Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật ngành Công nghệ Ô tô - Trường Cao đẳng Lào Cai

Tải miễn phí giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật ngành Công nghệ Ô tô của trường CĐ Lào Cai. Tài liệu cung cấp kiến thức cơ bản đến chu trình động cơ.

• Tác giả: Tạ Thị Hoàng Thân
• Trường học: Trường Cao Đẳng Lào Cai
• Chuyên ngành: Nhiệt Kỹ Thuật
• Đề tài: Nhiệt Kỹ Thuật Ô tô
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Lào Cai

Tóm tắt

I. Tổng quan Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật Ô tô của CĐ Lào Cai

Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật Ô tô của Trường Cao đẳng Lào Cai, biên soạn năm 2017 bởi tác giả Tạ Thị Hoàng Thân, là một tài liệu nhiệt kỹ thuật ô tô nền tảng dành cho sinh viên ngành Công nghệ Ô tô trình độ Cao đẳng. Mục tiêu chính của tài liệu là trang bị những kiến thức cơ bản, cốt lõi và cần thiết nhất về nhiệt kỹ thuật, tạo tiền đề vững chắc cho việc tiếp thu các môn học chuyên sâu và rèn luyện kỹ năng thực hành. Nội dung được trình bày ngắn gọn, dễ hiểu, tập trung vào việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn sản xuất và sửa chữa ô tô. Giáo trình này không chỉ là một sách chuyên ngành ô tô thông thường mà còn là cẩm nang quan trọng cho bất kỳ ai muốn tìm hiểu sâu về các nguyên lý năng lượng vận hành bên trong một chiếc xe. Nó đóng vai trò là cầu nối giữa lý thuyết nhiệt động lực học kỹ thuật và các ứng dụng thực tế trên các hệ thống phức tạp như nguyên lý động cơ đốt trong, hệ thống làm mát và hệ thống điều hòa. Việc nắm vững kiến thức từ tài liệu CĐ Lào Cai này giúp sinh viên có khả năng phân tích, chẩn đoán và giải quyết các vấn đề kỹ thuật liên quan đến nhiệt một cách hiệu quả. Đây là tài liệu lưu hành nội bộ nhưng có giá trị tham khảo cao, đặc biệt cho sinh viên tại khoa cơ khí động lực. Toàn bộ giáo trình được cấu trúc một cách khoa học, đi từ các khái niệm cơ bản đến các chu trình nhiệt động phức tạp, giúp người học xây dựng kiến thức một cách có hệ thống và bài bản, chuẩn bị cho các yêu cầu khắt khe của ngành công nghiệp ô tô hiện đại.

1.1. Mục tiêu và đối tượng của tài liệu học thuật này

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên hệ Cao đẳng ngành Công nghệ Ô tô. Mục tiêu cốt lõi là cung cấp một nền tảng kiến thức vững chắc về các nguyên lý nhiệt động và truyền nhiệt. Theo lời nói đầu của tác giả, bài giảng nhằm "trang bị cho người học những kiến thức cơ bản, cần thiết về nhiệt kỹ thuật trong ngành công nghệ ô tô để phục vụ cho việc tiếp thu kỹ thuật chuyên môn". Tài liệu này không chỉ dành cho sinh viên đang theo học mà còn hữu ích cho các kỹ thuật viên, kỹ sư muốn hệ thống hóa lại kiến thức nền tảng. Nội dung được thiết kế để người học có thể giải thích được các định luật nhiệt động, phân biệt các thông số trạng thái của môi chất và áp dụng vào việc phân tích các chu trình nhiệt động của động cơ.

1.2. Cấu trúc nội dung chính trong giáo trình công nghệ ô tô

Giáo trình được chia thành 4 chương chính. Chương 1 trình bày các khái niệm cơ bản như nhiệt, công, hệ nhiệt động và các định luật nhiệt động I, II. Chương 2 đi sâu vào môi chất và sự truyền nhiệt, bao gồm phương trình trạng thái của khí lý tưởng, khí thực và các hình thức trao đổi nhiệt. Chương 3 là phần trọng tâm, khảo sát chi tiết các quá trình nhiệt động cơ bản của môi chất như đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt và đoạn nhiệt. Cuối cùng, Chương 4 tổng hợp kiến thức để phân tích các chu trình nhiệt động của động cơ, bao gồm chu trình động cơ đốt trong và chu trình thiết bị làm lạnh. Cấu trúc này giúp người học tiếp cận kiến thức một cách tuần tự và logic.

II. Các khái niệm cốt lõi trong tài liệu Nhiệt Kỹ Thuật Ô tô

Một trong những thách thức lớn nhất khi tiếp cận môn học này là nắm vững các khái niệm nền tảng. Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật Ô tô của CĐ Lào Cai đã hệ thống hóa các định nghĩa này một cách rõ ràng. Đầu tiên là sự phân biệt giữa Nhiệt và Công. Đây là hai hình thái trao đổi năng lượng, không phải là năng lượng tồn tại bên trong vật chất. Nhiệt gắn liền với sự chênh lệch nhiệt độ, trong khi công gắn liền với sự dịch chuyển vĩ mô. Tiếp theo là các thông số trạng thái, bao gồm các thông số cơ bản như áp suất (p), nhiệt độ (T), thể tích riêng (v) và các hàm trạng thái như nội năng (U), entanpi (I). Việc hiểu rõ các thông số này là chìa khóa để phân tích sự biến đổi trạng thái của môi chất. Trọng tâm của lý thuyết nhiệt động là hai định luật cơ bản. Định luật I, hay định luật bảo toàn năng lượng, thiết lập phương trình cân bằng năng lượng cho một quá trình. Định luật II xác định chiều hướng và giới hạn của các quá trình chuyển hóa năng lượng. Chẳng hạn, nó giải thích tại sao không thể chế tạo một động cơ biến hoàn toàn nhiệt thành công. Việc nắm vững các khái niệm này từ slide bài giảng nhiệt kỹ thuật và giáo trình sẽ giúp việc học các phần sau trở nên dễ dàng hơn rất nhiều, đặc biệt là khi phân tích các quá trình truyền nhiệt và khối lượng phức tạp.

2.1. Phân biệt Nhiệt và Công trong một hệ nhiệt động

Nhiệt và công là hai khái niệm dễ gây nhầm lẫn. Giáo trình định nghĩa rất rõ: "Nhiệt và công là hai hình thái của năng lượng, đây là các đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa môi chất và môi trường khi thực hiện một quá trình." Cụ thể, nhiệt (Q) xuất hiện khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hệ và môi trường. Công (L) xuất hiện khi có sự thay đổi thể tích hoặc các chuyển động vĩ mô khác. Một điểm quan trọng là cả nhiệt và công đều là các hàm của quá trình, nghĩa là giá trị của chúng phụ thuộc vào đường đi của quá trình biến đổi, chứ không chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối. Quy ước dấu cũng được nêu rõ: hệ nhận nhiệt (Q > 0), hệ sinh công (L > 0).

2.2. Các thông số trạng thái cơ bản của môi chất làm việc

Thông số trạng thái là các đại lượng vật lý đặc trưng cho một trạng thái cân bằng của hệ. Giáo trình tập trung vào ba thông số cơ bản có thể đo trực tiếp: Áp suất tuyệt đối (p), Thể tích riêng (v), và Nhiệt độ tuyệt đối (T). Ngoài ra, tài liệu còn giới thiệu các hàm trạng thái quan trọng được tính toán từ các thông số cơ bản: Nội năng (U), là tổng năng lượng bên trong của vật chất; Entanpi (I), một đại lượng thuận tiện cho việc tính toán các quá trình trong hệ hở; và Entropi (S), một thông số biểu thị mức độ hỗn loạn của hệ và liên quan đến định luật nhiệt động II. Hiểu rõ các thông số này giúp xác định chính xác trạng thái của môi chất trong các hệ thống ô tô.

2.3. Nguyên lý hai định luật nhiệt động học kỹ thuật cơ bản

Hai định luật nhiệt động là nền tảng của toàn bộ môn học. Định luật I phát biểu rằng: "Nhiệt lượng cấp vào cho hệ một phần dùng để thay đổi nội năng, một phần dùng để sinh công", thể hiện qua phương trình dq = du + dl. Nó là một dạng của định luật bảo toàn năng lượng. Trong khi đó, Định luật II giải quyết vấn đề về chiều hướng của quá trình. Theo phát biểu của Thomson-Planck, không thể chế tạo động cơ hoạt động theo chu trình chỉ nhận nhiệt từ một nguồn và biến hoàn toàn thành công. Điều này giải thích tại sao mọi động cơ nhiệt đều phải có nguồn nóng và nguồn lạnh, và luôn có tổn thất nhiệt ra môi trường.

III. Hướng dẫn học về môi chất và truyền nhiệt kỹ thuật ô tô

Chương 2 của giáo trình công nghệ ô tô này tập trung vào hai chủ đề quan trọng: môi chất và sự truyền nhiệt. Môi chất là chất mang và biến đổi năng lượng trong các thiết bị nhiệt. Giáo trình phân biệt rõ giữa khí lý tưởng và khí thực. Khí lý tưởng là một mô hình đơn giản hóa, tuân theo phương trình trạng thái p.v = R.T, rất hữu ích trong nhiều tính toán kỹ thuật ở điều kiện áp suất thấp và nhiệt độ cao. Ngược lại, khí thực có tính đến thể tích phân tử và lực tương tác, được mô tả bằng các phương trình phức tạp hơn như phương trình Vander Walls. Sự truyền nhiệt là quá trình năng lượng nhiệt di chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp hơn. Đây là quá trình cốt lõi quyết định hiệu suất của hệ thống làm mát ô tô và hiệu quả của hệ thống điều hòa không khí ô tô. Giáo trình giới thiệu ba hình thức truyền nhiệt cơ bản: dẫn nhiệt (qua tiếp xúc trực tiếp), đối lưu (nhờ sự chuyển động của chất lỏng hoặc khí), và bức xạ (qua sóng điện từ). Hiểu rõ các cơ chế này giúp kỹ sư thiết kế và tối ưu hóa các bộ phận trao đổi nhiệt trên xe, chẳng hạn như két nước hay giàn nóng, giàn lạnh. Phần cuối của chương đề cập đến sự chuyển pha của vật chất, một hiện tượng quan trọng trong các hệ thống làm lạnh và trong quá trình đốt cháy nhiên liệu.

3.1. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng và khí thực

Khí lý tưởng được định nghĩa là khí mà "thể tích bản thân phân tử của chúng vô cùng bé và lực tương tác giữa các phân tử bằng không". Phương trình trạng thái của nó là p.v = R.T, một công cụ tính toán cơ bản và hiệu quả. Tuy nhiên, trong thực tế, đặc biệt với môi chất lạnh trong hệ thống điều hòa không khí ô tô hay hơi nước ở áp suất cao, không thể bỏ qua các yếu tố của khí thực. Giáo trình giới thiệu phương trình Vander Walls: (p + a/v²)(v - b) = RT, trong đó 'a' hiệu chỉnh cho lực hút phân tử và 'b' hiệu chỉnh cho thể tích phân tử. Việc lựa chọn mô hình khí nào để tính toán phụ thuộc vào điều kiện làm việc cụ thể của môi chất.

3.2. Ba hình thức truyền nhiệt Dẫn nhiệt đối lưu và bức xạ

Giáo trình phân loại ba hình thức truyền nhiệt. Dẫn nhiệt là quá trình truyền năng lượng qua va chạm phân tử, chủ yếu xảy ra trong vật rắn. Trao đổi nhiệt đối lưu xảy ra khi có sự dịch chuyển của khối chất lỏng hoặc khí, ví dụ như nước làm mát chảy trong động cơ. Trao đổi nhiệt bức xạ không cần môi trường vật chất, năng lượng được truyền đi dưới dạng sóng điện từ, ví dụ như nhiệt từ ống xả tỏa ra môi trường. Trong thực tế, các quá trình trao đổi nhiệt trên ô tô thường là sự kết hợp phức tạp của cả ba hình thức này, ví dụ như ở bộ tản nhiệt của hệ thống làm mát ô tô.

3.3. Tìm hiểu hiện tượng chuyển pha của các đơn chất

Chuyển pha là sự thay đổi trạng thái vật lý của vật chất (rắn-lỏng-khí). Các quá trình chính bao gồm: nóng chảy/đông đặc, hóa hơi/ngưng tụ, và thăng hoa/ngưng kết. Quá trình hóa hơi và ngưng tụ là nền tảng hoạt động của hệ thống điều hòa không khí ô tô, nơi môi chất lạnh (gas) liên tục chuyển pha để hấp thụ nhiệt từ trong cabin và thải ra ngoài môi trường. Giáo trình giải thích các khái niệm quan trọng như nhiệt độ bão hòa, hơi bão hòa (ẩm và khô), và hơi quá nhiệt, là những kiến thức bắt buộc phải có để phân tích chu trình làm lạnh.

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

Chương 3 là phần nội dung có tính ứng dụng cao nhất trong ebook kỹ thuật ô tô này, tập trung vào việc phân tích các quá trình biến đổi trạng thái của môi chất. Một quá trình nhiệt động là một chuỗi các trạng thái liên tiếp mà môi chất trải qua. Giáo trình đưa ra một phương pháp khảo sát chung cho mọi quá trình, bao gồm: xác định phương trình của quá trình, thiết lập quan hệ giữa các thông số, tính toán công và nhiệt lượng trao đổi, và tính độ biến thiên của các hàm trạng thái (nội năng, entanpi). Bốn quá trình nhiệt động cơ bản được phân tích chi tiết là: quá trình đẳng tích (thể tích không đổi), quá trình đẳng áp (áp suất không đổi), quá trình đẳng nhiệt (nhiệt độ không đổi), và quá trình đoạn nhiệt (không trao đổi nhiệt với môi trường). Mỗi quá trình này là một mảnh ghép lý tưởng hóa để xây dựng nên các chu trình nhiệt động thực tế của động cơ. Ví dụ, chu trình Otto của động cơ xăng được mô hình hóa bởi hai quá trình đẳng tích và hai quá trình đoạn nhiệt. Việc hiểu rõ cách tính công và nhiệt trong từng quá trình cho phép đánh giá hiệu suất và tối ưu hóa hoạt động của động cơ đốt trong cũng như các thiết bị nhiệt khác trên xe. Đây là kiến thức không thể thiếu đối với sinh viên khoa cơ khí động lực.

4.1. Phân tích quá trình đẳng tích và quá trình đẳng áp

Quá trình đẳng tích (v = const) là quá trình đốt nóng hoặc làm nguội môi chất trong một bình kín. Đặc điểm quan trọng là công thay đổi thể tích bằng không (l=0). Theo định luật I, toàn bộ nhiệt lượng trao đổi được dùng để làm thay đổi nội năng của môi chất (q = Δu). Quá trình đẳng áp (p = const) xảy ra khi môi chất được gia nhiệt trong một xi-lanh có piston di chuyển tự do. Trong quá trình này, môi chất vừa thay đổi nội năng, vừa sinh công. Lượng nhiệt trao đổi trong quá trình đẳng áp bằng độ biến thiên entanpi của môi chất (q = Δi). Quá trình thải khí cháy ra khỏi xi-lanh là một ví dụ gần đúng của quá trình đẳng áp.

4.2. Khảo sát quá trình đẳng nhiệt và quá trình đoạn nhiệt

Quá trình đẳng nhiệt (T = const) xảy ra khi sự biến đổi diễn ra rất chậm, đủ thời gian để trao đổi nhiệt với môi trường nhằm giữ nhiệt độ không đổi. Đối với khí lý tưởng, nội năng không đổi (Δu = 0), do đó nhiệt lượng nhận vào bằng công sinh ra (q = l). Quá trình đoạn nhiệt (q = 0) ngược lại, xảy ra rất nhanh khiến môi chất không kịp trao đổi nhiệt. Trong quá trình này, công được sinh ra hoàn toàn do sự sụt giảm nội năng của môi chất (l = -Δu). Các quá trình nén và giãn nở trong xi-lanh của động cơ đốt trong thường được xem là gần đúng với quá trình đoạn nhiệt.

V. Ứng dụng thực tiễn của Nhiệt Kỹ Thuật trên động cơ ô tô

Lý thuyết nhiệt kỹ thuật sẽ vô nghĩa nếu không thể áp dụng vào thực tiễn. Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật Ô tô dành phần cuối để liên kết các kiến thức đã học với các hệ thống thực tế trên xe. Ứng dụng quan trọng nhất chính là phân tích nguyên lý động cơ đốt trong. Bằng cách mô hình hóa các quá trình nén, cháy, giãn nở và thải thành một chu trình nhiệt động khép kín (như chu trình Otto hoặc Diesel), các kỹ sư có thể tính toán được công suất lý thuyết, hiệu suất nhiệt và các thông số vận hành của động cơ. Một ứng dụng trực tiếp khác là thiết kế và vận hành hệ thống làm mát ô tô. Hệ thống này phải đảm bảo khả năng truyền nhiệt và khối lượng hiệu quả để mang nhiệt lượng dư thừa từ động cơ ra môi trường, giữ cho động cơ hoạt động ở nhiệt độ tối ưu. Các tính toán về đối lưu và truyền nhiệt qua vách là cực kỳ quan trọng. Tương tự, hệ thống điều hòa không khí ô tô là một chu trình nhiệt động ngược chiều, sử dụng máy nén và sự chuyển pha của môi chất để bơm nhiệt từ không gian lạnh (cabin) ra môi trường nóng bên ngoài. Ngoài ra, hệ thống bôi trơn động cơ cũng có chức năng làm mát một phần bên cạnh chức năng chính là giảm ma sát. Toàn bộ kiến thức trong tài liệu nhiệt kỹ thuật ô tô này đều hội tụ tại các ứng dụng thực tiễn này.

5.1. Nguyên lý động cơ đốt trong và các chu trình nhiệt động

Chương 4 của giáo trình giới thiệu về chu trình động cơ đốt trong. Đây là một chuỗi các quá trình nhiệt động mà môi chất công tác (hỗn hợp không khí - nhiên liệu) thực hiện để biến nhiệt năng thành cơ năng. Giáo trình phân tích chu trình lý tưởng, giúp sinh viên hiểu được mối quan hệ giữa tỷ số nén, hiệu suất nhiệt và công suất động cơ. Việc nắm vững các chu trình này là nền tảng để hiểu tại sao các công nghệ như tăng áp (turbocharger) hay phun nhiên liệu trực tiếp (GDI) lại có thể cải thiện hiệu suất của động cơ.

5.2. Vai trò và nguyên tắc của hệ thống làm mát ô tô

Chỉ khoảng 1/3 năng lượng từ việc đốt cháy nhiên liệu được chuyển thành công có ích, phần còn lại chủ yếu biến thành nhiệt năng. Hệ thống làm mát ô tô có nhiệm vụ tải phần nhiệt năng dư thừa này đi. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức. Nước làm mát hấp thụ nhiệt từ thành xi-lanh, sau đó được bơm đến két nước. Tại đây, không khí chuyển động qua các lá tản nhiệt sẽ mang nhiệt đi, làm nguội nước trước khi nó quay trở lại động cơ. Các tính toán về lưu lượng, diện tích trao đổi nhiệt và hiệu quả của quạt làm mát đều dựa trên các nguyên tắc truyền nhiệt đã học.

5.3. Phân tích hệ thống điều hòa không khí ô tô qua chu trình lạnh

Giáo trình đề cập đến "chu trình thiết bị làm lạnh dùng hơi", chính là nguyên lý của hệ thống điều hòa không khí ô tô. Chu trình này gồm 4 quá trình chính: nén môi chất (gas) ở máy nén, ngưng tụ tại giàn nóng để thải nhiệt ra ngoài, tiết lưu để giảm áp suất và nhiệt độ, và cuối cùng là hóa hơi tại giàn lạnh để hấp thụ nhiệt từ trong cabin. Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ bão hòa của môi chất lạnh là chìa khóa để chẩn đoán các sự cố như hệ thống làm lạnh kém hoặc không hoạt động.

VI. Cách download Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật Ô tô CĐ Lào Cai PDF

Để hỗ trợ quá trình học tập và nghiên cứu, việc sở hữu bản mềm của Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật Ô tô là vô cùng cần thiết. Đây là một tài liệu quý giá, không chỉ cho sinh viên Trường Cao đẳng Lào Cai mà còn cho cộng đồng sinh viên ngành Công nghệ Ô tô trên cả nước. Việc tìm kiếm và tải về một ebook kỹ thuật ô tô chất lượng sẽ giúp người học chủ động hơn trong việc tiếp thu kiến thức, tra cứu thông tin nhanh chóng và thuận tiện mang theo bên mình. Bên cạnh giáo trình chính, việc tìm đọc thêm các sách chuyên ngành ô tô khác về nhiệt động lực học, động cơ đốt trong hay các hệ thống trên ô tô sẽ giúp mở rộng và đào sâu kiến thức. Nhiều diễn đàn và thư viện trực tuyến uy tín thường chia sẻ các bộ slide bài giảng nhiệt kỹ thuật hay các tài liệu tham khảo liên quan. Việc kết hợp nhiều nguồn tài liệu sẽ tạo ra một góc nhìn đa chiều và toàn diện hơn về môn học. Hãy luôn ưu tiên các nguồn tải an toàn, có uy tín để tránh các rủi ro về bảo mật. Dưới đây là thông tin chi tiết để bạn có thể tiếp cận tài liệu quan trọng này một cách dễ dàng và hiệu quả nhất.

6.1. Hướng dẫn download an toàn và link tải trực tiếp

Do đây là tài liệu lưu hành nội bộ, việc tìm kiếm link tải công khai có thể gặp khó khăn. Tuy nhiên, các cộng đồng sinh viên, diễn đàn về kỹ thuật ô tô hoặc các thư viện số của trường đại học, cao đẳng thường là nơi chia sẻ các tài liệu học thuật này. Người dùng nên tìm kiếm trên các nền tảng uy tín như tailieu.vn, 123doc, hoặc các nhóm học tập trên mạng xã hội. Khi tải xuống, cần chú ý kiểm tra tệp tin bằng phần mềm diệt virus để đảm bảo an toàn cho thiết bị. [Lưu ý: Do chính sách, không thể cung cấp link trực tiếp tại đây, nhưng việc tìm kiếm với từ khóa "Giáo trình Nhiệt Kỹ Thuật Ô tô CĐ Lào Cai PDF" sẽ cho ra nhiều kết quả từ các nguồn chia sẻ cộng đồng].

6.2. Các sách chuyên ngành ô tô và tài liệu tham khảo khác

Để bổ trợ cho giáo trình này, người học nên tham khảo thêm một số tài liệu kinh điển khác. Các cuốn sách như "Thermodynamics: An Engineering Approach" của Cengel & Boles, hoặc các giáo trình về Động cơ đốt trong của các trường Đại học Bách Khoa là nguồn tài liệu quý giá. Ngoài ra, việc tìm kiếm các slide bài giảng nhiệt kỹ thuật từ các giảng viên khác cũng giúp củng cố kiến thức dưới nhiều góc độ trình bày khác nhau. Việc học đi đôi với thực hành, xem các video mô phỏng hoạt động của hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn động cơ trên YouTube cũng là một phương pháp học tập trực quan và hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT Mục tiêu: - Phát biểu đúng các khái niệm và các thông số trạng thái của môi chất - Giải thích được các định luật nhiệt động I, định luật nhiệt động II - Nhận dạng và phân biệt được các thông số trạng thái của môi chất, viết được các phương trình định luật nhiệt động - Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về lĩnh vực nhiệt kỹ thuật. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. 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. 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. Yªu cÇu kü thuËt ®èi víi chÊt m«i chất - Cã kh¶ n¨ng sinh c«ng lín: thÓ tÝch thay ®æi đ¸ng kÓ khi nhiÖt ®é thay ®æi. - Cã kh¶ n¨ng truyÒn t¶i nhiÖt n¨ng lín: Cã nhiÖt dung riªng lín.

- RÎ tiÒn, dÔ kiÕm, kh«ng ¨n mßn thiÕt bÞ, kh«ng ®éc h¹i cho ng-êi vµ thiÕt bÞ. - An toµn, kh«ng dÏ ch¸y, dÔ næ. Trong thùc tÕ kh«ng cã chÊt nµo ®¸p øng ®ñ nhu cÇu trªn, v× vËy tuú theo lÜnh vùc ¸p dông ng-êi ta chän ra c¸c chÊt m«i giíi trªn c¬ së ph¸t huy -u ®iÓm vµ h¹n chÕ thÊp nhÊt khuyÕt ®iÓm. 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 5 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 là độ 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 dùng để tiến hành quá trình truyền tải, trao đổi và chuyển hóa nhiệt năng, thực hiện sự chuyển hoá giữa nhiệt và công nói chung. Thiết bị nhiệt là những thiết bị trong thực tế ta gặp nhiều như: máy lạnh, máy điều hòa nhiệt độ, các thiết bị sấy, thiết bị chưng cất, thiết bị nhà máy điện ….chúng thực hiện việc chuyển hóa nhiệt từ vùng này đến vùng khác hoặc biến nhiệt thành công. 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 sau đó có thể được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác như điện năng, thế năng. Nguyên lý làm việc của thiết bị nhiệt này là nhận nhiệt năng từ nguồn nhiệt chuyển hóa một phần thành cơ năng, phần còn lại tổn thất ra môi trường bên ngoài.

VD: ô tô, xe máy, nhà máy nhiệt điện v. Ngày nay người ta cũng đã chế tạo thành công một số động cơ nhiệt đặc biệt đó là những động cơ biến trực tiếp nhiệt năng thành điện năng như: pin nhiệt điện, chu trình pin nhiên liệu, động cơ từ thủy động. Máy lạnh: là loại máy nhiệt sử dụng nhiệt lượng lấy 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. Máy lạnh và bơm nhiệt là các thiết bị nhiệt có chức năng phạm vi ứng dụng khác nhau nhưng nguyên lý làm việc hoàn toàn giống nhau, nhờ năng lượng hỗ trợ từ bên ngoài nhiệt được đưa từ nơi có nhiệt độ thấp( nguồn 6 lạnh) tới nơi có nhiệt độ cao( nguồn nóng), trên cơ sở đó duy trì nhiệt độ thấp trong môi trường nhiệt độ cao hơn( đối với thiết bị làm lạnh) hoặc duy trì nhiệt độ cao trong môi trường nhiệt độ thấp hơn(đối với bơm nhiệt) Q1 = L + Phòng ấm (Td: 300C) L Q2 Q2 Môi trường (Td: 50C) Q1 = L + L Q2 Q2 Kho lạnh (Td: -300C) Sơ đồ nguyên lý và chức năng của thiết bị lạnh và bơm nhiệt 1.

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. Nhiệt và công Nhiệt và công là hai hình thái của năng lượng, đây là các đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa môi chất và môi trường khi thực hiện một quá trình. Khi môi chất trao đổi công với môi trường thì kèm thao các chuyển động vĩ mô, còn khi trao đổi nhiệt thì luôn tồn tại sự chênh lệch nhiệt độ.

- H×nh th¸i c«ng ®-îc thÓ hiÖn kÌm theo sù dÞch chuyÓn ë d¹ng vÜ m«(c¸c ®¹i l-îng vÜ m« lµ c¸c ®¹i l-îng cã thÓ c©n ®o ®ong ®Õm ®-îc, c¸c ®¹i l-îng vi 7 m« lµ c¸c ®¹i l-îng kh«ng thÓ c©n ®o ®ong ®Õm ®-îc). - H×nh th¸i nhiÖt ®-îc thÓ hiÖn trong tr-êng hîp cã sù trªng lÖch nhiÖt ®é gi÷a c¸c vËt; (nÕu kh«ng cã sù trªnh lÖch vÒ nhiÖt ®é th× sÏ kh«ng cã sù trao ®æi n¨ng l-îng nh- vËy kh«ng suÊt hiÖn nhiÖt n¨ng).Khái niệm nhiệt Mét vËt cã nhiÖt ®é kh¸c kh«ng th× c¸c ph©n tö vµ nguyªn tö cña nã sÏ chuyÓn ®éng hçn lo¹n vµ vËt mang mét n¨ng lượng gäi lµ nhiÖt n¨ng hay nhiệt lượng( NhiÖt l-îng lµ mét ®¹i l-îng phô thuéc vµo qu¸ tr×nh) Khi hai vËt tiÕp xóc víi nhau th× néi n¨ng cña vËt nãng h¬n sÏ truyÒn sang vËt l¹nh h¬n. Qu¸ tr×nh chuyÓn néi n¨ng tõ vËt nµy sang vËt kh¸c gäi lµ qu¸ tr×nh truyền nhiÖt. Lưîng néi n¨ng truyÒn ®ưîc trong qu¸ tr×nh ®ã gäi lµ nhiÖt lưîng trao ®æi gi÷a hai vËt.

+ KÝ hiÖu: Q (J) nếu tính cho Gkg, q (J/kg) nếu tính cho 1kg + Qui -íc: - NhiÖt l-îng do vËt nhËn ®-îc (+) - NhiÖt l-îng do vËt nh¶ ra (-) Trong trưêng hîp c©n b»ng (khi nhiÖt ®é c¸c vËt b»ng nhau), vÉn cã thÓ xÈy ra kh¶ n¨ng truyÒn néi n¨ng tõ vËt nµy sang vËt kh¸c (xem lµ v« cïng chËm) ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ®éng. §iÒu nµy cã ý nghÜa quan träng khi kh¶o s¸t c¸c qu¸ tr×nh vµ chu tr×nh lÝ tưëng. NhiÖt dung riªng vµ c¸ch tÝnh nhiÖt a. NhiÖt dung riªng 8 *) §Þnh nghÜa: Nhiệt dung riêng của một chất là l-îng nhiÖt cÇn cÊp cho 1 ®¬n vÞ vËt chÊt của vật nào đó ®Ó lµm nhiÖt ®é cña vËt đó t¨ng thªm 1 ®é theo mét qu¸ tr×nh nµo ®ã.

NhiÖt dung riªng của một chất phô thuéc vµo b¶n chÊt , nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt chất khí đó. KÝ hiÖu: C, ®¬n vÞ (J/kg0K) *) Ph©n lo¹i: + Theo nhiÖt ®é: - NhiÖt dung riªng thùc: lµ nhiÖt dung riªng ®-îc x¸c ®Þnh t¹i 1 nhiÖt ®é nµo ®ã. t2 dq C = dT  q =  Cdt t1 - NhiÖt dung riªng trung b×nh: lµ nhiÖt dung riªng ®-îc x¸c ®Þnh trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ t1  t2. q C tt12 = t - NhiÖt dung riªng trung b×nh ®-îc tÝnh s½n vµ tra b¶ng sè.

+ Ph©n lo¹i theo ®¬n vÞ l-îng vËt chÊt - NhiÖt dung riªng khèi l-îng: Khi ®¬n vÞ ®o l-îng m«i chÊt lµ kg, chóng ta cã nhiÖt dung riªng 𝑑𝑄 khèi l-îng, ký hiÖu 𝐶= (J/kg) 𝐺𝑑𝑇 - NhiÖt dung riªng thÓ tÝch: NÕu ®¬n vÞ ®o l-îng m«i chÊt lµ mÐt khèi l-îng tiªu chuẩn (ký hiÖu lµ m3 )th× nhiÖt dung riªng ®-îc gäi lµ nhiÖt dung 𝑑𝑄 riªng thÓ tÝch, ký hiÖu lµ 𝐶 ′ = (J/m3 0K) 𝑉𝑑𝑇 - NhiÖt dung riªng Kmol: NÕu ®¬n vÞ ®o khèi l-îng m«i chÊt lµ kilomol ( kmol ) nhiÖt dung riªng ®-îc gäi lµ nhiÖt dung riªng kilomol, ký hiÖu lµ 9 𝑑𝑄 𝐶𝜇 = (J/Kmol0K) 𝑀𝑑𝑇 + Quan hÖ gi÷a C, C', CM: Trong quá trình nhiệt động nhiệt dung riêng của chất khí không đổi Xét một khối khí có khối lượng là G, thể tích V ( m3tc). Nếu gọi M là sô kmol của khối khí,  là khối lượng 1kmol khí (kg/kmol) thì nhiệt dung riêng của khối khí có thể được tính là G. 𝐶 = 𝜇 𝐶𝜇 𝑀 Vtc - thÓ tÝch riªng cña m«i chÊt ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn vËt lý. + Ph©n lo¹i theo qu¸ tr×nh: - NhiÖt dung riªng ®¼ng ¸p ( CP): Qu¸ tr×nh nhËn nhiÖt xÈy ra ë ¸p suÊt kh«ng ®æi, cã nhiÖt dung riªng ®¼ng ¸p: CP là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp C'P là nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp CP là nhiệt dung riêng mol đẳng áp - NhiÖt dung riªng ®¼ng tÝch ( CV): Qu¸ tr×nh nhËn nhiÖt xÈy ra ë thÓ tÝch kh«ng ®æi, cã nhiÖt dung riªng ®¼ng tÝch : CV là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích C'V là nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích CV là nhiệt dung riêng mol đẳng tích * §èi víi khÝ lý t-ëng ¸p dông c«ng thøc Mayer CP - CV = R (1) Với 1mol chất khí lý tưởng ta có: .

độ Trong nhiÖt ®éng cã mèi quan hÖ: CP = k (2) CV 10 Từ (2) có Cp = k. Cv thay vào ( 1) ta có k. Cv – Cv = R hay Cv (k – 1) = R 𝑅 𝑘 suy ra: 𝐶𝑉 = 𝑣à 𝐶𝑃 = 𝑅 𝑘−1 𝑘−1 k: sè mò ®o¹n nhiÖt vµ k chØ phô thuéc vµo b¶n chÊt vµ nhiÖt ®é cña chÊt khÝ. Với khÝ lý t-ëng, trÞ sè k chØ phô thuéc vµo b¶n chÊt( cÊu t¹o ph©n tö ) cña chÊt khÝ.

Khi cã 1 nguyªn tö: k = 1,6 Khi cã 2 nguyªn tö: k = 1,4 Khi cã 3 nguyªn tö: k = 1,3 b.