Bài giảng Nhiệt động lực học - Chương 5: Chất thuần khiết (Phần 1) - Hà Anh Tùng

Nội dung text: Bài giảng Nhiệt động lực học - Chương 5: Chất thuần khiết (Phần 1) - Hà Anh Tùng

1. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Chương 4: Exergy (Tự tham khảo) Chương 5: Chất thuần khiết (CTK)_Phần 1 - Nóng chảy (Đông đặc) 5.1 Pha củachất thuần khiết Quá trình: -Sôi (Ngưng tụ) -Thăng hoa 5.2 Quá trình hóa hơi đẳng áp Đồ thị T-v, p-v, 5.3 Cách xác định các thông số trạng thái của CTK p.1
2. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 5.1 Pha của chất thuần khiết ¾ Định nghĩa: Chất thuần khiết là chất có tính đồng nhất và ổn định về thành phần hóa học -Nhóm 1: có v gia tăng khi đông đặc (H O) ¾ Phân loại: 2 -Nhóm 2: có v suy giảm khi đông đặc (CO2, ) ¾ Sự biến đổi pha củaCTK: p Điểm tới hạn p Điểm tới hạn Lỏng Lỏng Rắn Điểm 3 thể Rắn Điểm 3 thể Hơi Hơi NHÓM 1 (H O) T T 2 NHÓM 2 (CO2) p.2
3. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ví dụ: các quá trình biến đổi pha của NƯỚC p Lỏng Điểm tới hạn 1 2 3 4 5 Rắn Điểm 3 thể 1’ 2’ 3’ Hơi T Nóng chảy Sôi RẮN Đông đặc LỎNG Ngưng tụ HƠI Thăng hoa p.3
4. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM p.4
5. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 5.2 Quá trình hóa hơi đẳng áp: đồ thị T-v Vd: xét quá Lỏng sôi trình gia nhiệt đẳng áp cho 1 kg nước Hơi quá nhiệt Hơi bão hòa ẩm Hơibão Lỏng chưa sôi hòa khô p.5
6. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Đồ thị p-v của quá trình hóa hơi đẳng áp p Lỏng chưa sôi Hơi bão hòa ẩm Hơi quá nhiệt 1 at 12 Lỏng sôi Hơi bão hòa khô v p.6
7. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM p p K (Điểm tới hạn) p3 ’ ” T 3 3 = c p on 2 x = s ’ ” 0 t 2 2 = c ons x x p = 1 1’ 1” t 1 v v ¾ Tại trạng thái hơi bão hòa ẩm : p và T không đổi ¾ Để xác định 1 trạng thái nhất định của hỗn hợp LỎNG-HƠI ở trạng thái hơi bão hòa ẩm Æ khái niệm ĐỘ KHÔ x: x = 0: trạng thái lỏng sôi G G x = h = h ; 0 ≤ x ≤ 1 (có v’, i’, s’) G G + G l h x = 1: trạng thái hơi bão hòa khô (có v”, i”, s”) p.7
8. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 5.3 Cách xác định các thông số trạng thái củaCTK ¾ Hơi nước là khí thực Æ phải dùng BẢNG hoặc đồ thị để tính p Trạng thái nước Bảng 3 (Phụ lục 2): nước chưa sôi (Điểm1): chưa sôi và hơi quá nhiệt 12 3 4 5 x = Trạng thái hơi bão 0 Bảng 1&2 (Phụ lục 2): = c hòa ẩm ons x nước và hơi nước bão hòa x = (Điểm2, 3, 4): t 1 Trạng thái hơi quá Bảng 3 (Phụ lục 2): nước v nhiệt (Điểm 5): chưa sôi và hơi quá nhiệt p.8
9. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM a/ Trường hợp nước chưa sôi hoặc hơi quá nhiệt p Bảng 3 (Phụ lục 2): Nước chưa sôi và hơi quá nhiệt v, i, s T p T 20 40 60 80 100 120 bar oC . v (m3/kg) 0.001 0.001 0.001 0.001 1.695 1.795 1.0 i (kJ/kg) 83.7 167.5 251.1 334.9 2676 2717 s (kJ/kg.K) 0.296 0.572 0.831 1.075 7.361 7.465 . Chú ý: nội năng u có thể tính từ: u = i - pv p.9
10. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM b/ Trường hợp hơi bão hòa ẩm: vì p phụ thuộc vào T Bảng 1 (Phụ lục 2): Nước và hơi nước bão hòa (theo nhiệt độ) Hoặc Bảng 2 (Phụ lục 2): Nước và hơi nước bão hòa (theo áp suất) Ví dụ: Bảng 1 (Phụ lục2): Nước và hơi nước bão hòa (theo nhiệt độ) T p v’ v” ρ” i’ i” r s’ s” oC bar m3/kg m3/kg kg/m3 kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg.K kJ/kg.K 0.01 0.006 0.001 206.3 0.005 0 2501 2501 0 9.154 100 1.013 0.001 1.673 0.598 419.1 2676 2257 1.307 7.355 105 1.208 0.001 1.419 0.705 440.2 2683 2243 1.363 7.296 p.10
11. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ví dụ: xác định trạng thái và các thông số trạng thái của H2O tại: 1) t = 45oC; v = 0.00101 m3/kg Giải: t = 45oC Æ bảng hơi bão hòa theo nhiệt độ (Bảng 1) Æ v’ = 0.0010099 m3/kg Æ v = v’ : trạng thái nước sôi Æ i = i’ = 188.4 kJ/kg ; s = s’ = 0.6384 kJ/kg.K 2) p = 2 MPa; s = 7.366 kJ/kg.K Giải: p = 2 Mpa = 20 bar Æ bảng hơi bão hòa theo áp suất (Bảng 2) Æ s’ = 2.447 kJ/kg.K ; s” = 6.340 kJ/kg.K Æ s > s” : hơi quá nhiệt Æ bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt: ( với p = 20 bar ; s = 7.366 kJ/kg.K) Æ T nằm giữa 450oC và 500oC Æ dùng phép NỘI SUY đế tính T, v, i u thì tính từ định nghĩa: u = i - pv p.11
12. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 3) p = 0.7 MPa; i = 2600 kJ/kg Giải: p = 0.7 Mpa = 7 bar Æ bảng hơi bão hòa theo áp suất (Bảng 2) o Æ nhiệt độ sôi ts = 164.96 C ; i’ = 697.2 kJ/kg ; i” = 2764 kJ/kg Æ i’ < i < i” : trạng thái hơi bão hòa ẨM Để tính các thông số còn lại (v, s) Æ phải tính thông qua độ khô x p.12
13. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Phương pháp xác định các thông số trạng thái của hơi bão hòa ẩm p * Ứng với áp suất p1 Æ T1 (sôi) tương ứng p1 1’ 1 1” * Vì trạng thái 1 nằm giữa 1’ và 1”, ta luôn có: x = 0 v’ < v < v” = c ons x x = i’ < i < i” t 1 s’ < s < s” v * Nếu đặt φ là 1 thông số nào đó trong 3 thông số (v, i, s), nội suy ta có: φ” 1” φ −φ′ φ x = φ = (1− x)φ′ + xφ′′ 1 ′′ ′ φ’ 1’ φ −φ 0 x x 1 p.13
14. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 3) p = 0.7 MPa; i = 2600 kJ/kg Giải: p = 0.7 Mpa = 7 bar Æ bảng hơi bão hòa theo áp suất (Bảng 2) o Æ nhiệt độ sôi ts = 164.96 C ; i’ = 697.2 kJ/kg ; i” = 2764 kJ/kg Æ i’ < i < i” : trạng thái hơi bão hòa ẨM Để tính các thông số còn lại (v, s) Æ phải tính thông qua độ khô x i − i′ 2600 − 697.2 x = = = 0.92 i′′ − i′ 2764 − 697.2 v = ()1− x v′ + x v′′ s = ()1− x s′ + x s′′ p.14