Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Lê Anh Sơn

KỸ THUẬT 
NHIỆT
Lờ Anh Sơn
Bộ mụn: Động Lực
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG
NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT
 Những khỏi niệm cơ bản
 Mụi chất và cỏch xỏc định trạng thỏi của chỳng
 Cỏc quỏ trỡnh nhiệt động của mụi chất
 Chu trỡnh nhiệt động
TRUYỀN NHIỆT
 Dẫn nhiệt
 Trao đổi nhiệt đối lưu
 Trao đổi nhiệt bức xạ
 Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
TÀI LIỆU HỌC TẬP VÀ CÁCH TÍNH ĐIỂM
Tài liệu học tập
 Kỹ thuật nhiệt: PGS.TS. Bựi Hải; PGS.TS. Trần
Thế Sơn
 Bài tập kỹ thuật nhiệt: PGS.TS. Bựi Hải..
Tài liệu tham khảo
 Nhiệt kỹ thuật: PGS.TS. Nguyễn Bốn; PGS.TS.
Hoàng Ngọc Đồng
 Bài tập kỹ thuật nhiệt: PGS.TS. Nguyễn Bốn;
PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng
 Và cỏc sỏch kỹ thuật nhiệt khỏc
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
TÀI LIỆU HỌC TẬP VÀ CÁCH TÍNH ĐIỂM
Cỏch tớnh điểm
 Điểm chuyờn cần: điểm danh 3 lần bất kỳ + 1 bài
kiểm tra 15 phỳt
 Điểm kiểm tra giữa kỳ: sẽ được thụng bỏo trước
lịch kiểm tra 1 tuần
 Điểm thi:
Đề thi bao gồm 2 phần: Phần lý thuyết và phần bài tập
 Làm bài trong vũng 60 phỳt
Khụng được sử dụng tài liệu
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
PHẦN THỨ NHẤT
NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
MÁY NHIỆT (CƠ NĂNG - NHIỆT NĂNG)
Mỏy nhiệt thuận chiều (nhúm động cơ
nhiệt): biến đổi nhiệt năng → cơ năng
- Thuận chiều: vỡ biểu diễn trờn đồ thị, quỏ trỡnh
theo chiều kim đồng hồ
- Thuận chiều: vỡ được phỏt minh ra trước
Mỏy nhiệt ngƣợc chiều (nhúm mỏy lạnh,
bơm nhiệt): biến đổi cơ năng → nhiệt năng
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
MÁY NHIỆT THUẬN CHIỀU
ĐỘNG CƠ NHIỆT (NHIỆT NĂNG → CƠ NĂNG )
Forward Heat Engine
LTER= Low Temperature Energy Reservoir
HTER= High Temperature Energy Reservoir
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
MÁY NHIỆT THUẬN CHIỀU
THIẾT BỊ HƠI NƢỚC ĐẦU TIấN
Do người Hy lạp phỏt
minh vào thể kỷ thứ 1
sau cụng nguyờn.
700 năm trước đú,
cũng người Hy lạp đó
phỏt minh ra xe chạy
trờn đường Ray nhưng
mói thế kỷ 18 loài
người mới biết kết hợp
2 thiết bị đú với nhau.
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
MÁY NHIỆT THUẬN CHIỀU
ĐỘNG CƠ NHIỆT KIỂU PÍT-TễNG TỊNH TIẾN (3 CẤP)
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
MÁY NHIỆT THUẬN CHIỀU
ĐỘNG CƠ NHIỆT KIỂU TUA-BIN
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
CÁC LOẠI MÁY NHIỆT 
THUẬN CHIỀU KHÁC 
 Động cơ đốt trong
 Tua-bin khớ
 Động cơ phản lực
 Động cơ phản lực tờn lửa
 Pin nhiệt điện và nhiệt điện tử (biến đổi
trực tiếp nhiệt năng thành điện năng)
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
MÁY NHIỆT NGƢỢC CHIỀU
MÁY LẠNH, BƠM NHIỆT (CƠ NĂNG → NHIỆT NĂNG )
Reverse Heat Engine
LTER= Low Temperature Energy Reservoir
HTER= High Temperature Energy Reservoir
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
MÁY NHIỆT NGƢỢC CHIỀU
TỦ LẠNH GIA ĐèNH
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
MÁY NHIỆT NGƢỢC CHIỀU
CHU TRèNH DÙNG HƠI, Cể MÁY NẫN
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
CÁC LOẠI MÁY NHIỆT 
NGƢỢC CHIỀU KHÁC 
 Chu trỡnh hơi - hấp thụ (khụng dựng mỏy
nộn để tăng ỏp, sử dụng chất hấp thụ trung
gian để “thu hồi” hơi ở ỏp suất thấp, sau đú
tăng ỏp dung dịch đặc bằng bơm rồi dựng
nhiệt năng để tỏch hơi ỏp suất cao khỏi
dung dịch đặc)
 Chu trỡnh mỏy lạnh nhiệt điện (biến đổi
trực tiếp điện năng thành nhiệt năng -
ngược lại với pin nhiệt điện)
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
ỨNG DỤNG MÁY NHIỆT NGƢỢC CHIỀU
 Điều hoà khụng khớ (làm lạnh, sƣởi ấm),
hỳt ẩm trong cỏc lĩnh vực: dõn dụng, cụng
nghiệp
 Tủ sấy quần ỏo, mỏy sấy nụng sản, thực
phẩm
 Kho lạnh, tủ lạnh bảo quản thực phẩm
 Kho lƣu trữ tài liệu (sỏch bỏo, phim
ảnh)
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
TỔNG QUÁT PHẦN 1
Mụi chất và hệ nhiệt động: phương phỏp
thu nhỏ phạm vi khảo sỏt
Cỏc thụng số trạng thỏi của mụi chất: cỏch
xỏc định một trạng thỏi của mụi chất và biểu
diễn thành một điểm trờn đồ thị
Cỏc quỏ trỡnh nhiệt động: cỏch tớnh toỏn
nhiệt, cụng của một quỏ trỡnh và biểu diễn
thành một đường trờn đồ thị
Cỏc chu trỡnh nhiệt động: cỏch tớnh toỏn
nhiệt, cụng của một chu trỡnh mỏy nhiệt và
biểu diễn thành một đường khộp kớn trờn đồ
thị
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
MễI CHẤT
Chất trung gian thực hiện quỏ trỡnh biến đổi
giữa cụng và nhiệt.
Mụi chất thường ở thể khớ vỡ khả năng trao
đổi cụng của chất khớ lớn (do thay đổi thể
tớch lớn).
Mụi chất trong tự nhiờn đều là khớ thực. Tớnh
toỏn với khớ thực phải dựng bảng hoặc đồ thị.
Trong một số trường hợp (vd: khụng khớ,
hyđrụ, ụxy ở ỏp suất thấp và nhiệt độ bỡnh
thường), mụi chất cú thể xem là khớ lý tưởng
khi bỏ qua thể tớch phõn tử, nguyờn tử và lực
tương tỏc giữa chỳng. Tớnh toỏn với khớ lý
tưởng cú thể dựng phương trỡnh trạng thỏi và
cỏc cụng thức.
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
HỆ NHIỆT ĐỘNG
Là phần tỏch ra để nghiờn cứu. Phần cũn lại
gọi là mụi trường.
Gồm cú 4 loại: hệ kớn, hệ hở, hệ đoạn nhiệt
và hệ cụ lập.
Khỏi niệm hệ nhiệt động mang tớnh tương
đối, phụ thuộc vào quan điểm của người khảo
sỏt.
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
CÁC THễNG SỐ TRẠNG THÁI 
Đại lượng vật lý cú giỏ trị xỏc định ở một
trạng thỏi nhất định (khụng phụ thuộc vào
quỏ trỡnh).
Thụng số trạng thỏi cơ bản (nhiệt độ, ỏp suất,
thể tớch riờng): đo được trực tiếp
Hàm trạng thỏi: phải tớnh qua cỏc thụng số
trạng thỏi cơ bản
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
THỂ TÍCH RIấNG 
Là thể tớch của một đơn vị khối lượng
3
3
mkg;
1
kgm;
vV
G
G
V
v



Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
ÁP SUẤT (CHẤT LỎNG HOẶC CHẤT KHÍ)
 Là lực tỏc dụng của cỏc phõn tử theo phương
phỏp tuyến lờn một đơn vị diện tớch thành
bỡnh
 Đơn vị đo ỏp suất: N/m2 hay Pa. Tớnh toỏn
với khớ lý tưởng: đổi đơn vị về Pa; Với khớ
thực: đổi về bar hoặc MPa hoặc at tuỳ theo
đơn vị dựng trong bảng và đồ thị
2mN;
S
F
p 
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
PHÂN LOẠI ÁP SUẤT
 Áp suất tuyệt đối p (là thụng số trạng thỏi)
 Áp suất tuyệt đối của khớ quyển po
 Áp suất dư pd
p = po + pd
 Độ chõn khụng pck
p = po - pck
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
NHIỆT ĐỘ
 Là mức đo độ núng, lạnh của vật. Theo
thuyết động học phõn tử, là số đo động năng
của cỏc phõn tử.
 Thang nhiệt độ: t[oC], T[K], t[F]
T = 273,15 + t
 Dụng cụ đo nhiệt độ: nhiệt kế.
 Cỏc loại nhiệt kế: nhiệt kế chất lỏng (thuỷ
ngõn, rượu); nhiệt kế điện trở; cặp nhiệt;
nhiệt kế bỏn dẫn
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
NỘI NĂNG
 Là toàn bộ năng lượng bờn trong vật. Ký
hiệu: U [J] hay u [J/kg].
 Trong nhiệt động, chỉ xột nội nhiệt năng vỡ
biến đổi của cỏc dạng nội năng khỏc (hoỏ
năng, năng lượng nguyờn tử) luụn = 0.
 Nội năng gồm: nội động năng (phụ thuộc
nhiệt độ) và nội thế năng (phụ thuộc vào
khoảng cỏch giữa cỏc phõn tử hay thể tớch
riờng). u = u(T,v) hoặc u = u(T) với khớ LT.
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
NỘI NĂNG
du = CvdT
Du = u2 – u1 = Cv(T2 – T1)
Chỉ quan tõm đến biến thiờn nội năng nờn cú
thể chọn điểm gốc tớnh nội năng tuỳ ý (với
nước là điểm 3 thể: t = 0.01 oC;
p = 0.0062 at)
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
NĂNG LƢỢNG ĐẨY
 Ký hiệu: D [J] hay d [J/kg].
 Biểu thức
D = pV và d = pv
 Dạng vi phõn
d(D) = d(pV) và d(d) = d(pv)
Chỳ ý: D và d chỉ cú trong hệ hở. Đối với hệ
kớn, chỳng khụng mang ý nghĩa năng lượng
đẩy.
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
ENTANPI
 Ký hiệu: I [J] hay i [J/kg].
 Định nghĩa: I = U + pV và i = u + pv
 Với hệ hở: I = U + D và i = u + d
 Với khớ lý tưởng
i = f(T)
di = CpdT; Di = i2 – i1= Cp(T2 – T1)
 Chỉ quan tõm đến biến thiờn nội năng.
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
ENTRễPI
 Ký hiệu: S[J/K] hay s [J/kgK].
 Định nghĩa:
T
dq
ds 
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
EXECGI
 Ký hiệu: E[J] hay e [J/kg].
 Là phần của năng lượng cú thể biến đổi hoàn
toàn thành cụng trong quỏ trỡnh thuận
nghịch.
 Với nhiệt năng:
q = e + a
Trong đú: a là anecgi (phần khụng thể biến
đổi thành cụng trong quỏ trỡnh thuận nghịch)
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
QUÁ TRèNH NHIỆT ĐỘNG
 Là quỏ trỡnh biến đổi một chuỗi liờn tiếp cỏc
trạng thỏi của hệ.
 Điều kiện để cú quỏ trỡnh: cú trao đổi nhiệt
hoặc cụng với mụi trường và cú ớt nhất một
thụng số trạng thỏi thay đổi.
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
CÁC LOẠI QUÁ TRèNH NHIỆT ĐỘNG
 Quỏ trỡnh cõn bằng: mụi chất biến đổi qua
cỏc trạng thỏi cõn bằng (thực tế khụng tồn tại
qtcb). Quỏ trỡnh cõn bằng được biểu diễn
bằng 1 đường cong trờn cỏc đồ thị trạng thỏi.
 Quỏ trỡnh thuận nghịch: là quỏ trỡnh cõn
bằng và luụn cú thể biến đổi ngược lại qua
cỏc trạng thỏi cõn bằng theo chiều thuận để
trở về trạng thỏi ban đầu mà hệ và mụi
trường khụng cú sự thay đổi gỡ.
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
KHÁI NIỆM NHIỆT (NHIỆT NĂNG)
 Là dạng năng lượng trao đổi do chờnh lệch
nhiệt độ, ký hiệu Q [J, cal] hoặc q [J/kg,
cal/kg] và là hàm quỏ trỡnh.
 Nhiệt chỉ xuất hiện ở ranh giới giữa hệ nhiệt
động đang xột và mụi trường khi nú truyền
qua.
 Hệ nhiệt động khụng chứa nhiệt, chỉ chứa
năng lượng.
 Nhiệt do hệ nhận mang dấu + và ngược lại
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
CÁCH TÍNH NHIỆT
 Tớnh theo nhiệt dung riờng:
Q = GCDt [J/kgK]
Q = VtcC’Dt C’ [J/m
3
tcK]
Q = MCmDt Cm [J/kmolK]
 Tớnh theo entrụpi (C = ∞):
 12
2
1
ssTqconstT
Tdsq
s
s

 
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
NHIỆT DUNG RIấNG
 Là nhiệt lượng cần để tăng nhiệt độ của một
đơn vị đo lường vật chất mụi chất lờn 1 độ.
 Nhiệt dung riờng phụ thuộc vào bản chất của
mụi chất, nhiệt độ và ỏp suất (cú thể bỏ qua
ảnh hưởng của ỏp suất khi giỏ trị của nú
khụng quỏ lớn).
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
PHÂN LOẠI NHIỆT DUNG RIấNG
 Theo đơn vị đo lường vật chất. Ta cú quan hệ: C
= C’vtc = Cm/m
 Theo quỏ trỡnh nhận nhiệt của mụi chất (với chất
khớ là khớ hoặc hơi):
Nhiệt dung riờng đẳng ỏp: Cp, C’p, Cmp
Nhiệt dung riờng đẳng tớch: Cv, C’v, Cmv
 Quan hệ: Cp – Cv = R (hằng số chất khớ)(cho
KLT)
 Định nghĩa: Cp/Cv = k (số mũ đoạn nhiệt)(với
khớ thực k phụ thuộc cả vào nhiệt độ)
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
NHIỆT DUNG RIấNG PHỤ THUỘC NHIỆT 
ĐỘ (ÁP DỤNG VỚI KHÍ THỰC)
 Nhiệt dung riờng thực: là nhiệt dung riờng
tại một nhiệt độ nào đú
 Nhiệt dung riờng trung bỡnh:

2
1
t
t
Cdtq
dt
dq
C
D

D



2
1
2
1
1
12
t
t
t
t
Cdt
tt
q
tt
q
C
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
TÍNH NHIỆT DUNG RIấNG TRUNG BèNH (ÁP
DỤNG VỚI KHÍ THỰC)
 Nhiệt dung riờng trung bỡnh trong khoảng
0 ữ t [oC]: bảng 2 trang 191
 Nhiệt dung riờng trung bỡnh trong khoảng
t1 ữ t2 [
oC]:
 1020
0 0
122
1
2 12
1
2
1
1
11
tCtC
t
C
CdtCdt
t
Cdt
t
C
ttt
t
t tt
t
t
t

D










D

D
  
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
BẢNG TÍNH NHIỆT DUNG RIấNG TRUNG 
BèNH (ÁP DỤNG VỚI KHÍ THỰC)
Chất khớ NDR khối lượng C
kJ/kgK
NDR thể tớch C’
kJ/m3tc K
O2 Cptb=0,903+0,0001065t 
Cvtb=0,6603+0,0001065t
C’ptb=1,3138+0,0001077t 
C’vtb=0,9429+0,0001577t
N2 Cptb=1,024+0,00008855t 
Cvtb=0,7272+0,00008855t
C’ptb=1,2799+0,0001107t 
C’vtb=0,908929+0,0001107t
Khụng khớ Cptb=0,9956+0,00009299t 
Cvtb=0,7088+0,00009299t
C’ptb=1,3138+0,0001077t 
C’vtb=0,9429+0,0001577t
H20 Cptb=1,833+0,00031111t 
Cvtb=1,3716+0,00031111t
C’ptb=1,4733+0,0002498t 
C’vtb=1,1024+0,0002498t
CO2 Cptb=0,8645+0,0002443t 
Cvtb=0,6764+0,00002443t
C’ptb=1,6990+0,0004798t 
C’vtb=1,3281+0,0004798t
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
TÍNH NHIỆT DUNG RIấNG KHễNG PHỤ THUỘC 
NHIỆT ĐỘ (ÁP DỤNG VỚI KHÍ Lí TƢỞNG)
 Nhiệt dung riờng của khớ lý tưởng chỉ phụ
thuộc vào số nguyờn tử của nú (bảng 1-1
trang 14 hoặc tớnh theo cụng thức Cv = R/(k-
1); Cp=k R/(k-1))
Loại khí Trị số k Cmv
kJ/kmolK
Cmp
kJ/kmolK
Một nguyên tử 1,6 12,6 20,9
Hai nguyên tử O2, N2 1,4 20,9 29,3
Ba nguyên tử H2O,CO2 1,3 29,3 37,7
Nhiều nguyên tử 1,3 29,3 37,7
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
KHÁI NIỆM CễNG
 Là dạng năng lượng thực hiện bởi hệ nhiệt
động nếu tỏc động duy nhất của nú lờn mụi
trường (phần cũn lại, ngoài hệ) cú thể nõng
một vật cú khối lượng.
 Đơn vị đo cụng: 1J = 1Nm
 Đơn vị đo cụng suất: 1W = 1J/s
 Với 1 kg mụi chất: J/kg, W/kg
 Cụng là hàm quỏ trỡnh
 Cụng do hệ sinh ra mang dấu + và ngược lại
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
CÁC LOẠI CễNG
 Cụng thay đổi thể tớch, ký hiệu L [J],
l [J/kg]
 Cụng kỹ thuật, ký hiệu Lkt [J], lkt [J/kg], là
cụng do dũng khớ chuyển động (hệ hở) thực
hiện khi ỏp suất thay đổi.

2
1
12
v
v
pdvlpdvdl

2
1
12
p
p
ktkt vdplvdpdl
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
CÁC LOẠI CễNG (TIẾP)
Cụng ngoài, ký hiệu Ln [J], ln [J/kg], là cụng
mà hệ trao đổi với mụi trường. Lưu ý: hệ sinh
cụng khi thể tớch tăng, ngoại động năng giảm,
ngoại thế năng giảm (bỏ qua) và năng lượng
đẩy giảm.
 
 
  










2
2
2
2
2
1
2
2
1212
2
2
2
1
2112
12
12



dpvddldl
ddll
ddll
n
n
n
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
NĂNG LƢỢNG TOÀN PHẦN CỦA HỆ
 Tổng quỏt
 Bỏ qua thế năng
 Với hệ kớn
 Với hệ hở
GghGGpvUWWDUW td 
2
2
2
;
2
 duwWDUW d
1212 ;;; uuwUUWuwUW kkkk DD
2
;;
2
;
22  D
DDDDD iwWIWiwWIW hdhhdh
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
PHƢƠNG TRèNH ĐL NHIỆT ĐỘNG I
 Dạng tổng quỏt
 Với hệ kớn (và cả hệ hở)
 Với hệ hở
1212
; nn lwqLWQ DD
  vdpdivdppvddupdvdudq
luq

D
12
kt
ktkt
dldidq
liliq

D




 D

D
D
1212 22
22 
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
PHƢƠNG TRèNH ĐL NHIỆT ĐỘNG I (DẠNG VI
PHÂN TỔNG QUÁT)
 Dạng vi phõn tổng quỏt (cả hệ kớn lẫn hệ hở)
 Với khớ lý tưởng (cả hệ kớn lẫn hệ hở)
vdpdidq
pdvdudq


vdpdTCdq
pdvdTCdq
p
v


Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
PHƢƠNG TRèNH ĐL NHIỆT ĐỘNG I 
(VIẾT CHO DềNG KHÍ)
 Dũng khớ là hệ hở, khụng thực hiờn ngoại
cụng







D
DD
2
2
2
2


ddidq
iwq
Lờ Anh Sơn. Power engineering department. HUA
PHƢƠNG TRèNH ĐL NHIỆT ĐỘNG I 
(VIẾT CHO QUÁ TRèNH HỖN HỢP)
 Quỏ trỡnh hỗn hợp hệ khụng thực hiện cụng
ngoài, khụng cú sự trao đổi nhiệt (hệ cụ lập)
 Hỗn hợp trong hệ kớn (thể tớch xỏc định)
 Hỗn hợp trong hệ hở (dũng khớ, bỏ qua động
năng)
21;0 WWW D
21;0U UU D
21;0I II D