Giáo trình nhiệt kỹ thuật nghề vận hành máy thi công nền cao đẳng - CĐ GTVT Trung ương I

Giáo trình Nhiệt kỹ thuật phần 1 nghề Vận hành máy thi công nền. Tài liệu chuẩn trình độ cao đẳng của trường CĐ GTVT Trung ương I.

• Trường học: Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải Trung Ương I
• Chuyên ngành: Nhiệt Kỹ Thuật
• Đề tài: Giáo Trình Nhiệt Kỹ Thuật Nghề Vận Hành Máy Thi Công Nền Trình Độ Cao Đẳng
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Hướng dẫn toàn diện giáo trình nhiệt kỹ thuật CĐ GTVT I

Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật Nghề Vận Hành Máy Thi Công Nền Trình Độ Cao Đẳng của trường CĐ GTVT Trung ương 1 là tài liệu học thuật nền tảng, được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên ngành vận hành máy thi công. Nội dung giáo trình cung cấp kiến thức cốt lõi về nhiệt động học, nguyên lý truyền nhiệt và ứng dụng thực tiễn trong các loại động cơ máy công trình. Mục tiêu chính là trang bị cho người học khả năng hiểu rõ bản chất các quá trình nhiệt động, từ đó giải thích được chu trình làm việc của động cơ đốt trong, đặc biệt là nguyên lý làm việc động cơ diesel. Đây là kiến thức không thể thiếu để thực hiện công tác bảo dưỡng kỹ thuật máy thi công và sửa chữa máy công trình một cách chuyên nghiệp. Tài liệu này được xây dựng dựa trên chương trình chuẩn của Tổng cục Dạy nghề, kết hợp giữa lý thuyết cô đọng và bài tập thực hành, giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc nắm vững kỹ thuật nhiệt ứng dụng không chỉ giúp vận hành máy móc hiệu quả mà còn đảm bảo an toàn lao động vận hành máy và tối ưu hóa hiệu suất nhiệt động cơ.

1.1. Mục tiêu và đối tượng của giáo trình nhiệt kỹ thuật

Giáo trình này hướng đến đối tượng chính là sinh viên hệ cao đẳng nghề Vận hành máy thi công nền, bao gồm các chuyên ngành như vận hành máy xúc, vận hành máy ủi. Mục tiêu cốt lõi là cung cấp một hệ thống kiến thức toàn diện, từ các khái niệm cơ bản đến các chu trình nhiệt động phức tạp. Theo lời mở đầu của giáo trình, người học sau khi hoàn thành môn học cần nắm chắc kiến thức chuyên môn, hiểu được bản chất các quá trình nhiệt động lý thuyết và thực tế. Cụ thể, sinh viên phải trình bày được các khái niệm cơ bản, giải thích được các quá trình trong chu trình làm việc của động cơ, và hiểu nguyên lý hệ thống điều hòa không khí. Đây là những kỹ năng quan trọng giúp người thợ tương lai không chỉ vận hành mà còn chẩn đoán và khắc phục sự cố liên quan đến hệ thống động lực của máy. Đề cương môn học nhiệt kỹ thuật được thiết kế logic, đảm bảo tính kế thừa và nâng cao, giúp sinh viên xây dựng nền tảng vững chắc cho các môn học chuyên ngành khác.

1.2. Cấu trúc và nội dung chính của tài liệu nhiệt kỹ thuật

Nội dung giáo trình được biên soạn và sắp xếp thành các chương một cách khoa học. Chương 1 giới thiệu các khái niệm và thông số cơ bản. Chương 2 đi sâu vào môi chất và sự truyền nhiệt. Chương 3 phân tích các quá trình nhiệt động của môi chất. Chương 4 tập trung vào chu trình nhiệt động của động cơ nhiệt. Mỗi chương đều có mục tiêu rõ ràng và nội dung chính được trình bày cô đọng. Điểm nổi bật của bài giảng nhiệt kỹ thuật này là sau mỗi bài học đều có các bài tập đi kèm, tăng cường tính thực hành và giúp sinh viên củng cố kiến thức đã học. Cấu trúc này không chỉ giúp người đọc dễ dàng theo dõi mà còn khuyến khích khả năng tự học và nghiên cứu. Việc kế thừa từ nhiều tài liệu nhiệt kỹ thuật của các trường đại học, cao đẳng khác đảm bảo tính cập nhật và phù hợp với yêu cầu đào tạo nhân lực chất lượng cao trong ngành giao thông vận tải.

II. Nền tảng nhiệt kỹ thuật Các khái niệm và thông số cơ bản

Chương đầu tiên của giáo trình tập trung xây dựng nền tảng kiến thức về nhiệt động lực học kỹ thuật. Để nghiên cứu và giải thích các hiện tượng nhiệt, việc nắm vững các khái niệm và thông số đặc trưng cho môi chất là yêu cầu bắt buộc. Nội dung này giới thiệu chi tiết về nguồn nhiệt, môi chất, trạng thái, và quá trình nhiệt động. Một hệ nhiệt động được định nghĩa là tập hợp các đối tượng được tách ra để nghiên cứu, bao gồm hệ kín, hệ hở, hệ đoạn nhiệt và hệ cô lập. Việc phân biệt rõ các hệ này là cơ sở để áp dụng đúng các định luật nhiệt động. Các thông số trạng thái cơ bản như áp suất (p), nhiệt độ (T), thể tích riêng (v) được định nghĩa rõ ràng. Bên cạnh đó, các thông số không đo được trực tiếp nhưng có vai trò quan trọng trong tính toán kỹ thuật như nội năng (u), entanpy (i), và entropy (s) cũng được giới thiệu. Hiểu đúng và nhận dạng chính xác các thông số và trạng thái là chìa khóa để phân tích bất kỳ quá trình nhiệt động nào trong cấu tạo động cơ máy thi công.

2.1. Phân biệt hệ nhiệt động và các thông số trạng thái cốt lõi

Một trạng thái của môi chất được xác định bởi một tập hợp các thông số vật lý. Các thông số này được gọi là thông số trạng thái, bao gồm áp suất, nhiệt độ, thể tích riêng, nội năng, entanpy. Giáo trình nhấn mạnh: "Thông số trạng thái là một đại lượng vật lý có một giá trị duy nhất ở một trạng thái". Điều này có nghĩa là độ biến thiên của chúng chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối, không phụ thuộc vào đường đi của quá trình. Ngược lại, công và nhiệt lượng là các hàm của quá trình. Nội năng (u) là năng lượng bên trong của hệ, phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích riêng. Entanpy (i = u + pv) là một thông số trạng thái tổ hợp, rất hữu ích khi phân tích các hệ hở như tua-bin hay máy nén trong giáo trình cơ khí động lực. Việc phân biệt này giúp tránh nhầm lẫn khi áp dụng các phương trình tính toán năng lượng.

2.2. Ý nghĩa của công nhiệt và các định luật nhiệt động I II

Định luật nhiệt động I là định luật bảo toàn và biến hóa năng lượng, được biểu diễn qua phương trình kinh điển: dq = du + dl. Phương trình này cho thấy nhiệt lượng cấp vào hệ được dùng để làm tăng nội năng và sinh công thay đổi thể tích. Giáo trình cũng giới thiệu các dạng công khác nhau như công kỹ thuật (l_kt = -vdp), chỉ xuất hiện trong hệ hở và là công hữu ích nhận được từ dòng môi chất. Trong khi đó, Định luật nhiệt động II xác định chiều hướng và mức độ chuyển hóa năng lượng. Phát biểu của Thomson-Planck khẳng định không thể chế tạo động cơ biến hoàn toàn nhiệt thành công. Phát biểu của Clausius cho biết nhiệt chỉ tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Hai định luật này là cơ sở lý thuyết để xây dựng và đánh giá hiệu suất nhiệt động cơ và các thiết bị nhiệt khác.

III. Phân tích môi chất sự truyền nhiệt trong máy thi công

Môi chất công tác và các quá trình truyền nhiệt và chất lỏng là hai yếu tố trọng tâm trong chương 2 của giáo trình nhiệt kỹ thuật. Môi chất, thường là khí hoặc hơi, đóng vai trò trung gian trong việc biến đổi năng lượng. Giáo trình phân biệt rõ khí lý tưởng và khí thực. Khí lý tưởng là mô hình hóa trong đó bỏ qua kích thước phân tử và lực tương tác, trong khi khí thực (như hơi nước) thì không. Sự truyền nhiệt, hay quá trình trao đổi nhiệt giữa các vật có nhiệt độ khác nhau, được phân thành ba hình thức cơ bản: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Dẫn nhiệt xảy ra qua tiếp xúc trực tiếp. Đối lưu liên quan đến sự di chuyển của khối chất lỏng hoặc khí. Bức xạ là sự truyền năng lượng qua sóng điện từ. Trong thực tế vận hành máy thi công, cả ba hình thức này đều xảy ra đồng thời, ví dụ như nhiệt từ buồng đốt truyền qua thành xylanh (dẫn nhiệt), được nước làm mát mang đi (đối lưu) và tỏa ra môi trường (bức xạ). Hiểu rõ các cơ chế này là nền tảng để thiết kế hệ thống làm mát máy công trình hiệu quả.

3.1. Đặc điểm của môi chất Khí lý tưởng khí thực và hơi nước

Giáo trình định nghĩa khí lý tưởng là khí không có thể tích bản thân phân tử và không có lực tương tác. Trong kỹ thuật, không khí, oxy, nitơ ở điều kiện thường có thể xem là khí lý tưởng. Ngược lại, khí thực có kích thước và lực tương tác phân tử đáng kể. Hơi nước là một loại khí thực tiêu biểu, được sử dụng rộng rãi nhưng không thể áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng vì sẽ gây sai số lớn. Do đó, việc tính toán cho hơi nước thường dựa vào các bảng và đồ thị chuyên dụng như đồ thị T-s hoặc i-s (Mollier). Các quá trình chuyển pha như hóa hơi (sôi, bay hơi) và ngưng tụ là đặc điểm quan trọng của hơi nước, liên quan trực tiếp đến việc sinh công trong các tua-bin hơi hoặc chu trình làm lạnh.

3.2. Ba hình thức truyền nhiệt cơ bản và ứng dụng thực tiễn

Dẫn nhiệt được mô tả bởi định luật Fourier, trong đó dòng nhiệt tỷ lệ với gradient nhiệt độ và hệ số dẫn nhiệt của vật liệu. Đối lưu, được tính theo công thức Newton, phụ thuộc vào hệ số tỏa nhiệt (α), đặc trưng cho cường độ trao đổi nhiệt giữa bề mặt rắn và chất lỏng chuyển động. Bức xạ nhiệt không cần môi trường tiếp xúc, năng lượng được truyền đi dưới dạng sóng điện từ. Trong một động cơ, nhiệt từ quá trình cháy được truyền ra ngoài chủ yếu qua hệ thống bôi trơn động cơ và hệ thống làm mát. Dầu bôi trơn không chỉ giảm ma sát mà còn nhận nhiệt từ piston (đối lưu) và mang đến cacte. Nước làm mát hấp thụ nhiệt từ vách xylanh (đối lưu) và thải ra môi trường qua két nước. Việc hiểu rõ các hình thức này giúp tối ưu hóa quá trình bảo dưỡng kỹ thuật máy thi công.

IV. Phương pháp khảo sát các quá trình nhiệt động của môi chất

Khảo sát một quá trình nhiệt động là nghiên cứu mối quan hệ giữa các thông số trạng thái, tính toán công và nhiệt lượng trao đổi. Chương 3 của giáo trình nhiệt kỹ thuật cung cấp một phương pháp luận chuẩn để phân tích các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng. Các quá trình này bao gồm: quá trình đẳng tích (thể tích không đổi), đẳng áp (áp suất không đổi), đẳng nhiệt (nhiệt độ không đổi), và đoạn nhiệt (không trao đổi nhiệt). Ngoài ra, quá trình đa biến được xem là trường hợp tổng quát nhất, mà các quá trình trên là các trường hợp riêng. Mỗi quá trình được khảo sát dựa trên đặc điểm, phương trình trạng thái, và định luật nhiệt động I để xác định công thức tính công, nhiệt, và độ biến thiên nội năng, entanpy. Việc biểu diễn các quá trình này trên đồ thị p-v (đồ thị công) và T-s (đồ thị nhiệt) giúp trực quan hóa sự biến đổi năng lượng, là công cụ không thể thiếu trong phân tích giáo trình động cơ đốt trong.

4.1. Phân tích 5 quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng

Giáo trình đi sâu vào từng quá trình. Quá trình đẳng tích (v=const) có công thay đổi thể tích bằng không (l=0), nhiệt lượng trao đổi chỉ dùng để thay đổi nội năng (q=Δu). Quá trình đẳng áp (p=const) có công l = p(v₂-v₁) và nhiệt lượng trao đổi bằng độ biến thiên entanpy (q=Δi). Quá trình đẳng nhiệt (T=const) tuân theo phương trình pv=const, có Δu=0 và nhiệt lượng bằng công sinh ra (q=l). Quá trình đoạn nhiệt (q=0) tuân theo phương trình pvᵏ=const, công sinh ra hoàn toàn do sự sụt giảm nội năng (l=-Δu). Quá trình đa biến (pvⁿ=const) là dạng tổng quát, cho phép mô tả các quá trình thực tế nơi có sự trao đổi cả công và nhiệt. Hiểu rõ các phương trình này là cơ sở để mô phỏng và tối ưu hóa các chu trình động cơ.

4.2. Quá trình nén khí và tiết lưu trong các thiết bị thực tế

Bên cạnh các quá trình lý tưởng, giáo trình còn đề cập đến các quá trình thực tế quan trọng như nén khí và tiết lưu. Máy nén khí là thiết bị tiêu tốn công để tăng áp suất môi chất. Quá trình nén lý tưởng nhất là quá trình đẳng nhiệt vì tiêu tốn ít công nhất. Tuy nhiên, thực tế quá trình nén gần với đa biến hơn. Giáo trình phân tích máy nén pít-tông một cấp, làm rõ các giai đoạn nạp, nén, và đẩy. Quá trình tiết lưu là quá trình giảm áp suất đột ngột không sinh công khi môi chất đi qua một chỗ hẹp (van, lỗ tiết lưu). Đặc điểm quan trọng của quá trình tiết lưu với khí lý tưởng là entanpy không đổi (i=const). Quá trình này có ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống lạnh và điều hòa không khí, một phần quan trọng trong kỹ thuật nhiệt ứng dụng cho máy móc hiện đại.

V. Ứng dụng chu trình nhiệt động vào động cơ đốt trong thực tế

Chương cuối cùng của phần 1 tập trung vào ứng dụng quan trọng nhất của nhiệt động lực học kỹ thuật: chu trình nhiệt động của động cơ nhiệt. Đây là phần kiến thức liên kết trực tiếp giữa lý thuyết và thực tiễn vận hành máy thi công nền. Một chu trình nhiệt động là một chuỗi các quá trình khép kín, trong đó môi chất sau khi thực hiện xong sẽ quay về trạng thái ban đầu. Giáo trình phân tích các chu trình lý tưởng của động cơ đốt trong, bao gồm chu trình cấp nhiệt đẳng tích (chu trình Otto, cho động cơ xăng), chu trình cấp nhiệt đẳng áp (chu trình Diesel), và chu trình cấp nhiệt hỗn hợp (chu trình Sabathe, mô tả gần đúng nhất động cơ diesel hiện đại). Việc phân tích hiệu suất nhiệt của các chu trình này giúp người học hiểu được các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả chuyển hóa năng lượng từ nhiên liệu và vật liệu bôi trơn thành công cơ học, từ đó có cơ sở để cải tiến và vận hành động cơ một cách tối ưu.

5.1. Nguyên lý làm việc động cơ diesel qua chu trình nhiệt động

Động cơ diesel trên máy thi công thường hoạt động theo chu trình cấp nhiệt hỗn hợp. Chu trình này gồm 5 quá trình: (1-2) nén đoạn nhiệt không khí; (2-2') cấp nhiệt đẳng tích (giai đoạn cháy trễ); (2'-3) cấp nhiệt đẳng áp (giai đoạn phun nhiên liệu và cháy); (3-4) giãn nở đoạn nhiệt sinh công; (4-1) nhả nhiệt đẳng tích. Hiệu suất nhiệt của chu trình này được tính bằng công thức: η = 1 - (q₂/q₁). Giáo trình chỉ ra rằng hiệu suất phụ thuộc vào tỷ số nén (ε), tỷ số tăng áp (λ), và hệ số giãn nở sớm (ρ). Tỷ số nén càng cao thì hiệu suất càng lớn, đây là lý do động cơ diesel thường có hiệu suất cao hơn động cơ xăng. Phân tích chu trình giúp làm rõ nguyên lý làm việc động cơ diesel và vai trò của từng giai đoạn trong việc tạo ra công suất.

5.2. So sánh hiệu suất các chu trình động cơ đốt trong

Giáo trình đưa ra các so sánh quan trọng về hiệu suất nhiệt giữa các chu trình. Khi có cùng tỷ số nén (ε) và cùng lượng nhiệt cấp vào (q₁), chu trình cấp nhiệt đẳng tích (Otto) có hiệu suất cao nhất, tiếp đến là chu trình hỗn hợp và cuối cùng là chu trình đẳng áp (Diesel). Tuy nhiên, trong thực tế, động cơ diesel có thể làm việc với tỷ số nén cao hơn nhiều so với động cơ xăng mà không gây kích nổ. Khi so sánh với cùng áp suất và nhiệt độ cực đại, chu trình Diesel lại cho hiệu suất cao nhất. Sự so sánh này cho thấy không có một chu trình nào là tối ưu tuyệt đối trong mọi điều kiện. Việc lựa chọn và thiết kế động cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố thực tiễn như loại nhiên liệu, yêu cầu công suất và độ bền vật liệu. Đây là kiến thức nền tảng cho việc sửa chữa máy công trình và tối ưu hóa hiệu năng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 KHAI NIEM VA CAC THONG SO CO BAN. Giới thiệu Đối tượng nghiên cứu của Kỹ thuật nhiệt gồm hai phần là Nhiệt động kỹ thuật và Truyền nhiệt. Để nghiên cứu và giải thích được các hiện tượng về nhiệt cần có các khái niệm và các thông số đặc trưng cho môi chất. Trong nội dung chương này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu khái niệm, các thông số cơ bản, cách nhận dạng và phân biệt giữa thông số và trạng thái.

Các định luật và phương trình nhiệt động cũng được dé cập đến. Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm và thông số cơ bản của quá trình nhiệt động. - Giải thích được ý nghĩa của các khái niệm và các thông số cơ bản. - Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực nhiệt kỹ thuật.

Nội dung chính: 1. CÁC KHÁI NIỆM VÀ CÁC THÔNG SÓ CƠ BẢN. Mục tiêu: - Trinh bay được các khái niệm và thông số cơ bản của quá trình nhiệt động. Trong phạm vi của chương trình môn học Kỹ thuật nhiệt, chúng ta sẽ nghiên cứu một số khái niệm cơ bản sau đây.

Nguồn nhiệt: Là những vật trao đổi nhiệt với môi chất; nguồn nhiệt có nhiệt độ cao hơn gọi là nguồn nóng, nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp hơn gọi là nguồn lạnh.2 Môi chất: là những chất mà thiết bị dùng để truyền tải và chuyển hóa nhiệt năng với các dạng năng lượng khác. Môi chất có thể là vật chất ở bất cứ pha nào, nhưng thường dùng pha hơi (khí) vì nó có khả năng co dãn rất lớn. Môi chất có thể là đơn chất hoặc hỗn hợp. Trạng thái: Là một tập hợp các thông số xác định tính chất vật lý của môi chất hay hệ ở một thời điểm nào đó.

Các đại lượng vật lý đó được gọi là thông số trạng thái. Thông số trạng thái: Là một đại lượng vật lý có một giá trị duy nhất ở một trạng thái. Thông số trạng thái là một hàm đơn trị của trạng thái. Nghĩa làđộ biến thiên của thông số trạng thái trong quá trình chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối quá trình mà không phụ thuộc vào quá trình (đường đi) đạt đến trạng thái đó.

Máy nhiệt: Là hệ thống thiết bị thực hiện sự chuyền hoá giữa nhiệt và công nói chung. Động cơ nhiệt: Là các loại máy nhiệt tiêu thụ một nhiệt lượng nào đó để sản sinh cho chúng ta một cơ năng tương ứng. VD: ô tô, xe máy, nhà máy nhiệt điện v. May lạnh: Là loại máy nhiệt sử dụng nhiệt lượng lây được để làm lạnh một vật nào đó.

VD: tủ lạnh, điều hoà nhiệt độ v. là loại máy lạnh. Bơm nhiệt: Là loại máy nhiệt sử dụng nhiệt lượng toả ra nguồn nóng để đốt nóng hoặc sấy, sưởi một vật nào đó. VD: tủ lạnh “hai chiều”: mùa hè làm việc theo chế độ máy lạnh, mùa đông làm việc theo chế độ bơm nhiệt.

Quá trình nhiệt động: Là quá trình biến đổi một chuỗi liên tiếp các trạng thái của hệ do có sự trao đổi nhiệt và công với môi trường. Nước sôi (nước bão hoà): Là nước khi bắt đầu quá trình hóa hơi hoặc kết thúc ngưng tụ; cũng là phần nước cùng tồn tại với hơi. Hơi bão hòa khô: Là hơi ở trạng thái bắt đầu ngưng tụ hoặc khi vừa hóa hơi xong, mà cũng là phần hơi khi hai pha hơi và nước (hoặc là hơi và rắn) cùng tồn tại. Hơi bão hòa ẩm: Là hỗn hợp giữa hơi bão hòa khô và nước bão hòa (nước sôi).

Nước chưa sôi: Là nước có nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ bão hòa ở cùng áp suất hoặc là nước có áp suất lớn hơn áp suất bão hòa ở cùng nhiệt độ. Hơi quá nhiệt: Là hơi có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ bão hòa ở cùng áp suất hoặc là hơi có áp suất nhỏ hơn áp suất bão hòa ở cùng nhiệt độ. i, Cong: Là đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa môi chất với môi trường khi có chuyển động vĩ mô. Khi thực hiện một quá trình, nếu có sự thayđổi áp suất, thay đổi thể tích hoặc dich chuyển trọng tâm khối môi chất thì một phần năng lượng nhiệt sẽ được chuyền hoá thành cơ năng.

Lượng chuyền biến đó chính là công của quá trình. Ký hiệu là: 7 nếu tính cho 1 kg, đơn vị đo là J/kg. L nếu tính cho G kg, đơn vị đo là J. Quiước: Nếu/> 0 ta nói vật sinh công.

Nếu ƒ < 0 ta nói vật nhận công. Công không thể chứa trong một vật bat kỳ nào, mà nó chỉ xuất hiện khi có quá trình thay đổi trạng thái kèm theo chuyền động của vật. Về mặt cơ học, công có trị số bằng tích giữa lực tác dụng với độ đời theo hướng của lực. Trong nhiệt kỹ thuật thường gặp các loại công sau: công thay đôi thể tích; công lưu động (công thay đổi vị trí); công kỹ thuật (công thay đổi áp suất) và công ngoài.

7 8 Trong nhiệt động kỹ thuật tồn tại các loại công sau: công thay đổi thể tích / (J/kg), công lưu động (thay đổi vị trí) công kỹ thuật /„ (J/kg) và công ngoài ï„ (J/kg). * Công thay đồi thể tích I(J/kg): là công do thể tích của hệ thay đổi mà có. Công này có cả trong hệ kín và hệ hở. Khi môi chất giãn nở, vạ> vị hệ sinh một công, theo quy ước, đây là công dương.

Ngược lại, khi môi chất bị nén, v;< vị thì hệ nhận từ môi trường một công, theo quy ước, công này là công âm. Côngthay đổi thê tích là một hàm của quá trình. Với Ikg môi chất, khi tiến hành một quá trình ở áp suất p, thể tích thay đổi một lượng dv, thì môi chất thực hiện một công thay đổi thể tích là: dl = p.dv (1-1) Khi tiến hành quá trình, thể tích thay đổi từ vị đến v; thì công thay đổi thé tích được tính là: l= ƒ (1-2) Từ công thức (1-1) ta thấy dl và dv cùng dấu. Khi dv > 0 thì d/> 0, nghĩa làkhi xây ra quá trình mà thể tích tăng thì công có giá trị dương, ta nói môi chất sinh công (công do môi chất thực hiện).

Khi dv < 0 thì d/< 0, nghĩa là khi xây ra quá trình mà thể tích giảm thì công có giá trị âm, ta nói môi chất nhận công (công do môi trương thực hiện). Công thay đổi thể tích không phải là thông số trạng thái, được biêu diễn trên đồ thị p-v. *Công kỹ thuật l„(1/kg): là công của dòng môi chất chuyển động thực hiện khi áp suất thay đổi. Do đó, công kỹ thuật chỉ có trong hệ hở.

Môi chất sinh ra công này thông qua một thiết bị như tua- bin hay máy nén nên gọi là công kỹ thuật. Từ định nghĩa có thể thấy, khi dòng môi chất có áp suất giảm, công kỹ thuật sẽ lấy giá trị dương và ngược lại, nếu áp suất tăng công kỹ thuật sẽ âm. Công kỹ thuật cũng là một hàm của quá trình. dĩa = -vdp (1-3) Nếu quá trình được tiến hành từ áp suất p; đến áp suất p; thì công kỹ thuật được tính là: lạ=- J (1-4) Từ công thức (1-4) ta thay di, va dp ngược dấu nên khi dp < 0 thì d/„> 0,nghĩa là áp suất p giảm thì công kỹ thuật dương, ta nói môi chất sinh công và ngược lại.

*Công ngoài I„ (I/kg) còn gọi là ngoại công: là công trao đổi giữa hệ và môi trường trong quá trình nhiệt động. Đây chính là công hữu ích chúng ta nhận được hoặc công chúng ta tiêu tốn cho hệ. Để có công trao đổi với môi trường hệ phải thay đổi thẻ tích, hoặc thay đổi năng lượng đầy, hoặc thay đổi động năng, hoặc thay đổi cả ba dạng năng lượng đó: di, = dl - día - d( )- gdh (1-5) Vi trong hệ kin, trong tâm khối khí không dịch chuyển do đó không có lực đây, không có ngoại động năng nên công ngoài trong hệ kín bằng chính công thay đổi thể 8 9 tích. Nói cách khác, chỉ có thể nhận được công trong hệ kín khi cho môi chất giản nở hay: dl, = dl = pdv (1-6) Đối với hệ hở, môi chất cần tiêu hao công để thay đổi vị trí gọi là công lưu động hay lực đầy (dĩ, = d(pv)), khi đó công ngoài bằng: dl, = dl - d(pv) - d( )- gdh (1-7a) hay có thể viết: đỉ; = đi - pdv -vdp - d(_)- gdh = di, - d( )- gdh (1-7b) Trong thực tế, lượng biến đổi động năng và thế năng ngoài là rất nhỏ so với công kỹ thuật do đó có thể bỏ qua, từ (1-7b) ta có: dĩ, = ly (1-8) Từ (1-8) ta thấy công kỹ thuật tính gần đúng là công có ích nhận được từ dong môi chất (hệ hở) thông qua một thiết bị kỹ thuật (tua- bin): Đối với một quá trình thì: dl, = dh # dl (1-8a) Đối với một chu trình, vì da = 0 nên: dl, = dhe = dl (1-8b) 1.

CAC THONG SO CO BAN. Muc tiéu: - Trinh bay duge khai niém cac thong số cơ bản của quá trình nhiệt động. - Giải thích được ý nghĩa của các thông số cơ bản. Thể tích riêng v (m”/kg): Thẻ tích riêng v là thể tích của Ikg môi chất.

Do đó, nếu gọi V (m”) là thể tích của G (kg) môi chất thì thể tích riêng v được xác định bởi tỷ số: (1-9) Đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng gọi là khối lượng riêng: p= (1-10) 1. Áp suất p(N/m?): Là áp lực của các phần tử môi chất tác dụng tác dụng lên một đơn vị diện tích thành bình theo phương pháp tuyến. Nhiệt độ T (K): Theo thuyết động học phân tử nhiệt độ là thông số xác định động năng của các phần tử, hay nói đơn giản nhiệt độ là thông số trạng thái xác định mức độ nóng hay lạnh của vật. Nhiệt độ được đo bằng nhiệt độ tuyệt đối hay nhiệt độ Kelvin, kí hiệu là T (K) hoặc nhiệt độ Celcius hay nhiệt độ bách phân, kí hiệu là °C.

Quan hệ giữa nhiệt độ Kelvin và nhiệt độ Celcius: ÚC = T() - 273 (1-11) 1. Entropy s (J/kg): Entropy là một thông số trạng thái được phát hiện nhờ toán học. 9 10 Khi nghiên cứu chu trình nhiệt động Clausius thấy rằng, nếu gọi dq (J/kg) 1a mật độ dòng nhiệt vô cùng nhỏ tham gia trong quá trình có nhiệt độ tuyệt đối T (K) nào đó thì tích phân vòng của tỷ số đq/T cũng bằng không: $ (1-12) Clausius cho rằng £Ú số đ4/T đóng vai trò là một thông số trạng thái. Ông gọi đó là entropy và kí hiệu là s (J/kgK).