Bài giảng Nhiệt động - Chương 4: Chu trình nhiệt động của một số thiết bị nhiệt

Nội dung text: Bài giảng Nhiệt động - Chương 4: Chu trình nhiệt động của một số thiết bị nhiệt

1. CHƯƠNG IV CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ THIẾT BỊ NHIỆT A. Chu trình thuận chiều IV.1. Chu trình của khí lý tưởng IV.2. Chu trình của khí thực B. Chu trình ngược chiều IV.3. Chu trình của khí lý tưởng IV.4. Chu trình của khí thực
2. A. Chu trình thuận chiều IV.1. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG - XÉT CỤ THỂ CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG IV.1.1. Khái niệm Xy lanh Piston
3. IV.1.2. Phân loại - Theo loại nhiên liệu: xăng và diezen - Theo cách cháy nhiên liệu: cháy cưỡng bức (buzi), động cơ tự cháy - Theo hành trình làm việc của piston: 2 kỳ, 4 kỳ - Theo tính chất quá trình cháy: động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng tích, động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng áp, cấp nhiệt hỗn hợp.
4. IV.1.3. Các giả thiết ✓ Ta giả thiết có 1 kg chất môi giới là khí lý tưởng ✓ Quá trình nén và giãn nở là đoạn nhiệt thuận nghịch. ✓ Ta lý tưởng hoá quá trình cháy của nhiên liệu thành quá trình cấp nhiệt ✓ Lý tưởng hoá quá trình thải sản phẩm cháy của nhiên liệu thành quá trình thải nhiệt đẳng tích
5. IV.1.4. Các đại lượng đặc trưng v ➢ Tỷ số nén: = 1 v2 p ➢ Tỷ số tăng áp: = 3 p2 v ➢ Hệ số giãn nở sớm: = 3 v2
6. IV.1.5. Các chu trình động cơ đốt trong IV.1.5.1. Động cơ cấp nhiệt đẳng tích a. Khái niệm
7. b. Chu trình nhiệt động p 3 1-2: Nén đoạn nhiệt 2 4 2-3: Cấp nhiệt đẳng tích 1 3-4: Giãn nở đoạn nhiệt T v 3 4-1:Thải nhiệt đẳng tích q 2 4  =1 − 2 t 1 q1 s q = q = C (T – T ) 1 23 v 3 2 Cv (T 4 -T 1 ) (T41 -T ) ηt = 1- =1- C(T-T)v 3 2 (T-T) 3 2 q2 = q41= Cv(T1 – T4)
8. IV.1.5.2. Động cơ cấp nhiệt đẳng áp 1-2: Nén đoạn nhiệt 2-3: Cấp nhiệt đẳng áp 3-4: Giãn nở đoạn nhiệt 4-1:Thải nhiệt đẳng tích q2 t =1 − q1 q = q = C (T – T ) 1 23 p 3 2 Cv (T 4 -T 1 ) (T41 -T ) ηt = 1- =1- C(T-T)p 3 2 k(T-T) 3 2 q2 = q41= Cv(T1 – T4)
9. IV.1.5.3. Động cơ cấp nhiệt hỗn hợp p 1-2: Nén đoạn nhiệt ’ 2 3 2 2-2’: Cấp nhiệt đẳng tích 4 2’-3: Cấp nhiệt đẳng áp 1 3-4: Giãn nở đoạn nhiệt T v 3 4-1:Thải nhiệt đẳng tích 2’ 2 4 q2  =1− 1 t q 1 s
10. q1 = q22’ + q2’3 q1= Cv(T2’ – T2) + Cp(T3 – T2’) q2 = q41= Cv(T1 – T4) Cv (T 4 -T 1 ) ηt = 1- Cv (T 2' -T)+C(T-T) 2 p 3 2' (T41 -T ) ηt = 1- (T2' -T)+k(T-T 2 3 2' )
11. • Xác định hiệu suất nhiệt theo T1 và , , ➢ Quá trình 1-2: nén đoạn nhiệt k-1 Tv k-1 21 k-1 →T =T.ε == ε 21 Tv12 ➢ Quá trình 2-2’: cấp nhiệt đẳng tích Tp2' 2' k-1 ==λ →T2' =T 2 .λ=T.ε 1 .λ Tp22
12. ➢ Quá trình 2’-3: cấp nhiệt đẳng áp Tv33 k-1 ==ρ→ T3 =T 2' .ρ=T.ε 1 .λ.ρ Tv2' 2' ➢ Quá trình 3- 4: giãn nở đoạn nhiệt k-1 Tv 43= Tv34 k-1 k-1 k-1 k-1 T42 ρv ρ ρk-1 ρ k = = → T4 =T 3 .k-1 =T. 1ε .λ.ρ. k-1 =T.λ.ρ 1 Tv31 ε ε ε
13. λρk -1 ηt =1- k-1 ε ( λ -1) + kλ( ρ -1) - Nếu 32’ thì =1 1 η = 1- t εk-1 - Nếu 2  2’ thì =1 1 ρk -1 η = 1- . t εk-1 k(ρ-1)
14. IV. 2. CHU TRÌNH THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC HƠI NƯỚC IV.2.1. Sơ đồ nguyên lý thiết bị 1- Lò hơi 2- Bộ quá nhiệt 2 3 6 3- Tuabin Nước vào 1 4 4- Bình ngưng Nước ra 5- Bơm cấp 5 6- Máy phát điện
15. 2 3 6 Nước vào 1 4 Nước ra 5
16. IV.2. Chu trình Rankine 1-2: Quá trình giãn nở đoạn nhiệt sinh công trong tuabin 2-3: Quá trình ngưng hơi đẳng áp, đẳng nhiệt trong bình ngưng 3-4: Quá trình bơm nước ngưng về lò hơi 4-5-6-7-1: Quá trình cấp nhiệt đẳng áp trong lò hơi
17. T k 1 7 5 6 4 3 2 s q η =1- 2 t q 1 q1 = q45671 = i = i1 – i4 = i1 – i3 (do i3 = i4) q2= q23 = i3 – i2
18. Công của chu trình là: lo = q 1 - q 2 = i 1 -i 2 lo i 1 -i 2 ηt = = q1 i 1 -i 3 Nhận xét
19. 2 3 6 Nước vào 1 Quá nhiệt trung gian 4 Nước ra 5
20. B. Chu trình ngược chiều IV.3. CHU TRÌNH THIẾT BỊ LÀM LẠNH DÙNG MÁY NÉN KHÍ IV.3.1. Sơ đồ nguyên lý thiết bị q 1- Máy nén 2 1 2- Dàn làm mát 3- Xylanh giãn nở 3 1 4- Buồng lạnh q2 4
21. 2. Chu trình nhiệt động p 2 1-2: Nén đoạn nhiệt 3 1 2-3: Thải nhiệt đẳng áp 4 T v 2 3-4: Giãn nở đoạn nhiệt 3 1 4 4-1: Nhận nhiệt đẳng áp s
22. Xác định hệ số làm lạnh: qq ε =22 = lo q 1 -q 2 q2 = q41 = Cp(T1 – T4) q1= q23 = Cp(T3 – T2) 1 ε= T-T 23-1 T-T14
23. 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 nhiệt độ thấp đến nơi có nhiệt độ cao. Môi chất duy trì được trong chu trình là nhờ máy nén. 2. Năng suất lạnh Năng suất lạnh là lượng nhiệt mà 1(kg) môi chất lạnh nhận được trong buồng lạnh trên một đơn vị thời gian.
24. 3. Sơ đồ nguyên lý thiết bị DL: Dàn lạnh MN: Máy nén DN DN: Dàn nóng TL: Van tiết lưu. MN TL DL
25. Nguyên lý hoạt động của máy lạnh DN MN TL DL
26. ω1 ω2 i1 i2 p1 p2 Tcb = 6,75Tk T1>Tcb thì T2>T1 T1<Tcb thì T2<T1
27. 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 i3 = i4 4 -1: Quá trình nhận nhiệt hoá hơi đẳng áp
28. T pk k 2 3 Tk po T0 4 1 s
29. 5. Hệ số làm lạnh của chu trình qq ε =22 = q2 = q41 = i1 – i4 lo q 1 -q 2 q1= q23 = i3 – i2 lo = q 1 -q 2 lo = q 1 -q 2 = i 2 -i 1 q i -i ε =2 = 13 lo i 2 -i 1