Giáo trình cơ sở kỹ thuật nhiệt nghề kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí trung cấp trường cao đẳng cơ điện xây dựng việt xô

Giáo trình nghiên cứu cơ sở kỹ thuật nhiệt nghề kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí trung cấp trường cao đẳng cơ điện, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù

• Tác giả: Hoàng Thị Hoài Thu
• Trường học: Trường Cao Đẳng Cơ Điện Xây Dựng Việt Xô
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Máy Lạnh
• Đề tài: Giáo Trình Kỹ Thuật Nhiệt Cho Ngành Máy Lạnh
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Ninh Bình

Mục lục chi tiết

• TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: CHẤT MÔI GIỚI VÀ CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA CHẤT MÔI GIỚI
• 1.1. Các khái niệm và định nghĩa
• 1.1.1. Hệ thống thiết bị nhiệt
• 1.1.2. Hệ nhiệt động (HNĐ)
• 1.1.3. Khí lý tưởng, khí thực
• 1.2. Thông số trạng thái của chất môi giới
• 1.2.1. Trạng thái và các thông số trạng thái
• 1.2.2. Nhiệt độ tuyệt đối
• 1.2.3. Áp suất tuyệt đối
• 1.2.4. Thể tích riêng và khối lượng riêng
• 1.2.5. Phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng
• 1.2.6. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng
• 1.2.7. Phương trình trạng thái của khí thực
• 2. CHƯƠNG 2: NHIỆT DUNG RIÊNG VÀ TÍNH NHIỆT LƯỢNG THEO NHIỆT DUNG RIÊNG
• 2.1. Nhiệt và công
• 2.1.1. Nhiệt dung riêng
• 2.1.2. Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VÀ CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN CỦA CHẤT KHÍ
• 3.1. Định luật nhiệt động thứ nhất
• 3.1.1. Định luật nhiệt động I
• 3.1.2. Phương trình định luật nhiệt động I
• 3.2. Quá trình hỗn hợp của chất khí
• 3.2.1. Hỗn hợp khí trong thể tích đã cho
• 3.2.2. Hỗn hợp theo dòng
• 3.2.3. Hỗn hợp nạp vào thể tích cố định
• 3.3. Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng
• 3.3.1. Quá trình đẳng tích
• 3.3.2. Quá trình đẳng áp
• 3.3.3. Quá trình đẳng nhiệt
• 4. CHƯƠNG 4: HƠI VÀ CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA HƠI
• 4.1. Các thể (pha) của vật chất
• 4.1.1. Quá trình thăng hoa và ngưng kết
• 4.1.2. Quá trình nóng chảy và đông đặc
• 4.1.3. Quá trình hóa hơi và ngưng tụ
• 4.1.4. Một số định nghĩa về trạng thái của môi chất
• 4.2. Quá trình hóa hơi đẳng áp
• 4.2.1. Mô tả quá trình
• 4.2.2. Các đường giới hạn và các miền trạng thái của nước và hơi
• 4.3. Xác định trạng thái của hơi bão hòa ẩm
• 4.4. Bảng thông số trạng thái của nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ
• 4.5. Bảng thông số trạng thái của nước và hơi nước bão hòa theo áp suất
• 5. CHƯƠNG 5: CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA
• 5.1. Dòng nhiệt và mật độ dòng nhiệt
• 5.2. Các phương thức trao đổi nhiệt
• 5.3. Dòng nhiệt ổn định dẫn qua vách phẳng
• 5.4. Định luật fourier về dẫn nhiệt
• 5.5. Dẫn nhiệt qua vách phẳng
• 5.6. Dẫn nhiệt qua vách trụ
• 6. CHƯƠNG 6: TRAO ĐỔI NHIỆT ĐỐI LƯU, BỨC XẠ
• 6.1. Trao đổi nhiệt đối lưu
• 6.1.1. Các khái niệm và định nghĩa. Các nhân tố ảnh hưởng tới trao đổi nhiệt đối lưu
• 6.1.2. Một số hình thức trao đổi nhiệt đối lưu thường gặp
• 6.2. Trao đổi nhiệt bức xạ
• 6.2.1. Các khái niệm và định nghĩa
• 6.2.2. Dòng nhiệt trao đổi bằng bức xạ giữa các vật
• 6.2.3. Bức xạ của mặt trời (nắng)
• 7. CHƯƠNG 7: TRUYỀN NHIỆT VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
• 7.1. Truyền nhiệt tổng hợp
• 7.1.1. TĐN phức hợp giữa vật rắn và các môi trường
• 7.1.2. Cân bằng nhiệt cho hệ TĐN phức hợp
• 7.2. Truyền nhiệt qua vách phẳng
• 7.2.1. Truyền nhiệt qua vách phẳng một lớp
• 7.2.2. Truyền nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp
• 7.3. Tăng cường truyền nhiệt và cách nhiệt
• 7.3.1. Tăng cường truyền nhiệt
• 7.3.2. Hạn chế truyền nhiệt hay cách nhiệt
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình kỹ thuật nhiệt cho ngành máy lạnh

Giáo trình kỹ thuật nhiệt cho ngành máy lạnh là tài liệu quan trọng, cung cấp kiến thức cơ bản và chuyên sâu về các nguyên lý và ứng dụng của kỹ thuật nhiệt trong hệ thống lạnh. Tài liệu này không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn áp dụng vào thực tiễn, từ đó nâng cao khả năng làm việc trong ngành công nghiệp lạnh.

1.1. Mục tiêu và nội dung chính của giáo trình

Giáo trình được biên soạn nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về kỹ thuật nhiệt, từ các khái niệm cơ bản đến các ứng dụng thực tiễn trong ngành máy lạnh. Nội dung bao gồm các chương về chất môi giới, nhiệt động lực học, và các quá trình trao đổi nhiệt.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình không chỉ dành cho sinh viên ngành lạnh mà còn hữu ích cho những người không chuyên muốn tìm hiểu về hệ thống lạnh và nhiệt động lực học. Điều này giúp mở rộng kiến thức cho nhiều đối tượng khác nhau trong lĩnh vực kỹ thuật.

II. Những thách thức trong việc học kỹ thuật nhiệt cho ngành máy lạnh

Việc học kỹ thuật nhiệt không chỉ đơn thuần là tiếp thu lý thuyết mà còn phải đối mặt với nhiều thách thức. Những thách thức này bao gồm việc hiểu rõ các khái niệm phức tạp, áp dụng lý thuyết vào thực tiễn, và giải quyết các vấn đề phát sinh trong quá trình làm việc.

2.1. Khó khăn trong việc hiểu các khái niệm cơ bản

Nhiều sinh viên gặp khó khăn trong việc nắm bắt các khái niệm như nhiệt động lực học và quá trình truyền nhiệt. Điều này đòi hỏi sự kiên nhẫn và thực hành thường xuyên để có thể hiểu và áp dụng hiệu quả.

2.2. Ứng dụng lý thuyết vào thực tiễn

Một trong những thách thức lớn nhất là khả năng áp dụng lý thuyết vào thực tiễn. Sinh viên cần phải thực hành nhiều để có thể giải quyết các vấn đề thực tế trong hệ thống lạnh và bảo trì máy lạnh.

III. Phương pháp học hiệu quả trong giáo trình kỹ thuật nhiệt

Để học tốt giáo trình kỹ thuật nhiệt, sinh viên cần áp dụng các phương pháp học tập hiệu quả. Những phương pháp này bao gồm việc kết hợp lý thuyết với thực hành, tham gia các buổi thảo luận nhóm, và sử dụng tài liệu tham khảo bổ sung.

3.1. Kết hợp lý thuyết và thực hành

Việc thực hành là rất quan trọng trong việc hiểu rõ các khái niệm về nhiệt động lực học. Sinh viên nên tham gia vào các buổi thực hành để áp dụng lý thuyết vào thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng làm việc.

3.2. Tham gia thảo luận nhóm

Thảo luận nhóm giúp sinh viên trao đổi ý kiến và giải quyết các vấn đề khó khăn trong quá trình học. Điều này không chỉ giúp củng cố kiến thức mà còn phát triển kỹ năng làm việc nhóm.

IV. Ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật nhiệt trong ngành máy lạnh

Kỹ thuật nhiệt có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành máy lạnh, từ thiết kế hệ thống lạnh đến bảo trì và sửa chữa. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất làm việc mà còn tiết kiệm năng lượng.

4.1. Thiết kế hệ thống lạnh hiệu quả

Việc thiết kế một hệ thống lạnh hiệu quả đòi hỏi kiến thức vững về quá trình truyền nhiệt và nhiệt động lực học. Các kỹ sư cần phải tính toán chính xác để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tiết kiệm năng lượng.

4.2. Bảo trì và sửa chữa máy lạnh

Bảo trì và sửa chữa máy lạnh là một phần quan trọng trong ngành lạnh. Kỹ thuật viên cần phải nắm vững các nguyên lý hoạt động của máy lạnh để có thể phát hiện và khắc phục sự cố kịp thời.

V. Kết luận và tương lai của giáo trình kỹ thuật nhiệt

Giáo trình kỹ thuật nhiệt cho ngành máy lạnh không chỉ cung cấp kiến thức cơ bản mà còn mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp cho sinh viên. Tương lai của ngành lạnh sẽ tiếp tục phát triển với sự tiến bộ của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao về hệ thống lạnh hiệu quả.

5.1. Tầm quan trọng của giáo trình trong đào tạo

Giáo trình đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo kỹ sư và kỹ thuật viên trong ngành lạnh. Nó giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết để làm việc hiệu quả trong môi trường công nghiệp.

5.2. Xu hướng phát triển của ngành lạnh

Ngành lạnh đang có xu hướng phát triển mạnh mẽ với sự ra đời của các công nghệ mới. Điều này tạo ra nhiều cơ hội việc làm cho sinh viên tốt nghiệp từ các chương trình đào tạo kỹ thuật nhiệt.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt (mã môn học: MH 10) là tài liệu giảng dạy chính thức do Khoa Điện – Điện Tự động hóa thuộc Trường Cao đẳng Cơ điện xây dựng Việt Xô biên soạn, ban hành kèm theo Quyết định số 979/QĐ-CĐVX-ĐT ngày 12 tháng 12 năm 2019 của Hiệu trưởng nhà trường. Ban biên soạn giáo trình gồm có: Chủ biên Hoàng Thị Hoài Thu cùng hai Ủy viên là Phạm Tiến Dũng và Phạm Thành Nhơn.

Trong chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí trình độ Trung cấp (cũng như làm tài liệu cơ sở cho các cấp độ kỹ thuật liên quan), môn học này được bố trí học sau các môn học chung và học trước các môn học, mô đun chuyên môn. Môn học mang tính chất kỹ thuật cơ sở, làm tiền đề lý thuyết cho việc tiếp thu các môn công nghệ chuyên ngành sâu.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định trên ba phương diện cụ thể:

• Về kiến thức: Cung cấp hệ thống lý thuyết nền tảng về nhiệt động lực học kỹ thuật và các quy luật truyền nhiệt cơ bản.
• Về kỹ năng: Rèn luyện năng lực tra cứu bảng thông số trạng thái của môi chất, sử dụng đồ thị nhiệt động, thực hiện chuyển đổi các đơn vị đo lường kỹ thuật và giải quyết các bài toán tính toán nhiệt cơ sở.
• Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện phương pháp tư duy logic, liên hệ hiện tượng vật lý với thiết bị kỹ thuật thực tế trong sản xuất.

Cấu trúc giáo trình gồm 7 chương được phân bổ trong 45 giờ đào tạo (bao gồm 22 giờ lý thuyết, 19 giờ thực hành, thảo luận, bài tập và 4 giờ kiểm tra). Điểm đặc sắc của tài liệu là cách tiếp cận đi từ các khái niệm nhiệt động lực học tổng quát đến các quá trình trao đổi nhiệt phức hợp, kết hợp mô hình lý thuyết với các số liệu thực nghiệm dùng trong tính toán thiết bị nhiệt lạnh công nghiệp.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được thiết kế theo tiến trình logic gồm 7 chương cụ thể:

• Chương 1: Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới (9 giờ: 3 lý thuyết, 5 thực hành/bài tập, 1 kiểm tra)
  Trình bày khái niệm hệ thống thiết bị nhiệt (động cơ nhiệt và máy lạnh), phân loại hệ nhiệt động (kín, hở, cô lập), phân biệt khí lý tưởng và khí thực. Thiết lập các thông số trạng thái cơ bản gồm nhiệt độ tuyệt đối $T$, áp suất tuyệt đối $p$, thể tích riêng $v$, khối lượng riêng $\rho$ và nội năng $u$. Giới thiệu phương trình trạng thái khí lý tưởng $pV = GRT$ và phương trình trạng thái khí thực Vandecvan: $$\left(p + \frac{a}{v^2}\right)(v - b) = RT$$

• Chương 2: Nhiệt dung riêng và tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng (4 giờ: 2 lý thuyết, 2 thực hành/bài tập)
  Định nghĩa bản chất của nhiệt năng và công (công thay đổi thể tích $l = \int p dv$, công kỹ thuật $l_{kt} = -\int v dp$). Phân loại nhiệt dung riêng theo đơn vị đo (khối lượng $c$, thể tích $c'$, mol $c_\mu$) và theo quá trình ($c_v, c_p$). Trình bày phương trình Mayer ($c_p - c_v = R$), chỉ số đoạn nhiệt $k = c_p / c_v$ và phương pháp tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng trung bình.

• Chương 3: Định luật nhiệt động thứ nhất và các quá trình cơ bản của chất khí (7 giờ: 4 lý thuyết, 2 thực hành/bài tập, 1 kiểm tra)
  Phát biểu định luật nhiệt động I và thiết lập các dạng phương trình năng lượng ($dq = du + dl = di + dl_{kt} = c_v dT + p dv = c_p dT - v dp$). Khảo sát các quá trình hòa trộn chất khí (hỗn hợp trong thể tích cố định, hỗn hợp theo dòng, hỗn hợp nạp vào thể tích cố định). Phân tích chi tiết 3 quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng: đẳng tích ($v = \text{const}$), đẳng áp ($p = \text{const}$), đẳng nhiệt ($T = \text{const}$) trên hệ tọa độ $p-v$ và $T-s$.

• Chương 4: Hơi và các thông số trạng thái của hơi (3 giờ lý thuyết)
  Nghiên cứu các quá trình chuyển pha của vật chất (thăng hoa - ngưng kết, nóng chảy - đông đặc, hóa hơi - ngưng tụ). Trình bày quá trình hóa hơi đẳng áp của nước qua các trạng thái: nước chưa sôi, nước sôi ($x = 0$), hơi bão hòa ẩm ($0 < x < 1$), hơi bão hòa khô ($x = 1$), hơi quá nhiệt và điểm tới hạn $K$ ($p_k = 221\text{ bar}, t_k = 374^\circ\text{C}, v_k = 0{,}00326\text{ m}^3/\text{kg}$). Hướng dẫn tính toán thông số hơi bão hòa ẩm ($v_x, i_x, s_x, u_x$) theo độ khô $x$ và phương pháp tra bảng hơi nước bão hòa.

• Chương 5: Dẫn nhiệt (9 giờ: 3 lý thuyết, 5 thực hành/bài tập, 1 kiểm tra)
  Thiết lập định luật Fourier về dẫn nhiệt ($q = -\lambda \text{grad},t$), các điều kiện đơn trị (hình học, vật lý, ban đầu, biên). Phân tích bài toán dẫn nhiệt ổn định qua vách phẳng một lớp, vách phẳng nhiều lớp, vách trụ tròn một lớp và nhiều lớp, xác định biểu thức tính nhiệt trở $R$.

• Chương 6: Trao đổi nhiệt đối lưu, bức xạ (4 giờ lý thuyết)
  Khảo sát định luật Newton về tỏa nhiệt đối lưu ($q = \alpha(t_w - t_f)$), lý thuyết đồng dạng và các chuẩn số đồng dạng ($Nu, Re, Gr, Pr$). Trình bày công thức thực nghiệm của M. Mikheev cho dòng chảy trong ống, chất lỏng chảy ngang qua một ống và chùm ống (song song, so le). Khảo sát trao đổi nhiệt khi chuyển pha (hiện tượng sôi bọt, sôi màng theo độ chênh nhiệt độ $\Delta t$) và quá trình trao đổi nhiệt bức xạ giữa các vật thể.

• Chương 7: Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt (9 giờ: 3 lý thuyết, 5 thực hành/bài tập, 1 kiểm tra)
  Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt tổng hợp qua vách phẳng một lớp và nhiều lớp. Phân tích phương trình cân bằng nhiệt cho hệ trao đổi nhiệt phức hợp, các biện pháp kỹ thuật nhằm tăng cường truyền nhiệt hoặc hạn chế truyền nhiệt (cách nhiệt).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình hình thành nền tảng khoa học kỹ thuật nhiệt dựa trên các nguyên lý và mô hình cốt lõi:

• Hệ thống nguyên lý nhiệt động: Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng (Định luật nhiệt động I) áp dụng cho các hệ nhiệt kín, hở và các chu trình chuyển đổi công - nhiệt.
• Mô hình chất khí và hơi: Phân biệt giới hạn áp dụng giữa mô hình khí lý tưởng và mô hình khí thực (hiệu chỉnh thể tích riêng phân tử và lực liên kết phân tử qua phương trình Vandecvan); mô hình trạng thái hai pha lỏng - hơi của chất thuần khiết.
• Quy luật truyền nhiệt: Định luật Fourier về dẫn nhiệt dẫn xuất từ trường nhiệt độ vi phân, định luật làm nguội Newton cho hiện tượng tỏa nhiệt bề mặt, và lý thuyết đồng dạng nhiệt - thủy động làm cơ sở xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu $\alpha$.

Kỹ năng phát triển

Qua các nội dung lý thuyết và bài tập, học viên được rèn luyện các nhóm kỹ năng:

• Kỹ năng kỹ thuật chuyên môn: Kỹ năng tra cứu bảng số liệu nhiệt động học của nước và hơi nước bão hòa (Saturated steam tables) theo nhiệt độ và áp suất; kỹ năng đọc và biểu diễn các quá trình nhiệt động trên đồ thị trạng thái $p-v$ và $T-s$.
• Kỹ năng tính toán và chuyển đổi: Chuyển đổi chính xác giữa các hệ đơn vị đo áp suất ($\text{Pa}, \text{bar}, \text{at}, \text{atm}, \text{mmHg}, \text{psi}$), nhiệt độ ($^\circ\text{C}, \text{K}, ^\circ\text{F}, ^\circ\text{R}$) và năng lượng ($\text{J}, \text{Cal}, \text{Btu}, \text{kWh}$); tính toán cân bằng nhiệt và enthalpy của dòng hỗn hợp khí.
• Kỹ năng giải quyết bài toán kỹ thuật: Tính toán nhiệt trở, mật độ dòng nhiệt và tổn thất nhiệt qua các kết cấu vách phẳng nhiều lớp, vách trụ nhiều lớp của lò hơi, ống dẫn môi chất và vỏ cách nhiệt kho lạnh.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt được thiết kế theo phương pháp sư phạm kỹ thuật kết hợp giữa giảng giải lý thuyết và rèn luyện kỹ năng thực hành giải bài toán kỹ thuật. Cơ cấu thời lượng thể hiện sự cân bằng giữa lý thuyết (22 giờ, chiếm 48{,}9%) và thực hành, bài tập, thảo luận (19 giờ, chiếm 42{,}2%).

Phân bổ thời lượng môn học (Tổng: 45 giờ)

• Tiếp cận sư phạm: Bài giảng được xây dựng từ trực quan định tính (khái niệm hệ nhiệt động, các thể của vật chất) đến mô hình hóa toán học (phương trình vi phân dẫn nhiệt, phương trình định luật nhiệt động I) và kết thúc bằng việc áp dụng các công thức thực nghiệm.
• Hệ thống bài tập và tình huống kỹ thuật: Giáo trình lồng ghép các bài toán gắn với kết cấu thực tế như:
  • Tính toán nhiệt lượng và công thay đổi thể tích của chu trình khí.
  • Xác định thông số trạng thái hỗn hợp khí khi nạp vào bình chứa hoặc hòa trộn theo dòng.
  • Tính toán phân bố nhiệt độ và thông lượng nhiệt qua vách lò hơi (gồm lớp gạch chịu lửa, gạch đỏ và lớp bảo ôn) hoặc vách panel cách nhiệt kho lạnh (hai lớp tôn và lớp giữa bọt polyurethane).
• Rèn luyện kỹ năng tra cứu thực hành: Học viên thực hiện các bài tập tra bảng số liệu nhiệt động (áp suất bão hòa, nhiệt ẩn hóa hơi $r_{hh}$, enthalpy nước sôi $i'$ và hơi bão hòa khô $i''$) để xác định trạng thái làm việc của môi chất.
• Phương pháp đánh giá: Gồm 4 bài kiểm tra định kỳ 1 giờ được bố trí sau các nội dung trọng tâm (Chương 1, 3, 5, 7), tập trung đánh giá khả năng áp dụng công thức, chuyển đổi đơn vị và kỹ năng phân tích nhiệt trở truyền nhiệt.
• Hướng dẫn tự học: Học viên cần tự giác hệ thống hóa mối liên hệ giữa các thông số trạng thái ($p, v, T, u, i, s$), tự vẽ lại các quá trình đẳng áp, đẳng tích, đẳng nhiệt trên hệ trục tọa độ $p-v$ và $T-s$, đồng thời giải các bài tập tính nhiệt dung riêng phụ thuộc nhiệt độ.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các yêu cầu kỹ thuật và tính toán thực nghiệm trong kỹ thuật nhiệt hiện đại:

• Chuẩn hóa chương trình đào tạo: Được biên soạn theo khung chương trình chuẩn ban hành kèm Quyết định số 979/QĐ-CĐVX-ĐT năm 2019, đáp ứng yêu cầu đào tạo kỹ thuật viên ngành Máy lạnh và Điều hòa không khí.
• Xác lập ranh giới giữa lý thuyết và tính toán thực tế: Giáo trình chỉ rõ giới hạn của mô hình khí lý tưởng và đưa vào phương trình trạng thái khí thực Vandecvan với các hệ số hiệu chỉnh thể tích bản thân phân tử ($b$) và áp suất nội tại ($a/v^2$), giúp học viên nhận biết bản chất sai số khi tính toán môi chất ở áp suất cao.
• Cập nhật các công thức thực nghiệm tiêu chuẩn: Sử dụng hệ thống công thức đồng dạng của M. Mikheev để tính toán hệ số tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức trong ống và chùm ống (xét đến các hệ số hiệu chỉnh hình học $l/d$, độ cong $\varepsilon_R$, bước ống $\varepsilon_s$ và góc va đập dòng $\varepsilon_\psi$).
• Gắn kết trực tiếp với thiết bị nhiệt lạnh công nghiệp:
  • Phân tích cơ chế sôi bọt và sôi màng theo các dải nhiệt độ chênh lệch $\Delta t$ ($\Delta t < 5^\circ\text{C}$; $5^\circ\text{C} < \Delta t < 22{,}2^\circ\text{C}$; $22{,}2^\circ\text{C} < \Delta t < 110^\circ\text{C}$; $\Delta t > 110^\circ\text{C}$), gắn với nguyên lý làm việc của thiết bị bay hơi.
  • Khảo sát các thông số chuyển pha của nước và hơi nước gắn với bình ngưng và tháp giải nhiệt.
  • Phân tích giải pháp tăng cường truyền nhiệt (tăng diện tích bề mặt, tăng hệ số tỏa nhiệt) và cách nhiệt (sử dụng vật liệu có hệ số dẫn nhiệt $\lambda \le 0{,}2\text{ W/mK}$).

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và đào tạo kỹ thuật:

• Học sinh, sinh viên:
  • Học sinh, sinh viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng thuộc nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí.
  • Sinh viên các ngành kỹ thuật liên quan như Điện - Tự động hóa, Cơ khí chế tạo máy, Công nghệ kỹ thuật nhiệt - năng lượng.
• Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites):
  • Đã hoàn thành các môn học chung trong chương trình đào tạo.
  • Nắm vững kiến thức Vật lý đại cương (phần nhiệt học, cơ học năng lượng) và Toán học cơ bản (đại số, giải tích đạo hàm và tích phân cơ bản để hiểu các phương trình biến thiên trạng thái).
• Giảng viên và cơ sở đào tạo:
  • Dùng làm đề cương bài giảng và tài liệu chuẩn để giảng dạy môn học Cơ sở kỹ thuật nhiệt (MH 10) với thời lượng chuẩn 45 giờ.
  • Làm khung tham chiếu để xây dựng ngân hàng câu hỏi kiểm tra, bài tập tính toán và bài thực hành tra cứu số liệu.
• Kỹ thuật viên và người tự học:
  • Cán bộ kỹ thuật, thợ vận hành hệ thống trạm nhiệt, lò hơi, hệ thống điều hòa không khí trung tâm và kho lạnh công nghiệp cần tài liệu tra cứu các công thức tính nhiệt tải, nhiệt trở và bảng hơi nước.
  • Người học thuộc khối không chuyên muốn tiếp cận kiến thức tổng quát về nguyên lý chuyển hóa năng lượng nhiệt - cơ.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho học sinh, sinh viên nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí trình độ Trung cấp và Cao đẳng, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cơ sở cho sinh viên khối ngành Điện – Tự động hóa và kỹ thuật viên vận hành thiết bị nhiệt lạnh.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần hoàn thành các môn học chung, đặc biệt là kiến thức Vật lý đại cương (nhiệt học, cơ học) và Toán giải tích cơ bản (đạo hàm, tích phân) để xử lý các biểu thức biến thiên trạng thái khí và phương trình vi phân dẫn nhiệt.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Giáo trình tinh giản các chứng minh toán học phức tạp, tập trung cung cấp công thức tính toán kỹ thuật, bài toán vách truyền nhiệt thực tế, tiêu chuẩn thực nghiệm M. Mikheev và kỹ năng tra cứu bảng thông số hơi bão hòa phục vụ trực tiếp cho ngành nghề máy lạnh.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Học viên nên kết hợp học lý thuyết với việc tự giải các bài tập tính toán công, nhiệt lượng; rèn luyện kỹ năng tra cứu nhanh bảng thông số nước và hơi nước bão hòa; đồng thời vẽ lại các quá trình nhiệt động trên đồ thị $p-v$ và $T-s$.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình cung cấp hệ thống phụ lục gồm bảng thông số trạng thái của nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ, bảng thông số theo áp suất (Saturated steam tables), đồ thị chuyển pha của chất thuần khiết và hệ thống bảng tra hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng của các chất khí và vật liệu cách nhiệt.

---

Kết luận

Giáo trình Cơ sở kỹ thuật nhiệt của Trường Cao đẳng Cơ điện xây dựng Việt Xô là tài liệu kỹ thuật cơ sở mang tính hệ thống, cung cấp kiến thức nền tảng về nhiệt động lực học và khoa học truyền nhiệt. Nội dung tài liệu đáp ứng yêu cầu chuyển đổi từ lý thuyết cơ bản sang tính toán ứng dụng trong ngành Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí.

Lộ trình học tập đề xuất:

1. Nắm vững bản chất chất môi giới, các thông số trạng thái và phương trình trạng thái khí lý tưởng, khí thực (Chương 1 - 2).
2. Phân tích định luật nhiệt động I, các quá trình nhiệt động cơ bản và quá trình chuyển pha của hơi nước (Chương 3 - 4).
3. Làm chủ các phương pháp tính toán dẫn nhiệt, tỏa nhiệt đối lưu, bức xạ và thiết kế cách nhiệt/tăng cường truyền nhiệt (Chương 5 - 7).

Tài liệu là cơ sở khoa học giúp người học tiếp thu các mô đun chuyên ngành sâu về hệ thống lạnh, thông gió và điều hòa không khí công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CHẤT MÔI GIỚI VÀ CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA CHẤT MÔI GIỚI Mã chương: MH10 - 01 Giới thiệu: Chương này cung cấp cho sinh viên học sinh những kiến thức cơ bản ban đầu về chất môi giới và các thông số trạng thái chất môi giới Mục tiêu: - Trình bày được các kiến thức chung nhất về kỹ thuật Nhiệt - Lạnh. - Phân tích được các khái niệm về nhiệt động lực học. - Trình bày được các kiến thức về hơi và thông số trạng thái hơi. - Trình bày được các quá trình nhiệt động của hơi.

- Trình bày được các chu trình nhiệt động. - Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tư duy logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp dụng vào môn học cho HSSV. Nội dung chính: 1. Các khái niệm và định nghĩa 1.

Hệ thống thiết bị nhiệt Là loại thiết bị có chức năng chuyển đổi giữa nhiệt năng và cơ năng. Thiết bị nhiệt được chia thành 2 nhóm: động cơ nhiệt và máy lạnh. * Động cơ nhiệt: Có chức năng chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng như động cơ hơi nước, turbine khí, động cơ xăng, động cơ phản lực, v. * Máy lạnh: Có chức năng chuyển nhiệt năng từ nguồn lạnh đến nguồn nóng.

Hệ nhiệt động (HNĐ) Là hệ gồm một hoặc nhiều vật được tách riêng ra khỏi các vật khác để nghiên cứu các tính chất nhiệt động của chúng. Tất cả những vật ngoài HNĐ được gọi là môi trường xung quanh.1: Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt và máy lạnh, bơm nhiệt Vật thực hoặc tưởng tượng ngăn cách hệ nhiệt động với môi trường xung quanh được gọi là ranh giới của HNĐ. Hệ nhiệt động được phân loại như sau : Hình 1.2: Hệ nhiệt động a) HNĐ kín với thể tích không đổi b) HNĐ kín với thể tích thay đổi c) HNĐ hở * Hệ nhiệt động kín: HNĐ trong đó không có sự trao đổi vật chất giữa hệ và môi trường xung quanh. * Hệ nhiệt động hở: HNĐ trong đó có sự trao đổi vật chất giữa hệ và môi trường xung quanh.

* Hệ nhiệt động cô lập: HNĐ được cách ly hoàn toàn với môi trường xung quanh. Khí lý tưởng, khí thực Khí lý tưởng là một chất khí mà các phân tử của nó có các đặc tính sau đây: Các phân tử của khí lý tưởng không có thể tích riêng, ta có thể coi chúng là những chất điểm và lực tương tác giữa các phân tử bằng không. Các chất điểm chuyển động hỗn loạn và không tương tác với nhau (bằng các lực hút phân tử ) trừ khi chúng va chạm với nhau hoặc khi va chạm với thành bình. Khi va chạm ta có thể coi các phân tử chất khí lý tưởng như là các viên bi đàn hồi.

Va chạm giữa chúng và với thành bình được xem như va chạm hoàn toàn đàn hồi. Kích thước riêng của các phân tử không đáng kể so với khoảng cách giữa chúng. Khí thực là khí mà thể tích bản thân các phân tử khác không và tồn tại lực tương tác giữa các phân tử. Trong thực tế không có khí lý tưởng, có thể xem khí lý tưởng là trạng thái giới hạn của khí thực khi áp suất p rất nhỏ.

Trong kỹ thuật ở điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường có thể coi các chất như Hyđrô , Oxy, Nitơ, không khí. là khí lý tưởng. Thông số trạng thái của chất môi giới 2. Trạng thái và các thông số trạng thái * Chất môi giới hay môi chất công tác: Được sử dụng trong thiết bị nhiệt là chất có vai trò trung gian trong quá trình biến đổi giữa nhiệt năng và cơ năng.

* Thông số trạng thái của CMG: Là các đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt động của CMG. Nhiệt độ tuyệt đối Nhiệt độ (T) - số đo trạng thái nhiệt của vật. Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ là số đo động năng trung bình của các phân tử. T - nhiệt độ tuyệt đối.

Nhiệt kế: Nhiệt kế hoạt động dựa trên sự thay đổi một số tính chất vật lý của vật thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ: chiều dài, thể tích, màu sắc, điện trở , v. Thang nhiệt độ: 1) Thang nhiệt độ Celsius (0C) 2) Thang nhiệt độ Fahrenheit (0F) 3) Thang nhiệt độ Kelvin (K) 4) Thang nhiệt độ Rankine (0R) Mối quan hệ giữa các đơn vị đo nhiệt độ: 5 o C = 9 (oF – 32) Hình 1. Áp suất tuyệt đối - Khái niệm: Áp suất của lưu chất (p) - lực tác dụng của các phân tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành chứa. F p= A Theo thuyết động học phân tử : m  2 P  .

3 trong đó : p - áp suất ; F - lực tác dụng của các phân tử ; A - diện tích thành bình chứa ; n - số phân tử trong một đơn vị thể tích ; α - hệ số phụ thuộc vào kích thước và lực tương tác của các phân tử. - Đơn vị áp suất: 1) N/m2 ; 5) mm Hg (tor - Torricelli, 1068-1647) 2) Pa (Pascal) ; 6) mm H2O 3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch) 4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot) Mối quan hệ giữa các đơn vị đo áp suất: 1at = 0,981 bar = 9,81.104 Pa = 10 mH20 = 735,5 mmHg = 14,7 psi - Phân loại áp suất: + Áp suất khí quyển (p 0): Áp suất của không khí tác dụng lên bề mặt các vật trên trái đất. + Áp suất dư (pd): Là phần áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển p d= p - p 0 + Áp suất tuyệt đối (p): Áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt đối. p = p d+ p 0 + Áp suất chân không (pck): Phần áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển.

Thể tích riêng và khối lượng riêng Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một đơn V vị khối lượng chất đó :   [m3/kg] m Khối lượng riêng (ρ) - Khối lượng riêng - còn gọi là mật độ - của một chất là khối lượng ứng với một đơn vị thể tích của chất đó : m P [kg/m3] V 2. Nội năng Nội nhiệt năng (u) - gọi tắt là nội năng - là năng lượng do chuyển động của các phân tử bên trong vật và lực tương tác giữa chúng. Nội năng gồm 2 thành phần: nội động năng (ud) và nội thế năng (up). - Nội động năng liên quan đến chuyển động của các phân tử nên nó phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.

- Nội thế năng liên quan đến lực tương tác giữa các phân tử nên nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử. Như vậy, nội năng là một hàm của nhiệt độ và thể tích riêng: u = u (T, v) Đối với khí lý tưởng, lực tương tác giữa các phân tử bằng 0 nên nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Đối với 1kg môi chất, nội năng kí hiệu là u, đơn vị là J/kg; Đối với Gkg môi chất, nội năng kí hiệu là U, đơn vị là J. Ngoài ra nội năng còn có một số đơn vị khác như: kCal; kWh; Btu… 1kJ = 0,239 kCal = 277,78. Phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng 3.

Phương trình trạng thái của khí lý tưởng Đối với khối khí có khối lượng là G kg, thể tích V m3 thì ta có: G.RT Hay pV = GRT * Tính hằng số R: Từ phương trình trạng thái ta có: pV R   T Ở điều kiện tiêu chuẩn, áp suất p = 101.326Pa, nhiệt độ t = 0 0C thì 1 mol khí lý tưởng chiếm một thể tích là Vμ = 22,4 m3, vậy hằng số phổ biến của chất khí bằng: pV R     8314 J / kmol  T Hoặc cũng có thể tính: Rμ = Nμ.10-23 =8314j/kmol, thay vào ta được: J / kg 0 K  R 8314 R     3. Phương trình trạng thái của khí thực Trong thực tế, không tồn tại khí lí tưởng. Các quá trình nhiệt động kĩ thuật thường gặp là xẩy ra với khí thực. Do khí thực có nhiều khác biệt với khí lý tưởng, nên nếu áp dụng phương tình trạng thái khí lý tưởng cho khí thực thì sẽ gặp phải sai số lớn.

Do đó cần thiết phải thiết lập các phương tình trạng thái cho khí thực để giải quyết vấn đề trên. Cho đến nay, chúng ta chưa tìm được một phương trình trạng thái nào dùng cho mọi khí thực ở mọi trạng thái, mà chỉ tìm được các phương trình gần đúng cho một chất khí hoặc một nhóm chất khí ở khoảng áp suất và nhiệt độ nhất định. Hiện nay có rất nhiều phương tình trạng thái viết cho khí thực, dưới đây ta khảo sát một số phương tình trạng thái khí thực thường gặp trong thực tế. Phương tình Vandecvan là một trong những phương trình viết cho khí thực có độ chính xác cao và được áp dụng khá rộng rãi.

Như đã nói ở trên, khí thực khác với khí lý tưởng là thể tích bản thân phân tử khác không và có lực tương tác giữa các phân tử. Do đó khi thμnh lập phương tình trạng thái cho khí thực, xuất phát từ phương tình trạng thái khí lý tưởng, để hiệu chỉnh các sai số, Vandecvan đã đưa thêm vào các hệ số hiệu chỉnh được xác định bằng thực nghiệm kể đến ảnh hưởng của thể tích bản thân các phân tử và lực tương tác giữa các phân tử của chất khí đó. Về áp suất: đối với khí lý tưởng, giữa các phân tử không có lực tương tác nên các phân tử tự do chuyển động và va đập tới mọi nơi với năng lượng của chúng. Còn ở khí thực, trong quá trình chuyển động và va đập các phân tử tự do sẽ chịu lực hút và đẩy của các phân tử xung quanh, do đó lực va đập sẽ giảm đi.

Vì vậy áp suất khí thực mà ta đo được sẽ nhỏ hơn giá trị áp suất thực tế một đại lượng là Δp, đại lượng này tỷ lệ với bình phương khối lượng riêng và bằng: a p  2 v Áp suất thật của khí thực sẽ là: a p  p  p  2 v Về thể tích: Các phân tử khí thực có thể tích khác không. Giả sử tổng thể tích bản thân các phân tử có trong 1kg khí là b thì không gian tự do cho chuyển động của chúng sẽ giảm xuống và chỉ còn là (v - b).