Bài giảng Nhiệt động kĩ thuật - Hà Mạnh Thư

PGS Hà Mạnh Th−
Bộ môn Kỹ thuật nhiệt C7-201, 869.2333
Viện khoa học và công nghệ NHiệt lạnh
2006S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Nhiệt động kỹ thuật
Các đánh giá:
1. 2 bài kiểm tra giữa kỳ 20%
2. 2 bài tập dài 20%
3. Thi vấn đáp cuối năm không đ−ợc dùng tài 
liệu, đ−ợc dùng các loại bảng biểu để tra các 
thông số của khí thực và khí lý t−ởng. 60%
4. Nghỉ quá 20% sẽ không đ−ợc thi lần đầu
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Tài liệu tham
khảo
1. Phạm Lê Dần, Bùi Hải, Nhiệt
động kỹ thuật, NXB KHKT, Hà 
Nội, 2005
2.Bùi Hải, Trần Thế Sơn, Bài tập
nhiệt động truyền nhiệt và kỹ
thuật lạnh, NXB KHKT, Hà Nội, 
2005,
3. J.B Jones, Engineering
thermodynamics,1996
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Các loại bảng biểu cần có
• Bảng hơi n−ớc và đồ thị
• Bảng và đồ thị môi chất lạnh
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Nhiệt và công
Dấu của nhiệt và công
a). Đơn vị đo nhiệt q và công l [ J] hoặc [J / kg ] 
Q [kJ] hoặc q [kJ/kg ] 
(1 Btu ( British thermal unit ) = 252 Cal = 1050,04 J )
1 W = 1 J/s, 1 kW = 1000 W, 1 kW = 1,341 hp
• 1 BTU/hr = 0,293 W, 1 hp = 2545 BTU/hr
• 1 hp = 0,7457 kW 1 kW = 3412 BTU/hr
b). Dấu của nhiệt lượng: q>0 cấp nhiệt;
q0 dãn nở; l<0 nénS i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Nhiệt 
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Nhiệt 
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Công
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Hệ nhiệt động
• Định nghĩa: Tâp hợp các đối t−ợng cần nghiên cứu
• Môi tr−ờng ; cái ngoài hệ NĐ
• Ta nghiên cứu q l
• Phân loại : 
Hệ đoạn nhiệt : q=0; l ≠ 0
Hệ cô lập; q=0; l=0
• Làm sao xác định đ−ợc hệ nhiệt động? 
Phải biết thông số trạng thái của nó !!!!S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Hệ nhiệt động
Hệ kín: một l−ợng nhất
định chất môi chất đ−ợc
nghiên cứu
- khối l−ợng
- Chỉ có nhiệt và công đi 
qua ranh giới của hệ
Hệ hở - một khu vực nào đó 
trong không gian 
 Chiếm 1 thể tích nhất định
 Nhiệt và công đi qua ranh giới của
hệ
 Chất môi giới cũng có thể v−ợt qua 
ranh giới
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
đơn vị đo
Specification of units
Các đại l−ợng SI Unit EES Unit
Chiều dài Length meter (m) foot (ft)
Khối l−ợng Mass kilogram (kg) pound mass (lbm)
Lực Force Newton(N) pound force (lbf)
Thời gian Time second (s) second (s)
English Engineering Units EES Unit
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Trạng thái
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Trạng thái
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Thông số trạng thái tới hạn
50,8-118,80,15-219O2
112,8132,36,06-77,6NH3
78157,2167-75,4SO2
73,831518-56,5CO2
221,29374,150,6113+0,01H20
15101490Hg
P k barT k CP kPaT C
hạnđiểm tớithểđiểm 3Môi chất
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Các thông số
trạng thái cơ bản
a) P áp suất [N/m2]
• P tuyệt đối
• Pk áp suất khí quyển pk= f(h)
• Pd áp suất d−: l−ợng áp suất lớn hơn áp suất khí quyển 
P=Pd+Pk
Độ chân không Pck l−ợng áp suất nhỏ hơn áp suất khí
quyển: 
P= Pk-PckS i
n h
V i e
n K
y T
h u
a t .
C o
m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Thông số trạng thái
b) Nhiệt độ : t 0C ( Celcius) thang nhiệt độ 
Bách phân
T K thang nhiệt độ tuyệt đối 
t [0C] = T [K] -273 = 5/9 ( t [0F] -32 )
= 5/9 ( T[0R] ) - 273
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Các loại cặp nhiệt
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Thông số trạng thái
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Khối l−ợng riêng
Khối l−ợng của một
đơn vị thể tích 
kg/m3 V
G=ρ V = V / G
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Khí lý t−ởng
• pv= RT p áp suất tuyệt đối Pa ( N/m2)
v thể tích riêng m3/kg
T nhiệt độ tuyệt đối K
Rà Hằng số chất khí phổ biến [J/kmol độ]
R Hằng số chất khí [J/kg độ]
R= Rà/ à = 8314/ à
à kmol chất khí [kg/kmol]
pV= GRT G khối l−ợng kg, V m3
G=pV/RT kgS i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Gay-Lussac’s Law
1
2
1
2
T
T
P
P =
1
2
1
2
T
T
V
V =
Boyle’s Law Charles’ Law
2
12
1 V
V
P
P =
PV = GRT
Perfect Gas Law
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Các thông số nhiệt
• Nội năng u [kJ/kg] ; U[kJ] U=G i
• Entanpy i [kJ/kg] ; I [kJ] i =u+pv I=G i 
• Entropy s [kJ/kg.K] ; S [kJ/K]
• Nhiệt l−ợng q; Q
• Nôi năng tự do z=u-Ts
• Hàm Gibbs:= entanpy tự do G=I-Ts
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Nhiệt dung riêng
# Định nghĩa: C= f( T,p, tinh chất của cac chất ) 
C= dq/dT NDR thực
Ctb= q/ (t2-t1) NDR trung binh trong khoảng t1-t2
# Phân loại:
1. NDR khối l−ợng C KJ/kg K
2. NDR thể tích C’ kJ/m3 tcK
3. NDR kmol Cà KJ/kmol K
Phân loại theo quá trình:
• Đẳng tích v = const
• Đẳng áp p = constS i
n h
V i e
n K
y T
h u
a t .
C o
m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Nhiệt dung riêng
Sẽ có tất cả 6 loại NDR:
1. Cv KJ/kg K NDR khối l−ợng đẳng tích
2. Cv’ kJ/m3 tcK NDR thể tích đẳng tích
3. Càv KJ/kmol K NDR kmol đẳng tích
4. Cp KJ/kg K NDR khối l−ợng đẳng áp
5. Cp’ kJ/m3 tcK NDR thể tích đẳng áp
6. Càp KJ/kmol K NDR kmol đẳng ápS i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Quan hệ giữa các loại NDR
C=C’ vtc
C=Cà/à
C= C’/ 22,4S i
n h
V i e
n K
y T
h u
a t .
C o
m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Bảng NDR là hằng số
37,729,31,3Nhiều
nguyên tử
37,729,31,3Ba nguyên tử
H2O,CO2
29,320,91,4Hai nguyên 
tử O2, N2
20,912,61,6Một nguyên 
tử
Càp
KJ/kmolK
Càv 
KJ/kmolK
Trị số kLoại khí
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Nhiệt dung riờng phụ thuộc vào nhiệt độ ( 0-15000C)
C’ptb=1,6990+0,0004798t 
C’vtb=1,3281+0,0004798t
Cptb=0,8645+0,0002443t 
Cvtb=0,6764+0,00002443t
CO2
C’ptb=1,4733+0,0002498t 
C’vtb=1,1024+0,0002498t
Cptb=1,833+0,00031111t 
Cvtb=1,3716+0,00031111t
H20
C’ptb=1,3138+0,0001077t 
C’vtb=0,9429+0,0001577t
Cptb=0,9956+0,00009299t 
Cvtb=0,7088+0,00009299t
Khụng khớ
C’ptb=1,2799+0,0001107t 
C’vtb=0,908929+0,0001107t
Cptb=1,024+0,00008855t 
Cvtb=0,7272+0,00008855t
N2
C’ptb=1,3138+0,0001077t 
C’vtb=0,9429+0,0001577t
Cptb=0,903+0,0001065t 
Cvtb=0,6603+0,0001065t
O2
NDR thể tớch C’
kJ/m3tc K
NDR khối lượng
C kJ/kgK
Chất 
khớ
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Tính Q theo NDR !!!
Q=G C ∆T
Quá trình nào NDR đó
Qv=G Cv ∆T
Qp=G Cp ∆T
Qn=G Cn ∆T
Riêng với qt T=const
Q= G T ∆s
• S i
n h
V i e
n K
y T
h u
a t .
C o
m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Khí thực
• N−ớc
• MôI chất lạnh
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Quỏ trỡnh húa
hơi đẳng ỏp của
hơi nướcS i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Quỏ trỡnh húa hơi đẳng ỏp của hơi nước
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Quỏ trỡnh húa hơi đẳng ỏp của hơi nước
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Cách tính thông số của hơi ẩm
Cho p hay t, độ khô x
Cần tính các thông số của hơi 
ẩm?
v”x
v’(1-x)
'"
'
'"
'
'"
'
ss
ss
ii
ii
vv
vv
GG
Gx
nsh
h
−
−=−
−=−
−=+=
v =(1-x)v’+xv”=v’+x(v”-v’)
u =u’+x(u”- u’)
i = i’+x(i”-i’)= i’+x r
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Dùng cho môi chấ t lạnh
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Đồ thị p-v và T-s
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Đồ thị p-v và T-s
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Sự thay đổi ts theo áp suất
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Đồ thi T-v
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Đồ thi p-T
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Các bảng hơI n−ớc
1.Bảng n−ớc sôi và 
hơi bão hoà tra theo
p(B4) hay t (B3)
2. Bảng n−ớc ch−a 
sôi và hơi quá nhiệt
tra theo P,t (B5)S i
n h
V i e
n K
y T
h u
a t .
C o
m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Các loại bảng hơi n−ớc
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Bảng n−ớc sôi và hơI bão hoà 
tra theo p hay t
6,58582,139520152778763,15,1570,19390,001127510,027180
7,12981,527722022705503,71,1210,89170,00106031,9854120
7,90840,831123582609251,10,13027,6780,001017
1
0,1991760
8,45230,436624302556125,710,0303732,930,001004
4
0,0242130
9,154402501250100,004847206,30,0010020,0061080,01
S”
KJ/kg
K
S’
KJ/kg
K
r
KJ/kg
I”
KJ/kg
I’
KJ/kg
ρ” 
Kg/m
3
v”
M3/kg
v’
M3/kg
P bart0C
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Bảng n−ớc ch−a sôi và hơI quá nhiệt
tra theo P,t
0,0011018
675,4
1,941
0,001077
94
589,2
1,737
0,0010598
503,9
1,5261
0,001043
419,3
1,3058
0,001285
335,4
1.074
0,0010166
251,8
0,8298
0,0010075
168,3
0,5712
0,0010014
84,7
0,296
v
I
s
10
v
I
s
1,984
2796
7,654
1,889
2557
7,562
1,795
2717
7,4665
1,695
2676
7,361
0,0010289
334,9
1,0748
0,0010171
251,1
0,8307
0,0010079
167,5
0,5715
0,0010018
83,7
0,2964
v
I
s
1
v
I
s
19,98
2802
8,727
19,03
2764
8,636
18,13
2726
8,542
17,20
2688
8,442
16,27
2649
8,337
15,35
2611
8,227
0,0010079
167,5
0,5715
0,0010018
83,7
0,2964
v
I
s
0,1
16014012010080604020T 
oC
P bar
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Ví dụ
• Một xylanh ở trạng thái ban đầu chứa n−ớc ở áp 
suất 3 MPa và nhiệt độ 300oC. N−ớc đ−ợc làm 
lạnh đẳng tích đến 200 oC, sau đó đ−ợc nén
đẳng nhiệt đến áp suất cuối 2,5 MPa. Hãy biểu 
diễn quá trình trên đồ thị T-v và tính các giá trị
thể tích riêng ở các trạng thái trên.
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Sơ l−ợc đồ thị
Mollier i-s
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Ví dụ tinh toán
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
H 
kj/kg
S kJ/kgK
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Các thông số:
• áp suất
• nhiệt độ 
• thể tích và thể tích riêng
• v’ thể tích riêng của n−ớc sôi (lỏng bão hoà) 
• v” thể tích riêng của hơi bão hoà 
• x độ khô 
'"
'
'"
'
'"
'
ss
ss
ii
ii
vv
vv
GG
Gx
nsh
h
−
−=−
−=−
−=+=
v =(1-x)v’+xv”=v’+x(v”-v’)
u =u’+x(u”-u’)
i = i’+x(i”-i’)= i’+x r
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Đồ thị logP-h cho R12 
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Đồ thị logP-h cho R134a 
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Đồ thị logP-h cho R22 
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Đồ thị logP-h cho R22 
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Đồ thị logP-h cho R717 
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Giải bài toán
• State 1: 
• From the saturated water (liquid-vapor) table B 4: 
• 3MPa (30 bar) Tsat= 233,9oC 
• since T1 > 233,9oC  superheated vapor 
• From the superheated water vapor table B-5: 
• 3MPa and 300oC v1= 0,0811 m3/kg
• State 2: 
• Cool at constant volume, so v2= v1= 0.0811 m3/kg 
• From the saturated water (liquid-vapor) table B-3: 
• 200oC v’= 0,001157m3/kg, v”=0,1274 m3/kg 
• because v’< v2< v” we have a liquid vapor mixture 
• recall, v = (1-x) v’+ x v” = v’+ x (v” – v’) 
• v2= v1= 0,0811 =0,0001157 + x (0,1279-0,0001157) 
• x= 0,633 i.e., 63.3% vapor by mass 
• State 3: 
• Compress isothermally to 2.5 MPa, so T3= T2= 200oC 
• From the compressed liquid water table B-5: 
• 200oC and 2,5 MPa  v3= 1,155x10-3 m3/kgS
i n h
V i e
n K
y T
h u
a t .
C o
m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam
Các thông số cần tính
• P,v, T
• I ( h)
• u=i-pv
• L,l kt
• Q
Cho khí lý t−ởng và khí thực
S i n
h V
i e n
K y
T h
u a
t . C
o m
Diễn Đàn Sinh Viờn Kỹ Thuật Việt Nam