Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 5.1 Chất thuần khiết

5.1 Pha của chất thuần khiết 5.2 Quá trình hóa hơi đẳng áp 5.3 Cách xác định các thông số trạng thái của CTK p.1 Quá trình: - Nóng chảy (Đông đặc) - Sôi (Ngưng tụ) - Thăng hoa Đồ thị T-v, p-v, 5: Chất thuần khiết (CTK) 1 Pha của chất thuần khiết p.2 ¾ Định nghĩa: ¾ Phân loại: - Nhóm 1: có v gia tăng khi đông đặc (H2O) - Nhóm 2: có v suy giảm khi đông đặc (CO2, ..) và ổn định về thành phần hóa học Chất thuần khiết là chất có tính đồng nhất ¾ Sự biến đổi pha của CTK: Rắn Lỏng Hơi p T Điểm tới hạn NHÓM 1 (H2O) Điểm 3 thể Rắn Lỏng Hơi p TNHÓM 2 (CO2) Điểm 3 thể Điểm tới hạn p.3 Rắn Lỏng Hơi T Điểm tới hạn p Ví dụ: các quá trình biến đổi pha của NƯỚC Điểm 3 thể 1 2 3 4 5 1’ 2’ 3’ Nóng chảy Sôi Đông đặc Ngưng tụ Thăng hoa RẮN LỎNG HƠI p.4 2 Quá trình hóa hơi đẳng áp: đồ thị T-v Lỏng chưa sôi Hơi bão hòa ẩm Hơi quá nhiệt Vd: xét quá trình gia nhiệt đẳng áp cho 1 kg nước p.5 Hơi bão hòa khô Lỏng sôi Lỏng chưa sôi Hơi bão hòa ẩm Hơi quá nhiệt 1 2 v p 1 at Lỏng sôi Hơi bão hòa khô p.6 Đồ thị p-v của quá trình hóa hơi đẳng áp pp1 v 1’ 1” p2 2’ 2” p3 3’ 3” p.7 p v x = 1 x = 0 K (Điểm tới hạn) T = constx = const ¾ Để xác định 1 trạng thái nhất định của hỗn hợp LỎNG-HƠI ở trạng thái hơi bão hòa ẩm Æ khái niệm ĐỘ KHÔ x: 10; ≤≤+== xGG G G Gx hl hh ¾ Tại trạng thái hơi bão hòa ẩm : p và T không đổi x = 0: trạng thái lỏng sôi (có v’, i’, s’) x = 1: trạng thái hơi bão hòa khô (có v”, i”, s”) p.8 3 Cách xác định các thông số trạng thái của CTK ¾ Hơi nước là khí thựcÆ phải dùng BẢNG hoặc đồ thị để tính Trạng thái nước chưa sôi (Điểm 1): p v x = 1 x = 0 x = const 1 2 3 4 5 Trạng thái hơi bão hòa ẩm (Điểm 2, 3, 4): Trạng thái hơi quá nhiệt (Điểm 5): Bảng 3 (Phụ lục 2): nước chưa sôi và hơi quá nhiệt Bảng 1&2 (Phụ lục 2): nước và hơi nước bão hòa Bảng 3 (Phụ lục 2): nước chưa sôi và hơi quá nhiệt p.9 Bảng 3 (Phụ lục 2): Nước chưa sôi và hơi quá nhiệt p bar T oC 20 40 60 80 100 120 . 1.795 2717 7.465 v (m3/kg) 0.001 0.001 0.001 0.001 1.695 i (kJ/kg) 83.7 167.5 251.1 334.9 2676 s (kJ/kg.K) 0.296 0.572 0.831 1.075 7.361 . 1.0 p T v, i, s a/ Trường hợp nước chưa sôi hoặc hơi quá nhiệt Chú ý: nội năng u có thể tính từ: u = i - pv p.10 b/ Trường hợp hơi bão hòa ẩm: vì p phụ thuộc vào T Bảng 1 (Phụ lục 2): Nước và hơi nước bão hòa (theo nhiệt độ) Hoặc Bảng 2 (Phụ lục 2): Nước và hơi nước bão hòa (theo áp suất) T oC p bar v’ m3/kg v” m3/kg ρ” kg/m3 i’ kJ/kg i” kJ/kg r kJ/kg s’ kJ/kg.K 0.01 100 105 1.208 0.001 1.419 0.705 440.2 2683 2243 1.363 7.296 2501 0 1.3072257 s” kJ/kg.K 0.006 0.001 206.3 0.005 0 2501 9.154 1.013 0.001 1.673 0.598 419.1 2676 7.355 Ví dụ: Bảng 1 (Phụ lục 2): Nước và hơi nước bão hòa (theo nhiệt độ) p.11 Ví dụ: xác định trạng thái và các thông số trạng thái của H2O tại: 1) t = 45oC; v = 0.00101 m3/kg Giải: t = 45oC Æ bảng hơi bão hòa theo nhiệt độ (Bảng 1) Æ v’ = 0.0010099 m3/kg Æ v = v’ : trạng thái nước sôi Æ i = i’ = 188.4 kJ/kg ; s = s’ = 0.6384 kJ/kg.K 2) p = 2 MPa; s = 7.366 kJ/kg.K Giải: p = 2 Mpa = 20 bar Æ bảng hơi bão hòa theo áp suất (Bảng 2) Æ s’ = 2.447 kJ/kg.K ; s” = 6.340 kJ/kg.K Æ s > s” : hơi quá nhiệt Æ bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt: ( với p = 20 bar ; s = 7.366 kJ/kg.K) Æ T nằm giữa 450oC và 500oC Æ dùng phép NỘI SUY đế tính T, v, i u thì tính từ định nghĩa: u = i - pv p.12 3) p = 0.7 MPa; i = 2600 kJ/kg Giải: p = 0.7 Mpa = 7 bar Æ bảng hơi bão hòa theo áp suất (Bảng 2) Æ nhiệt độ sôi ts = 164.96oC ; i’ = 697.2 kJ/kg ; i” = 2764 kJ/kg Æ i’ < i < i” : trạng thái hơi bão hòa ẨM Để tính các thông số còn lại (v, s) Æ phải tính thông qua độ khô x p.13 Phương pháp xác định các thông số trạng thái của hơi bão hòa ẩm p v x = 1 x = 0 x = const 1’ 1 1”p1 * Ứng với áp suất p1 Æ T1 (sôi) tương ứng * Vì trạng thái 1 nằm giữa 1’ và 1”, ta luôn có: v’ < v < v” i’ < i < i” s’ < s < s” * Nếu đặt φ là 1 thông số nào đó trong 3 thông số (v, i, s), nội suy ta có: x 1’ 1” 1 0 1x φ’ φ” φ φφ φφ ′−′′ ′−=x ( ) φφφ ′′+′−= xx1 p.14 3) p = 0.7 MPa; i = 2600 kJ/kg Giải: p = 0.7 Mpa = 7 bar Æ bảng hơi bão hòa theo áp suất (Bảng 2) Æ nhiệt độ sôi ts = 164.96oC ; i’ = 697.2 kJ/kg ; i” = 2764 kJ/kg Æ i’ < i < i” : trạng thái hơi bão hòa ẨM Để tính các thông số còn lại (v, s) Æ phải tính thông qua độ khô x 92.0 2.6972764 2.6972600 =− −=′−′′ ′−= ii iix ( ) vxvxv ′′+′−= 1 ( ) sxsxs ′′+′−= 1