Giáo Trình Nhiệt Kỹ Thuật Nghề Vận Hành Nhà Máy Nhiệt Điện

Giáo trình nhiệt kỹ thuật cho nghề vận hành nhà máy nhiệt điện tại trường cao đẳng dầu khí, cung cấp kiến thức chuyên sâu và thực tiễn.

• Tác giả: Ths. Phạm Thị Nụ
• Trường học: Trường Cao Đẳng Dầu Khí
• Chuyên ngành: Nhiệt Kỹ Thuật
• Đề tài: Giáo Trình Nhiệt Kỹ Thuật Vận Hành Nhà Máy Nhiệt Điện
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bà Rịa-Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ
• 1.1. Thông số trạng thái
• 1.2. Đối tượng nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật
• 1.3. Hệ nhiệt động
• 1.4. Tính chất của thông số trạng thái
• 1.5. Quá trình nhiệt động
• 1.6. Các loại quá trình nhiệt động
• 1.7. Phương trình trạng thái của vật chất ở thể khí
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH NHIỆT VÀ CÔNG
• 2.1. Các phương pháp tính nhiệt lượng và công
• 2.1.1. Nhiệt dung riêng
• 2.1.2. Các phương pháp tính công
• 2.2. Định luật nhiệt động thứ I
• 2.2.1. Phát biểu định luật I
• 2.2.2. Các dạng biểu thức của định luật nhiệt động I
• 2.2.3. Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng
• 2.2.4. Các quá trình có một thông số bất biến
• 2.3. Bài tập chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ II
• 3.1. Định luật nhiệt động thứ II và các loại chu trình nhiệt động
• 3.2. Chu trình Carno thuận nghịch
• 3.2.1. Chu trình Carno thuận nghịch thuận chiều
• 3.2.2. Chu trình Carno thuận nghịch ngược chiều
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Nhiệt Kỹ Thuật Vận Hành Nhà Máy Nhiệt Điện

Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật Vận Hành Nhà Máy Nhiệt Điện là tài liệu quan trọng cho sinh viên ngành kỹ thuật. Tài liệu này cung cấp kiến thức cơ bản về các thông số trạng thái và phương trình trạng thái của vật chất ở thể khí. Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên nhiều tài liệu tham khảo và có mối liên hệ chặt chẽ với các môn học khác trong chương trình đào tạo.

1.1. Mục tiêu và nội dung chính của giáo trình

Giáo trình nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức về nhiệt động học, các phương pháp tính nhiệt và công, cũng như các định luật nhiệt động cơ bản. Nội dung được chia thành ba chương chính, mỗi chương tập trung vào một khía cạnh khác nhau của nhiệt kỹ thuật.

1.2. Đối tượng và phạm vi áp dụng của giáo trình

Giáo trình này được áp dụng cho sinh viên các ngành Vận hành thiết bị khai thác dầu khí, Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, và Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí. Đây là tài liệu bắt buộc trong chương trình đào tạo cao đẳng nghề.

II. Những thách thức trong Vận Hành Nhà Máy Nhiệt Điện

Vận hành nhà máy nhiệt điện đối mặt với nhiều thách thức, từ việc đảm bảo an toàn đến tối ưu hóa hiệu suất. Các vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất mà còn đến môi trường và an toàn lao động.

2.1. An toàn trong vận hành nhà máy nhiệt điện

An toàn là yếu tố hàng đầu trong vận hành nhà máy nhiệt điện. Các quy định và tiêu chuẩn an toàn cần được tuân thủ nghiêm ngặt để bảo vệ sức khỏe của công nhân và môi trường.

2.2. Tối ưu hóa hiệu suất nhà máy nhiệt điện

Tối ưu hóa hiệu suất là một trong những thách thức lớn nhất. Việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến quy trình vận hành có thể giúp giảm thiểu lãng phí năng lượng và tăng cường hiệu quả sản xuất.

III. Phương pháp và Giải pháp trong Nhiệt Kỹ Thuật

Các phương pháp và giải pháp trong nhiệt kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả vận hành nhà máy nhiệt điện. Những phương pháp này bao gồm việc áp dụng các định luật nhiệt động học và các công nghệ tiên tiến.

3.1. Định luật nhiệt động học và ứng dụng

Định luật nhiệt động học cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc tính toán và phân tích các quá trình nhiệt động trong nhà máy. Việc hiểu rõ các định luật này giúp kỹ sư thiết kế và vận hành hệ thống hiệu quả hơn.

3.2. Công nghệ mới trong vận hành nhà máy nhiệt điện

Công nghệ mới như tự động hóa và điều khiển từ xa đang được áp dụng rộng rãi trong vận hành nhà máy nhiệt điện. Những công nghệ này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Nhiệt Kỹ Thuật trong Nhà Máy Nhiệt Điện

Nhiệt kỹ thuật không chỉ là lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong vận hành nhà máy nhiệt điện. Những ứng dụng này giúp cải thiện hiệu suất và an toàn trong quá trình sản xuất điện.

4.1. Các ứng dụng trong thiết kế hệ thống

Việc áp dụng các nguyên lý nhiệt động học trong thiết kế hệ thống giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu chi phí vận hành. Các kỹ sư cần nắm vững các khái niệm này để thiết kế hệ thống hiệu quả.

4.2. Kết quả nghiên cứu và thực tiễn

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp nhiệt kỹ thuật có thể giúp giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và tăng cường hiệu suất của nhà máy. Những kết quả này cần được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn.

V. Kết luận và Tương lai của Nhiệt Kỹ Thuật Vận Hành Nhà Máy Nhiệt Điện

Nhiệt kỹ thuật là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp điện lực. Tương lai của lĩnh vực này phụ thuộc vào việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến quy trình vận hành để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về năng lượng.

5.1. Xu hướng phát triển trong ngành nhiệt điện

Ngành nhiệt điện đang chuyển mình với sự phát triển của công nghệ xanh và bền vững. Các nghiên cứu và ứng dụng mới sẽ giúp giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Tầm quan trọng của giáo trình trong đào tạo

Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật Vận Hành Nhà Máy Nhiệt Điện đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành công nghiệp điện lực. Việc cập nhật và cải tiến giáo trình là cần thiết để đáp ứng nhu cầu thực tiễn.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Nhiệt kỹ thuật (Mã môn học: PETR612002) là tài liệu giảng dạy thuộc khối các môn học cơ sở trong chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp chuyên nghiệp tại Trường Cao đẳng Dầu khí (PVMTC), được ban hành chính thức theo Quyết định số 213/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022. Môn học có thời lượng 2 tín chỉ (tổng cộng 45 giờ đào tạo, bao gồm 14 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành, thảo luận, bài tập và 2 giờ kiểm tra). Trong sơ đồ cấu trúc đào tạo ngành Vận hành nhà máy nhiệt điện và các nhóm nghề kỹ thuật dầu khí, môn học này được bố trí giảng dạy trước các mô-đun chuyên môn nhằm trang bị nền tảng cơ sở nhiệt động học kỹ thuật.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình được xác định cụ thể qua ba chuẩn đầu ra:

• Về kiến thức (A1): Trình bày hệ thống thông số trạng thái, phương trình trạng thái của chất khí; định nghĩa công, nhiệt lượng và các phương pháp tính toán; nội dung, ý nghĩa và biểu thức giải tích của Định luật nhiệt động thứ nhất và Định luật nhiệt động thứ hai.
• Về kỹ năng (B1): Phân tích các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng, chu trình nhiệt động tổng quát, chu trình Carnot thuận nghịch (thuận chiều và ngược chiều); thiết lập và giải toán nhiệt động kỹ thuật cho hệ thống kín và hệ thống dòng chảy hở.
• Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Hình thành phương pháp làm việc khoa học, tính cẩn trọng, kỷ luật và khả năng hợp tác trong làm việc nhóm.

Về cấu trúc và cách tiếp cận, giáo trình gồm 3 chương logic: Chương 1 thiết lập các thông số trạng thái và phương trình trạng thái khí; Chương 2 phát triển phương pháp tính nhiệt, công và Định luật I; Chương 3 phân tích Định luật II cùng các chu trình nhiệt động. Giáo trình tiếp cận dựa trên nền tảng nhiệt học vật lý phổ thông, giảm tải phần chứng minh lý luận trừu tượng, tập trung trực tiếp vào các mô hình tính toán ứng dụng kỹ thuật phục vụ vận hành thiết bị nhiệt - cơ năng.

Điểm đặc thù của giáo trình là sự định hướng ứng dụng kỹ thuật thực tế với tỷ lệ thời lượng dành cho thực hành, thảo luận và bài tập chiếm 64,4% (29/45 giờ), gắn kết trực tiếp với các hệ thống công nghiệp như lò hơi, tua-bin hơi, máy nén khí và thiết bị lạnh.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc giáo trình bao gồm 3 chương trọng tâm với trình tự phát triển logic chặt chẽ:

[Chương 1: Khái niệm & PTTT Khí]
[Chương 2: Định luật I, Tính Nhiệt & Công]
[Chương 3: Định luật II & Chu trình Nhiệt động]

• Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và phương trình trạng thái của vật chất ở thể khí (18 giờ: 6 LT, 11 TH/BT, 1 KT):

  • Giới thiệu đối tượng nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật; định nghĩa hệ nhiệt động (hệ kín, hệ hở, hệ đoạn nhiệt, hệ cô lập), môi trường và bề mặt ranh giới; phân loại nguồn nóng, nguồn lạnh.
  • Phân tích chất môi giới và mô hình khí lý tưởng; xác định các thông số trạng thái cơ bản: nhiệt độ $T$ (thang đo Celsius, Kelvin, Rankine, Fahrenheit), áp suất $p$ (áp suất tuyệt đối $p$, áp suất khí quyển $p_0$, áp suất dư $p_d$, áp suất chân không $p_{ck}$), thể tích riêng $\nu$, khối lượng riêng $\rho$, nội năng $U$, entanpi $I$ ($i = u + p\nu$), entropi $S$.
  • Trình bày các quá trình biến đổi pha: nóng chảy - đông đặc, hóa hơi - ngưng tụ (bay hơi và sôi), thăng hoa - ngưng kết.
  • Thiết lập phương trình trạng thái khí lý tưởng: $p\nu = RT$ (cho 1 kg), $pV = GRT$ (cho $G$ kg) và $pV_\mu = R_\mu T$ (cho 1 kmol với hằng số khí phổ biến $R_\mu = 8314\text{ J/kmol.K}$, thể tích tiêu chuẩn $V_\mu = 22,4\text{ m}^3\text{tc/kmol}$).

• Chương 2: Định luật nhiệt động thứ I. Các phương pháp tính nhiệt và công (14 giờ: 3 LT, 11 TH/BT):

  • Phương pháp tính nhiệt lượng: tính theo biến thiên entropi ($q = \int Tds$), tính theo biến thiên nhiệt độ ($dq = cdt$). Phân loại nhiệt dung riêng theo đơn vị lượng chất ($c, c', \mu c$) và theo quá trình ($c_v, c_p$); công thức Mayer $c_p - c_v = R$; chỉ số đoạn nhiệt $k = c_p/c_v$.
  • Phương pháp tính công: công thay đổi thể tích hệ kín ($dw_{tt} = pd\nu$), công kỹ thuật hệ hở ($dw_{kt} = -\nu dp$).
  • Biểu thức Định luật I: cho hệ kín ($dq = du + pd\nu = di - \nu dp$), cho hệ hở ($dq = di + d\omega^2/2$) kết hợp phương trình bảo toàn khối lượng ($G_{vào} = G_{ra}$).
  • Khảo sát chi tiết 4 quá trình cơ bản của khí lý tưởng: đẳng tích ($\nu = \text{const}$), đẳng áp ($p = \text{const}$), đẳng nhiệt ($T = \text{const}$), đoạn nhiệt ($pv^k = \text{const}$) và quá trình đa biến tổng quát ($pv^n = \text{const}$).

• Chương 3: Định luật nhiệt động thứ II (13 giờ: 4 LT, 8 TH/BT, 1 KT LT, 1 KT TH):

  • Phát biểu và ý nghĩa định luật nhiệt động thứ hai về chiều truyền nhiệt và giới hạn biến đổi nhiệt thành công.
  • Phân tích chu trình thuận chiều (động cơ nhiệt sinh công, hiệu suất nhiệt $\eta = 1 - |q_2|/q_1$) và chu trình ngược chiều (máy làm lạnh với hệ số làm lạnh $\varepsilon = q_2/|w|$, bơm nhiệt với hệ số làm nóng $\varphi = |q_1|/|w|$).
  • Khảo sát chu trình Carnot thuận nghịch thuận chiều và ngược chiều gồm hai quá trình đẳng nhiệt và hai quá trình đoạn nhiệt xen kẽ; phương pháp biểu diễn chu trình trên đồ thị công $p-V$ và đồ thị nhiệt $T-s$.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng hệ thống kiến thức dựa trên ba trụ cột lý thuyết nhiệt động lực học:

1. Nguyên lý bảo toàn và chuyển hóa năng lượng (Định luật I): Cân bằng giữa nhiệt năng cấp vào, độ biến thiên nội năng/entanpi và công sinh ra/tiêu hao trong hệ kín và dòng chuyển động trong hệ hở.
2. Nguyên lý định hướng quá trình và giới hạn nhiệt động (Định luật II): Điều kiện cân bằng nhiệt động, tính chất không thuận nghịch của các quá trình thực tế và chuẩn đánh giá chu trình lý tưởng Carnot.
3. Mô hình trạng thái khí lý tưởng và hỗn hợp khí: Mối liên hệ hàm số trạng thái $f(p, \nu, T) = 0$, hằng số chất khí $R = 8314/\mu$, bảng quy chuẩn chỉ số đoạn nhiệt $k$ và nhiệt dung riêng của khí 1 nguyên tử, 2 nguyên tử và nhiều nguyên tử.

Loại khí	Chỉ số đoạn nhiệt $k$	$\mu c_v\text{ (kJ/kmol.K)}$	$\mu c_p\text{ (kJ/kmol.K)}$
Khí 1 nguyên tử (He, Ar,...)	1,6	12,6	20,9
Khí 2 nguyên tử (Không khí, CO, $\text{O}_2$,...)	1,4	20,9	29,3
Khí nhiều nguyên tử ($\text{CO}_2$, $\text{CH}_4$,...)	1,3	29,3	37,4

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật: Đọc và biểu diễn trạng thái, đường biểu diễn quá trình và chu trình nhiệt động trên hệ trục tọa độ $p-V$ (đồ thị công) và $T-s$ (đồ thị nhiệt); tính toán quy đổi áp suất giữa các đơn vị ($\text{Pa}, \text{bar}, \text{at}, \text{mmHg}, \text{mmH}_2\text{O}$); xác định thông số hỗn hợp khí theo thành phần khối lượng và thành phần thể tích.
• Kỹ năng phân tích: Tính toán cân bằng nhiệt lượng, công cơ học, công kỹ thuật, lượng biến đổi nội năng ($\Delta u$), entanpi ($\Delta i$), entropi ($\Delta s$) trong các quá trình đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt, đoạn nhiệt, đa biến; phân tích hiệu suất nhiệt $\eta$, hệ số làm lạnh $\varepsilon$, hệ số làm nóng $\varphi$.
• Năng lực giải quyết vấn đề kỹ thuật: Vận dụng công thức nhiệt động giải quyết các bài toán kỹ thuật thực tế: biến đổi thông số áp suất trong lò hơi, áp suất chân không bình ngưng tua-bin, quá trình nén khí trong máy nén, quá trình cháy giãn nở trong buồng đốt tuabin khí và chu trình lạnh Freon qua van tiết lưu.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định cụ thể phương pháp tổ chức giảng dạy và học tập theo định hướng tích cực hóa người học:

• Phương pháp giảng dạy của giảng viên:
  • Kết hợp thuyết trình ngắn, diễn giảng các nguyên lý cơ bản với phương pháp dạy học nêu vấn đề.
  • Hướng dẫn đọc tài liệu chuyên ngành, tổ chức giải quyết bài tập tình huống kỹ thuật và câu hỏi thảo luận trên lớp.
  • Hướng dẫn tự học theo nhóm: phân chia nhóm học tập, giao chủ đề nghiên cứu, định hướng cấu trúc nội dung và giám sát bài báo cáo chuyên đề của nhóm.
• Phương pháp học tập của học viên:
  • Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp theo danh mục thư viện/website được cung cấp.
  • Học tập kết hợp cá nhân và thảo luận nhóm nhỏ (quy mô 8–10 học viên/nhóm): phân công nhóm trưởng điều phối, từng thành viên chịu trách nhiệm nội dung cụ thể trong chủ đề được giao, tổng hợp viết báo cáo nhóm.
  • Tham gia đầy đủ tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết trên lớp (học viên vắng $>30%$ số tiết lý thuyết bắt buộc phải học lại).
• Phương pháp đánh giá kết quả học tập: Thực hiện theo Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH) với cơ cấu điểm:
  • Điểm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (Trọng số 40%):
    • Kiểm tra định kỳ lần 1 (sau 10 giờ học): hình thức viết/thuyết trình/tự luận/trắc nghiệm/báo cáo, đánh giá chuẩn đầu ra A1, B2, C1, C2.
    • Kiểm tra thường xuyên (sau 21 giờ học): tự luận/trắc nghiệm/báo cáo, đánh giá chuẩn đầu ra A2, B2, C1, C2.
    • Kiểm tra định kỳ lần 2 (sau 30 giờ học): tự luận/trắc nghiệm/báo cáo, đánh giá chuẩn đầu ra A3, B1, B2, C1, C2.
  • Điểm thi kết thúc môn học (Trọng số 60%): Thi viết trắc nghiệm sau 30-45 giờ, bao quát toàn diện các chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, C1, C2.
  • Thang điểm đánh giá: Chấm theo thang điểm 10 (làm tròn 1 chữ số thập phân), quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy định đào tạo tín chỉ.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Cơ sở biên soạn học thuật chuẩn mực: Giáo trình do Ths. Phạm Thị Nụ (Chủ biên) cùng các tác giả Nguyễn Thị Thùy, Trần Thu Hằng, Phạm Công Quang biên soạn (ban hành tháng 3/2022). Nội dung giáo trình được đối chiếu, tổng hợp từ các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn trong nước:
  1. Cơ sở kỹ thuật nhiệt – PGS.TS Phạm Lê Dần, GS.TSKH Đặng Quốc Phú (NXB Khoa học và Kỹ thuật).
  2. Nhiệt kỹ thuật – TS Bùi Hải, PGS.TS Trần Thế Sơn (NXB Khoa học và Kỹ thuật).
  3. Nhiệt kỹ thuật – Phạm Hữu Tân, PGS. Trần Hồng Hà hiệu đính (NXB Hàng Hải).
• Tập trung hóa mô hình kỹ thuật ứng dụng: Tinh giản các phần suy diễn thuần lý thuyết cơ học thống kê, chuyển dịch trọng tâm vào phương pháp tính nhiệt, công, hiệu suất các chu trình nhiệt động của thiết bị năng lượng.
• Tích hợp bối cảnh công nghệ Dầu khí và Nhiệt điện: Hệ thống câu hỏi thảo luận (29 bài tập Chương 1, 15 bài tập Chương 2) và ví dụ phân tích gắn liền với các thiết bị công nghiệp:
  • Tính toán quá trình cháy và làm lạnh khí khói trong buồng lửa lò hơi (từ $1200^\circ\text{C}$ xuống $250^\circ\text{C}$).
  • Xác định áp suất tuyệt đối trong bình ngưng tua-bin hơi thông qua chỉ số chân không kế ($705\text{ mmHg}$) và khí áp kế ($747\text{ mmHg}$).
  • Chu trình làm việc của máy nén khí, giãn nở khí cháy qua ống tăng tốc làm quay cánh tuabin khí.
  • Chu trình nhiệt động của hệ thống lạnh sử dụng môi chất Freon qua thiết bị bốc hơi, máy nén, thiết bị ngưng tụ và van tiết lưu.
• Cấu trúc thời lượng tối ưu cho rèn luyện kỹ năng giải toán: Dành 29/45 giờ cho bài tập và thảo luận, tạo điều kiện củng cố khả năng tính toán thông số trạng thái trước khi học viên bước vào các mô-đun chuyên ngành sâu.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên và học viên mục tiêu:
  • Giáo trình là tài liệu bắt buộc đối với học viên hệ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề thuộc các chuyên ngành kỹ thuật:
    1. Vận hành nhà máy nhiệt điện.
    2. Vận hành thiết bị khai thác dầu khí.
    3. Vận hành thiết bị chế biến dầu khí.
    4. Sửa chữa thiết bị khai thác dầu khí.
    5. Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí.
• Kiến thức tiên quyết (Prerequisites):
  • Học viên cần nắm vững kiến thức phần Nhiệt học trong môn Vật lý bậc Trung học phổ thông (khái niệm nhiệt độ, áp suất, định luật chất khí cơ bản, phương trình Clapeyron - Mendeleev).
  • Về vị trí trong chương trình: Thuộc nhóm môn học cơ sở (Mục II.1), bố trí học trước các môn học/mô-đun chuyên môn (Mục II.2) gồm: Tổng quan về nhà máy nhiệt điện (ELEO52056), Lò hơi và hệ thống thiết bị phụ (ELEO54031), Tua-bin hơi và hệ thống thiết bị phụ (ELEO54059), Vận hành lò hơi (ELEO55160, ELEO63161) và Vận hành Tua-bin hơi (ELEO55162, ELEO63163).
• Giảng viên và cán bộ kỹ thuật:
  • Giảng viên sử dụng giáo trình làm đề cương giảng dạy chuẩn hóa, xây dựng ngân hàng câu hỏi kiểm tra đánh giá định kỳ và kết thúc môn học.
  • Cán bộ kỹ thuật và kỹ thuật viên vận hành tại các nhà máy điện, cơ sở chế biến khí có thể dùng tài liệu để tra cứu công thức tính toán nhiệt - công và thông số nhiệt động của khí lý tưởng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho học viên, sinh viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp chuyên ngành Vận hành nhà máy nhiệt điện, Vận hành và Sửa chữa thiết bị khai thác/chế biến dầu khí. Tài liệu cũng phù hợp cho kỹ thuật viên cơ điện, nhiệt lạnh muốn củng cố kiến thức nhiệt động học kỹ thuật cơ sở.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học môn này?

Người học cần hoàn thành khối kiến thức Vật lý phổ thông (phần nhiệt học, cơ học) và toán học cơ bản (các phép tính đại số, đạo hàm vi phân, tích phân xác định). Không bắt buộc phải có kiến thức chuyên môn kỹ thuật trước đó vì môn học thuộc khối cơ sở ngành.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các giáo trình đại học đại cương là gì?

Khác với các giáo trình đại học thiên về chứng minh toán lý phức tạp, giáo trình này thiết kế cấu trúc tinh gọn 45 giờ theo chuẩn đào tạo nghề, tập trung trực diện vào ứng dụng công nghệ: phân tích chu trình máy nhiệt, tính toán thiết bị nhiệt điện (lò hơi, tua-bin, bình ngưng), thiết bị dầu khí và hệ thống lạnh nén hơi.

4. Làm sao để tự học và nắm vững nội dung giáo trình hiệu quả?

Học viên cần:

1. Đọc trước lý thuyết từng chương và tra cứu các thuật ngữ thông số trạng thái ($p, T, \nu, u, i, s$).
2. Rèn luyện kỹ năng vẽ và biểu diễn quá trình trên hai đồ thị cơ bản ($p-V$ và $T-s$).
3. Thực hiện giải tuần tự 29 bài tập tình huống ở Chương 1 và 15 bài tập ở Chương 2.
4. Tham gia thảo luận nhóm tích cực theo cấu trúc 8-10 người để hoàn thành báo cáo chuyên đề.

5. Có những tài liệu bổ trợ nào đi kèm giáo trình?

Giáo trình chỉ định các tài liệu tham khảo đồng môn: Cơ sở kỹ thuật nhiệt (PGS.TS Phạm Lê Dần, GS.TSKH Đặng Quốc Phú), Nhiệt kỹ thuật (TS Bùi Hải, PGS.TS Trần Thế Sơn) và Nhiệt kỹ thuật (Phạm Hữu Tân, PGS. Trần Hồng Hà hiệu đính), kết hợp hệ thống máy chiếu, giáo án điện tử và các mô hình học tập kỹ thuật tại Trường Cao đẳng Dầu khí.

---

Kết luận

Giáo trình Nhiệt kỹ thuật (PETR612002) cung cấp hệ thống kiến thức nền tảng về phương trình trạng thái khí lý tưởng, hai định luật nhiệt động lực học và các phương pháp tính toán nhiệt lượng, công cơ học, công kỹ thuật. Với dung lượng 3 chương, phân bổ thời lượng lý thuyết kết hợp thực hành bài tập cân đối, tài liệu tạo cơ sở lý thuyết cho học viên ngành Vận hành nhà máy nhiệt điện và Kỹ thuật dầu khí.

Lộ trình học tập khuyến nghị bắt đầu từ việc nắm vững hệ thông số trạng thái ở Chương 1, thực hành tính toán Định luật I cho các quá trình cơ bản ở Chương 2, trước khi tiến tới phân tích chu trình Carnot và máy nhiệt ở Chương 3. Để đạt hiệu quả học tập, học viên nên kết hợp nghiên cứu giáo trình cùng các tài liệu tham khảo chuyên ngành do Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật phát hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí Trang 19 - Thăng hoa: là quá trình chuyển từ pha rắn sang pha hơi và ngược lại quá trình chuyển từ pha hơi sang pha rắn gọi là quá trình ngưng kết. Môi chất nhận nhiệt khi thăng hoa và thải nhiệt khi ngưng kết. Trong 1 chu trình luôn luôn có quá trình nhận nhiệt từ nguồn này, nhả nhiệt cho nguồn kia và kèm theo quá trình nhận hoặc sinh công. Do đó, trong 1 chu trình nhiệt động ít nhất phải có: 1 nguồn nóng, 1 nguồn lạnh và chất môi giới.

Các loại quá trình nhiệt động Trong nhiệt động lực học, không những chúng ta chỉ xét quá trình nói chung mà ta cần chú ý đến cả chiều diễn biến của quá trình. Vì thế dưới đây ta sẽ xét khái niệm quá trình thuận nghịch và quá trình không thuận nghịch. Quá trình thuận nghịch là quá trình diễn biến theo cả hai chiều, trong đó nếu lúc đầu quá trình diễn ra theo một chiều nào đó (chiều thuận) rồi sau lại diễn ra theo chiều ngược lại để trở về trạng thái ban đầu thì hệ đi qua mọi trạng thái giống như lúc hệ diễn biến theo chiều thuận và khi hệ đã trở về trạng thái ban đầu thì không gây ra một biến đổi gì cho ngoại vi. Mọi quá trình thuận nghịch đều là quá trình chuẩn cân bằng.

Ta có thể biểu diễn quá trình thuận nghịch trên đồ thị bằng một đường cong liền nét như đối với quá trình chuẩn cân bằng. Mọi quá trình thực do diễn biến nhanh hoặc vì bao giờ cũng có sự tỏa nhiệt do ma sát nên chúng đều không phải là quá trình thuận nghịch. Trong trường hợp này khi hệ trở lại trạng thái ban đầu thì quá trình đã gây ra một sự biến đổi cho ngoại vi và quá trình bao gồm một dãy các trạng thái không cân bằng. Những quá trình này gọi là quá trình không thuận nghịch.

Nếu chúng xảy ra càng chậm và càng ít ma sát thì chúng càng gần đúng với quá trình thuận nghịch và các qúa trình đó đều là những quá trình đã được lý tưởng hóa. Nhiệt động lực học nghiên cứu sự biến đổi năng lượng trong quá trình chuẩn cân bằng tức là những quá trình thuận nghịch. Những quá trình này được gọi chung là quá trình nhiệt động lực học. Quá trình không thuận nghịch nếu như hệ thống và môi trường không duy trì được trạng thái ban đầu của nó sau khi quá trình diễn ra.

Tất cả các quá trình diễn ra trong thực tế đều là quá trình không thuận nghịch vì các trạng thái trung gian không thể thỏa mãn điều kiện cân bằng như đã nói. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ Phương trình trạng thái của khí lý tưởng: Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí Trang 20 ➢ Đối với khối khí có khối lượng 1kg, ta có: pν = RT ➢ Đối với khối khí có khối lượng là G kg, thể tích V (m3) thì ta có: Gpν = GRT Hay pV = GRT ➢ Đối với 1kmol (µkg) khí lý tưởng, ta có: pVµ = Rµ.T Trong đó: - ν: thể tích riêng, m3/kg R 8314 - R: Hằng số chất khí (R= = , J/kg.K)   - µ: phân tử lượng của môi chất, µkg gọi là 1kilomol - Rµ: hằng số phổ biến của môi chất, tất cả khí lý tưởng đều có Rµ=8314 J/kmol.K) - T: nhiệt độ tuyệt đối, K - p: áp suất tuyệt đối, N/m2 - V: thể tích của môi chất ; m3 - Vµ: thể tích của 1 kilomol môi chất, thay đổi theo trạng thái, ở điều kiện tiêu chuẩn (p=760mmHg và t=0oC), tất cả khí lý tưởng đều có thể tích bằng 22,4m3, nghĩa là: Vµ=22,4m3tc/kmol Chú ý: Các phương trình trên viết cho khí lý tưởng ở trạng thái cân bằng, với khí thực hoặc trạng thái không cân bằng sẽ có sai số, tùy theo yêu cầu về độ chính xác của bài tính mà xét cho phép sử dụng hay không ❖ TÓM TẮT CHƯƠNG 1 Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu: - Thông số trạng thái: nhiệt độ, áp suất, thể tích riêng, khối lượng riêng, các quá trình nhiệt động, hằng số khí lý tưởng. - Phương trình trạng thái của khí lý tưởng: ❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG 1 Câu 1. Em hãy trình bày đối tượng nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật? Câu 2.

Có những hệ nhiệt động nào? Hãy trình bày từng hệ nhiệt động. Trình bày các tính chất của các thông số trạng thái? Câu 4. Mô tả các quá trình nhiệt động? Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí Trang 21 Viết phương trình trạng thái của vật chất ở thể khí? Giải thích các thông số. Tác nhân làm lạnh Freon sau khi đi qua van tiết lưu số 1 sẽ giãn nở, giảm nhiệt độ rồi đi đến thiết bị bốc hơi số 2.

Ở đây, nó sẽ nhận nhiệt từ nguồn lạnh và hóa thành hơi, sau đó tiếp tục đi qua máy nén số 3, ở đây máy nén sẽ nhận công từ bên ngoài để nén chất môi giới đến 1 áp suất và nhiệt độ nào đó. Ở thiết bị ngưng tụ số 4, chất môi giới sẽ nhả nhiệt cho nguồn nóng và ngưng tụ. Sau đó tiếp tục đi vào van tiết lưu để thực hiện chu trình mới. Chất môi giới của hệ nhiệt động? b.

Nguồn nhiệt sử dụng trong hệ nhiệt động? c. Loại hệ nhiệt động? d. Loại máy nhiệt? Câu 6. Máy nén 1 cung cấp không khí cho buồng đốt 2, nhiên liệu lỏng nhờ bơm dầu bơm qua vòi phun vào buồng đốt.

Quá trình cháy trong buồng đốt 2 là quá trình đẳng áp. Sản phẩm cháy từ buồng đốt được giãn nở đoạn nhiệt qua ống tăng tốc rồi đi vào tuabin cánh động số 3. Ở đây động năng biến thành cơ năng và làm quay trục tuabin. Chất môi giới trong hệ thống? b.

Loại hệ nhiệt động? c. Các nguồn nhiệt mà hệ thống hoạt động? Câu 7. Hãy đổi 0oC, 100oC ra độ Kenvin, Farenheit và Rankine? Câu 8. Áp suất dư trong lò hơi là 0,3at, chỉ số baromet là 725 mmHg.

Áp suất dư trong lò hơi sẽ thay đổi ra sao nếu baromet nâng lên 785 mmHg. Khi tính toán coi áp suất tuyệt đối trong lò hơi không đổi và nhiệt độ ngoài trời là 0oC. Xác định áp suất tuyệt đối của khí trong bình nếu manomet của nó bằng 500mmHg và áp suất khí trời bằng 750mmHg, nhiệt độ không khí tại chỗ đặt dụng cụ đo là 0oC. Xác định áp suất tuyệt đối trong bình ngưng của tuabin hơi nếu chỉ số của chân không kế trong bình ngưng bằng 705mmHg và chỉ số baromet bằng 747mmHg, nhiệt độ không khí tại chỗ đặt dụng cụ đo là 0oC.

Xác định thể tích riêng, khối lượng riêng của khí N2 ở điều kiện tiêu chuẩn vật lý và ở điều kiện áp suất dư 0,2 at, nhiệt độ 127oC. Biết áp suất khí quyển là 760mmHg. Xác định thể tích của 2kg khí O2 ở áp suất 4,157 bar, nhiệt độ 47oC. Xác định khối lượng của 2m3 khí O2 ở áp suất 4,157 bar, nhiệt độ 47oC Câu 14.

1kg không khí khô có thành phần khối lượng của N2 là 76,8%, của O2 là 23,2%. Hãy xác định thành phần thể tích, hằng số chất khí, phân tử lượng trung bình của hỗn hợp? Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí Trang 22 Câu 15. Hỗn hợp khí gồm O2 và H2 có thành phần thể tích lần lượt là 30%, và 70%. Xác định hằng số chất khí của hỗn hợp, thành phần khối lượng và phân áp suất của khí thành phần nếu biết áp suất của hỗn hợp là p=1bar Câu 16.

Một hỗn hợp có thành phần khối lượng của N2 là 60%, của CO2 là 40%. Xác định hằng số chất khí, thể tích riêng của hỗn hợp ở điều kiện tiêu chuẩn (po=760mmHg, to=0oC) Câu 17. Thành phần thể tích của sản phẩm cháy là CO2=12,3%, O2=7,2%, N2=80,5%. Hãy xác định phân tử lượng, hằng số chất khí, thể tích riêng và khối lượng riêng của hỗn hợp ở áp suất 1bar và nhiệt độ bằng 800oC? Câu 18.

Khối lượng riêng của khí trong bình sẽ giảm đi mấy lần nếu nhiệt độ của khí không đổi nhưng chỉ số của áp suất dư ở trạng thái đầu là 17at, còn trạng thái cuối là 2at. Biết áp suất khí trời bằng 735,6mmHg Câu 19. Trong xilanh kín ở giữa đặt 1 pittong có thể chuyển động không ma sát. Bên phải xi lanh chứa 1kg khí H2 còn phía trái chứa 1kg khí cacbonic.

Hãy xác định tỷ số thể tích của 2 chất khí khi cân bằng. Khí khói trong buồng đốt lửa lò hơi được làm lạnh từ 1200oC đến 250oC. Hỏi thể tích của khí khói sẽ giảm đi mấy lần nếu áp suất của nó ở đầu và cuối đường ra là như nhau. Trong xilanh có pittong chuyển động chứa khí lý tưởng với áp suất dư 0,198 bar.

Hỏi thể tích khí tăng lên mấy lần nếu ta dịch chuyển pittong sao cho độ chân không trong đó là 600mmHg. Biết rằng áp suất khí trời đo bằng chiều cao cột thủy ngân quy về 0oC là 780mmHg Câu 22. Hãy xác định thể tích riêng, khối lượng riêng của khí N2 ở điều kiện tiêu chuẩn và ở điều kiện có áp suất dư 0,2at và nhiệt độ là 127oC. Biết áp suất khí trời là 780mmHg ở 0oC Câu 23.

Tìm áp suất của hỗn hợp nếu khối lượng của nó G=20kg, V=4m3, t=100oC và thành phần thể tích của hỗn hợp là rO2=0,4; rCO2=0,6 Câu 24. Thành phần khối lượng của sản phẩm cháy là H2=1,5%; CO2=10%; CO=88,5%. Xác định thành phần thể tích, khối lượng riêng và thể tích riêng của hỗn hợp khi p=1,96 bar và t=100oC Câu 25. Tính thể tích của 3kg hỗn hợp khí, biết thành phần khối lượng của chúng là gO2=0,4; gN2= 0,2; gCO2=0,4; nhiệt độ của hỗn hợp t= 50oC, áp suất dư là 600mmHg và áp suất khí trời là 760mmHg (ở 0oC) Câu 26.

Xác định khối lượng của 4m3 hỗn hợp khí có thành phần thể tích như sau: rO2=0,4; rN2=0,2; rCO2=0,4. Nhiệt độ của hỗn hợp khí t=50oC, áp suất dư 0,4at. Áp suất khí trời 700mmHg (ở 0oC) Câu 27. Một bình kín thể tích 100 lít, chứa 58,2g khí lý tưởng.

Áp kế gắn trên nắp bình chỉ độ chân không 420 mmHg, nhiệt độ khí trung bình là 27oC, áp suất khí quyển 760mmHg. Xác định khí trong bình là khí gì. Một bình có thể tích 0,5m3, chứa không khí ở áp suất dư 2 bar, nhiệt độ 20oC. Lượng không khí cần thoát ra khỏi bình là bao nhiêu để áp suất trong bình có độ chân không 420mmHg, trong điều kiện nhiệt độ trong bình xem như không đổi.