›
›

Giáo trình nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh và điều hòa không khí

Download
BỘ CÔNG THƯƠNG  
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI  
GIÁO TRÌNH  
Tên mô đun: Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh  
và ĐHKK  
NGHỀ: KTML VÀ ĐHKK  
TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP  
Ban hành kèm theo Quyết định số:  
/QĐ-CĐCN&TM, ngày tháng năm  
2018  
của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại  
Vĩnh Phúc, năm 2018  
1
MỤC LỤC  
ĐỀ MỤC  
TRANG  
MỤC LỤC............................................................................................................. 1  
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT ........ 5  
1.1 NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT ....................................................................... 5  
1.1.1 Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới ................. 5  
1.1.1.1 Các khái niệm và định nghĩa.......................................................... 5  
1.1.1.2 Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới .......... 6  
1.1.1.3 Nhiệt dung riêng và tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng.......... 9  
1.1.1.4 Công............................................................................................. 12  
1.1.2 Hơi và các thông số trạng thái của hơi ............................................... 13  
1.1.2.1 Các thể (pha) của vật chất............................................................ 13  
1.1.2.2 Quá trình hoá hơi đẳng áp............................................................ 14  
1.1.2.3 Các đường giới hạn và các miền trạng thái của nước và hơi....... 15  
1.1.2.4 Cách xác định các thông số của hơi bằng bảng và đồ thị lgp-h... 16  
1.1.3. Các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi ........................................... 18  
1.1.3.1 Các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi trên đồ thị lgp-h .......... 18  
1.1.3.2 Quá trình lưu động và tiết lưu...................................................... 20  
1.1.3.3 Quá trình lưu động ....................................................................... 20  
1.1.3.4 Quá trình tiết lưu.......................................................................... 20  
1.1.4 Chu trình nhiệt động của máy lạnh và bơm nhiệt............................... 21  
1.1.4.1 Khái niệm và định nghĩa chu trình nhiệt động ............................ 21  
1.1.4.2 Chu trình nhiệt động của máy lạnh và bơm nhiệt........................ 25  
1.1.4.3 Chu trình máy lạnh hấp thụ.......................................................... 26  
1.2 TRUYỀN NHIỆT...................................................................................... 28  
1.2.1 Dẫn nhiệt............................................................................................. 28  
1.2.1.1 Các khái niệm và định nghĩa........................................................ 28  
1.2.1.2 Dòng nhiệt ổn định dẫn qua vách phẳng và vách trụ................... 32  
1.2.1.3 Nhiệt trở của vách phẳng và vách trụ mỏng ................................ 37  
1.2.2 Trao đổi nhiệt đối lưu ......................................................................... 37  
1.2.2.1 Các khái niệm và định nghĩa........................................................ 37  
1.2.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới trao đổi nhiệt đối lưu ........................ 39  
1.2.2.3 Một số hình thức trao đổi nhiệt đối lưu thường gặp .................... 39  
1.2.2.4 Tỏa nhiệt khi sôi và khi ngưng hơi .............................................. 45  
1.2.3 Trao đổi nhiệt bức xạ.......................................................................... 47  
1.2.3.1 Các khái niệm và định nghĩa........................................................ 47  
1.2.3.2 Dòng nhiệt trao đổi bằng bức xạ giữa các vật ............................. 51  
1.2.3.3 Bức xạ của mặt trời (nắng)........................................................... 53  
1.2.4 Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt ................................................ 55  
 
2
1.2.4.1 Truyền nhiệt tổng hợp.................................................................. 55  
1.2.4.2 Truyền nhiệt qua vách.................................................................. 55  
1.2.4.3 Truyền nhiệt qua vách phẳng và vách trụ.................................... 55  
1.2.4.4 Truyền nhiệt qua vách có cánh .................................................... 56  
1.2.4.5 Tăng cường truyền nhiệt và cách nhiệt........................................ 57  
1.2.4.6 Thiết bị trao đổi nhiệt................................................................... 58  
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH ......................................................... 61  
2.1 KHÁI NIỆM CHUNG............................................................................... 61  
2.1.1 Ý nghĩa của kỹ thuật lạnh trong đời sống và kỹ thuật........................ 61  
2.1.2 Các phương pháp làm lạnh nhân tạo ................................................. 62  
2.2 MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH............................................. 65  
2.2.1 Các môi chất lạnh thường dùng trong kỹ thuật lạnh .......................... 65  
2.2.2 Chất tải lạnh........................................................................................ 70  
2.2.3 Bài tập về môi chất lạnh và chất tải lạnh............................................ 70  
2.3 CÁC HỆ THỐNG LẠNH THÔNG DỤNG.............................................. 71  
2.3.1 Hệ thống lạnh với một cấp nén........................................................... 71  
2.3.1.1 Sơ đồ 1 cấp nén đơn giản............................................................. 71  
2.3.1.2 Sơ đồ có quá nhiệt hơi hút, quá lạnh lỏng và hồi nhiệt ............... 72  
2.3.2 Sơ đồ 2 cấp nén có làm mát trung gian .............................................. 74  
2.3.3 Các sơ đồ khác.................................................................................... 81  
2.3.4 Bài tập................................................................................................. 83  
2.4 MÁY NÉN LẠNH .................................................................................... 83  
2.4.1 Khái niệm............................................................................................ 83  
2.4.1.1 Vai trò của máy nén lạnh ............................................................. 83  
2.4.1.2 Phân loại máy nén lạnh................................................................ 84  
2.4.1.3 Các thông số đặc trưng của máy nén lạnh ................................... 84  
2.4.2 Máy nén pittông.................................................................................. 87  
2.4.2.1 Máy nén lí tưởng một cấp nén (không có không gian thừa)........ 87  
2.4.2.2 Cấu tạo và chuyển vận ................................................................. 87  
2.4.2.3. Các hành trình và đồ thị P-V....................................................... 89  
2.4.2.4. Máy nén có không gian thừa....................................................... 89  
2.4.2.5 Năng suất nén V khi có không gian thừa..................................... 90  
2.4.2.6 Máy nén nhiều cấp có làm mát trung gian................................... 90  
2.4.2.7 Cấu tạo và nguyên lý làm việc..................................................... 91  
2.4.2.8 Đồ thị P-V.................................................................................... 91  
2.4.2.9 Tỉ số nén ở mỗi cấp...................................................................... 92  
2.4.2.10 Lợi ích của máy nén nhiều cấp .................................................. 92  
2.4.2.11 Bài tập tính toán máy nén piston ............................................... 92  
2.4.3 Giới thiệu một số chủng loại máy nén khác ....................................... 93  
2.4.3.1 Máy nén rô to............................................................................... 93  
3
2.4.3.2 Máy nén scroll (đĩa xoắn): ........................................................... 94  
2.4.3.3 Máy nén trục vít........................................................................... 95  
2.5 CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG LẠNH.................................. 97  
2.5.1 Các thiết bị trao đổi nhiệt chủ yếu...................................................... 97  
2.5.1.1 Thiết bị ngưng tụ.......................................................................... 97  
2.5.1.2 Vai trò của thiết bị trong hệ thống lạnh ....................................... 97  
2.5.1.3 Các kiểu thiết bị ngưng tụ thường gặp......................................... 97  
2.5.1.4 Tháp giải nhiệt ........................................................................... 103  
2.5.1.5 Thiết bị bay hơi.......................................................................... 103  
2.5.1.6 Vai trò của thiết bị trong hệ thống lạnh ..................................... 103  
2.5.1.7 Các kiểu thiết bị bay hơi thường gặp......................................... 103  
2.5.2 Thiết bị tiết lưu (giảm áp)................................................................. 108  
2.5.2.1 Giảm áp bằng ống mao .............................................................. 108  
2.5.2.2 Van tiết lưu................................................................................. 108  
2.5.3 Thiết bị phụ, dụng cụ và đường ống của hệ thống lạnh ................... 111  
2.5.3.1 Thiết bị phụ của hệ thống lạnh................................................... 111  
2.5.3.2 Dụng cụ của hệ thống lạnh......................................................... 116  
2.5.3.3 Đường ống của hệ thống lạnh.................................................... 118  
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ ....................... 119  
3.1 KHÔNG KHÍ ẨM ................................................................................... 119  
3.1.1 Các thông số trạng thái của không khí ẩm........................................ 119  
3.1.1.1 Thành phần của không khí ẩm................................................... 119  
3.1.1.2 Các thông số trạng thái của không khí ẩm................................. 120  
3.1.2 Đồ thị I - d và d - t của không khí ẩm............................................... 123  
3.1.2.1 Đồ thị I – d ................................................................................. 123  
3.1.2.2 Đồ thị t – d ................................................................................. 124  
3.1.3 Một số quá trình của không khí ẩm khi ĐHKK ............................... 124  
3.1.4 Bài tập về sử dụng đồ thị .................................................................. 129  
3.2 KHÁI NIỆM VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ.......................................... 129  
3.2.1 Khái niệm về thông gió và ĐHKK ................................................... 129  
3.2.1.1 Thông gió là gì? ......................................................................... 129  
3.2.1.2 Khái niệm về ĐHKK ................................................................. 130  
3.2.1.3 Khái niệm về nhiệt thừa và tải lạnh cần thiết của công trình .... 130  
3.2.2 Bài tập về tính toán tải lạnh đơn giản............................................... 131  
3.2.3 Các hệ thống ĐHKK......................................................................... 133  
3.2.3.1 Các khâu của hệ thống ĐHKK................................................... 133  
3.2.3.2 Phân loại hệ thống ĐHKK ......................................................... 134  
3.2.4 Các phương pháp và thiết bị xử lý không khí .................................. 134  
3.2.4.1 Làm lạnh không khí ................................................................... 136  
3.2.4.2 Sưởi ấm ...................................................................................... 136  
4
3.2.4.3 Khử ẩm....................................................................................... 137  
3.2.4.4 Tăng ẩm...................................................................................... 138  
3.2.4.5 Lọc bụi và tiêu âm...................................................................... 138  
3.3 HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN VÀ PHÂN PHỐI KHÔNG KHÍ ............ 140  
3.3.1 Trao đổi không khí trong phòng....................................................... 140  
3.3.1.1 Các dòng không khí tham gia trao đổi không khí trong phòng . 141  
3.3.1.2 Các hình thức cấp gió và thải gió............................................... 145  
3.3.1.3 Các kiểu miệng cấp và miệng hồi.............................................. 148  
3.3.2 Đường ống gió .................................................................................. 149  
3.3.2.1 Cấu trúc của hệ thống ................................................................ 149  
3.3.2.2 Các loại trở kháng thủy lực của đường ống.............................. 151  
3.3.3 Quạt gió............................................................................................. 152  
3.3.3.1 Phân loại quạt gió....................................................................... 152  
3.3.3.2 Đường đặc tính của quạt và điểm làm việc trong mạng đường ống  
................................................................................................................ 152  
3.4 CÁC PHẦN TỬ KHÁC CỦA HỆ THỐNG ĐHKK .............................. 155  
3.4.1 Khâu tự động điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong phòng ................ 155  
3.4.1.1 Tự động điều chỉnh nhiệt độ ...................................................... 155  
3.4.1.2 Tự động điều chỉnh độ ẩm trong một số hệ thống ĐHKK công  
nghệ........................................................................................................ 157  
3.4.2 Lọc bụi và tiêu âm trong ĐHKK ...................................................... 157  
3.4.2.1 Tác dụng của lọc bụi.................................................................. 157  
3.4.2.2 Tiếng ồn khi có ĐHKK- nguyên nhân và tác hại ...................... 159  
3.4.3 Cung cấp nước cho ĐHKK............................................................... 160  
3.4.3.1 Các sơ đồ cung cấp nước lạnh cho hệ thống Water Chiller....... 160  
3.4.3.2 Cung cấp nước cho các buồng phun .......................................... 161  
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 165  
PHỤ LỤC.......................................................................................................... 166  
5
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT  
Giới thiệu:  
Chương này cung cấp cho sinh viên học sinh những kiến thức cơ bản ban  
đầu về cơ sở nhiệt động và truyền nhiệt: các khái niệm nhiệt động cơ bản, thông  
số của hơi, các chu trình nhiệt động cũng như quy luật của các hình thức truyền  
nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt  
Mục tiêu:  
- Hiểu đuợc các kiến thức chung nhất về kỹ thuật Nhiệt-Lạnh.  
- Nắm rõ các khái niệm về nhiệt động lực học.  
- Hơi và thông số trạng thái hơi.  
- Các quá trình nhiệt động của hơi.  
- Các chu trình nhiệt động.  
- Trình bày dẫn nhiệt và truyền nhiệt và các thiết bị trao đổi nhiệt.  
- Phân tích đựoc 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:  
1.1 NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT  
1.1.1 Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới  
1.1.1.1 Các khái niệm và định nghĩa  
a) 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.v.  
Máy lạnh: có chức năng chuyển nhiệt năng từ nguồn lạnh đến  
nguồn nóng.  
Hình 1.1: Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt và máy lạnh, bơm nhiệt  
b) 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  
       
6
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 1.2: Hệ nhiệt động  
a) HNĐ kín với thể tích không  
đổi  
b) HNĐ kín với thể tích thay đổi  
• 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.  
1.1.1.2 Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới  
a) Khái niệm chất môi giới (CMG):  
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.  
b) Các thông số trạng thái của chất môi giới  
1. 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.  
m.2  
kT  
[1-1]  
3
Trong đó: m - khối lượng phân tử  
ωμ- vận tốc trung bình của các phân tử  
k - hằng số Bonzman , k = 1,3805.105 J/độ  
T - nhiệt độ tuyệt đối.  
 
7
• 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.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
oC = (oF – 32)  
9
Hình 1.3: Nhiệt kế  
oC = K – 273  
5
oC = . oR – 273  
9
2. Áp suất  
• 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 =  
[1-2]  
A
Theo thuyết động học phân tử:  
m2  
p = .n.  
[1-3]  
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  
2) Pa (Pascal)  
3) at (Technical Atmosphere)  
4) atm (Physical Atmosphere)  
;
;
;
;
5) mm Hg (tor - Torricelli, 1068-1647)  
6) mm H2O  
7) psi (Pound per Square Inch)  
8) psf (Pound per Square Foot)  
Mối quan hệ giữa các đơn vị đo áp suất:  
1 atm = 760 mm Hg (at 0 0C) = 10,13 . 10 4 Pa = 2116 psf (lbf/ft2)  
1 at = 2049 psf  
1at = 0,981 bar = 9,81.104 N/m2 = 9,81.104 Pa = 10 mH20 = 735,5 mmHg = 14,7  
psi  
8
Phân loại áp suất  
1) Áp suất khí quyển (p0) - áp suất của không khí tác dụng lên bề mặt các vật  
trên trái đất.  
2) Áp suất dư (pd) – là phần áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển  
p d = p - p 0  
[1-4]  
3) Áp suất tuyệt đối (p) - áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt đối.  
p = p d + p 0  
[1-5]  
4) Áp suất chân không (pck) - phần áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí  
quyển.  
pck = p0 - p  
[1-6]  
Hình 1.4: Các loại áp suất  
• Áp kế  
Hình 1.5: 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  
cần được hiệu chỉnh về nhiệt độ 00C.  
h0 = h (1 - 0,000172. t)  
[1-7]  
trong đó: t - nhiệt độ cột thủy ngân,0C  
h0 - chiều cao cột thủy ngân hiệu chỉnh về nhiệt độ 00C  
h - chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t0C  
9
3. Thể tích riêng và khối lượng riêng  
• Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một  
[m3/kg]  
[1-8]  
V
đơn vị khối lượng chất đó:  
  
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:  
[kg/m3]  
[1-9]  
m
ρ =  
V
4. 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 (u ).  
- Nội động năng liên quan đến chuyển động của các phân tử nênpnó 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 = 277,78.10-6 kwh = 0,948 Btu  
5. Enthanpy  
Enthalpy (i) - là đại lượng được định nghĩa bằng biểu thức :  
i = 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.  
6. Entropy  
Entropy (s) là một hàm trạng thái được định nghĩa bằng biểu thức :  
[J/0K]  
[1-12]  
dq  
ds =  
T
1.1.1.3 Nhiệt dung riêng và tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng  
a) Các khái niệm chung  
- 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 :  
 
10  
1) Calorie (Ca) - 1 Ca là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của 1 gam nước  
tăng từ 14.50C đến 15.5 0C.  
2) British thermal unit (Btu) - 1 Btu là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của 1  
pound nước tăng từ 59.50F lên 60.50F.  
3) Joule (J) - 1 [J]  
1 Ca = 4.187 J 1 Btu = 252 Ca = 1055 J  
Hình 1.6: 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  
tỏa ra để nhiệt độ của nó thay đổi 10.  
dQ  
C=  
[J/độ]  
[1-13]  
dt  
Nhiệt dung riêng (NDR) - còn gọi là Tỷ nhiệt - là lượng nhiệt cần cung  
cấp hoặc tỏa ra từ 1 đơn vị số lượng vật chất để nhiệt độ của nó thay đổi 10.  
• Phân loại NDR theo đơn vị đo lượng vật chất:  
C
1) Nhiệt dung riêng khối lượng c = , [J/kg . độ]  
[1-14]  
[1-15]  
m
C
2) Nhiệt dung riêng thể tích c’ =  
, [J/m3 . độ ]  
t c  
Vtc  
C
3) Nhiệt dung riêng mol c  
=
[J/kmol . độ]  
[1-16]  
N
• Phân loại NDR theo quá trình nhiệt động :  
1) NDR đẳng tích cv, cv’, cμv  
2) NDR đẳng áp cp, cp’, cμp  
• Công thức Maye:  
c - cv = R  
[1-17]  
[1-18]  
cp - c = Rμ = 8314 [J/kmol.độ]  
•μCp hỉ μsvố đoạn nhiệt:  
cp  
k =  
[1-19]  
cv  
11  
Trị số k của khí thực phụ thuộc vào loại chất khí và nhiệt độ. Đối với khí  
lý tưởng, k chỉ phụ thuộc vào loại chất khí.  
• Quan hệ giữa c, k và R :  
1
k
cv =  
; c =  
[1-20]  
.R  
.R  
p
k 1  
k 1  
• Nhiệt dung riêng của khí thực :  
NDR của khí thực phụ thuộc vào bản chất của chất khí, nhiệt độ, áp suất  
và quá trình nhiệt động :  
c = f(T, p, quá trình).  
Trong phạm vi áp suất thông dụng, áp suất có ảnh hưởng rất ít đến NDR.  
Bởi vậy có thể biểu diễn NDR dưới dạng một hàm của nhiệt độ như sau :  
c = a0 + a1. t + a2. t 2 + ..... + an. tn  
[1-21]  
• Nhiệt dung riêng của khí lý tưởng:  
NDR của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào loại chất khí mà không phụ  
thuộc vào nhiệt độ và áp suất.  
Bảng 1.1: Chỉ số đoạn nhiệt và nhiệt dung riêng của khí lý tưởng  
Loại khí  
k
c [kJ/kmol. deg] c [kJ/kmol. deg]  
μ
v  
μ
p  
Khí 1 nguyên tử  
Khí 2 nguyên tử  
Khí nhiều nguyên  
tử  
1,6  
1,4  
1,3  
12,6  
20,9  
29,3  
20,9  
29,3  
37,4  
• Nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí  
n
n
n
c = g .c ; c = r .c, ; c =  
r .c  
i  
[1-22]  
i
i
i
i
i
i1  
i1  
i1  
b) Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng trung bình  
Tính NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ t1 ÷ t2 khi biết NDR trung  
bình trong khoảng nhiệt độ 0 ÷ t :  
• NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ 0 ÷ t :  
c t0 = a0 + a1. t  
• Theo định nghĩa NDR : c = dq/dt  
t2  
• Nhiệt trao đổi trong quá trình 1 - 2 : q tt  
=
c.dt  
=
c tt . (t2 – t1)  
2
2
1
1
t1  
• Mặt khác có thể viết :  
q tt  
q t0  
= -  
q t0  
=
c t02 .(t2 0) c t01 .(t1 0) c t02 .t2 c t01 .t1  
2
2
1
1
12  
• Từ đó ta có :  
c t02 .t2 c t01 .t  
c tt  
=
= a0 + a1.(t2 – t1)  
[1-23]  
2
1
t2 t1  
Tính nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ t1 ÷ t2 khi biết  
NDR thực c = a0 + a1.t :  
t2  
t22  
t12  
   
c.dt  
   
a0.t2 a1.  
a0.t1 a1.  
   
2
2
c tt  
=
t1  
   
t2 t1  
2
1
t2 t1  
t2 t1  
c tt = a0 + a1.  
[1-24]  
[1-25]  
2
1
2
Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng trung bình  
t2  
2
q = c.dt  
=
c tt . (t2 – t1)  
1
t1  
1.1.1.4 Công  
Công - còn gọi là cơ năng - là dạng năng lượng hình thành trong quá trình  
biến đổi năng lượng trong đó có sự dịch chuyển của lực tác dụng. Về trị số, công  
bằng tích của thành phần lực cùng phương chuyển động và quãng đường dịch  
chuyển.  
L = (F. cosθ). S  
Hình 1.7  
Đơn vị  
Công là một dạng năng lượng nên đơn vị của công là đơn vị của năng lượng.  
Đơn vị thông dụng là Joule (J). 1 J là công của lực 1 N tác dụng trên quãng  
đường 1 m.  
Phân loại công  
1) Công thay đổi thể tích (l) - còn gọi là công cơ học - là công do CMG  
sinh ra khi dãn nở hoặc nhận được khi bị nén. Công thay đổi thể tích gắn liền  
với sự dịch chuyển ranh giới của HNĐ.  
Công thay đổi thể tích được xác định bằng biểu thức:  
 
13  
v2  
l = p.dv => dl = p.dv  
[1-26]  
v1  
2) Công kỹ thuật (lkt) - là công của dòng khí chuyển động được thực hiện  
khi áp suất của chất khí thay đổi.  
Công kỹ thuật được xác định bằng biểu thức:  
p2  
lkt =  
=> dlkt = - v . dp  
[1-27]  
v.dp  
p1  
Qui ước : Công do HNĐ sinh ra mang dấu (+), công do môi trường tác  
dụng lên HNĐ mang dấu (-).  
1.1.2 Hơi và các thông số trạng thái của hơi  
1.1.2.1 Các thể (pha) của vật chất  
Chất môi giới là chất có vai trò trung gian trong các quá trình biến đổi  
năng lượng trong các thiết bị nhiệt. Dạng đồng nhất về vật lý của CMG được  
gọi là pha. Ví dụ, nước có thể tồn tại ở pha lỏng, pha rắn và pha hơi (khí). Thiết  
bị nhiệt thông dụng thường sử dụng CMG ở pha khí vì chất khí có khả năng thay  
đổi thể tích rất lớn nên có khả năng thực hiện công lớn.  
Hình 1.8: Đồ thị biểu diễn pha của chất thuần khiết  
Ví dụ các quá trình chuyển pha của nước:  
Sự hóa hơi và ngưng tụ: Hóa hơi là quá trình chuyển từ pha lỏng sang  
pha hơi. Ngược lại, quá trình chuyển từ pha hơi sang pha lỏng gọi là  
ngưng tụ. Để hóa hơi, phải cấp nhiệt cho CMG. Ngược lại, khi ngưng tụ  
CMG sẽ nhả nhiệt. Nhiệt lượng cấp cho 1kg CMG lỏng hóa hơi hoàn toàn  
gọi là nhiệt hóa hơi (rhh), nhiệt lượng tỏa ra khi 1kg CMG ngưng tụ gọi là  
nhiệt ngưng tụ (rnt). Nhiệt hóa hơi và nhiệt ngưng tụ có trị số bằng nhau.  
Ở áp suất khí quyển, nhiệt hóa hơi của nước là 2258 kJ/kg.  
Sự nóng chảy và đông đặc: Nóng chảy là quá trình chuyển từ pha rắn  
sang pha lỏng, quá trình ngược lại được gọi là đông đặc. Cần cung cấp  
nhiệt để làm nóng chảy CMG. Ngược lại, khi đông đặc CMG sẽ nhả nhiệt.  
Nhiệt lượng cần cung cấp để 1 kg CMG nóng chảy gọi là nhiệt nóng chảy  
   
14  
(rnc), nhiệt lượng tỏa ra khi 1 kg CMG đông đặc gọi là nhiệt đông đặc  
(rdd). Nhiệt nóng chảy và nhiệt đông đặc có trị số bằng nhau. Ở áp suất khí  
quyển, nhiệt nóng chảy của nước bằng 333 kJ/kg.  
Hình 1.9: Các quá trình chuyển pha của nước  
Sự thăng hoa và ngưng kết: thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ  
pha rắn sang pha hơi. Ngược lại với quá trình thăng hoa là ngưng kết.  
CMG nhận nhiệt khi thăng hoa và nhả nhiệt khi ngưng kết. Nhiệt thăng  
hoa (rth) và nhiệt ngưng kết (rnk) có trị số bằng nhau. Ở áp suất p = 0,006  
bar, nhiệt thăng hoa của nước bằng 2818 kJ/kg.  
1.1.2.2 Quá trình hoá hơi đẳng áp  
Giả sử có 1 kg nước trong xylanh, trên bề mặt nước có một piston có khối  
lượng không đổi. Như vậy, áp suất tác dụng lên nước sẽ không đổi trong quá  
trình hóa hơi. Giả sử nhiệt độ ban đầu của nước là t0, nếu ta cấp nhiệt cho nước,  
quá trình hóa hơi đẳng áp sẽ diễn ra. Hình 1.10 thể hiện quá trình hóa hơi đẳng  
áp, trong đó nhiệt độ phụ thuộc vào lượng nhiệt cấp: t = f(q).  
Đoạn OA biểu diễn quá trình đốt nóng nước từ nhiệt độ ban đầu t0 tến  
nhiệt độ sôi ts. Nước ở nhiệt độ t < ts gọi là nước chưa sôi. Khi chưa sôi,  
nhiệt độ của nước sẽ tăng khi tăng lượng nhiệt cấp vào.  
Đoạn AC thể hiện quá trình sôi. Trong quá trình sôi, nhiệt độ của nước  
không đổi (ts = const), nhiệt được cấp vào được sử dụng để biến đổi pha  
mà không làm tăng nhiệt độ của chất lỏng. Thông số trạng thái của nước ở  
điểm A được ký hiệu là: i', s', u', v', ... Hơi ở điểm C gọi là hơi bão hòa  
khô, các thông số trạng thái của nó được ký hiệu là: i'', s'', u'', v'', ... Hơi ở  
trạng thái giữa A và C được gọi là hơi bão hòa ẩm, các thông số trạng thái  
của nó được ký hiệu là ix, sx, ux, vx, ....  
Sau khi toàn bộ lượng nước được hóa hơi, nếu tiếp tục cấp nhiệt thì nhiệt  
độ của hơi sẽ tăng (đoạn CD). Hơi có nhiệt độ t > ts gọi là hơi quá nhiệt.  
Hơi bão hòa ẩm là hỗn hợp của nước sôi và hơi bão hòa khô. Hàm lượng  
 
15  
hơi bão hòa khô trong hơi bão hòa ẩm được đánh giá bằng đại lượng độ  
khô (x) hoặc độ ẩm (y) :  
Gh  
Gh  
x =  
[1-28]  
Gx Gn Gh  
Trong đó: x - độ khô; y - độ ẩm; Gx - lượng hơi bão hòa ẩm; Gh - lượng hơi bão  
hòa khô; Gn - lượng nước sôi.  
Hình 1.10: Quá trình hóa hơi đẳng áp của nước  
1.1.2.3 Các đường giới hạn và các miền trạng thái của nước và hơi  
Tương tự, nếu tiến hành quá trình hóa hơi đẳng áp ở những áp suất khác  
nhau (p1, p2, p3, ...) và cùng biểu diễn trên đồ thị trạng thái p - v, sẽ được các  
đường, điểm và vùng đặc trưng biểu diễn trạng thái của nước như sau :  
• Đường trạng thái của nước chưa sôi: đường nối các điểm O0, O1, O2,  
O3... gần như thẳng đứng vì thể tích của nước thay đổi rất ít khi tăng hoặc  
giảm áp suất.  
• Đường giới hạn dưới: đường nối các điểm …A1, A2, A3... biểu diễn trạng  
thái nước sôi độ khô x = 0.  
• Đường giới hạn trên: đường nối các điểm …C1, C2, C3,... biểu diễn trạng  
thái hơi bão hòa khô có độ khô x = 1.  
 
16  
Hình 1.11: Quá trình hóa hơi đẳng áp của nước trên đồ thị p-v  
• Điểm tới hạn K: điểm gặp nhau của đường giới hạn dưới và giới hạn  
trên. Trạng thái tại K gọi là trạng thái tới hạn, ở đó không còn sự khác  
nhau giữa chất lỏng sôi và hơi bão hòa khô. Các thông số trạng thái tại  
K gọi là các thông số trạng thái tới hạn. Nước có các thông số trạng  
thái tới hạn: pk = 221 bar, tk = 3740C, vk = 0,00326 m3/kg.  
• Vùng chất lỏng chưa sôi (x = 0): vùng bên trái đường giới hạn dưới.  
• Vùng hơi bão hòa ẩm (0 < x < 1): vùng giữa đường giới hạn dưới và  
trên.  
• Vùng hơi quá nhiệt (x = 1): vùng bên phải đường giới hạn trên.  
1.1.2.4 Cách xác định các thông số của hơi bằng bảng và đồ thị lgp-h  
Hơi của các chất lỏng thường phải được xem như là khí thực, nếu sử dụng  
phương trình trạng thái của khí lý tưởng cho hơi thì sai số sẽ khá lớn. Trong tính  
toán kỹ thuật cho hơi người ta thường dùng các bảng số hoặc đồ thị đã được xây  
dựng sẵn cho từng loại hơi.  
a) Bảng hơi nước  
Trạng thái của CMG được xác định khi biết hai thông số trạng thái độc  
lập.  
Đối với nước sôi (x = 0) và hơi bão hòa khô (x = 1) chỉ cần biết áp suất  
(p) hoặc nhiệt độ (t) sẽ xác định được trạng thái vì đã biết trước độ khô. Đối với  
nước chưa sôi và hơi quá nhiệt người ta thường chọn áp suất (p) và nhiệt độ (t)  
là hai thông số độc lập để xây dựng bảng trạng thái. Các bảng trạng thái của  
nước (chưa sôi, nước sôi, hơi bão hòa khô, hơi quá nhiệt) và một số chất lỏng  
thông dụng thường được cho trong phần phụ lục.  
Đối với hơi bão hòa ẩm, người ta không lập bảng trạng thái mà xác định  
trạng thái của nó trên cơ sở độ khô và các thông số trạng thái của nước sôi và  
hơi bão hòa khô như sau:  
v = v' + x (v'' - v')  
[1-29]  
[1-30]  
ixx= i' + x (i'' - i')  
 
17  
sx = s' + x (s'' - s')  
ux = u' + x (u'' - u')  
[1-31]  
[1-32]  
Nội năng không có trong các bẳng và đồ thị. Nội năng được xác định theo  
enthalpy bằng công thức sau :  
u = i – pv  
b) Đồ thị lnp - h  
Bên cạnh việc dùng bảng, người ta có thể sử dụng các đồ thị trạng thái để  
tính toán cho hơi.  
[1-33]  
Hình 1.12: Đồ thị lgp-h của hơi nước  
Trên đồ thị lnp-h các đường đẳng áp là đường thẳng song song với trục  
hoành. Các đường đẳng nhiệt trong vùng hơi bão hòa ẩm trùng với các đường  
đẳng áp tương ứng, ở vùng hơi quá nhiệt là những đường cong hướng xuống gần  
như thẳng đứng trong khi đó ở vùng lỏng chưa sôi có thể xem là đường thẳng  
đứng song song với trục tung. Chiều tăng của nhiệt độ cùng với chiều tăng của  
áp suất. Các đường đẳng entropy và đẳng tích là các đường cong có bề lồi quay  
về phía trên nhưng đường đẳng entropy dốc hơn so với đường đẳng tích. Các  
đường có độ khô không đổi (x = const) xuất phát từ điểm tới hạn K tỏa xuống  
phía dưới.  
c) Đồ thị T - s của hơi nước  
Trên đồ thị T-s (Hình 1.13), các đường đẳng áp p = const trong vùng nước  
chưa sôi hầu như trùng với đường giới hạn dưới (x = 0), trong vùng hơi bão hòa  
ẩm là các đoạn thẳng nằm ngang và trùng với đường đẳng nhiệt (T = const),  
trong vùng hơi quá nhiệt là các đường cong đi lên. Chiều tăng của áp suất cùng  
với chiều tăng của nhiệt độ  
18  
Hình 1.13: Đồ thị T - s của hơi nước  
1.1.3. Các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi  
1.1.3.1 Các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi trên đồ thị lgp-h  
Các quá trình cơ bản của chất thuần khiết cũng được khảo sát thông qua nước và  
hơi nước.  
Để khảo sát một quá trình nào đó, ta thường phải tiến hành các bước sau:  
- Xác định điểm biểu diễn trạng thái đầu của quá trình trên đồ thị tương  
ứng.  
- Từ đặc điểm của quá trình và một thông số trạng thái đã biết của điểm  
cuối ta xác định được điểm biểu diễn trạng thái cuối.  
- Kết hợp giữa bảng và đồ thị ta sẽ xác định được các thông số trạng thái  
cần thiết, và qua đó tính được lượng nhiệt và công trao đổi giữa chất  
môi giới và môi trường.  
a) Quá trình đẳng tích (v = const)  
Hình 1.14: Đồ thị biểu diễn quá trình đẳng tích  
- Nội năng: Δu = u2 – u1 = (i2 – p2.v2) – (i1 – p1.v1)  
[1-34a]  
[1-34b]  
2
p.dv  
- Công của trong quá trình: l =  
= 0  
1
- Nhiệt lượng tham gia trong quá trình: Δq = Δu + l = Δu  
[1-34c]  
   
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 169 trang Thùy Anh 05/05/2022 3520
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cơ sở kỹ thuật nhiệt lạnh và điều hòa không khí", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_co_so_ky_thuat_nhiet_lanh_va_dieu_hoa_khong_khi.pdf