Giáo trình kỹ thuật nhiệt - Chương 3: Một số quá trình khác của hơi và khí

9/24/2009 1 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ QUÁ TRÌNH KHÁC CỦA KHÍ VÀ HƠI 1. QUÁ TRÌNH LƯU ĐỘNG • Lưu động là sự chuyển động của môi chất. • Thường sử dụng trong tuabin hơi, tuabin khí, động cơ phản lực. • Các giả thiết khi nghiên cứu:  Là quá trình đoạn nhiệt.  Dòng lưu động là dòng liên tục, ổn định và một chiều. Phương trình liên tục • G : Lưu lượng khối lượng (kg/s); • ρ : khối lượng riêng của môi chất (kg/m3); • f : diện tích tiết diện ngang của dòng tại nơi khảo sát (m2); • ω : vận tốc của dòng (m/s). constfG   .. 9/24/2009 2 Tốc độ âm thanh trong môi trường khí & hơi • a : tốc độ âm thanh (m/s); • k : số mũ đoạn nhiệt; • p : áp suất môi chất (N/m2); • v : thể tích riêng (m3/kg); • R : hằng số chất khí (J/kgoK); • T : nhiệt độ tuyệt đối của môi chất (oK). kRTkpva  Trị số Mach • Nếu M<1: dòng dưới âm thanh; • Nếu M=1: dòng bằng âm thanh; • Nếu M>1: dòng siêu âm. a M  Quan hệ giữa tốc độ và áp suất của dòng • Khi tốc độ tăng (dω>0) thì áp suất giảm (dp<0). Ống loại này là ống tăng tốc. Ống tăng tốc dùng để tăng động năng của dòng môi chất trong tuabin hơi, tuabin khí. • Khi tốc độ giảm (dω<0) thì áp suất tăng (dp>0). Ống loại này là ống tăng áp. Ống tăng áp dùng để tăng áp suất của chất khí trong máy nén ly tâm, động cơ phản lực. dpvd   9/24/2009 3 Quan hệ giữa tốc độ và hình dạng ống • Đối với chất lỏng không nén được: • f và ω luôn dương df và dω luôn trái dấu tốc độ tăng thì tiết diện giảm và ngược lại.  d f df  Quan hệ giữa tốc độ và hình dạng ống • Đối với chất lỏng nén được: • ω và f luôn dương nên quan hệ về dấu giữa dω và df tùy thuộc vào dấu của M. • Nếu M<1 thì df<0: ống tăng tốc có tiết diện nhỏ dần. • Nếu M>1 thì df>0: ống tăng tốc có tiết diện lớn dần  dMf df )1( 2  Xác định tốc độ của dòng lưu động • Công thức chung: • Đối với ống tăng tốc, 2 >> 1 nên có thể bỏ qua 1, ta có: • Nếu thay lkt= i1 – i2, ta có: • Nếu đơn vị của I là J/kg, dùng công thức: 2 12 2   ktl ktl22  )(2 212 ii  212 8,44 ii  9/24/2009 4 Xác định tốc độ của dòng lưu động              k k p p vp k k 1 1 2 112 11 2 Tốc độ qua ống tăng tốc nhỏ dần • Khi lưu động qua ống tăng tốc nhỏ dần, tốc độ của dòng sẽ tăng dần, áp suất và nhiệt độ giảm dần đến một tiết diện nào đó mà tốc độ dòng bằng tốc độ âm thanh (k=ak) dòng đạt tới trạng thái tới hạn. • Các thông số tới hạn: vk, pk, k Tốc độ qua ống tăng tốc nhỏ dần • Tốc độ tới hạn: 111 1 2 1 2 RT k k vp k k k  9/24/2009 5 Tốc độ qua ống tăng tốc hỗn hợp (Lavan) • Dòng trong ống tăng tốc nhỏ dần  tốc độ âm thanh  sử dụng ống tăng tốc Lavan để đạt tốc độ > tốc độ âm thanh. • Tốc độ ở cổ ống ? Xác định lưu lượng của dòng • Công thức chung: • Lưu lượng ở cửa ra của ống tăng tốc nhỏ dần bằng lưu lượng ở cổ ống đối với ống Lavan: const v f v fG  ... 2 22 1 11  1 2 1 1 min 1 2 1 2     k kv p k kfG 2. QUÁ TRÌNH TIẾT LƯU • Tiết lưu là hiện tượng dòng lưu động qua một tiết diện bị co hẹp đột ngột, áp suất giảm nhưng không sinh công. Quá trình tiết lưu không thuận nghịch và có thể xem như đoạn nhiệt. 9/24/2009 6 Tính chất của quá trình tiết lưu • Áp suất giảm: p = p2 – p1 < 0 • Entropi tăng: s = s2 – s1 > 0 • Entanpi không đổi: i2 = i1 • Tốc độ dòng không đổi: 1 = 2 • Hiệu ứng tiết lưu Joule Thomson: xem sách. 3. MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CỦA KHÔNG KHÍ ẨM • Không khí ẩm (khí quyển) là hỗn hợp gồm không khí khô và hơi nước. Có thể coi không khí ẩm là hỗn hợp khí lý tưởng. • p = ph + pk • t = th = tk • G = Gh + Gk • V = Vh + Vk Phân loại không khí ẩm • Không khí ẩm bão hòa • Không khí ẩm chưa bão hòa • Không khí ẩm quá bão hòa 9/24/2009 7 Các đại lượng của không khí ẩm • Độ ẩm tuyệt đối: (kg/m3) • Độ ẩm tương đối: • Độ chứa hơi d: (kgh/kgk) • Entanpi: hoặc: (đối với không khí ẩmchưa bão hòa, đơn vị kJ/kg) V Gh h  maxmax h h h h p p   h h kk h pp p G Gd  622,0 hk idiI . )93,12500(0048,1 tdtI  Đồ thị I-d Ứng dụng của đồ thị I-d • Xác định thông số của không khí ẩm: Nếu cho biết 2 thông số của không khí ẩm, dựa vào đồ thị sẽ biết các thông số còn lại. • Quá trình đốt nóng và làm lạnh: d không đổi quá trình là đường song song trục I. Nếu đốt nóng đi từ dưới lên Nếu làm lạnh đi từ trên xuống 9/24/2009 8 Ứng dụng của đồ thị I-d • Quá trình hút ẩm và phun ẩm: I = const đường biểu diễn song song trục d. • Quá trình làm việc của hệ thống sấy: - Lượng k/khí khô cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm trong vật muốn sấy: - Lượng k/khí ẩm cần đưa vào: G1 = Gk (1+d1) - Lượng k/khí ẩm cần thải ra: G3 = Gk (1+d3) - Nhiệt lượng cần thiết để làm bốc hơi 1kg ẩm ở vật sấy: 23 1 dd Gk  13 12 12 )( dd IIIIGQ k   4. QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA MÁY NÉN • Máy nén dùng để nén khí và hơi đến áp suất theo yêu cầu. • Ứng dụng của khí nén: vệ sinh các thiết bị, công chất trong các thiết bị điều khiển, khởi động động cơ Diesel cỡ lớn, ... • Theo cấu tạo và nguyên lý hoạt động, có thể chia máy nén thành 2 nhóm: - Nhóm 1: piston, bánh răng, cánh gạt. - Nhóm 2: ly tâm, hướng trục, ejector. Chương trình này chỉ nghiên cứu máy nén piston. Nguyên lý làm việc của máy nén piston 1 cấp Cấu tạo: van nạp khí (1), van xả khí (2), piston(3), xy lanh (4) 9/24/2009 9 Các quá trình của máy nén khí • Quá trình nạp: Đẳng áp AB • Quá trình nén: Đẳng nhiệt BC Đa biến BC1 Đoạn nhiệt BC2 • Quá trình xả: Đẳng áp CD Công tiêu thụ của máy nén • Công thức chung ứng với 1 kg khí nén: • Nếu nén đẳng nhiệt (n=1): )( 1 1122 vpvp n nlkt  2 1ln p pRTlkt  Công tiêu thụ của máy nén • Nếu nén đoạn nhiệt (n=k): • Hoặc: • Hoặc có thể thay p1v1=RT1 vào công thức trên. )( 1 1122 vpvp k klkt                1 1 1 1 2 11 k k kt p p vp k kl 9/24/2009 10 Công tiêu thụ của máy nén • Nếu nén đa biến: • Hoặc: • Hoặc có thể thay p1v1=RT1 vào công thức trên. )( 1 1122 vpvp n nlkt                1 1 1 1 2 11 n n kt p p vp n nl Nhiệt lượng thải ra • Nhiệt lượng thải qua vỏ xy-lanh: • Nhiệt lượng thải ra để làm mát khí nén:                1 1 1 1 2 1 n n vn p pT n kn cq              1 1 1 2 1 n n pm p pTcq Home Works • Bài tập 14 – 20 trang 155-156 sách Cơ sở kỹ thuật nhiệt. • Toàn bộ bài tập Chương 3 sách Bài tập cơ sở kỹ thuật nhiệt. (bài 23, 24, 25 không bắt buộc) • Xem lại toàn bộ bài tập đã làm, chuẩn bị cho tiết giải bài tập vào tuần sau.