Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 4: Energy Analysis of Closed System

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 4: Energy Analysis of Closed System. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Bảo toàn năng lượng cho hệ kín, định luật nhiệt động 1 cho hệ kín. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 4: Energy Analysis of Closed System 3/26/2018 School of Mechanical Engineering VIỆN CƠ KHÍ Chapter 4: Energy Analysis of Closed System- Bảo toàn năng lượng cho hệ kín- Định luật nhiệt động 1 cho hệ kín CONTENTS  Công thay đổi thể tích (Moving boundary work) - Ứng dụng cho các máy có chuyển động tịnh tiến (reciprocating machines) như động cơ đốt trong, máy nén khí;  Tính công giãn nở cho các quá trình, chu trình, đồ thị công;  Cân bằng năng lượng đối với hệ kín;  Nội năng, enthalpy, nhiệt dung riêng của khí lý tưởng (hệ kín);  Nội năng, enthalpy, nhiệt dung riêng của chất lỏng, chất rắn. 1 3/26/2018Closed systems Không có trao đổi môi chất với môi trường; Ví dụ: Piston-Cylinder trong các đ/cơ đốt trong: - Giả thiết quá trình nạp khí sạch/thải khí cháy triệt tiêu nhau về khối lượng: mass(in) = air + fuel = mass(out) = exhaust gas. - Quá trình cháy được thay bằng quá trình cấp nhiệt (Qin ); - Quá trình thải được thay bằng quá trình thải nhiệt (Qout ).4.1. Công thay đổi thể tích Piston-Cylinder:  Áp suất P;  Diện tích A;  Piston dịch chuyển ds. Công tạo ra: = = . . = .  Nhận xét:  Dấu phụ thuộc vào dV, dV dương (giãn nở) thì công dương; dV âm (nén) thì công âm;  Phổ biến ở các thiết bị piston-cylinder (internal combustion engines, displacement compressors, …) 2 3/26/2018Công giãn nở - đồ thị công Quá trình giãn nở (expansion) 1-2; Công giãn nở: = → =  Nhận xét:  Công thay đổi thể tích chính là diện tích phía dưới đường quá trình trên đồ thị P-V.  Đồ thì P-V được gọi là đồ thị công.Work –function of path Quá trình giãn nở từ state 1 – state 2, theo các đường A, B, C. Nhận xét:  Diện tích phía dưới đường quá trình phụ thuộc đường đi: > >  Công là hàm của quá trình.  Công chỉ phát sinh khi hệ thống diễn ra quá trình bằng cách trao đổi với môi trường qua biên hệ.  Khi V tăng, quá trình giãn nở (expansion), Công dương (sinh công);  Khi V giám, quá trình nén (compression), Công âm (tiêu thụ công). 3 3/26/2018Work of cycle Hệ kín thực hiện chu trình: = = = ! ! ! ! Nhận xét:  Các hệ luôn hoạt động theo chu trình.  Công có ích theo chu trình Vận dụng: Động cơ đốt trong, - W sinh ra ở đâu (chi tiết nào)? - W chu trình có được sử dụng có ích cả không. Nếu không mất mát cho những gì?Công quá trình: Constant-Volume  Đẳng tích, V = const: ! = = 0 Nhận xét:  Quá trình đẳng tích không sinh công.  Nhiệt cấp vào hay nhả ra chỉ làm thay đổi nội năng. 4 3/26/2018Công quá trình: Constant-Pressure Áp suất không đổi: P2 = P1 = P0 Nhận xét: Nhiệt lượng cấp vào làm hệ giãn nở, sinh công qua biên hệ.Quá trình đẳng nhiệt (Isothermal) Nhiệt độ không đổi: T2 = T1 = T0 Với khí lý tưởng: (C = const) 5 3/26/2018Công QT đa biến (Polytropic) Là quá trình có chỉ số nén đa biến (n) có thể thay đổi. = $ = %&(. Công quá trình: Với KLT:Quá trình đa biến Nhận xét:  Khi n = 1: = $ → Quá trình đẳng nhiệt.  Khi n = 0: ) = %&( → = %&( (Đẳng áp).  Khi n = k: * = %&(, quá trình đoạn nhiệt.  Khi n = ∞: quá trình đẳng tích. 6 3/26/20184.2. Cân bằng năng lượng hệ kín Phương trình cân bằng năng lượng tổng quát: 3 dạng truyền năng lượng:  Dạng nhiệt (Heat);  Dạng công (Wo ...