Bài giảng Nhiệt động học: Chương 6 - Nguyễn Thế Lương

Bài giảng Nhiệt động học - Chương 6: Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt, cung cấp cho người học những kiến thức như: Một số phương pháp làm lạnh; Chu trình máy lạnh/bơm nhiệt dùng không khí; Chu trình máy lạnh/bơm nhiệt dùng hơi;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nhiệt động học: Chương 6 - Nguyễn Thế LươngChương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 1 Khái quát:- Máy lạnh & bơm nhiệt: tải nhiệt từ nơi nhiệt độ thấp đến nơi nhiệt độ cao- Làm việc theo CT ngược- Tiêu thụ NL: công, nhiệt…- Máy lạnh: q2: nhiệt lấy đi khỏi nơi làm lạnh- Bơm nhiệt: q1: nhiệt cấp cho nơi làm nóng: sấy, sưởi- Riêng rẽ hoặc tích hợp: VD: điều hòa 2 chiềuChương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 26.1 Một số phương pháp làm lạnh- Sử dụng khí giãn nở:• Khí giãn nở: nhiệt độ giảm• VD: máy lạnh dùng không khí- Sử dụng hiệu ứng tiết lưu Joule-Thomson:• Khí, hơi qua tiết lưu (không chuyển pha): nhiệt độ giảm• VD: máy hóa lỏng khí (O2, CO2…)Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 3- Sử dụng hiệu ứng nhiệt-điện:• Dòng điện chạy qua mạch điện gồm hai dây kim loại khác nhau hàn 2 đầu đặt ở 2 nơi• Một đầu thu nhiệt, đầu kia nhả nhiệt (ngược với cặp nhiệt ngẫu đo nhiệt độ)• Ứng dụng: con sò làm mát CPU máy tính…Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 4- Sử dụng chuyển pha ở nhiệt độ thấp:• Chất lỏng qua tiết lưu: áp suất giảm, nhiệt độ sôi giảm• Chất lỏng → hơi: thu nhiệt• VD: máy lạnh thông thường• Hiệu ứng tương tự: chuyển pha từ rắn → lỏng, rắn → hơi: thu nhiệt- Xét một số CT thông dụng:Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 56.2 Chu trình máy lạnh/bơmnhiệt dùng không khí6.2.1 Nguyên lý làm việc- Môi chất: không khí (KK)- Buồng lạnh I: nhận nhiệt q2- Máy nén II (piston, ly tâm…): nén KK từ I vào III, nhiệt độ tăng- Bình làm mát III: nhả nhiệt q1Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 6- Máy giãn nở IV (piston hoặc tuabin): KK giãn nở giảm nhiệt độ- II & IV: đồng trục: thu lại một phần công giãn nở IV6.2.2 Các quá trình- 1-2: nén đoạn nhiệt KK trong II- 2-3: nhả nhiệt q1 đẳng áp ở III ?1 ~?23??Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 7- 3-4: giãn nở đoạn nhiệt trong IV- 4-1: nhận nhiệt q2 đẳng áp ở I ?2 ~?14??- ?0 : công cho CT: ?0 ~?1234- Hệ số làm lạnh: ?2 ?2• ?= = ?0 ?1 −?2• ?1 = ? ? (?2 − ?3 )• ?2 = ? ? (?1 − ?4 )Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 8 ?1 −?4 1• ?= = ?2 −?3 ?2 −?3 −(?1 −?4 ) −1 ?1 −?4 (6-1)• Do 1-2 & 3-4 đều đoạn nhiệt: ?−1 ?2 ?2 ? ?3• = = → ?1 ?1 ?4 ?2 −?3 ?2 ?3• = = (6-2) ?1 −?4 ?1 ?4• Thay (6-2) vào (6-1):Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 9 1 1• ?= ?2 = ?3 hay: −1 −1 ?1 ?4 ?1 ?4• ?= = (6-3) ?2 −?1 ?3 −?4- Hệ số bơm nhiệt:- ? = ?+1- Ưu, nhược điểm của CT:• Không khí có sẵn, không độc• CT khác xa CT Carnot: ? & ? nhỏChương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 10• Dùng máy giãn nở: cồng kềnh- Ứng dụng: hàng khôngChương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 116.3 Chu trình máy lạnh/bơm nhiệt dùng hơi- MC: hơi của một số chất lỏng- PP làm lạnh: bốc hơi ở nhiệt độ thấp- Theo PP tăng áp suất: CT có máy nén và CT hấp thụ (dùng bơm)Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 126.3.1 Chu trình máy lạnh &bơm nhiệt có máy nén- MC thông dụng:• NH3: máy công nghiệp, công suất lớn• Freon (R12, R22): máy dân dụng (tủ lạnh, tủ đá…)• CO2: máy lạnh sâu (y tế, sinh học…) ts ở p = 1 bar:Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 13• NH3: - 34oC• R12: - 30oC• R22: - 40oC• CO2: - 78oC- Cấu tạo & nguyên lý làm việc:• I: Máy nén• II: Bình ngưng• III: Van tiết lưu• IV: Buồng lạnhChương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 14• 1-2: nén đoạn nhiệt hơi bão hòa trong I• 2-3: ngưng tụ đẳng áp p2 trong II, nhả nhiệt ?1 ~? ?23?• 3-4: tiết lưu chất lỏng qua III: ?2 → ?1• 4-1: bốc hơi đẳng áp p1 trong IV, nhận nhiệt ?2 ~? ?14?Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 15- Hệ số làm lạnh của chu trình:• Tương tự 6.2.2: ?2 ?2• ?= = (6-4) ?0 ?1 −?2• ?1 = ?23 = ?2 − ?3• ?2 = ?41 = ?1 − ?4• ?0 = ?1 − ?2 = ?2 − ?3 − (?1 − ?4 )• Tiết lưu qua III: ?3 = ?4• ?0 = ?2 − ?1 : công máy nénChương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệt 16• Thay vào (6-4): ?1 −?4• ?= (6-5) ?2 −?1- Hệ số bơm nhiệt: ? = ?+1- Năng suất máy lạnh: ???? ?0 = ??2 (?, ) (6-6) ℎ- Công suất máy nén: ? = ? ?0 (6-7)Chương 6. Chu trình máy lạnh và bơm nhiệ ...