3/23/2015
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
BÀI GIẢNG MÔN HỌC: KỸ THUẬT NHIỆT
Giảng dạy cho sinh viên ngành công nghệ thực phẩm và
STH
CBGD: Ths. LÊ NHƯ CHÍNH
Đơn vị: Bộ môn Kỹ thuật nhiệt lạnh , Khoa Cơ Khí
Nha trang, tháng 12 năm 2014
Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
I. Môi chất và hệ nhiệt động
1. Môi chất:
- Để thực hiện quá trình biến đổi giữa nhiệt và công trong
máy nhiệt người ta dùng chất trung gian gọi là môi chất
(chất môi giới)
2. Hệ nhiệt đông:
Hệ nhiệt động (HNĐ) là một vật hoặc nhiều vật được
tách riêng ra khỏi các vật khác để nghiên cứu những tính
chất nhiệt động của chúng. Tất cả những vật ngoài HNĐ
được gọi là môi trường xung quanh. Vật thực hoặc tưởng
tượng ngăn cách hệ nhiệt động và môi trường xung
quanh được gọi là ranh giới của HNĐ.
Hệ kín:
• 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.
Hệ đoạn nhiệt: là hệ không trao đổi nhiệt với môi trường

v (m /kg)
G

Đơn vị áp suất
1) N/m
2
; 5) mm Hg (tor - Torricelli, 1068-1647)
2) Pa (Pascal) ; 6) mm H
2
O
3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch)
4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot)
2. Các đơn vị đo:
- Theo hệ SI:
1Mpa = 10 bar = 1000 Kpa = 1.000.000 pa, 1 N/m2 = 1Pa
- Theo hệ cũ:
1 at kỹ thuật:
1at = 735.6mmHg = 1kG/cm2 = 10mH20 = 0,981bar =
9,81.104 N/m2
1 at vật lý: 1atm = 760mmHg = 1,013 bar; 1 Torr = 1mmHg
- Theo hệ Anh-Mỹ:
PSI (Pound per Square Inche): 100 PSI = 7kg/cm2 ; inHg,
• Phân loại áp suất
1) Áp suất khí quyển (p
kq
) - áp suất của không khí tác
dụng lên bề mặt các vật trên trái đất.
2) Áp suất dư (p
d
) - áp suất của lưu chất so với môi

• Thang nhiệt độ
- Nhiệt độ bách phân: Celsius (
0
C)
- Thang nhiệt độ Fahrenheit, đơn vị: (
0
F)
- Thang nhiệt độ Kelvin: ký hiệu T đơn vị: (
0
K)
- Thang nhiệt độ Rankine (
0
R)
1.3.4. NỘI NĂNG
Nội năng ký hiệu là U(J), hay u(j/kg)
- 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 (u
d
) và nội
thế năng (u
p
). Nội động năng liên quan đến chuyển
động của các phân tử nên nó 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)
du = C

Với khí lý tưởng thì ta có biểu thức sau:
3/23/2015
5
Tính nhiệt theo nhiệt dung riêng Q, kJ
-Nếu quá trình đẳng áp: Q = G.C
p
(t
2
- t
1
)
-Nếu quá trình đẳng tích: Q = G.C
v
(t
2
- t
1
)
-Nếu quá trình đa biến: Q = G.C
n
(t
2
- t
1
)
Trong đó: C
p
: nhiệt dung khối lượng đẳng áp, kJ/kg.
0
K

tc] - NDR thể tích, C’[kJ/m
3
tc .độ]
1[kmol] - NDR kmol, C
µ
[kJ/kmol.độ]
 Theo tính chất quá trình:
+ Quá trình có áp suất không đổi
NDR khối lượng đẳng áp, C
p
(kJ/kg.độ)
NDR thể tích đẳng áp, C’
p
(kJ/m
3
tc
.độ)
NDR kmol đẳng áp, C
µp
(kJ/Kmol.độ)
+ Quá trình có thể tích không đổi
NDR khối lượng đẳng tích, C
v
(kJ/kg.độ)
NDR thể tích đẳng tích, C’
v
(kJ/m
3
tc
.độ)

7
 Sự phụ thuộc của NDR vào nhiệt độ
C = a
o
+ a
1
.t
C = a
o
+ a
1
.t + a
2
.t
2
C = a
o
+ a
1
.t + a
2
.t
2
+a
3
t
3
+…+ a
n
t

20,9
29,3
37,7
 Xác định nhiệt lượng
dq = C.dt
2
12
1
q C.dt

o
dq
C ;(kJ /dvmc K)
dt

 Nếu C = const thì q
12
= C.(t
2
-t
1
)
 Nếu c = a
0
+ a
1
t
     
2
1

1
0
0
a
C = a + a'.t;a' =
2
3/23/2015
8
b. Xác định nhiệt theo biến thiên entropi
dq = T.ds
dq
ds
T

2
12
1
q T.ds

ds
s
T
1
2
s
1
s
2
T
1

lđ
= d(pv)
Với quá trình kín ( trạng thái 1 trùng với
trạng thái 2) công lưu động bằng không.
a. Công lưu động: l
lđ
(J/kg); L
lđ
=G.l
lđ
(J)
Công lưu động là công do bản thân môi
chất sản sinh ra để mang nó đi:
b. Công thay đổi thể tích:l
gn
(J/kg);L
gn
(J)
đl
gn
=p.F.dx=p.dv
2
1
v
gn
v
l = p.dv

Diện tích (v
1


Công kỹ thuật là công môi chất sinh ra mà
ta có thể sử dụng được.
p
2
p
1
dp
v
Diện tích (p
1
12p
2
)=l
kt
Quy ước: Nếu l
gn
>0 - môi chất sinh công
l
gn
<0 - môi chất nhận công
II.2.1. Ý nghĩa
- Mối tương quan giữa nhiệt năng và các
dạng năng lượng khác.
- Tính bảo toàn của năng lượng.
II.2.2. Nội dung
Cấp cho môi chất một lượng nhiệt đq, làm
cho nội năng biến thiên một lượng du, khi
đó môi chất sẽ giãn nở sinh công đl
gn

II.3.1. Khái niệm quá trình nhiệt động
Quá trình nhiệt động là quá trình biến đổi
liên tục của các thông số trạng thái từ trạng
thái cân bằng này sang một trạng thái cân
bằng khác.
 Một số giả thiết:
- Các quá trình đều là thuận nghịch và trạng
thái là trạng thái cân bằng
- Môi chất phải là KLT và xét cho 1 (kg)
II.3. QT NHIỆT ĐỘNG CỦA KHÍ LT
- Bước 1: Khái niệm quá trình
- Bước 2: Quan hệ giữa các thông số
- Bước 3: Biểu diễn trên đồ thị p-v và T-s
- Bước 4: Xác định q, l
gn
, l
kt
, u, i, s
 Các bước nghiên cứu một quá trình:
 Khái niệm quá trình đa biến: Quá trình
đa biến là một quá trình tổng quát của khí
lý tưởng, trạng thái thay đổi theo một quy
luật bất kỳ đq = C
n
.dt
II.3.2. Quá trình đa biến
 Biểu thức tổng quát
Biểu thức của định luật nhiệt động 1:
đq = C
v


II.3.3.Quá trình đẳng áp
 Khái niệm: p=const; n=0; C
n
=C
p
 Quan hệ giữa các thông số:
22
11
vT
vT

s
v
p
T
1 2
p
1
=p
2
1
2
s
1
s
2
 Đồ thị
 Xác định nhiệt và công, u, i
Với mọi quá trình ta có: du = C

p
.t = C
p
.T = i
3/23/2015
12
II.3.4. Quá trình đẳng tích
 Khái niệm: v=const; n=±∞; C
n
=C
v
 Quan hệ giữa các thông số:
22
11
pT
pT

s
v
p
T
1
2
v
1
= v
2
1
2
p

.dT và q = C
v
.t = C
v
.T = u
2
gn
1
l pdv 0

2
kt 2 1
1
l vdp v(p p )    

II.3.5. Quá trình đẳng nhiệt
 Khái niệm: T=const; n=1; C
p
=C
v
 Quan hệ giữa các thông số:
21
12
pv
pv

3/23/2015
13
s
v

v v p
   

22
2
12 gn12 1 1 kt
1
11
v
dv
q l pdv p v RTln l
vv
    

II.3.6. Quá trình đoạn nhiệt
 Khái niệm: q=0; n=k; C
n
=0; s=const
pv
k
= const
 Quan hệ giữa các thông số:
12
21
k
pv
pv







 Đồ thị
1
p
2
T
T
s
1
2
s
1
=s
2
v
1
v
2
s=const
T=const
2
s
3/23/2015
14
 Xác định nhiệt và công, i, u
u = C
v
.T = C

l p v p v (T T )
k 1 k 1
   

 
kt gn 1 1 2 2 1 2
kR
l k.l . p v p v k. .(T T )
k 1 k 1
    

q = u + l
gn
= 0
l
gn
= - u= - C
v
.(T
2
- T
1
)
 Xác đinh

s của các qúa trình
dq
ds
T


p
11
Tp
s C ln R ln
Tp
  
pR
Tv

 Theo từng quá trình
T
dT
Cds
v

1
2
v
T
T
lnCs 
v = const: đq =C
v
dT
T
dT
Cds
p

1

k
1’
2’
5’
4’
p’
t=0
o
C
5
3’
II.4.2. Một số khái niệm
a. Hiện tượng bay hơi
b. Hiện tượng sôi
t=t
sôi
=t
s(p);
p=p
sôi
=p
s(t)
c. Nhiệt ẩn hóa hơi: r(J/kg)
Nhiệt ẩn hóa hơi là nhiệt lượng cần thiết để
biên 1(kg) nước sôi hóa hơi hoàn toàn.
3/23/2015
16
e. Hơi quá nhiệt: t>t
s
d. Hơi bão hòa

3/23/2015
17
 Đồ thị i-s
II.4.4. QT nhiệt động của khí thực
 Các bước tính toán một quá trình
 Xác định biến thiên nội năng u
u = u
2
- u
1
= (i
2
- p
2
v
2
) - ( i
1
- p
1
v
1
)
 Xác định nhiệt lượng q
v = const: q = u + l
gn
= u; (l
gn
= 0)
p = const: q = i = (i

1
); l
kt
= 0
T = const: l
gn
= q - u; q = i + l
kt
; l
kt
= q-i
s=const: q=0; l
gn
= - u; l
kt
= - i =(i
1
- i
2
)
II.5.1. Khái niệm và phân loại
a. Khái niệm không khí ẩm
KK ẩm =KK khô (O
2
, N
2
…) + H
2
O (hơi)
b. Phân loại

h
+ p
k
V=V
h
=V
k
T=T
h
=T
k
b. Khối lượng:
G = G
h
+ G
k
c. Độ ẩm tuyệt đối và tương đối
 Độ ẩm tuyệt đối: 
h
h
h
G
ρ
V

 Độ ẩm tương đối: φ
hh
hmax s
ρ
ρ

d 0,622
p-φp

s
max
s
p
d 0,622
p-p

f. Entanpi của không khí ẩm
i= i
k
+ d.i
h
i = 1,0048.t + (2500 + 1,93.t)d
3/23/2015
19
II.5.3. Đồ thị I - d và ứng dụng
a. Đồ thị I-d
 Cách xây dựng:
- Góc hợp bởi I và d: 90
o
và 135
o
- Áp suất khí quyển: p
kq
= 760mmHg
p
kq

k.
i=G
k
(i
2
- i
1
)
Xét với 1 kg KK khô thì lấy được (d
3
-d
1
)
G
k
1(kg ẩm)
3/23/2015
20
 Trong kỹ thuật hỗn hợp đẳng áp:
d
1
0
2
d
1
d
o
d
1
I

o
= G
1
i
1
+ G
2
i
2
G
1
i
o
+ G
2
i
o
= G
1
i
1
+ G
2
i
2
G
1
(i
o
- i

- Chiều hướng, điều kiện chuyển hóa năng lượng
- Hiệu quả chuyển hóa năng lượng
3/23/2015
21
III.2. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
III.2.1. Khái niệm
III.2. 2. Phân loại
a. Chu trình thuận chiều
- Khái niệm:
l
o
>0
q
1
> 0 - tổng nhiệt lượng cấp cho môi chất
q
2
< 0 - tổng nhiệt lượng thải ra
l
o
> 0 - tổng công sinh ra của chu trình
- Kết quả:
1 o 2
q l q
1 2 2
o
t
1 1 1
q q q
l

11
o 1 2
qq
1
l q q
     

3/23/2015
22
III.3. CHU TRÌNH CARNOT
III.3.1. Chu trình Carnot thuận chiều
a. Giới thiệu chu trình
1-2: Nén đoạn nhiệt
2-3: Giãn nở đẳng nhiệt
3-4: Giãn nở đoạn nhiệt
4-1: Nén đẳng nhiệt
s= const
s= const
s= consts= const
2
1
3
4
1
2 3
4
b. Đồ thị p-v và T-s
c. Hiệu suất nhiệt
2
C

1H
q
T
11
qT
    
III.3.2. Chu trình Carnot ngược chiều
a. Giới thiệu chu trình
1-2: Nén đoạn nhiệt
2-3: Nén đẳng nhiệt
3-4: Giãn nở đoạn nhiệt
4-1: Giãn nở đẳng nhiệt
c. Hệ số làm lạnh
22
C
o 1 2
qq
l q q
  

q
2
= q
41
= T
L
.(s
1
– s
4

2
3
4
T
H
T
L
3/23/2015
23
CHƯƠNG IV
CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT
SỐ THIẾT BỊ NHIỆT
A. Chu trình ngược chiều
IV.3. Chu trình của khí lý tưởng
IV.4. Chu trình của khí thực
IV.3. CHU TRÌNH THIẾT BỊ LÀM LẠNH
DÙNG MÁY NÉN KHÍ
A. Chu trình ngược chiều
4
IV.3.1. Sơ đồ nguyên lý thiết bị
q
1
q
2
1
3
2
1- Máy nén
2- Dàn làm mát
3- Xylanh giãn nở

(T
1
– T
4
)
q
1
= q
23
= C
p
(T
3
– T
2
)
23
14
1
ε=
T -T
-1
T - T
3/23/2015
24
IV.4. CHU TRÌNH THIẾT BỊ LÀM LẠNH
DÙNG HƠI
1. Môi chất lạnh
Môi chất lạnh là môi chất được dùng trong chu trình
ngược chiều, nó làm nhiệm vụ nhận nhiệt từ nơi có

2
T
cb
= 6,75T
k
T
1
>T
cb
thì T
2
>T
1
T
1
<T
cb
thì T
2
<T
1
3/23/2015
25
4. Giới thiệu chu trình
1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt
2-3: Quá trình thải nhiệt đẳng áp
3-4: Quá trình tiết lưu i
3
= i
4

q
1
= q
23
= i
3
– i
2
o 1 2
l = q -q
13
2
o 2 1
i -i
q
ε = =
l i -i
o 1 2 2 1
l = q - q = i -i