?
Bài 7 Một bình kín thể tích 200 l, chứa 58,2 g khí lý tưởng Áp kế gắn trên nắp bình chỉ độ chân không 420 mm Hg, nhiệt độ khí trung bình 27 0 C, áp suất khí quyển 760 mm Hg Xác định khí trong bình là khí gì?
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I VÀ CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐÔNG CƠ BẢN CỦA CHẤT KHÍ 21
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I
2.1.1 Những khái niệm cơ bản Định luật nhiệt động 1 là định luật bảo toàn và biến hóa năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt Định luật bảo toàn và biến hóa năng lượng phát biểu: " Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi mà nó chỉ có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác trong các quá trình vật lý và hóa học" Định luật nhiệt động 1 đề cập đến việc biến háo giữa nhiệt năng và cơ năng và được phát biểu: " Nhiệt có thể biến thành công và ngược lại: Sự biến đổi này tuân theo quan hệ và lượng nhất định" Ý nghĩa: Định luật nhiệt động I là một trong những định luật cơ bản , nó là cơ sở để phân tích, tính toán và lập sự cân bằng về mặt số lượng trong các quá trình nhiệt động
2.1.2 Phương trình nhiệt động I a) Dạng tổng quát
Giả sử môi chất trong hệ hấp thụ nhiệt Q từ môi trường, năng lượng toàn phần của hệ thay đổi một lượng ΔW = W2 - W1, và hệ sinh công ngoài Ln12 tác động lên môi trường Theo định luật bảo toàn và biến đổi năng lượng, chúng ta có phương trình cân bằng năng lượng.
W - năng lượng toàn phần của hệ nhiệt động W(J) hoặc w (J/kg) ln12 - công ngoài của hệ
Dạng này đúng cho cả khí lý tưởng lẫn khí thực cho cả hệ hở và hệ kín b) Phương trình định luật cho hệ hở và hệ kín
Trong hệ kín, mối quan hệ giữa công và năng lượng toàn phần được thể hiện qua công thức w = u, với ln12 = l12 Ta có q = u + l12, và dq = du + pdv Hơn nữa, từ định nghĩa i = u + pv, ta suy ra u = i - pv và du = di - pdv - vdp, dẫn đến dq = di - vdp.
* Đối với hệ hở tương tự như hệ kín ta có dq = Cv dT + pdv dq = Cp dT - vdp c) Phương trình định luật nhiệt động I cho dòng khí
Dòng khí lưu thông trong ống được coi là hệ hở khi không thực hiện công ngoài với môi trường Theo định luật nhiệt động lực học I, ta có thể xác định rằng q = Δw = Δi.
- Tốc độ của dòng khí (m/s )
Các dạng trên của phương trình định luật nhiệt động I đúng cho dòng khí lưu thông trong ống
2.1.3 Ứng dụng của định luật nhiệt động I
- Định luật nhiệt động I dùng để ứng dụng tính lượng nhiệt trong cả hệ hở và hệ kín, tính vận tốc dòng khí chảy
CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA CHẤT KHÍ LÝ TƯỞNG
Các quá trình nhiệt động được xem xét là các quá trình thuận nghịch, diễn ra trong cả hệ kín và hệ hở, với môi chất là chất khí lý tưởng.
Khi môi chất thực hiện một quá trình nhiệt động, các thông số trạng thái như áp suất (p), nhiệt độ (T) và thể tích (v) sẽ thay đổi, đồng thời xảy ra sự trao đổi công và nhiệt với môi trường xung quanh.
Mục đích của việc khảo sát các quá trình nhiệt động là để tính toán sự thay đổi các thông số như áp suất (p), thể tích (v), nhiệt độ (T) và các đại lượng nhiệt động học khác (u, l, s, q, lv, lkt) Qua đó, nghiên cứu mối quan hệ giữa các dạng năng lượng của môi chất trong quá trình nhiệt động, nhằm lựa chọn vật liệu, cấu trúc, độ bền và kích thước của thiết bị, cũng như xác định mức độ biến hóa năng lượng trong quá trình này.
Nội dung khảo sát gồm các bước Định nghĩa và viết phương trình biểu diễn quá trình
Tìm mối liên hệ p, v, T ở hai trạng thái khác nhau của quá trình
Tính biến thiên của hàm trạng thái của hệ (u, l, s)
Tính công và nhiệt của quá trình: q, lv , lkt
Biểu diễn các quá trình trên đồ thị p-v, T-s
Cơ sở để khảo sát các bước trên là dựa vào phương trình trạng thái, đặc điểm quá trình , phương trình định luật I
2.2.2 Biến thiên nội năng entanpi của khí lý tưởng trong mỗi quá trình
Biến thiên nội năng U U 2 U 1 GC v ( t 2 t 1 )
Trong đó U tính theo kJ
Cv và Cp tính theo kJ/kg.K t tính theo 0 C
Quá trình đẳng tích là quá trình diễn ra với thể tích không đổi (V = const) và số mũ đa biến n = ±∞ của nhiệt dung riêng Cv Trong quá trình này, có những mối quan hệ quan trọng cần được lưu ý.
* Quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất
* Công thay đổi thể tích
Khi đốt nóng đẳng tích (V=const) khí O2 biến thiên entanpi i = 150kJ/kg xác định nhiệt đốt nóng đẳng tích trên của 1 kg và 20 kg khí O2
i = 150kJ/kg tra bảng 1 số mũ đoạn nhiệt K = 1,4
Nhiệt đốt nóng của 1 kg khí lý tưởng trong quá trình đẳng tích được tính bằng công thức qv = Cv (t2 - t1), tương đương với biến thiên nội năng Δu Quan hệ này cho thấy mối liên hệ giữa nhiệt lượng và biến thiên nội năng của khí lý tưởng trong điều kiện đẳng tích.
Nhiệt đốt nóng đẳng tích G = 1 kg khí O2
Qv = G qv = 1.107 = 107 kJ Nhiệt đốt nóng đẳng tích G = 20 kg khí O2
Quá trình đẳng áp xảy ra khi áp suất giữ nguyên (p = const) và số mũ đa biến n = 0 Trong quá trình này, nhiệt dung riêng được xác định là Cp, thể hiện mối quan hệ giữa các yếu tố nhiệt động học trong hệ thống.
* Quan hệ giữa nhiệt độ và thể tích
* Công thay đổi thể tích
Trong ví dụ này, người ta đốt nóng 1 kg không khí dưới áp suất không đổi 2 bar từ 20°C đến 110°C Cần tính toán thể tích cuối, lượng nhiệt, công thay đổi thể tích, lượng thay đổi nội năng và entropi Hằng số chất khí của không khí cũng cần được lưu ý trong quá trình tính toán.
Bài toán đẳng áp p = const t1 = 20 0 C => T1 = 20+273 = 293 0 K t2 = 110 0 C => T2 = 110+273 = 383 0 K p1 = p2 = 2 bar = 2.10 5 N/m 2
Không khí được coi là khí lý tưởng và quá trình đẳng áp cho 1 kg không khí thể tích cuối tính theo công thức
T v1 được xác định bằng phương trình trạng thái p1v1 = RT1 1 1 5 3
Nhiệt lượng của quá trình đẳng áp với G = 1 kg theo công thức
Q = G Cp (t2 - t1 ) Nhiệt dung riêng đẳng áp Cp của không khí được xác định theo công thức
Tra bảng 1 của không khí (2 nguyên tử ) C p = 29,3 (KJ/kmol 0 K) và từ đầu bài = 29 C p 1 , 01 kJ / kg 0 K
* Tính công thay đổi thể tích kg j v v p l 12 ( 2 1 )2.10 5 (0,5490,42)0,258.10 5 /
* Tính biến thiên nội năng
u = Cv (t2 - t1) trong đó Nhiệt dung riêng đẳng tích Cv của không khí được xác định theo công thức
Tra bảng 1 của không khí (2 nguyên tử ) C v = 20,9 và từ đầu bài = 29 C p 0,72 kJ/kg 0 K
* Tính biến thiên nội năng entropi của quá trình đẳng tính
Đáp số: v 2 0,549 m 3 /kg q= 90,9 kJ/kg 0 K kg kJ l 12 25,8 /
Ví dụ 3: (1.19) Cho 10 kg khí O2 ở 527 0 C được làm nguội đẳng áp đến 27 0 C Tính biến đổi entropi S và lượng nhiệt Q tỏa ra
*Biến đổi entropi của quá trình đẳng áp tính theo
tra bảng 1 với oxy ta cú Càp = 29,3 (kJ/kmol.K) Cp
* Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình đẳng áp
Quá trình đẳng nhiệt diễn ra khi nhiệt độ giữ nguyên ở mức T=const và số mũ đa biến n = 1 Trong quá trình này, nhiệt dung riêng Cp trở nên vô hạn (Cp = ∞), tạo ra một mối quan hệ đặc biệt giữa các đại lượng liên quan.
* Quan hệ giữa nhiệt độ và thể tích
* Công thay đổi thể tích
Quá trình đoạn nhiệt diễn ra khi không có sự trao đổi nhiệt giữa hệ và môi trường, tức là q = 0 và dq = 0 Trong quá trình này, số mũ đa biến n = k, entropi giữ nguyên với s = const và nhiệt dung riêng C = 0 Các quan hệ này đặc trưng cho quá trình đoạn nhiệt trong các hệ nhiệt động học.
- Phương trình của quá trình đoạn nhiệt có dạng const pv k
- Quan hệ giữa nhiệt độ , áp suất và thể tích k v v p p
- Công thay đổi thể tích
Khi không khí có thể tích 2,48 m³, nhiệt độ 15°C và áp suất 1 bar bị nén, đoạn nhiệt không khí nhận công là 471 kJ Từ thông tin này, chúng ta cần xác định nhiệt độ cuối cùng, cũng như biến đổi nội năng và entanpi của không khí trong quá trình nén.
Không khí ở đây được coi là khí lý tưởng quá trình ở đây là quá trình đoạn nhiệt biến đổi nội năng được suy ra từ phương trình định luật I
Nhiệt ở cuối của quá trình được suy ra từ biểu thức tổng quát tính lượng thay đổi nội năng
U = G.Cv ( t2 - t1) trong đó tra bảng 1 ta có
Khối lượng riêng của không khí được xác định từ phương trình trạng thái ban đầu: p1V1 = GRT1
Biến đổi entanpi được xác định theo công thức
Quá trình đa biến diễn ra với một ràng buộc duy nhất là nhiệt dung riêng không đổi (Cn = Const) Trong quá trình này, các thông số trạng thái của hệ thống đều thay đổi và hệ có khả năng trao đổi công cũng như nhiệt với môi trường xung quanh.
2 Phương trình của quá trình:
Theo định luật I cho khí lý tưởng, đối với hệ hở và hệ kín, ta có các phương trình: dq = Cv dT + pdv và dq = Cp dT - vdp Từ đó, ta suy ra dq = Cv dT + pdv = CndT và dp = Cp dT - vdp = CndT.
Từ đó ta có thể viết (Cn- Cp) dT=-vdp
Chia hai vế của phương trình trên cho nhau ta có pdv vdp C
n gọi là số mũ đa biến, có giá trị trong khoảng từ () vì Cn, Cv, Cp đều là hằng số nên n = const và ta có
V kt dl dl pdv n vdp npdv + vdp = 0
Lấy tích phân phương trình trên ta có ln v n ln p const suy ra pv n const (2.2.2 - 1) Đây là phương trình của quá trình đa biến
Phương trình đa biến được xác định bởi số mũ n, với các trường hợp cụ thể như sau: khi n = 0, ta có phương trình đẳng áp p = const; khi n = 1, phương trình đẳng nhiệt được biểu diễn bằng pv = const; với n = k, ta có phương trình đoạn nhiệt pv^k = const; và khi n = ±∞, phương trình đẳng tích là v = const Những mối quan hệ này thể hiện sự liên kết giữa áp suất và thể tích trong các quá trình nhiệt động học khác nhau.
* Công thay đổi thể tích
Cho 2 kg khí O2 chứa trong bình kín Thực hiện quá trình đa biến với số mũ đa biến n = 1,2 từ nhiệt độ t1 = 27 0 C đến t2 = 537 0 C xác định biến đổi entropi, nhiệt lượng của quá trình, biến đổi năng lượng, công thay đổi thể tích và công kỹ thuật của quá trình
G = 2 kg; n = 1,2 (là một hệ kín)
* NDR của quá trình đa biến được xác định theo
NDR đẳng tích (tra bảng 1 ta có c v 20.9 kJ/kmol.K
* Biến đổi entropi của quá trình đa biến tính theo
* Độ biến thiên nội năng của quá trình
* Công thay đổi thể tích
Từ phương trình nhiệt động I cho hệ kín
Câu 1: Trình bày phương trình nhiệt động I?
Câu 2: Trình bày các công thức tính biến thiên nội năng và entanpi của khí lý tưởng trong mọi quá trình?
Câu 3: Nêu các công thức của quá trình đẳng tích
Người ta tiến hành đốt nóng 2 kg không khí ở áp suất không đổi 3 bar từ nhiệt độ 20°C đến 110°C Cần tính toán thể tích cuối, lượng nhiệt, công thay đổi thể tích, lượng thay đổi nội năng và entropy Hằng số chất khí của không khí được sử dụng trong các phép tính này.
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II VÀ CÁC CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 32
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II
Định luật nhiệt động II bổ sung những thiếu sót của định luật I bằng cách xác định thêm các điều kiện, chiều hướng và mức độ chuyển hóa năng lượng Nội dung của định luật này tuy giống nhau nhưng có thể được biểu diễn theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm của đối tượng nghiên cứu.
3.1.2 Các cách phát biểu của định luật nhiệt động II
1 Nhiệt lượng không thể tự nó truyền từ vật có nhiệt độ thấp đến vật có nhiệt độ cao hơn Cho nên muốn truyền nhiệt từ vật có nhiệt độ thấp sang vật có nhiệt độ cao cần phải sử dụng thêm năng lượng bên ngoài
2 Không thể sinh ra công một cách liên tục bằng 1 động cơ nhiệt làm việc theo chu trình với một nguồn nhiệt Điều đó có nghĩa là phải có ít nhất là hai nguồn nhiệt , trong đó một số nguồn nhiệt cho môi chất còn một số một nguồn nhận nhiệt từ môi chất thải ra Điều này cũng có nghĩa là không thể chuyển hóa toàn bộ nhiệt năng nhận từ nguồn nhiệt thành ra công được mà bao giờ cũng còn một phần nhiệt thải ra nguồn lạnh, phần nhiệt chuyển thành công tối đa cũng chỉ bằng hiệu suất nhiệt của chu trình carnot thuận nghịch thuận chiều làm việc trong phạm vi nhiệt độ
Định luật nhiệt động lực học II khắc phục những hạn chế của định luật I, đồng thời tạo thành một hệ thống lý luận vững chắc cho việc nghiên cứu các hiện tượng nhiệt Nó đóng vai trò là tiên đề quan trọng trong việc xây dựng lý thuyết về động cơ và thiết bị nhiệt.
CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
3.2.1 Khái niệm cơ bản a) Định nghĩa chu trình trình nhiệt
Để chuyển hóa liên tục giữa nhiệt năng và các dạng năng lượng khác, cần thực hiện các chu trình, cho phép môi chất thay đổi liên tục từ trạng thái ban đầu qua nhiều trạng thái trung gian và trở về trạng thái ban đầu.
Môi chất liên tục thay đổi trạng thái và sau đó trở về trạng thái ban đầu, cho thấy rằng nó đã thực hiện một chu trình hay một quá trình khép kín.
Hình a chu trình thuận chiều Hình b chu trình ngược chiều (động cơ nhiệt) (máy lạnh và bơm nhiệt)
Chu trình thuận chiều, diễn ra theo chiều kim đồng hồ, là quá trình biến nhiệt thành công, trong đó công sinh ra có dấu dương (l>0) Đường cong giãn nở trên đồ thị p-v (đường 234) nằm trên đường cong nén (412) Các máy nhiệt hoạt động theo chu trình này được gọi là động cơ nhiệt.
Chu trình làm việc ngược chiều kim đồng hồ, hay còn gọi là chu trình ngược chiều, tiêu hao công hoặc năng lượng Trong chu trình này, công đưa vào có giá trị âm (l0 < 0), và đường cong nén nằm trên đường cong giãn nở Các thiết bị nhiệt hoạt động theo chu trình này được gọi là máy lạnh và bơm nhiệt.
Chu trình thuận nghịch bao gồm các quá trình thuận nghịch, nhưng nếu có bất kỳ một quá trình nào không thuận nghịch, chu trình sẽ trở thành chu trình không thuận nghịch Công của chu trình là yếu tố quan trọng cần xem xét trong quá trình này.
Công của chu trình là công môi chất tác dụng tới môi trường hoặc ngược lại môi trường tác dụng tới môi chất tiến hành một chi trình
Công của chu trình được ký hiều L0 (J) hoặc l0 (j/kg)
* Công của chu trình được tính bằng tổng công thay đổi diện tích hoặc công kỹ thuật của quá trình trong chu trình
Trong đó: l i : Công thay đổi thể tích ; l KTi : Công kỹ thuật của quá trình thứ i trong n quá trình của chu trình
* Tính công theo công thay đổi thể tích (ví dụ như hình vẽ)
* Tính công theo công kỹ thuật (ví dụ như hình vẽ)
* Tính công của chu trình nhiệt
Trong chu trình động cơ nhiệt, công sinh ra được xác định bởi hiệu số giữa nhiệt cấp q1 cung cấp cho chu trình và nhiệt lượng q2 được nhả ra cho nguồn làm mát.
Trong chu trình máy lạnh và bơm nhiệt, công tiêu hao của chu trình có giá trị âm (l0 < 0), đồng thời hệ số giữa nhiệt nhả từ chu trình (q1) và nhiệt lấy từ vật cần làm lạnh (q2) cũng được xác định.
0 q q l 1 Ống tăng tốc hỗn hợp, hay còn gọi là ống laval, có đặc điểm là vào ống với M < 1 và ra khỏi ống với M > 1 Đối với ống tăng áp, ống nhỏ dần khi M > 1 và lớn dần khi M < 1, trong khi ống tăng áp hỗn hợp có dòng khí vào với M > 1 và ra với M < 1.
Tốc độ dòng khí tại tiết diện ra của ống tăng tốc
Trong đó: k – số mũ đoạn nhiệt
R – Hằng số chất khí (J/kg 0 K)
T1 - Nhiệt độ tuyệt đối của chất khí khi vào ống ( 0 K) p1 - áp suất chất khí khi vào ống (N/m 2 ) p1 - áp suất chất khí tại tiết diện ra của ống (N/m 2 )
+ Với khí thực (hơi nước ) thường dùng công thức:
i1, i2 – entanpi của khí tại tiết diện vào và ra của ống (J/kg)
- Tỷ số áp suất tới hạn βk được xác định theo công thức:
Pk là áp suất tới hạn (áp suất của trạng thái khi = a)
Với khí hai nguyên tử k = 1,4 và βk = 0,528, với hơi nước quá nhiệt βk = 0,55
m/s i1, i2 – entanpi của môi chất ở trạng thái tới hạn, J/kg, có áp suất tới hạn pk =p1.βk
- Lưu lượng của dòng khí G
Lưu lượng của dòng khí G được xác định theo phương trình liên tục viết cho tiện diện ra của ống:
+ Với ống tăng tốc nhỏ dần:
+ Với ống tăng tốc hỗn hợp: min ax k m k
Trong đó : f2, fmin – diện tích của ra và diện tịch nhỏ nhất của ống (m 2 )
2 - Vận tốc của dòng, (m/s) vk – Thể tích riêng ở trạng thái tới hạn có áp suất pk (m 3 /kg)
Khi chất khí lưu động qua đoạn nhiệt trong ống tăng tốc nhỏ dần, entanpi của nó giảm 45 KJ/kg Từ đó, ta có thể xác định được tốc độ của khí ra khỏi ống.
Trong bài toán này, khí O2 có áp suất p1 = 60 at và nhiệt độ t1 = 100 °C được cho chuyển động qua ống tăng tốc với áp suất môi trường bên ngoài p2 = 36 at Để xác định tốc độ ra của dòng khí tại tiết diện ra của ống, cũng như lưu lượng khi tiết diện ra f2 = 20 mm², ta cần áp dụng các công thức liên quan đến động lực học chất lỏng và khí Việc tính toán này sẽ giúp hiểu rõ hơn về hành vi của khí trong điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau.
Tóm tắt p1 = 60 at `.0.981.10 5 N/mm 2 t1 = 100 0 C = 273+10073 0 K p2 = pk = 36 at = 36.0.981 10 5 N/mm 2 f2 = 20 mm 2 = 20.10 -6 m 2
* Tính tỉ số tới hạn của khí O2 là hai nguyên tử
* Tính tốc độ ra của dòng khí tại tiết diện ra của ống
* Xác định lưu lượng dòng khí
- Với v2 là thể tích riêng được xác định theo quá trình đoạn nhiệt (lưu động đang xét là đoạn nhiệt)
- với v1 là thể tích riêng ở trạng thái ban đầu được xác định từ phương trình trạng thái
Vậy lưu lượng O2 bằng s kg
QUÁ TRÌNH TIẾT LƯU
Tiết lưu là hiện tượng xảy ra khi dòng lưu chất di chuyển qua một tiết diện có sự thay đổi đột ngột, dẫn đến sự giảm áp suất mà không tạo ra công Mặc dù là quá trình không thuận nghịch, tiết lưu có nhiều ứng dụng quan trọng trong kỹ thuật nhiệt, đặc biệt trong hệ thống máy lạnh.
4.2.2 Đặc điểm của quá trình tiết lưu
Khi quá trình tiết lưu môi chất trao đổi nhiệt với môi trường không đáng kể, có thể coi đây là quá trình đoạn nhiệt Tuy nhiên, do tính chất không thuận nghịch của quá trình này, entropi sẽ tăng lên Do đó, entropi của môi chất trước và sau khi tiết lưu sẽ bằng nhau, tức là i2 = i1.
- Trên đồ thị ta thấy chỉ có sự thay đổi của p1>p2 còn i1=i2, 1 2
Khi áp suất trong quá trình tiết lưu giảm, nhiệt độ của khí hoặc chất lỏng sẽ thay đổi, điều này được nghiên cứu bởi Joule-Thomson Hiệu ứng Joule-Thomson, được biểu thị qua biến thiên nhiệt độ i dT, mô tả sự thay đổi nhiệt độ này.
i có nghĩa là entanpi không đổi
- 0 thì dT< 0 nghĩa là nhiệt độ môi chất giảm khi tiết lưu
- 0 thì dT= 0 nghĩa là nhiệt độ môi chất không đổi khi tiết lưu Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ chuyển biến ký hiệu là Tcb
- 0 thì dt> 0 nghĩa là khi tiết lưu nhiệt độ môi chất này sẽ tăng
Khí O2 với áp suất p1 = 54 at và nhiệt độ t1 = 120°C di chuyển qua ống tăng tốc nhỏ dần vào môi trường có áp suất p2 = 26 at Để xác định tốc độ ra của dòng khí tại tiết diện ra của ống và lưu lượng khi tiết diện ra f2 = 32 mm², cần áp dụng các phương trình liên quan đến động lực học chất khí và các điều kiện ban đầu.
Câu 2: Trình bày định nghĩa của quá trình tiết lưu?
HƠI NƯỚC VÀ KHÔNG KHÍ ẨM 47 5.1 HƠI NƯỚC
Khái niệm
1 Hơi nước là khí thực
Hơi nước mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các loại môi chất khác, bao gồm tính sẵn có trong thiên nhiên, chi phí thấp và đặc biệt là tính an toàn cho môi trường, không gây độc hại và không làm ăn mòn thiết bị Chính vì những ưu điểm này, hơi nước được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.
Hơi nước thường tồn tại ở trạng thái gần bão hòa, do đó không thể bỏ qua thể tích phân tử và lực hút giữa các phân tử Vì lý do này, phương trình trạng thái khí lý tưởng không áp dụng cho hơi nước.
Phương trình trạng thái cho hơi nước được dùng nhiều nhất hiện nay là phương trình Vukalovich – Novikov:
Ở đây : a, b, m là các hệ số được xác định bằng thực nghiệm
Từ đây công thức này người ta đã xây dựng bảng và đồ thị hơi nước
2 Quá trình hóa hơi của nước
Nước có thể chuyển từ thể lỏng sang thể hơi nhờ quá trình hóa hơi Quá trình hóa hơi có thể là bay hơi hoặc sôi
Quá trình bay hơi là quá trình hóa hơi chỉ xảy ra trên bề mặt thoáng của chất lỏng, ở nhiệt độ bất kỳ
- Điều kiện để xảy ra quá trình bay hơi: Muốn quá trình bay hơi xảy ra cần có bề mặt thoáng
Quá trình bay hơi diễn ra khi các phân tử nước trên bề mặt có động năng lớn hơn sức căng bề mặt, cho phép chúng thoát ra ngoài Điều này có nghĩa là quá trình bay hơi có thể xảy ra ở mọi nhiệt độ.
- Cường độ bay hơi phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của chất lỏng Nhiệt độ càng cao thì tốc độ bay hơi càng lớn
Quá trình sôi là quá trình hóa hơi xảy ra cả trong lòng thể tích chất lỏng
Quá trình sôi xảy ra khi nhiệt độ của chất lỏng tăng do cung cấp nhiệt, dẫn đến cường độ bay hơi tăng Khi đạt đến một nhiệt độ xác định, hiện tượng bay hơi diễn ra đồng thời trong toàn bộ thể tích chất lỏng, tạo ra bọt hơi cả trên bề mặt và bên trong chất lỏng Nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ sôi hay nhiệt độ bão hòa.
Nhiệt độ sôi của một chất lỏng phụ thuộc vào bản chất và áp suất của nó Khi áp suất không đổi, nhiệt độ sôi sẽ giữ nguyên; tuy nhiên, khi áp suất tăng, nhiệt độ sôi cũng sẽ tăng theo, và ngược lại.
Quá trình ngưng tụ diễn ra khi hơi nước nhả nhiệt và chuyển hóa thành chất lỏng, ngược lại với quá trình hóa hơi Trong suốt quá trình này, nhiệt độ của chất lỏng giữ nguyên và không thay đổi.
Quá trình hóa hơi đẳng áp của hơi nước
Khi nước bắt đầu ở trạng thái O trên đồ thị p-v với nhiệt độ t và thể tích v, việc cung cấp nhiệt trong điều kiện áp suất không đổi p = const sẽ làm tăng nhiệt độ và thể tích riêng Khi đạt đến nhiệt độ sôi ts, nước sẽ bắt đầu sôi với thể tích riêng v' và các thông số trạng thái u', i', s' tương ứng, được biểu thị bằng điểm A Nhiệt độ sôi ts được gọi là nhiệt độ bão hòa tương ứng với áp suất p.
Khi tiếp tục cung cấp nhiệt ở áp suất không đổi, cường độ bốc hơi sẽ tăng nhanh mà nhiệt độ của nước và hơi vẫn giữ nguyên ở mức ts Cuối cùng, toàn bộ nước sẽ chuyển thành hơi, trong khi nhiệt độ hơi vẫn duy trì ở ts Trạng thái này được gọi là hơi bão hòa khô, được biểu diễn bằng điểm C, với các thông số tại điểm C được ký hiệu là v'', u'', i'' và s''.
Nhiệt lượng cấp vào cho 1 kg nước từ khi sôi đến khi biến thành hơi hoàn toàn được gọi là nhiệt ẩn hóa hơi kí hiệu là r = i'' - i'
Khi tiếp tục cung cấp nhiệt cho hơi bão hòa khô ở cùng áp suất, nhiệt độ và thể tích riêng của nó sẽ tăng lên Hơi nước ở trạng thái này được gọi là hơi quá nhiệt.
Độ quá nhiệt được xác định bởi các thông số v, t, p, i, s, và là hiệu số nhiệt độ giữa hơi quá nhiệt và hơi bão hòa Khi độ quá nhiệt tăng, hơi sẽ càng gần với trạng thái khí lý tưởng.
Khi áp suất p = const, quá trình hóa hơi đẳng áp diễn ra khi cấp nhiệt cho nước, tạo ra các trạng thái O cho nước chưa sôi, A cho nước sôi và C cho hơi bão hòa khô.
Khi cấp nhiệt đẳng áp cho nước tại áp suất p1 = const, các trạng thái tương ứng được ký hiệu là O1, A1, C1 Tương tự, ở áp suất p2 = const, sẽ có các điểm tương ứng O2, A2, C2.
5.1.2.2 Các đường đặc tính của nước
Khi nối các điểm O, O1, O2, ta tạo thành một đường nước chưa sôi, đường này gần như thẳng đứng, cho thấy thể tích riêng của nước ít phụ thuộc vào áp suất.
Khi nối các điểm A, A1, A2, ta tạo ra một đường cong thể hiện trạng thái nước sôi, được gọi là đường giới hạn dưới Khi nhiệt độ sôi tăng, thể tích riêng của nước sôi (v') cũng tăng, dẫn đến việc đường cong này dịch chuyển sang bên phải khi áp suất tăng.
Khi nối các điểm C, C1, C2 lại với nhau, chúng ta tạo ra một đường cong biểu thị trạng thái bão hòa khô, được gọi là đường giới hạn trên Khi áp suất giảm, thể tích riêng của hơi bão hòa khô sẽ tăng, dẫn đến việc đường cong này dịch chuyển về phía bên phải.
Điểm K là điểm tới hạn, nơi đường giới hạn trên và đường giới hạn dưới gặp nhau Tại điểm K, trạng thái tới hạn được xác định, trong đó không còn sự khác biệt giữa chất lỏng sôi và hơi bão hòa khô.
KHÔNG KHÍ ẨM
5.2.1 Các khái niệm cơ bản
- Không khí ẩm là hỗn hợp của không khí khô và hơi nước
- Không khí khô là hỗn hợp của các khí gồm : 78% Khí N2, 21% khí O2 , 1% là các khí còn lại như khí trơ, CO2
Không khí ẩm là hỗn hợp khí lý tưởng, trong đó có hơi nước, một thành phần dễ chuyển pha Khi loại bỏ hoàn toàn nước, ta thu được không khí khô Không khí ẩm được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng và có thể áp dụng các phương trình của hỗn hợp khí lý tưởng để nghiên cứu các quá trình nhiệt.
5.2.1.2.Các loại không khí ẩm
Tùy thuộc vào lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm có thể chia thành 3 loại: a Không khí ẩm bão hòa
Là không khí ẩm mà lượng hơi nước trong đó đã đạt đến mức lớn nhất
Ghmax là trạng thái không khí ẩm bão hòa, không thể tiếp nhận thêm hơi nước Trong khí quyển, hơi nước bão hòa thường là hơi khô hoặc hơi quá nhiệt Ngược lại, không khí ẩm chưa bão hòa có khả năng chứa thêm hơi nước.
Không khí ẩm là trạng thái mà lượng hơi nước chưa đạt cực đại (Gh < Ghmax), cho thấy không khí vẫn có khả năng tiếp nhận thêm hơi nước Trong trường hợp này, hơi nước trong không khí được gọi là hơi quá nhiệt Ngược lại, không khí ẩm quá bão hòa xảy ra khi lượng hơi nước đạt đến mức tối đa, dẫn đến hiện tượng ngưng tụ.
Không khí ẩm chứa một phần ngưng tụ hoặc ngưng kết, trong khi phần hơi còn lại là hơi bão hòa khô Tùy thuộc vào nhiệt độ, phân đã ngưng có thể tồn tại ở dạng nước, dạng rắn, hoặc cả hai.
- Áp suất của không khí ẩm p (áp suất của khí quyển) là tổng của phân áp suất không khí khô pk và hơi nước ph p = pk + ph
- Nhiệt độ của không khí ẩm (ký hiệu t) bằng nhiệt độ của không khí khô tk và bằng nhiệt độ của hơi nước th t = tk = th
- Thể tích của không khí ẩm V bằng thể tích của không khí khô Vk và bằng thể tích hơi nước Vh
- Khối lượng của không khí ẩm G bằng tổng khối của không khí khô Gk và hơi nước Gh
Mặc dù lượng hơi nước trong không khí ẩm thường rất ít, nhưng có thể xem khối lượng của không khí ẩm tương đương với khối lượng của không khí khô.
- Phương trình trạng thái của khí lý tưởng cho không khí ẩm pV = GRT
Đối với không khí khô pkV = Gk Rk T với Rk = 287 J/kg 0 K
Đối với hơi nước phV = Gh Rh T với Rh = 462
5.2.1.4 Các đại lượng của không khí ẩm a ) Độ ẩm tuyệt đối ( ký hiệu h ) h h
V thể tích của không khí ẩm (m 3 ) không khí ẩm
Gh khối lượng hơi nước (kg) b) Độ ẩm tương đối ( ký hiệu )
- Độ ẩm tương đối là tỉ số giữa độ ẩm tuyệt đối của không khí chưa bão hòa
h và của không khí ẩm bão hòa h max
ở cùng nhiệt độ max h max h h h p
Áp suất của hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa được ký hiệu là p h, trong khi áp suất của hơi nước bão hòa trong không khí ẩm bão hòa được ký hiệu là p hmax Mối quan hệ giữa hai loại áp suất này là p hmax = ps.
Giá trị p h max được xác định từ bảng nước và hơi nước bão hòa tại nhiệt độ th = t Độ chứa hơi (d) là lượng hơi nước có trong không khí ẩm tương ứng với 1 kg không khí khô, còn được gọi là dung ẩm.
(kg.hơi/kg khô) Độ chứa hơi trong không khí ẩm bão hòa gọi là độ chứa hơi lớn nhất dmax dmax = 0,622. max max h h p p p
(kg.hơi/kg khô) d) Entanpi của không khí ẩm I
Entanpi của không khí ẩm là tổng entapi của 1 kg không khí khô và d (kg) hơi nước
I = t + d ( 2500+ 1,93 t) (kJ/kg Khô) t- Nhiệt độ của không khí ẩm 0 C
Trong điều kiện không khí ẩm với áp suất p1 = 1 bar và nhiệt độ t1 = 25°C, có thể tra bảng nước và hơi nước bão hòa để xác định các thông số cần thiết Với áp suất hơi nước bão hòa tối đa ph max = 0,03166 bar và độ ẩm tương đối = 0,6, ta có thể tính toán phân áp suất hơi nước ph, độ chứa hơi d và entanpi I của không khí ẩm.
P = 1 bar t1 = 25 0 C tra bảng ph max = 0,03166 bar
+ Tính ph theo công thức
Cho 10 m 3 không khí ẩm ở áp suất p = 1 bar, nhiệt độ t = 20 0 C thì có áp suất của hơi nước bão hòa trong không khí ẩm bão hòa p h 0,0234bar max nhiệt độ đọng sương ts = 10 0 C thì có suất của hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa ph = 0,0123 bar Xác định độ ẩm tương đối , độ chứa hơi d, entanpi I và khối lượng không khí ẩm G Khối lượng riêng của không khí ẩm
Cho V = 10 m 3 p1 = 1 bar = 10 5 N/m 2 t1 = 20 0 C có ph max = 0,0234 bar = 0,0234.10 5 N/m 2 ts = 10 0 C có ph = 0,0123 bar = 0,0123.10 5 N/m 2
* Tính dộ ẩm tương đối Áp dụng công thức max h max h h h p
Trong đó p h 0,0123bar h max p = 0,0234 bar
* Tính độ chứa hơi d d = KJh kgkhô x x p p p h h 0 , 00775 /
* Tính khối lượng của không khí ẩm G
G = Gk + Gh từ phương trình trạng thái viết cho G kg ta có pV = GRT => phV = GhRhT
Từ phương trình trạng thái pV = GRT => pkV = GkRkT
Theo tính chất của không khí ẩm p = pk + ph => pk = p - ph
* Tính khối lượng riêng của không khí ẩm
5.2.2 Đồ thị I-d của không khí ẩm Để giải các bài toán về không khí ẩm tức là xác định các thông số (đại lượng đặt trưng ) của không khí ẩm ta có thể dùng các công thức ở trên cùng với đồ thị hoặc bảng hơi nước, nhưng thuận tiện hơn cả là sử dụng đồ thị I - d do Molie lậpra Ở đây trục tung là entanpi của không khí ẩm I (kJ/kgk) hoặc (kcal/kgK) , trục hoành là độ chứa hơi d(g/kgK) Trục I và d không vuông góc với nhau mà tạo với nhau 1 góc 135 0 , làm như vậy để biểu diễn các đường ta có như hình vẽ
Hình 1.1 Biểu diễn đồ thì i-d được, trong đó:
- d = const là đường thẳng đứng, đơn vị g hơi/kg không khí khô
- i = const là đường thẳng nghiêng góc 135 0 , đơn vị kJ/kg hoặc kcal/kg
- t = const là đường chếch về phía trên
- = const là đường cong đi lên, khi gặp đường nhiệt độ t = 100 0 C sẽ là đường thẳng đứng
Ph = const là đường phân áp suất của hơi nước, đơn vị mmHg
Đồ thị i – d được sử dụng để biểu diễn trạng thái không khí ẩm, với điểm A là giao điểm của đường A và tA Từ điểm này, ta có thể xác định entanpi IA, độ chứa hơi dA, phân áp suất ph, nhiệt độ nhiệt kế ướt tư (đường IA cắt đường 100%), nhiệt độ đọng sương ts (đường dA = const cắt đường = 100%), độ chứa hơi lớn nhất dAmax và phân áp suất hơi nước lớn nhất pAmax (từ điểm tA const cắt đường = 100%).
Ví dụ 3: Hãy dựa vào đồ thị I-d của không khí ẩm Vẽ vị trí các điểm A, (A1,
A2, A3, A4 ) điểm B (B1, B2, B3, B4) và tìm các thông số pAh, pAhmax, dAmax, tA, tAS,
IA, , pBh, pBhmax, dBmax, tB, tBS, IB Biết (dA =8 (g/kg),A = 50%, db (g/kg), B 70%, )
Bài tập chương 5 yêu cầu xác định các thông số của không khí ẩm với áp suất p1 = 3 at, nhiệt độ t1 = 25°C, và độ ẩm tương đối ϕ = 0,6 Dựa vào bảng nước và hơi nước bão hòa, áp suất hơi nước tối đa ph max = 0,03166 bar Cần tính toán phân áp suất hơi nước ph, độ chứa hơi d, và entanpi I của không khí ẩm.
Trong bài toán này, cho 10.000 lít không khí ẩm ở áp suất p1 = 4 at và nhiệt độ t1 = 20°C, áp suất hơi nước bão hòa trong không khí ẩm bão hòa là p_h = 0,0234 bar Tại nhiệt độ đọng sương ts = 10°C, áp suất hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa là p_h = 0,0123 bar Từ các thông số này, cần xác định độ ẩm tương đối (φ), độ chứa hơi (d), entanpi (I), khối lượng không khí ẩm (G) và khối lượng riêng.