Mở đầu Mục tiêu: - Trình bày được tầm quan trọng của những kiến thức, kỹ năng tra bảng trong chuyên nghành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. - Thống kê được các tài liệu phục vụ cho việc học tập môn học này Nội dung chính: 1.1 Tầm quan trọng của những kiến thức, kỹ năng tra bảng trong chuyên nghành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí Những kiến thức và kỹ năng tra bảng trong môn học này là kiến thức chuyên sâu về ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí, tìm thông số để tính toán và so sánh nhằm đưa ra một hệ thống lạnh hoàn hảo nhất 1. Các tài liệu phục vụ cho việc học tập môn học này - Nhiệt động lực học kỹ thuật, Hoàng Đình Tín – Lê Chí Hiệp, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003. - Bài tập Nhiệt động lực học kỹ thuật và truyền nhiệt, Hoàng Đình Tín - Bùi Hải, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003.
- Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Hoàng Đình Tín, NXB Đại học quốc gia TPHCM, 2003. - Nhiệt kỹ thuật, Nguyễn Bốn – Hoàng Ngọc Đồng - NXB Giáo Dục - Kỹ thuật lạnh Cơ sở, Nguyễn Đức Lợi – NXB Giáo Dục, 2006 - Máy lạnh, Trần Thanh Kỳ – NXB Giáo Dục, 2006 - Máy và thiết bị lạnh, Võ Chí Chính – NXB khoa học và kỹ thuật - Thông gió và Điều hòa không khí, Võ Chí Chính – NXB khoa học và kỹ thuật. - Cơ sở kỹ thuật điều tiết không khí, TS Hà Đăng Trung – ThS Nguyễn Quân – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 1997 - Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hòa không khí, Nguyễn Đức Lợi – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2007 5 Chương 2 Cơ sở kỹ thuật nhiệt động và truyền nhiệt 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. - Trình bày được các quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt và các thiết bị trao đổi nhiệt.
- Phân tích được các quá trình, nguyên lý làm việc của máy lạnh và các quy luật truyền nhiệt nói chung; - 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: 2.1 Nhiệt động kỹ thuật 2.1 Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới a. Các khái niệm và định nghĩa: Hình 2.1 Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt và máy lạnh, bơm nhiệt + 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. 6 + 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.
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 2.2 Hệ nhiệt động a) HNĐ kín với thể tích không đổi b) HNĐ kín với thể tích thay đổi 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.
Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới * 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. 7 + Các thông số trạng thái của chất môi giới Nhiệt độ: 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 . 2 kT [1-1] 3 Trong đó: mμ - khối lượng phân tử ω - vận tốc trung bình của các phân tử 5 k - hằng số Bonzman , k = 1,3805.10 J/độ 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: 0 1) Thang nhiệt độ Celsius ( C) 0 2) Thang nhiệt độ Fahrenheit ( F) 3) Thang nhiệt độ Kelvin (K) 0 4) Thang nhiệt độ Rankine ( R) Hình 2.3 Nhiệt kế Mối quan hệ giữa các đơn vị đo nhiệt độ: 5 o o C= ( F – 32) 9 o C = K – 273 5 o o C=. R – 273 9 Áp suất: 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= [1-2] A Theo thuyết động học phân tử : m 2 p = .
[1-3] 3 8 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: 2 1) N/m ; 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: 0 4 2 1 atm = 760 mm Hg (at 0 C) = 10,13. 10 Pa = 2116 psf (lbf/ft ) 1 at = 2049 psf 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 [1-4] Áp suất tuyệt đối (p): Áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt đối.
p = p d+ p 0 [1-5] Áp suất chân không (pck): Phần áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển.4 Các loại áp suất + Áp kế: Hình 2.5 Dụng cụ đo áp suất a) Barometer , b) Áp kế * Ghi chú: Khi đo áp suất bằng áp kế thủy ngân, chiều cao cột thủy ngân 0 cần được hiệu chỉnh về nhiệt độ 0 C. t) [1-7] 0 trong đó : t - nhiệt độ cột thủy ngân, C 0 h0 - chiều cao cột thủy ngân hiệu chỉnh về nhiệt độ 0 C 0 h - chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t C + Thể tích riêng và khối lượng riêng: Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một V 3 đơn vị khối lượng chất đó : [m /kg] [1-8] 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 3 ρ= [kg/m ] [1-9] V 10 + 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. Lượng thay đổi nội năng của khí lý tưởng được xác định bằng các biểu thức: du = CvdT và Δu = Cv(T2 - T1) [1-10] 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.
Enthanpy: Enthalpy (i hoặc h) - là đại lượng được định nghĩa bằng biểu thức : i = h = u + p.v [1-11] Như vậy, cũng tương tự như nội năng, enthalpy của khí thực là hàm của các thông số trạng thái. Đối với khí lý tưởng, enthalpy chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt dung riêng và tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng + Nhiệt năng (nhiệt lượng): là dạng năng lượng truyền từ vật này sang vật khác do sự chênh lệch nhiệt độ. Đơn vị đo nhiệt năng: Calorie (Cal) - 1 Cal là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của 1 gam 0 0 nước tăng từ 14.
11 British thermal unit (Btu) - 1 Btu là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ 0 0 của 1 pound nước tăng từ 59.187 J 1 Btu = 252 Cal = 1055 J Hình 2.6 Các hình thức truyền nhiệt - Nhiệt dung và nhiệt dung riêng: Nhiệt dung của một vật là lượng nhiệt cần cung cấp cho vật hoặc từ vật 0 tỏa ra để nhiệt độ của nó thay đổi 1. dQ C= [J/độ] [1-13] dt Nhiệt dung riêng (NDR) - còn gọi là Tỷ nhiệt - là lượng nhiệt cần cung 0 cấp hoặc tỏa ra từ 1 đơn vị số lượng vật chất để nhiệt độ của nó thay đổi 1. Phân loại NDR theo đơn vị đo lượng vật chất: C Nhiệt dung riêng khối lượng c = , [J/kg.độ] [1-14] m 3 Nhiệt dung riêng thể tích c’ = C , [J/m t c.độ ] [1-15] Vtc C Nhiệt dung riêng mol c = [J/kmol.độ] [1-18] μp μv Chỉ số đoạn nhiệt: cp k= [1-19] cv 12 Trị số k của khí thực phụ thuộc vào loại chất khí và nhiệt độ.