Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 27-

Chương 2
CÁC QUÁ TRÌNH NHI
ỆT ðỘNG CƠ BẢN
2.1. Khái niệm
2.1.1. Hơi nước là 1 khí thực
H
ơi nước có rất nhiều ưu ñiểm so với các môi chất khác như có nhiều trong
thiên nhiên, rẻ tiền và ñặc biệt là không ñộc hại ñối với môi trường và không ăn mòn
thiết bị, do ñó nó ñược sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp. Hơi nước
th
ường ñược sử dụng trong thực tế ở trạng thái gần trạng thái bão hoà nên không thể
bỏ qua thể tích bản thân phân tử và lực hút giữa chúng. Vì vậy, không thể dùng
ph
ương trình trạng thái lí tưởng cho hơi nước ñược.
Phương trình trạng thái cho hơi nước ñược dùng nhiều nhất hiện nay là phương trình
Vukalovich-novikov:
( )
3
2
2
1
m
a c
p v b RT
V
T

2.1.2 Quá trình hoá h
ơi của nước
N
ước có thể chuyển từ thể lỏng sang thể hơi nhờ quá trình hoá hơi. Quá trình
hoá h
ơi có thể là bay hơi hoặc sôi.
* Quá trình bay hơi:
Quá trình bay hơi là quá trình hoá hơi chỉ xảy ra trên bề mặt thoáng chất lỏng, ở nhiệt
ñộ bất kì.
- ðiều kiện ñể xảy ra quá trình bay hơi : Muốn xảy ra quá trình bay hơi thì cần phải có
m
ặt thoáng.
- ðặc ñiểm của quá trình bay hơi: Quá trình bay hơi xảy ra do các phân tử nước trên bề
mặt thoáng có ñộng năng lớn hơn sức căng bề mặt và thoát ra ngoài, bởi vậy quá trình
bay h
ơi xảy ra ở bất kì nhiệt ñộ nào.
- Cường ñộ bay hơi phụ thuộc vào bản chất và nhiệt ñộ của chất lỏng. Nhiệt ñộ càng
cao thì t
ốc ñộ bay hơi càng lớn.
* Quá trình sôi:
Quá trình sôi là quá trình hoá h
ơi xảy ra cả trong lòng thể tích chất lỏng.
- ðiều kiện ñể xảy ra quả trình sôi: Khi cung cấp nhiệt cho chất lỏng thì nhiệt ñộ của
nó tăng lên và cường ñộ bay hơi cũng tăng lên, ñến một nhiệt ñộ xác ñịnh nào ñó thì
hi
ện tượng bay hơi xảy ra cả trong toàn bộ thể tích chất lỏng, khi ñó các bọt hơi xuất
hiện cả trên bề mặt nhận nhiệt lẫn trong lòng chất lỏng, ta nói chất lỏng sôi. Nhiệt ñộ
ñó ñược gọi là nhiệt ñộ sôi hay nhiệt ñộ bão hoà.
- ðặc ñiểm của quá trình sôi: Nhiệt ñộ sôi phụ thuộc vào bản chất và áp suất của chất
l

'
v
và các thông số trạng thái khác tương ứng là: u’, i’, s’,
tr
ạng thái sôi ñược biểu thị bằng ñiểm A
s
t
ñược gọi là nhiệt ñộ sôi hay nhiệt ñộ bão
hoà ứng với áp suất
p
.

N
ếu tiếp tục cấp nhiệt vẫn ở áp suất ñó thì cường ñộ bốc hơi càng tăng nhanh,
nhi
ệt ñộ của nước và hơi không thay ñổi và bằng
s
t
. ðến một lúc nào ñó thì toàn bộ
n
ước sẽ biến hoàn toàn thành hơi trong khi nhiệt ñộ của hơi vẫn còn giữ ở nhiệt ñộ
s
t
.
H
ơi nước ở trạng thái này ñược gọi là hơi bão hoà khô, ñược biễu diễn bằng ñiểm C.
Các thông s
ố tại ñiểm C ñược kí hiệu là v’’, u’’, i’’, s’’. Nhiệt lượng cấp vào cho 1 kg
nước từ khi bắt ñầu sôi ñến khi biến thành hơi hoàn toàn ñược gọi là nhiệt ẩn hoá hơi,
kí hi

O A C
và ở áp suất p2 = const ta cũng có các
ñiểm tương ứng là
2 2 2
, ,
O A C

2.2.2 Các
ñường ñặc tính của nước
Khi n
ối các ñiểm
O
,
1
O
,
2
O
,
3
O
ta ñược một ñường gọi là ñường nước
ch
ưa sôi, ñường này gần nhà thẳng ñứng, chứng tỏ thể tích riêng của nước rất ít phụ
thu
ộc vào áp suất.
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 29-

thái
ñó ñược gọi là thông số tới hạn.
*Ví d
ụ: nước có
22,1
k
p Mpa
=
,
374
o
k
t C
=
,
3
0.00326 /
k
v m kg
=
,
2156,2 /
k
i kj kg
=
,
4,43 /
k
s kj kg
=

G G G
= =
+

ho
ặc ñộ ẩm:
n
n h
G
y
G G
=
+

Như vậy ta thấy: Trên ñường giới hạn dưới lượng hơi
0
h
G
=
, do ñó ñộ khô
0
x
=
,
ñộ ẩm
1
y
=
. Còn trên ñường giới hạn trên, lượng nước ñã biến hoàn toàn toàn thành
h

Trong vùng nước chưa sôi và vùng hơi quá nhiệt, nhiệt ñộ và áp suất là hai thông số
ñộc lập, do ñó bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt ñược xây dựng theo hai thông số
này. Bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt ñược trình bày ở phần phụ lục, bảng này cho
phép xác
ñịnh các thông số trạng thái
, ,
v i s
của nước chưa sôi và hơi quá nhiệt ứng
v
ới một áp suất và nhiệt ñộ xác ñịnh nào ñó.
T
ừ ñó ñịnh ñược:
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 30-

u i pv
= −

* Bảng nước sôi và hơi bão hòa khô:
Khi môi chất có trạng thái trong vùng giữa ñường giới hạn dưới (ñường nước
sôi) và
ñường giới hạn trên (ñường hơi bão hào khô) thì nhiệt ñộ và áp suất không còn
là hai thông số ñộc lập nữa, vì vậy muốn xác ñịnh trạng thái của môi chất thì cần biết
thêm một thông số khác nữa.

ðộ khô cũng là một thông số trạng thái. Nước sôi có ñộ khô
0
x

(
”, ”, ”
v i s
) và nhiệt ẩn hoá hơi
r
theo áp suất hoặc theo nhiệt ñộ.
Khi môi chất ở trong vùng hơi ẩm, các thông số trạng thái của nó có thể ñược
tính theo các thông s
ố trạng thái tương ứng trên các ñường giới hạn và ñộ khô
x
ở
cùng áp su
ất.
Vi d
ụ: Trong 1kg hơi ẩm có ñộ khô
x
, sẽ có
x
kg hơi bão hòa khô với thể tích
”
v
và
(
)
1-
x
kg nước sôi với thể tích
’
v
. Vậy thể tích riêng của hơi ẩm sẽ là:

x
x
Φ = Φ + Φ Φ

Trong
ñó:
+
x
Φ
là thông số trạng thái của hơi bão hòa ẩm có ñộ khô
x
(ví dụ
, ,
x x x
v i s
),
+
'
Φ
là thông số trạng thái
’, ’, ’
v i s
của nước sôi tương ứng trên ñường x=0
+
''
Φ
là thông số trạng thái
”, ”, ”
v i s
của hơi bão hòa khô tương ứng trên ñường

ñộ khô không ñổi xuất phát từ ñiểm
K
ñi tỏa xuống phía dưới.
ðồ thị T-s ñược xây dựng cho vùng hơi bão hòa và vùng hơi quá nhiệt.
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 31-* ðồ thị i-s của hơi nước:
Theo
ñịnh luật nhiệt ñông thứ nhất ta có
q i l
= ∆ −
, mà trong quá trình ñẳng áp
0
dp
=
do ñó
0
l
=
, vậy
2 1
q i i i
= ∆ = −
. Nghĩa là trong quá trình ñẳng áp, nhiệt
lượng
q
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 32-

2.4. Các quá trình nhiệt ñộng của hơi nước
2.4.1. Quá trình ñẳng tích

v const
=

Quá trình
ñẳng tích của hơi nước ñược biễu diễn bằng ñường 1-2 trên ñồ thị i-s
hình 5.4. Tr
ạng thái ñầu ñược biểu diễn bằng ñiểm 1, là giao ñiểm của ñường
1
ons
p c t
=
với ñường
1

t const
=
. Các thông số còn lại
1 1 1
, ,
i s v

0
dl pdv
= =
vì
0
dv
=
,
hay:
0
l
=

- Bi
ến thiên nội năng:
(
)
(
)
(
)
2 2 2 1 1 1
2 1 2 1
- – –
– – –
u i p v i p v
u i i v p p
∆ =
⇒ ∆ =


,
1
v
ñược xác ñịnh bằng cách ñọc các ñường
i
,
s
và
v
ñi qua ñiểm 1. Trạng thái cuối ñược
bi
ểu diễn bằng ñiểm 2, ñược xác ñịnh bằng
giao
ñiểm của ñường
2 1

p p const
= =
với
ñường
2

x const
=
, từ ñó xác ñịnh các thông
s
ố khác nhà ñối với ñiểm 1.
- Công của quá trình:
( )
2


Quá trình ñẳng nhiệt
của hơi nước ñược biểu diễn
b
ằng ñường 1-2 trên ñồ thị i-s
hình 5.6. Trạng thái ñầu ñược
bi
ểu diễn bằng ñiểm 1, là
giao
ñiểm của ñường
1
t
và
1
x
. Các thông số còn lại
1
v
,
1
i
,
1
s
ñược xác ñịnh bằng
cách ñọc các ñường
v
,
i
,

q Tds T s s
= = −
∫

- Công c
ủa quá trình:
-
l q u
= ∆

2.4.4. Quá trình
ñoạn nhiệt
Quá trình
ñoạn nhiệt của hơi
nước ñược biễu diễn bằng ñường 1-2
trên
ñồ thị i-s hình 5-7. Trong quá
trình này,
0
dq
=
nếu
0
ds
=
.
Trên
ñồ thị T-s và i-s quá trình ñoạn
nhi
ệt là một ñoạn thẳng song song với

2.5.1. Không khí ẩm
2.5.1.1. ðịnh nghĩa và tính chất của không khí ẩm
Không khí
ẩm (khí quyển) là một hỗn hợp gồm không khí khô và hơi nước.
Không khí khô là h
ỗn hợp các khí có thành phần thể tích: Nitơ khoảng 78%; Oxy:
20,93%; Carbonnic và các khí trơ khác chiếm khoảng 1%.
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 34-

Hơi nước trong không khí ẩm có phân áp suất rất nhỏ (khoảng 15 ñến 20
mmHg), do ñó ở nhiệt ñộ bình thường thì hơi nước trong khí quyển là hơi quá nhiệt, ta
coi nó là khí lý t
ưởng. Như vậy, có thể coi không khí ẩm là một hỗn hợp khí lý tưởng,
có thể sử dụng các công thức của hỗn hợp khí lý tưởng ñể tính toán không khí ẩm,
ngh
ĩa là:
- Nhiệt ñộ không khí ẩm :
=
kk h
T T T
=

- Áp su
ất không khí ẩm:
kk h
p p p
= =

=
. Hơi nước ở ñây là hơi bão
hòa khô,
ñược biễu diễn bằng ñiểm
A
trên ñồ
th
ị T-s hình 6.9.
* Không khí ẩm chưa bão hòa:
Không khí ẩm chưa bão hòa là không
khí
ẩm mà trong ñó lượng hơi nước chưa ñạt
t
ới giá trị lớn nhất
max
G G
<
, nghĩa là còn có
th
ể nhận thêm một lượng hơi nước nữa mới
tr
ở thành không khí ẩm bão hòa. Hơi nước ở
ñây là hơi quá nhiệt, ñược biểu diễn bằng
ñiểm B trên ñồ thị T-s hình 6.9
* Không khí
ẩm quá bảo hòa:
Không khí ẩm quá bão hòa là không khí ẩm mà trong ñó ngoài lượng hơi nước
l
ớn nhất
max

bão hòa. Ngh
ĩa là tăng lượng nước trong không khí ẩm chưa bão hòa ñể nó trở thành
không khí
ẩm bão hòa.
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 35-

+ Giữ nguyên áp suất hơi

h
p const
=
, giảm nhiệt ñộ không khí ẩm từ
h
t
ñến nhiệt ñộ
ñọng sương
s
t
(quá trình BA2). Nhiệt ñộ ñọng sương
s
t
là nhiệt ñộ tại ñó hơi ngưng tụ
l
ại thành nước.
2.5.1.3. Các
ñại lượng ñặc trưng cho không khí ẩm
*

max
h
ρ
ở cùng nhiệt ñộ.
max
h
h
ρ
ϕ
ρ
=

Từ phương trình trạng thái của không khí ẩm chưa bão hòa:
h h h
p V G R T
=
và bão hòa:
max maxh h h
p V G R T
=
, suy ra:
h h
h
h
G p
V R T
ρ = =

Và:
ax ax

có
100%
ϕ
=
.

ðộ ẩm thích hợp nhất cho sức khỏe ñộng vật là
(
)
40 75 %
ϕ
= ÷
, cho bảo quản
l
ạnh thực phẩm là 90%.
*
ðộ chứa hơi d:

ðộ chứa hơi
d
là lượng hơi chứa trong 1kg không khí khô hoặc trong
(
)
1
d kg
+
không khí ẩm.
[ ]
; /
h

= = =
−

* Entanpi c
ủa không khí ẩm
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 36-

Entanpi của không khí ẩm bằng tổng entanpi của không khí khô và entanpi của
hơi nước chứa trong ñó. Trong kĩ thuật thường tính entanpi của 1kg không khí khô và
d kg
hơi nước chứa trong
(
)
1
d kg
+
không khí ẩm, kí hiệu là
i
:
[
]
. , /
k h
i i d i kJ kgK
= +

Trong

Cu
ối cùng ta có:
(
)
(
)
2500 + 1,93 ; /
I t d t kJ kgK
= +

2.5.1.4.
ðồ thị i-d

ðể giải các bài toán về không khí ẩm, ngoài việc tính toán theo các công thức,
chúng ta có thể giải bằng ñồ thị i-d. ðồ thị i-d ñược biểu diễn trên hình 6.10, có trục là
entanpi của không khí ẩm [kJ/kgK], trục hoành là ñộ chứa hơi
[
]
/
d g kgK
. Trục
i
và
d
không vuông góc với nhau mà
t
ạo với nhau một góc
0
135
, ñồ

+
ðường
ons
c t
ϕ
=
trong
vùng không khí
ẩm chưa bão hòa
ở nhiệt ñộ
(
)
s
t t p
<
là các
ñàờng cong lồi, trong vùng nhiệt
ñộ
(
)

s
t t p
>
là

ñường thẳng ñi lên.
+
ðường
100%

ấy là quá trình làm giảm ñộ ẩm của vật muốn sấy. Môi chất dùng ñể
sấy thường là không khí ẩm chưa bão hòa hoặc sản phẩm cháy của nhiên liệu, về
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 37-

nguyên tắc hoàn toàn giống nhau, ở ñây ta khảo sát quá trình sấy dùng không khí làm
môi chất sấy.
Quá trình s
ấy ñược chia làm hai giai ñoạn:
Giai ñoạn cấp nhiệt cho không khí và giai ñoạn không khí sấy nóng vật sấy và
hút
ẩm từ vật sấy. Quá trình sấy
ñược biểu diễn trên hình 6-11.
Không khí t
ừ trạng thái 1 ñược cấp
nhiệt theo quá trình 1-2 nhiệt ñộ
t
ăng
1
t
ñến
2
t
, entanpi tăng từ
1
i
ñến
2

và ñộ chứa hơi tăng từ
1 3
d d
→
, nghĩa là ñộ chứa hơi trong
v
ật sấy giảm.
- Không khí nh
ận một lượng hơi nước từ vật sấy bốc ra
n
G
:
[
]
3 1
– , /
n
G d d kgh kgK
=

- L
ượng không khí khô cần thiết làm bay hơi 1kg nước:
[ ]
3 1
1
; /
k
G kgh kgK
d d
=

- L
ượng nhiệt cần thiết ñể làm bay hơi 1kg nước trong vật sấy:
[ ]
2 1
3 2
–
; /
–
k
i i
Q g q kJ kgh
d d
= =

2.5.2.2. Quá trình
ñiều hòa không khí
Th
ực chất của quá trình ñiều hòa không khí là sấy nóng, làm lạnh không khí,
ñồng thời ñiều chỉnh ñộ ẩm của nó ñến một giá trị nào ñó trước khi ñưa không khí vào
phòng. ðiều hòa không khí gồm các quá trình lọc bụi, hỗn hợp không khí mới với
không khí trong phòng, tăng hoặc giảm ñộ ẩm, nhiệt ñộ cho phù hợp với yêu cầu
c
ủa môi trường sống hoặc ñể bảo quản vật tư, thiết bị….
2.6. Quá trình lưu ñộng
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 38-

Sự chuyển ñộng của môi chất gọi là lưu ñộng. Khi khảo sát dòng lưu ñộng, ngoài các

f
– diện tích tiết diện ngang của dòng tại nơi khảo sát [m2];
+
ρ
- khối lượng riêng của mổi chất [kg/m3];
2.6.2. Các qui lu
ật chung của của quá trình lưu ñộng
2.6.2.1. Tốc ñộ âm thanh
T
ốc ñộ âm thanh là tốc ñộ lan truyền sóng chấn ñộng trong một môi trường nào
ñó. Tốc ñộ âm thanh trong môi tràờng khí hoặc hơi ñượ xác ñịnh theo công thức:

a kpv kRT
= =

Trong
ñó:
+
a
– tốc ñộ âm thanh [m/s];
+
k
– số mũ ñoạn nhiệt;
+
p
- áp suất môi chất [
2
/
N m
];

=

Khi:
-
1
M
<
, ta nói dòng lưu ñộng dưới âm thanh,
-
= 1
M
, ta nói dòng lưu ñộng bằng âm thanh,
-
> 1
M
, ta nói dòng lưu ñộng trên âm thanh (vượt âm thanh).
Dòng lưu ñộng trong ống là một hệ hở, do ñó ta theo ñịnh luật nhiệt ñộng I ta có thể
vi
ết:
2
-
2
dq di vdp
dq di d
ω
=
 


= +





 
⇒ = −

Các
ñại lượng
, ,
v p
ω
luôn dương, do ñó
ω
ngược dấu với
p
, nghĩa là:
- Khi t
ốc ñộ tăng (
0
d
ω
>
) thì áp suất giảm (
0
dp
<
), ống loại này là ống tăng tốc.
Ống tăng tốc ñược dùng ñể tăng ñộng năng của dòng môi chất trong tuốc bin hơi, tuốc
bin khí.

f v
ω
ω
= −

Mặt khác, quá trình lưu ñộng là ñoạn nhiệt nên
dv dp
v kp
= −
, thay vào pt trên ta ñược:
df dp d
f kp
ω
ω
= − −

ðồng thời ta có:
d
dp
v
ω
ω= −
, thay vào pt trên ta ñược:
df d d
f kpv
ω ω ω
ω
= − −

Hay:

df
sẽ cùng dấu với
(
)
2
1
M
−
, từ ñây ta có 3 trường hợp sau:
- N
ếu
(
)
2
1 0
M
− <
nghĩa là
1
M
<
hay
a
ω
<
thì
0
df
<
(tiết diện giảm). Ống tăng

− =
nghiã là
1
M
=
hay
a
ω
=
thì
0
df
=
(tiết diện không ñổi). Nghĩa
là t
ại nơi bắt ñầu có
a
ω
=
thì tiết diện không ñổi (hình 6.1c).
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 40-Hình 6.1.
Ống tăng tốc
thì
0
df
>
, ống tăng tốc có tiết
di
ện lớn dần (hình 6.2b).

Qua phân tích ta th
ấy: ñối với một ống phun nhất ñịnh (lớn dần hay nhỏ dần) thì
tu
ỳ theo tốc ñộ ở ñưu vào mà ống có thể làm việc như ống tăng tốc hay ống tăng áp.
2.6.2.4. Xác
ñịnh tốc ñộ dòng khí tại tiết diện ra của ống tăng tốc
Dòng l
ưu ñộng ñoạn nhiệt có
0
dq
=
và
kt
vdp dl
− =
, ta có:
2
2
kt
di dl d
ω
 

2
kt
i i l
ω
− = =
, khi ñó tốc
ñộ tại tiết diện ra là:
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 41-

(
)
2 1 2
1
2
1
1
2 2
2 1
1
kt
k
k
l i i
k p
RT
k p
ω

ω
=
), ta nói dòng ñạt trạng thái tới hạn, các thông số
t
ại ñó gọi là thông số tới hạn, ký hiệu là
,
, ,
k k k
v p
ω
…
. . .
T
ỷ số giữa áp suất tới hạn và áp suất ở tiết diện vào gọi là tỉ số áp suất tới hạn, ký
hi
ệu
1
k
k
p
p
β =
.
Khi dòng
ñạt trạng thái tới hạn
k k
a
ω
=
, theo công thức tốc ñộ âm thanh và từ biểu

 
 
 

Suy ra:
1
1
2
1
k
k
k
k
p
p k
β
−
 


= =




 
+

T
ừ biểu thức trên, ta thấy tỉ số áp suất tới hạn chỉ phụ thuộc vào số mũ ñoạn nhiệt

−
 
 
= −
 
−
 

1
1
2 1 1
2 2
2 1
1 1 1
k k
k k
k k
RT RT
k k k
ω
−
+
 
 
 


⇒ = − =
 


ưulượng cũng thay ñổi và chỉ phụ thuộc vào
t
ỉ số áp suất
2
1
p
p
β =
. ðể tính lưu lượng lớn
nh
ất
max
G
ta lấy ñạo hàm của
G
theo
β
và
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 42-

xác ñịnh ñược lưu lượng lớn nhất khi
k
β β
=
. Nghĩa là khi tốc ñộ dòng ñạt tới tốc ñộ
âm thanh thì l
ưu ượng cũng ñạt giá trị cực ñại. Thực nghiệm cho thấy: Nếu tiếp tục
Th
ực tế quá trình tiết lưu xẩy ra rất
nhanh, nên nhiệt lượng trao ñổi với môi trường
r
ất bé, vì vậy có thể coi quá trình là ñoạn nhiệt,
nhưng không thuận nghịch nên Entropi tăng.
ðộ giảm áp suất trong quá trình tiết lưu phụ
thuộc vào tính chất và các thông số của môi
chất, tốc ñộ chuyển ñộng của dòng và cấu trúc
c
ủa vật cản.
2.7.2. Tính ch
ất của quá trình tiết lưu
Khi ti
ết diện I-I cách xa tiết diện II-II,
qua quá trình tiết lưu các thông số của môi chất
sẽ thay ñổi như sau:
- Áp su
ất giảm:
2 1
- 0
p p p
∆ = <

Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 43-

ñược hút vào xilanh và ñược nén ñến áp suất cần thiết rồi ñược ñẩy vào
bình chứa (máy nén rôto thuộc loại này), quá trình nén xẩy ra theo từng chu kỳ. Máy
nén lo
ại này còn ñược gọi là máy nén tĩnh vì tốc ñộ của dòng khí không lớn. Máy nén
piston ñạt ñược áp suất lớn nhưng năng suất nhỏ.
+ Nhóm th
ứ hai gồm máy nén li tâm, máy nén hướng trục và máy nén êjectơ. ðối với
các máy nén nhóm này, ñể tăng áp suất của môi chất, ñầu tiên phải tăng tốc ñộ của
dòng khí nhờ lực li tâm, sau ñó thực hiện quá trình hãm dòng ñể biến ñộng năng của
dòng thành th
ế năng. Loại này có thể ñạt ñược năng suất lớn nhưng áp suất thấp.
Tuy khác nhau về cấu tạo và ñặc tính kĩ thuật, nhưng về quan ñiểm nhiệt ñộng
thì các quá trình ti
ến hành trong máy nén hoàn toàn như nhau. Sau ñây ta nghiên cứu
máy nén piston.
2.8.2. Máy nén piston m
ột cấp
2.8.2.1. Những quá trình trong máy nén piston một cấp lí tưởng
ðể ñơn giản, khi phân tích quá trình nhiệt ñộng trong máy nén, ta giả thiết:
- Toàn b
ộ thể tích xylanh là thể tích có ích, nghĩa là ñỉnh piston có thể áp sát nắp
xilanh.
- Dòng khí chuy
ển ñộng không có ma sát, nghĩa
là áp suất hút khí vào xilanh luôn bằng áp suất
môi tr
ường
1
p
và áp suất ñẩy khí vào bình chứa

piston
ở ñiểm cận phải, piston bắt ñầu chuyển
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 44-

ñộng từ phải sang trái, van hút 3 ñóng lại, khí trong xi lanh bị nén lại và áp suất bắt
ñầu tăng từ
1
p
ñến
2
p
.
Quá trình nén là quá trình nhi
ệt ñộng, có thể thực hiện ñẳng nhiệt, ñoạn nhiệt
ho
ặc ña biến ñược biểu diễn trên ñồ thị bằng các quá trình tương ứng là
1- 2
T
,
1- 2
k
,
1- 2
n
. Khi khí trong xilanh ñạt ñược áp suất
2
p

∫

+ Nếu quá trình nén là ñẳng nhiệt
1- 2
T
, nghĩa là
1
n
=
và
RT
v
p
=
, công của máy nén
s
ẽ là:
[ ]
2
2 1
1 2
1
ln ln , /
dp p p
l RT RT RT J kg
p p p
= − = − =
∫

+ N

∫

Ho
ặc:
[ ]
1
2
1 1
1
1 , /
1
k
k
k p
l p v J kg
k p
−
 
 
 


 

= − −









 
−
 
 
 Có th
ể tính cách khác, từ
0
kt
dq di dl
= + =
, ta có
-
kt
dl di
=
nên
0
kt
dq di dl
= + =

hay:
1 2
kt

−
∫

Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 45-

hoặc:
[ ]
1
2
1 1
1
1 , /
1
n
n
n p
l p v J kg
n p
−
 
 
 


 

= − −


 

= − −





 
−
 
 
 

Công c
ủa máy nén ñược biểu diễn bằng diễn tích a12b trên ñồ thị p-v, phụ
thuộc vào quá trình nén. Từ ñồ thị ta thấy: nếu quá trình nén là ñẳng nhiệt thì công
máy nén tiêu tốn là nhỏ nhất. Trong thực tế, ñể máy nén tiêu tốn công ít nhất thì người
ta làm mát cho máy nén
ñể cho quá trình nén gần với quá trình ñẳng nhiệt nhất.
2.8.2.3. Nh
ược ñiểm của máy nén một cấp
Trong th
ực tế ñể tránh va ñập giữa ñỉnh piston và nắp xilanh, giữa ñỉnh piston
và nắp xilanh phải có một khe hở nhất ñịnh. Không gian khoảng hở này ñược gọi là
th
ể tích thừa Vt (Hình 6.6). Do có thể tích thừa nên sau khi ñẩy khí vào bình chứa, vẫn
còn l
ại một lượng khí có áp suất là

−
= ≤
−

Có th
ể viết lại như sau:
4 3
1 4
1 3 1 3
1
v v
v v
v v v v
λ
−
−
= = −
− −

Ta th
ấy: khi thể tích thừa
3
v
càng tăng thì hiệu suất thể tích
λ
càng giảm.
- Khi áp su
ất nén
2
p

p
β
=
không vượt quá 12.
- Khi nén
ñến áp suất cao thì nhiệt ñộ khí cao sẽ làm giảm ñộ nhớt của ñầu bôi trơn.
Các máy nén th
ực tế có :
0,7
0,9
λ
= ÷

2.8.3. Máy nén nhi
ều cấp
Do nh
ững hạn chế của máy nén một cấp nêu ở trên, trong thực tế chỉ chế tạo
máy nén m
ột cấp ñể nén khí với tỉ số nén
2
1
6 8
p
p
β
= = ÷
. Muốn nén khí ñến áp suất
cao h
ơn ta dùng máy nén nhiều cấp, giữa các cấp có làm mát trung gian khí trước khi
vào cấp nén tiếp theo.

2
T
xuống ñến
1
T
(bằng nhiệt ñộ khi vào xilanh cấp I). Sau
khi
ñược làm mát ở bình làm mát B, khí ñược hút vào xilanh II và ñược nén từ áp suất
3 2

p p
=
ñến áp suất
4
p
.
Các quá trình c
ủa máy nén hai cấp ñược thể hiện trên hình 6.8, bao gồm:
+ a-1 là quá trình hút khí vào xilanh I (c
ấp 1) ở áp suất
1
p
,
+ 1-2- quá trình nén khí trong xilanh I t
ừ áp suất
1
p
ñến
2
p

1
p
và áp suất cuối
4
p
.
N
ếu máy nén rất nhiều cấp và có làm mát trung gian sau mỗi cấp thì quá trình
nén s
ẽ tiến dần tới quá trình nén ñẳng nhiệt.
2.8.3.2. Ch
ọn áp suất trung gian
T
ỉ số nén trong mỗi cấp ñược chọn sao cho công tiêu hao của máy nén là nhỏ
nh
ất, nghĩa là quá trình nén tiến tới quá trình ñẳng nhiệt.
Chương 2 Các quá trình nhiệt ñộng cơ bản - 47-

Nhiệt ñộ khí vào các cấp ñều bằng nhau và bằng
1
T
, nhiệt ñộ khí ra khỏi các cấp
ñều bằng nhau và bằng
2
T
, nghĩa là:
1 2 2 4





 

ở cấp II:
1
4 4
3 3
n
n
p T
p T
−
 



=





 

mà:
1 2


p
β =

2.8.3.3. Công tiêu hao c
ủa máy nén
Công c
ủa máy nén nhiều cấp bằng tổng công của các cấp. Với hai cấp ta có:
1 2

mn
l l l
= +

Trong
ñó:
1
2
1 1
1
1
1
n
n
n p
l RT
n p
−
 
 
 

 


 

= −





 
−
 
 
 

Mà
1 3
T T
=
và
2 4
1 2 1 2
1 3
, ê à 2 2
mn
p p
n n l l v l l l
p p