Bai Tap Nhiet Dong 2014 [PDF]

Zitiervorschau

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Giảng Viên: Vũ Văn Hải Bộ Môn : KT MÁY ĐỘNG LỰC Khoa

: KT Ô TÔ  MĐL

THÁI NGUYÊN - NĂM 2014

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC A. Hƣớng dẫn giải một số bài tập Bµi 1: Cã 1kg O2 vµ 1,5 kg N2 ®Ó chung vµo mét b×nh cã thÓ tÝch V = 0,3 m3, nhiÖt ®é hçn hîp lµ 27 0 C. + X¸c ®Þnh ¸p suÊt trong b×nh? + TÝnh thµnh phÇn mçi chÊt trong hçn hîp (gi = ?, ri = ?). Bµi gi¶i: 1. Theo ®Þnh luËt Dalton th× ¸p suÊt trong b×nh (¸p suÊt hçn hîp) b»ng tæng ph©n ¸p suÊt cña c¸c chÊt khÝ trong b×nh: p  p O2  p N2 Trong ®ã p O2 , p N2 lµ ph©n ¸p suÊt cña O2 vµ N2 trong hçn hîp. Ta x¸c ®Þnh theo pttt cña khÝ lý t-ëng: pV = GRT

pO2  2,6  bar  ;

pO2  4,45  bar 

VËy ¸p suÊt trong b×nh lµ: p  pO2  p N2  2,6  4, 45  7, 05  bar  2. TÝnh thµnh phÇn cña mçi chÊt trong hçn hîp. a. Thµnh phÇn khèi l-îng.

gi 

 Gi Gi gO2  40%   G G  g N2  60%

b. Thµnh phÇn thÓ tÝch.

ri 

 Vi m i p i  rO2  37%    V m p   rN2  63%

Bµi 2: TÝnh ph©n tö l-îng (), h»ng sè chÊt khÝ (R) cña kh«ng khÝ, ph©n ¸p suÊt cña c¸c khÊt khÝ trong kh«ng khÝ . Coi kh«ng khÝ gåm cã 2 thµnh phÇn chñ yÕu lµ O2 vµ N2 BiÕt: gO2 = 23,2% , gN2 = 76,8% , ¸p suÊt cña kh«ng khÝ : p = 760 mmHg. Bµi gi¶i: 1. TÝnh ph©n tö l-îng (): kk  ri .i Trong ®ã ri x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: gi  rO2   0,21  21%  ri  i   g  rN2  0,79  79%  i

i

kk ri .i  0,21.32  0,79.28  28,84  29 kg / kmol .

VËy:

2. H»ng sè chÊt khÝ cña kh«ng khÝ. Ri = 8314/ = 8314/29  287 J/kmol.®é 3. ph©n ¸p suÊt cña O2 vµ N2.

ri 

 pi p O2  rO2 .p  0, 21.760  159, 6 mmHg  p i  ri .p  p  p N2  p  p O2  760  159, 6  600, 4 mmHg 2

Bµi 3: Ng-êi ta b¬m khÝ CO2 vµ mét b×nh cã thÓ tÝch V = 3 m3 b»ng m¸y nÐn. ChØ sè cña Man«mÐt tr-íc vµ sau khi nÐn lµ 0,3 at vµ 3 at. NhiÖt ®é t¨ng tõ 450C lªn 700C. BiÕt ¸p suÊt cña khÝ quyÓn lµ 700 mmHg. X¸c ®Þnh l-îng CO2 ®-îc nÐn vµo b×nh. Bµi gi¶i: Muèn x¸c ®Þnh l-îng CO2 ®-îc b¬m vµo b×nh ta ph¶i x¸c ®Þnh ®-îc l-îng CO2 tr-íc khi b¬m (G1) vµ sau khi b¬m (G2). p1 = pkq + pd1 ; p2 = pkq + pd2 : p1  1,227.105 N / m2 ;

p2  3,876.105 N / m2 P.V = G.R.T  G =

TÝnh G1 vµ G2. Áp dông pttt khÝ lý t-ëng cho CO2:

P.V R.T

G1 =6,13 kg ; G2 =17,94 kg

VËy l-îng CO2 ®-îc b¬m vµo b×nh lµ: G = G2 - G1 = 17,94 - 6,13 = 11,81 kg Bài 4. Xác định thể tích riêng và khối lượng riêng của khí N2 ở điều kiện tiêu chuẩn vật lý và điều kiện áp suất dư pd = 0,2bar với nhiệt độ t = 127oC. Biết áp suất khí quyển 750mmHg. Hƣớng dẫn giải - Điều kiện tiêu chuẩn vật lý: po = 760 mmHg; t0 = 0oC Ở điều kiện tiêu chuẩn vật lý thể tích riêng vo và khối lượng riêng ρo của N2 được xác định từ phương trình trạng thái:

- Ở điều kiện pd = 0,2bar nhiệt độ t = 1270C thể tích riêng v và khối lượng riêng ρ của N2 cũng được xác định tương tự:

Bài 4. Cho hệ thống như hình bên dưới: Manomet chỉ 80 kPa, xác định chênh lệch chiều cao h khi lưu chất trong ống hình chữ U?. Hƣớng dẫn giải 3

Bài 5. Đo áp suất trong ống dẫn khí bằng chênh lệch chiều cao cột chất lỏng: Lưu chất trong ống là Hg có ρHg =13600 kg/m3, đầu ống tiếp xúc với khí quyển có áp suất pkq=760mmHg. Hãy xác định: áp suất trong ống? Hƣớng dẫn giải Áp suất trong ống: p=pkq+pd=760+15=775mmHg

4

B. Phần Sinh viên tự làm 1. Xác định thể tích riêng và khối lượng riêng của khí N2 ở điều kiện tiêu chuẩn và điều kiện áp suất dư pd = 0,2 bar với nhiệt độ t = 1270C. Biết áp suất khí quyển 750mmHg. 2. Một bình có thể tích 0,5m3 chứa không khí ở áp suất dư 2 bar, nhiệt độ 200C. Lượng không khí cần thoát ra khỏi bình là bao nhiêu để áp suất trong bình có độ chân không 420 mmHg trong điều kiện nhiệt độ trong bình coi như không đổi. Biết áp suất khí quyển 768 mmHg. 3. Một bình thể tích 200 lít chứa 0,2 kg khí N2 áp suất khí quyển là 1 bar. Xác định chỉ số áp kế gắn trên nắp bình nếu: a. Nhiệt độ trong bình là 70C? b. Nhiệt độ trong bình là 1270C? 4. Một bình nhựa 3 kg, có thể tích 0,2 m3 được chứa đầy nước. Giả thiết khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3. Xác định trọng lượng của hệ. 5. Xác định khối lượng và trọng lượng của không khí trong một phòng có kích thước (6x6x8) m. Giả thiết khối lượng riêng của không khí là 1,16 kg/m3. 6. Tại vĩ độ 450 gia tốc trọng trường là một hàm của độ cao z so với mặt nước biển được cho bởi: g = a – bz; trong đó a = 9,807 m/s2 và b = 3,32.10-6s-2. Xác định chiều cao mà tại đó trọng lực của một hệ giảm đi 1%. ĐS: 29539 m. 7. Gia tốc trọng trường giảm theo độ cao từ 9,807 tại mặt nước biển tới 9,767 m/s 2 tại độ cao 13000 m. Xác định tỷ lệ % trọng lượng bị giảm tại độ cao 13000 m so với trọng lượng của nó ở mặt nước biển. 8. Một phần năng lượng nhiệt được sinh ra trong động cơ ô tô được giải phóng ra không khí bằng bộ tản nhiệt được làm mát bằng nước tuần hoàn. Bộ tản nhiệt này có thể được phân tích như là hệ kín hay hệ hở?. 9. Một hộp chứa đồ uống tại nhiệt độ phòng được đưa vào tủ lạnh, sau đó nó bị lạnh đi. Hộp đó sẽ được coi là hệ kín hay hở? Giải thích. Hình bài 8 10. Một hệ được cho là cân bằng nhiệt động, nhiệt độ và áp suất có như nhau tại mọi vị trí hay không?. 11. Định nghĩa quá trình, nhiệt độ, áp suất và thể tích. 12. Nguyên lý cân bằng của trạng thái là gì?. 13. Trạng thái của không khí trong phòng được cô lập hoàn toàn về nhiệt độ và áp suất là gì? Giải thích. 14. Quá trình chảy ổn định là gì?. 15. Xét một hệ có nhiệt độ là 180F. Tính nhiệt độ ở R, K. 16. Nhiệt độ của một hệ tăng 150C trong suốt một quá trình cấp nhiệt. Trình bày sự tăng này trong K. 17. Nhiệt độ của một hệ giảm 150F trong một quá trình làm lạnh. Biểu diễn sự giảm đó trong nhiệt độ K, R và 0C. 18. Xét 2 hệ kín A và B. Hệ A chứa 3000 kJ năng lượng nhiệt ở 200C trong khi hệ B chứa 200 kJ năng lượng nhiệt ở 500C. Cho hai hệ tiếp xúc với nhau. Xác định chiều hướng truyền nhiệt giữa hai hệ. 19. Sự khác nhau giữa áp suất dư và áp suất tuyệt đối là gì? 20. Giải thích tại sao một người cảm thấy chảy máu mũi và một người cảm thấy hơi thở ngắn tại độ cao lớn. 21. Một vài người khẳng định rằng áp suất của chất lỏng có khối lượng riêng là hằng số tăng gắp đôi khi độ sâu tăng gấp đôi. Bạn có đồng ý không? Giải thích. 5

22. Một hình lập phương bằng thép nhỏ được treo lơ lửng trong nước bằng một sợi dây. Nếu chiều dài của các cạnh rất nhỏ. Hãy so sánh độ lớn của áp suất trên đỉnh, đáy và ở các mặt của hình hộp đó. 23. Nước trong một bình được điều áp bằng không khí, áp suất được đo bằng áp kế nhiều chất lỏng. Xác định áp suất dư của không khí trong bình nếu h1 = 0,2 m; h2 = 0,3 m; h3 = 0,46 m; nước = 1000 kg/m3; dầu = 850 kg/m3; thủy ngân = 13600 kg/m3. 24. Áp suất dư trong một chất lỏng ở độ sâu 3 m là 28 kPa. Xác định áp suất sư ở độ sâu 9 m trong chất lỏng đó. 25. Barometer của một người leo núi chỉ 930 mmHg tại điểm bắt đầu của chuyến đi và 780 mmHg tại điểm kết thúc. Không quan tâm đến ảnh hưởng của độ cao lên gia tốc trọng trường. Xác định độ cao mà người đó đã leo giả thiết không khí có khối lượng riêng là 1,2 kg/m3. 26. Barometer cơ bản có thể được sử dụng để đo độ cao của một tòa nhà. Nếu Barometer tại đỉnh và đáy chỉ 730 mmHg và 755 mmHg. Xác định độ cao của tòa nhà cho không khí = 1,18 kg/m3 và Hg = 13600 kg/m3. 27. Xác định áp suất tác dụng lên một thợ lặn tại độ sâu 30 m so với mặt nước biển. Giả thiết áp suất khí quyển là 101 kPa, SGnước biển = 1,03. (SG – specific gravity – trọng lượng riêng hay tỉ trọng: đó là tỷ số giữa khối lượng riêng của chất đó với khối lượng riêng của nước. Với nước = 1000 kg/m3). ĐS 404,0 kPa. 28. Một chất khí được chứa trong thiết bị piston-xylanh đứng, không có ma sát, piston có khối lượng 4 kg và diện tích mặt cắt ngang bằng 35 cm2. Một lò xo chịu nén tác dụng một lực 60 N lên piston. Nếu áp suất khí quyển là 95 kPa. Xác định áp suất bên trong xylanh. ĐS 123,4 kPa. Hình 28

Hình 28

Hình 31 Hình 29 29. Cả 2 áp kế được nối vào một bình kín để đo áp suất của nó (hình 29). Nếu áp suất dư là 80 kPa. Xác định khoảng cách giữa hai mực nước chất lỏng của áp kế nếu chất lỏng là: a) thủy ngân với  = 13600 kg/m3 b) nước với  = 1000 kg/m3 30. Một áp kế chứa dầu có  = 850 kg/m3 được nối với 1 bình chứa đầy không khí. Nếu độ chênh lệch mực dầu giữa hai cột chất lỏng là 60 cm, biết áp suất khí quyển là 98 kPa. Xác định áp suất tuyệt đối của không khí trong bình. ĐS 130 kPa. 31. Một áp kế thủy ngân được nối với một ống dẫn để đo áp suất bên trong, độ chênh mực thủy ngân bên trong áp kế là 15 mm, áp suất khí quyển là 100 kPa. a) xét từ hình 31 xác định liệu áp suất bên trong ống lớn hơn hay nhỏ hơn áp suất khí quyển. 6

b) xác định áp suất tuyệt đối trong ống. 32. Lặp lại bài 31 với chiều cao của cột thủy ngân là 45 mm. 33. Áp suất máu thường được đo bằng một thiết bị có một miếng vải phủ kín chứa không khí và một máy đo áp kế quấn vòng quanh cánh tay bên trên của người. Sử dụng áp kế thủy ngân và 1 ống nghe. Áp suất lớn nhất khi tim bơm máu và nhỏ nhất khi nghỉ được đo bằng mmHg. Hai áp suất này của 1 người khỏe mạnh vào khoảng 120 mmHg và 80 mmHg (120/80). Biểu diễn 2 áp suất đó bằng kPa, mét cột nước. 34. Áp suất máu lớn nhất của một cánh tay người khỏe mạnh là 120 mm Hg. Nếu một ống thẳng đứng được thông với khí quyển và nối với tĩnh mạnh trong cánh tay. Xác định chiều cao của cột máu sẽ tăng lên trong ống. Biết máu = 1050 kg/m3.

Hình 36

Hình 34

35. Xét một người đàn ông cao 1,80 m đứng ở dưới nước và ngập hoàn toàn trong nước. Xác định áp suất tác dụng lên đầu và ngón chân của người đó (kPa). 36. Xét một ống hình chữ U, hai đầu thông với khí quyển. Nước được rót vào một đầu và dầu (nhẹ hơn  = 790 kg/m3) được rót vào đầu còn lại. Ở một đầu nước cao 70 cm trong khi đầu kia chứa cả dầu và nước với chiều cao của dầu bằng 4 lần chiều cao của nước. Xác định chiều cao của dầu và nước. 37. Một thiết bị năng ô tô đầu ra có đường kính 30 cm và nâng ô tô lên tới 2000 kg. Xác định áp suất dư trong thiết bị đó. 38. Áp suất dư của không khí trong một bình (hình 38) được đo là 80 kPa. Xác định chiều cao của cột thủy ngân.

Hình 40

Hình 38

39. Lặp lại bài 37 với áp suất dư là 40 kPa. 40. Trên đỉnh của một thùng chứa nước được chia thành 2 phần (hình 40). Một chất lỏng chưa biết khối lượng riêng được rót vào một phía và được cân bằng với nước ở phần còn lại. Dựa trên chiều cao cột chất lỏng cuối cùng như hình vẽ xác định khối lượng riêng của chất lỏng. Giả thiết 2 chất lỏng 7

không chộn lẫn vào nhau. 41. Xét 1 áp kế 2 chất lỏng được nối với 1 ống không khí (hình 41). Nếu trọng lượng riêng của chất lỏng 1 là 13,55, xác định trọng lượng riêng của chất lỏng 2. Biết áp suất tuyệt đối của không khí bằng 76 kPa, áp suất khí quyển bằng 100 kPa. ĐS 1,336. 41. Một hỗn hợp khí gồm H2 và O2. Thành phần khối lượng H2 là 10%. Xác định hằng số chất khí của hỗn hợp, thể tích riêng của hỗn hợp ở điều kiện tiêu chuẩn. Trả lời: R=648,5 J/kgoK; v=1,747 m3/kg. 42. Một kg không khí gồm O2 và N2 có thành phần thể tích rO2=21%, rN2=79%. Xác định phân tử lượng  của hỗn hợp, hằng số chất khí của hỗn hợp và phân áp suất của O2 và N2 trong hỗn hợp khi áp suất của hỗn hợp là 10 bar. Trả lời:  = 28,84 kg/kmol; R = 288 J/kgoK; pO2=2,1 bar; pN2=7,9 bar.

C. Một số bài tập tiếng Anh. Bài 1:

Bài 2:

Bài 3:

8

Hình bài 41

Bài 4:

9

Chƣơng 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT VÀ CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƢỞNG A. Hƣớng dẫn giải một số bài tập Bµi 1 Trong b×nh kÝn cã thÓ tÝch V = 300 lít chøa kh«ng khÝ ë ¸p suÊt p = 6at vµ nhiÖt ®é t = 200C. Hái nhiÖt l-îng cÇn thiÕt ®Ó n¨ng nhiÖt ®é cña kh«ng khÝ lªn 1200C lµ bao nhiªu khi ta coi kh«ng khÝ lµ khÝ lý t-ëng cã 2 nguyªn tö. Bµi gi¶i: NhiÖt l-îng cÇn cÊp ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: C Q  G.C v .  t 2  t1   G.  v .  t 2  t 1  ;



G

pV  2,1 kg ; RT

Q  2,1

20,9 (120  20) 151 (kJ ) 29

Bµi 2: Mét l-îng CO2 cã thÓ tÝch V = 1,1 m3 ë nhiÖt ®é t = 1100C. Ng-êi ta tiÕn hµnh qu¸ tr×nh lµ m¸t ®¼ng ¸p ë ¸p suÊt p = 2 bar, nã nh¶ ra 1 nhiÖt l-îng lµ 180000 J. X¸c ®Þnh nhiÖt ®é cuèi, thÓ tÝch cuèi vµ c«ng cña qu¸ tr×nh. (T2, V2, L =?) Bµi gi¶i: 1. X¸c ®Þnh t2 Q Tõ c«ng thøc: Q  G.C p .  t 2  t1   t 2  t1   40 0C G.C p 2. X¸c ®Þnh thÓ tÝch cuèi: Víi qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p: V2  V1.

T2  0,9 m 3 T1

3. C«ng cña qu¸ tr×nh: L = Gp(v2 – v1) = - 40000 (J) = - 40 kJ Bài 3. Khảo sát một khối khí CO2 có khối lượng là G=3kg chứa trong một hệ xylanh pittông. Ở trạng thái ban đầu khối khí có p1=2bar, t1=270C. Sau đó người nén khối khí này đến trạng thái 2 có p2=3,5bar và t2=570C. Hãy xác định: a. Số mũ đa biến của quá trình. b. Công và nhiệt lượng trao đổi của quá trình. Nhận xét? Hƣớng dẫn giải U = 60 kJ; W = -85 kJ; n = 1,2; V1 = 0,85 m3; p2 = 3,543 bar; V2 = 0,52778 m3; Q2 = -26 kJ Bài 4. Khảo sát 1,2 kg không khí ban đầu có áp suất p1 = 7,2 bar, nhiệt độ t1=800C được giãn nở đa biến đến trạng thái 2 có áp suất p2 = 1,1 bar, thể tích V2=0,95 m3 . Hãy xác định: a. Số mũ đa biến của quá trình đang khảo sát. b. Tính công thay đổi thể tích và nhiệt lượng trao đổi của quá trình.

10

Hƣớng dẫn giải

Bài 6. Khảo sát một khối không khí lúc ban đầu có V1 = 120 lít, t1 = 35oC và p1 = 2 bar. Sau khi tiến hành một quá trình, người ta thấy nhiệt độ của không khí là t2 = 70oC. Xác định công và nhiệt lượng trao đổi giữa khối không khí đang khảo sát và môi trường bên ngoài, đồng thời vẽ đường biểu diễn các quá trình đang khảo sát trên cùng đồ thị p – v tương ứng với các trường hợp sau: 1. Quá trình khảo sát là đẳng áp. 2. Quá trình khảo sát là đẳng tích. 3. Quá trình khảo sát là đoạn nhiệt. 4. Quá trình khảo sát là đa biến với n = 1,25. Hƣớng dẫn giải

11

B. Phần Sinh viên tự làm. 1. Định luật nhiệt động một?. Bản chất và ứng dụng của định luật?. 2. Khái niệm quá trình nhiệt động?. Quá trình cân bằng?. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch?. 3. Hình thái của năng lượng?. Các phương pháp xác định nhiệt và công?. Đặc điểm của từng phương pháp?. Phân biệt rõ khi nào nên dùng phương pháp xác định nhiệt theo nhiệt dung riêng và theo biến thiên entropi?. 4. Tại sao với mọi quá trình nhiệt động du=Cvdt, di=Cpdt?. Đối với khí thực có thể dùng công thức này được không?. Tại sao?. 5. Biết nhiệt dung riêng trung bình từ 0oC đến 1500oC của một chất khí Ctb= 1,024+0,00008855t, kJ/kg.K. Xác định nhiệt dung riêng trung bình của chất khí đó trong khoảng nhiệt độ từ t 1=200oC đến t2=800oC. Trả lời: Ctb=1,11255 kJ/kg.K 6. Biết nhiệt dung riêng thực của một chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ từ 00C đến 15000C: Ctb= 1,02344+0,0000548t, kJ/kg.oK. Xác định nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ t1=400oC đến t2=600oC. Trả lời: Ctb=1,078 kJ/kg.K 7. Một bình kín thể tích V =0,105 m3 chứa không khí ở áp suất đầu p1=2bar, nhiệt độ t1=30oC. Người ta cung cấp cho không khí trong bình lượng nhiệt 16 kJ. Xác định nhiệt độ cuối, áp suất cuối quá trình và lượng biến thiên entropi của không khí. Trả lời: t2=122,5oC; p2=2,61 bar; s=0,046 kJ/kg.K 8. Một kg không khí ở áp suất đầu p1=1 at, thể tích v1=0,8 m3/kg nhận lượng nhiệt 100 kcal/kg trong điều kiện áp suất không đổi. Xác định nhiệt độ đầu và cuối, thể tích cuối quá trình. (1 kcal=4,186 kJ) Trả lời: t1=0oC; t2=4140C; v2=2,02 m3/kg 9. Không khí trong xylanh giãn nở đẳng nhiệt ở nhiệt độ t =20oC, từ thể tích V1= 1,5 m3, áp suất p1=5 bar đến thể tích V2=5,4 m3. Xác định lượng nhiệt cần cung cấp, công thay đổi thể tích và lượng biến thiên entropi của không khí trong xylanh. Trả lời: Q=L12= 960(kJ); s=3,28 kJ/kg.oK. 10. Không khí được nén đoạn nhiệt trong máy nén từ áp suất p1=1 at đến p2=8 at. Hãy xác định các thông số trạng thái của không khí sau khi nén và công kỹ thuật của quá trình nén với 1kg không khí, nếu biết nhiệt độ không khí trước khi nén t1=150C. Trả lời: v2=0,1906 m3/kg; t2=2490C; l=-167,5 kJ/kg ; lkt = -234,5 kJ/kg. 11. Trong một xylanh có pittong chuyển động không ma sát chứa khí CH4, áp suất 2 at, nhiệt độ 270C, thể tích ban đầu 0,02 m3. Người ta tiến hành quá trình nén đẳng nhiệt trong hai trường hợp: a. Thể tích giảm 10 lần. b. áp suất tăng 5 lần. - Tính công tiêu hao trong quá trình nén, nhiệt lượng thải ra môi trường. - Biểu diễn quá trình trên đồ thị p-v và T-s. - Biểu diễn diện tích trên đồ thị phần công và nhiệt đó.

12

C. Một số bài tập tiếng Anh Bài 1 :

Bài 2 :

Bài 3:

Bài 4: Combustion in a diesel engine may be modeled as a constant-pressure heat addition process with air in the cylinder before and after combustion. Consider a diesel engine with cylinder conditions of 950 K and 75 cm3 before combustion, and 150 cm3 after it. The engine operates with an air–fuel ratio of 22 kg air/kg fuel (the mass of the air divided by the mass of the fuel). Determine the temperature after the combustion process. Chƣơng III. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ 2 1. Chu trình thuận chiều là gì ? Hiệu quả và cách đánh giá chu trình ? 2. Chu trình ngược chiều là gì ? Hiệu quả và cách đánh giá chu trình ? 3. So sánh sự khác nhau giữa chu trình thuận chiều và chu trình ngược chiều ? 4. Trình bày công thức xác định hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot thuận chiều? 5. Trình bày công thức xác định hệ số làm lạnh của chu trình Carnot ngược chiều?

13

Chƣơng IV. CHẤT THUẦN KHIẾT Các chất tinh khiết, các quá trình thay đổi pha, đồ thị đặc tính. 1. Nước đá có phải là chất tinh khiết không? Tại sao 2. Sự khác nhau giữa chất lỏng bão hòa và chất lỏng là gì? 3. Sự khác nhau giữa hơi bão hòa và hơi quá nhiệt là gì? 4. Có phải nước sôi ở nhiệt độ cao hơn khi áp suất cao hơn? Giải thích. 5. Nếu áp suất của một chất tăng trong suốt quá trình sôi, nhiệt độ cũng sẽ tăng lên hay không hay nhiệt độ vẫn duy trì không đổi? tại sao? 6. Sự khác nhau giữa điểm tới hạn và điểm ba thể. 7. Có thể có hơi nước ở nhiệt độ -100C hay không? 8. Một ông chồng đang hầm thịt bò cho gia đình anh ta trong một chiếc nồi: (a) chiếc nồi không đậy nắp (b) đậy nắp nhẹ (c) đậy nắp nặng. Hỏi trường hợp nào thời gian nấu sẽ là nhỏ nhất? tại sao? 9. Nêu các bước tính toán khí thực. Hãy so sánh công thức tính độ biến thiên nội năng, entanpi, công và nhiệt của khí lý tưởng với khí thực? Các bảng đặc tính. 1. Loại ấm nào thì một lượng nước xác định sẽ sôi ở nhiệt độ cao hơn: ấm cao và hẹp hoặc ấm ngắn và rộng? giải thích. 2. Một chiếc nồi rất vừa với chiếc vung, chúng thường bị dính vào nhau khi nấu và nó trở nên rất khó để mở nắp khi nồi nguội lại. Giải thích tại sao hiện tượng này xảy ra và bạn sẽ làm gì để mở chiếc nắp đó? 3. Năm 1775, Tiến sỹ William Cullen đã làm đá ở Scotland bằng cách hút không khí ở trong một bình nước. Giải thích nguyên lý hoạt động của thiết bị đó và thảo luận xem làm thế nào để cho quá trình này hiệu quả hơn. 4. Có đúng hay không lượng nhiệt hấp thụ khi 1 kg nước lỏng bão hòa sôi ở 100 0C bằng lượng nhiệt giải phóng khi 1 kg hơi nước bão hòa ngưng tụ ở 1000C? 5. Có đúng hay không khi bay hơi 1 kg nước lỏng bão hòa ở 1000C thì tiêu tốn nhiều năng lượng hơn ở 1200C? 6. Độ khô x là gì? Nó có ý nghĩa gì trong vùng hơi quá nhiệt ? 7. Bay hơi hoàn toàn 1 kg nước lỏng bão hòa ở áp suất 1 atm và bay hơi hoàn toàn 1 kg nước lỏng bão hòa ở áp suất 8 atm thì quá trình nào yêu cầu nhiều năng lượng hơn? 8. Nhiệt ẩn hóa hơi có thay đổi với áp suất hay không? Thay đổi như thế nào? 9. Khi không có bảng chất lỏng, làm thế nào để xác định thể tích riêng của một chất lỏng ở một áp suất và nhiệt độ cho trước. 10. Hoàn thành bảng sau đây cho nước. t, 0C P, kPa v, m3/kg Miêu tả pha 50 4,16 200 Hơi bão hòa 250 400 110 600 14

11. Hoàn thành bảng sau cho nước. t, 0C P, kPa h, kJ/kg 200 140 1800 950 80 500 800 3162,2

x 0,7

Miêu tả pha

0,0

12. Một bình cứng thể tích 1,8 m3 chứa hơi nước ở nhiệt độ 2200C. Một phần ba thể tích đó là pha lỏng và phần còn lại là ở dạng hơi. Xác định: (a) áp suất của hơi (b) độ khô x của hỗn hợp bão hòa (c) khối lượng riêng của hỗn hợp. 13. Hơi bão hòa phát sinh từ tuabin của nhà máy điện hơi nước ở 300C ngưng tụ ở bên ngoài của một ống có đường kính ngoài là 3 cm, chiều dài 25 cm với tỷ lệ 45 kg/h. Xác định tốc độ truyền nhiệt (kJ/s) từ hơi tới nước lạnh chuyển động trong ống. 14. Một nồi nấu có đường kính trong là 20 cm chứa đầy nước và được đậy bằng một chiếc vung nặng 4 kg. Nếu áp suất khí quyển tại đó là 101 kPa, xác định nhiệt độ mà nước bắt đầu sôi khi đun nóng

Hình 14 15. Nước đang được đun trong một thiết bị xy lanh pít tông được đặt đứng, pít tông có khối lượng 20 kg và diện tích mặt cắt ngang là 100 cm2. Nếu áp suất khí quyển tại đó là 100 kPa, xác định nhiệt độ mà nước bắt đầu sôi. 16. Một thiết bị xy lanh pít tông chứa 0,3 m3 nước và 0,9 m3 hơi nước trong trạng thái cân bằng ở 800 kPa. Nhiệt được truyền ở áp suất không đổi đến tận khi nhiệt độ đạt đến 3500C. (a) nhiệt độ ban đầu của nước bằng bao nhiêu? (b) xác định tổng khối lượng của nước? (c) Tính thể tích cuối. 17. Một thiết bị xy lanh pít tông ban đầu chứa 50 lít nước ở 400C và 200 kPa. Nhiệt được truyền đẳng áp cho nước đến khi toàn bộ chất lỏng hay hơi. (a) khối lượng của nước bằng bao nhiêu? (b) Nhiệt độ cuối cùng là bao nhiêu? (c) xác định tổng enthalpy thay đổi. 18. Xác định thể tích riêng, nội năng và enthalpy của nước lỏng ở 1000C và 15 MPa. Sử dụng phương pháp xấp xỉ chất lỏng bão hòa. So sánh những gía trị này với những gía trị thu được từ bảng chất lỏng. 15

19. Một thiết bị xy lanh pít tông chứa 0,8 kg hơi nước ở 3000C và 1 MPa. Hơi được làm lạnh đẳng áp tới khi một nửa hơi ngưng tụ. (a) chỉ ra quá trình này trên đồ thị T-v (b) tìm nhiệt độ cuối (c) xác định sự thay đổi thể tích. 20. Một bình cứng chứa hơi nước ở 2500C và không biết áp suất. Khi bình được làm lạnh tới 1500C thì hơi đó bắt đầu ngưng tụ. Hãy ước lượng áp suất đầu ở trong bình. 21. Nước được đun trong một chiếc nồi có đậy một chiếc vung không khít ở một vị trí nhất định. Nhiệt được cung cấp cho nồi bởi một điện trở có công suất 2 kW. Người ta quan sát thấy rằng lượng nước ở trong nồi giảm khoảng 1,19 kg trong thời gian 30 phút. Nếu cho rằng 75% lượng điện tiêu thụ bởi điện trở được truyền cho nước dưới dạng nhiệt, xác định áp suất khí quyển tại vị trí đó. 22. Một thiết bị xy lanh pít tông chứa hơi nước ở 3,5 MPa, quá nhiệt 50C. Bây giờ hơi bị mất nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh và pít tông chuyển động xuống dưới tới một điểm mà ở đó xylanh chứa nước bão hòa. Quá trình làm lạnh vẫn tiếp tục đến khi xylanh chứa nước ở 2000C. Xác định: (a) nhiệt độ ban đầu (b) sự thay đổi enthalpy trên một đơn vị khối lượng của hơi vào lúc pít tông chạm vào điểm dừng lần đầu tiên (c) áp suất cuối và độ khô (nếu là hỗn hợp lỏng-hơi bão hòa) 23. Quá trình cháy trong một động cơ xăng có thể được xấp xỉ bằng một quá trình cấp nhiệt đẳng tích. Hỗn hợp không khí – nhiên liệu tồn tại trong xylanh trước quá trình cháy và các khí cháy sau đó có thể được xấp xỉ như khí lý tưởng. Trong một động cơ xăng, điều kiện trong xylanh là 18 MPa và 450 0C trước quá trình cháy và 13000C sau quá trình cháy. Xác định áp suất ở cuối quá trình cháy (lấy xấp xỉ k=1,4). 24. Một bình cứng chứa khí lý tưởng ở 300 kPa và 600K, 1/2 lượng hơi đó được tháo ra khỏi bình và khí ở cuối quá trình này có áp suất là 100 kPa. Xác định: (a) nhiệt độ cuối của chất khí (b) áp suất cuối nếu không có một khối lượng nào được tháo ra khỏi bình và nhiệt độ cuối của quá trình bằng nhiệt độ cuối được tính toán ở ý trên 25. Khí CO2 ở áp suất 3 MPa và nhiệt độ 500K chảy đều đều vào một chiếc ống với tỷ lệ 0,4 kmol/s. xác định: - thể tích và lưu lượng khối lượng, mật độ CO2 ở trạng thái đầu vào của ống - nếu CO2 được làm lạnh đẳng áp khi khí chảy qua ống, do đó nhiệt độ của nó giảm xuống 450K ở đầu ra. Tính lưu lượng thể tích ở đầu ra của ống

26. Quá trình cháy trong động cơ Diesel có thể được mô hình quá trình cấp nhiệt đẳng áp với không khí trong xylanh trước và sau quá trình cháy. Xem động cơ diesel với điều kiện trong xylanh là nhiệt độ 950K và thể tích 75 cm3 trước quá trình cháy và 150 cm3 sau khi cháy. Động cơ hoạt động với tỷ lệ không khí – nhiên liệu là 22 kg không khí /kg nhiên liệu. Xác định nhiệt độ sau quá trình cháy. 27. Áp suất dư của một lốp xe đo được là 200 kPa trước khi đi dã ngoại và 220 kPa sau khi đi dã ngoại ở một nơi có áp suất khí quyển là 90 kPa. Cho rằng thể tích của lốp ô tô là không đổi và bằng 0,035 m3, xác định tỷ lệ phần trăm tăng lên của nhiệt độ tuyệt đối của không khí ở trong lốp xe.

16

28. 1kg nước ở áp suất 1 bar, nhiệt độ 20oC được đốt nóng đến 200oC trong điều kiện áp suất không đổi. Xác định nhiệt lượng q1 đốt nóng nước ban đầu đến nhiệt độ sôi, nhiệt lượng q2 biến nước sôi thành hơi bão hoà khô, nhiệt lượng q3 biến hơi bão hoà khô thành hơi quá nhiệt và nhiệt lượng q biến nước ban đầu thành hơi ở trạng thái cuối. 29. Xylanh có đường kính d = 400 mm chứa không khí có thể tích 0,08 m3, áp suất 3,06 at, nhiệt độ 15oC. Nếu không khí nhận nhiệt trong điều kiện pistông chưa kịp dịch chuyển và nhiệt độ không khí tăng tới 3980C. Xác định lực tác dụng lên mặt pistông, khối lượng không khí có trong xylanh, nhiệt lượng cung cấp, lượng biến đổi entanpi. 30. Đốt nóng 1 kg không khí trong điều kiện áp suất không đổi p = 2 bar từ nhiệt độ 20oC đến 1100C. Tính thể tích cuối, nhiệt lượng, công thay đổi thể tích, lượng thay đổi nội năng và entrôpi. 30. Khi nén đẳng nhiệt 4 kg chất khí có hằng số khí R = 189 J/kg.K từ áp suất 2 at đến 5,4 at, cần thải một lượng nhiệt 378 kJ (coi là khí lý tưởng). Xác định nhiệt độ của quá trình, thể tích cuối cùng của chất khí đó. 31. Không khí có thể tích 2,48 m3, nhiệt độ 15oC, áp suất 1 bar, khi bị nén đoạn nhiệt không khí nhận công thay đổi thể tích 471kJ. Xác định nhiệt độ cuối, sự thay đổi nội năng và entanpi. 32,2kg khí O2 thực hiện quá trình đa biến với chỉ số mũ đa biến n = 1,2 từ nhiệt độ t1 = 270C đến t2 = 5370C. Xác định biến đổi entrôpi, lượng nhiệt của quá trình, biến đổi nội năng, công thay đổi thể tích và công kỹ thuật của quá trình. 33. Xác định số mũ đa biến khi quá trình đa biến thay đổi từ áp suất 0,001at, nhiệt độ –730C đến áp suất 1000 at, nhiệt độ 1720C. 34. Hơi nước bão hoà ẩm ở áp suất p = 2 bar, độ khô x = 0,9. Hãy xác định các giá trị thể tích riêng v x, entanpi ix, entrôpi sx, nội năng ux. bằng bảng số và sử dụng đồ thị i-s của hơi nước. 35. Một bình thể tích V=0,035m3 chứa 5kg hơi nước bão hoà ẩm. Nhiệt độ trong bình 3100C. Xác định độ khô của hơi nước trong bình. 36. Bao hơi của hơi lò hơi có thể tích V = 9 m3. Một phần ba thể tích đó chứa đầy hơi bão hoà khô, phần còn lại chứa nước sôi. áp suất trong bao hơi p = 100 bar. Xác định lượng nước sôi, lượng hơi bão hoà và độ khô. 37. Một lượng hơi nước bão hoà ẩm từ tuabin đi vào bình ngưng G=200kg/s ở độ khô x = 0,872. Xác định lưu lượng thể tích của hơi bão hoà ẩm vào bình ngưng, nếu biết áp kế của bình ngưng chỉ 720 tor và áp suất khí quyển chọn 1bar. 38. Bao hơi của lò hơi có thể tích V=12m3 chứa lượng nước sôi và hơi có khối lượng G=1800 kg ở áp suất p =110 bar. Xác định lượng nước sôi và lượng hơi bão hoà khô trong bao hơi. 39. Một bình có thể tích V = 0,5m3 chứa đầy hơi bão hoà khô ở áp suất p=1,5bar. Khi để ra ngoài trời bình đó nguội đi và có nhiệt độ t2=300C. Xác định lượng nhiệt toả ra và trạng thái cuối của hơi trong bình. Bài 40: Một lượng hơi nước bão hoà ẩm G = 25 kg/s ở áp suất p = 0,05 bar và độ khô x 1 = 0,83 từ tuabin đi vào bình ngưng. Hơi trong bình ngưng tụ trong điều kiện áp suất không đổi tạo thành chất lỏng. Hãy xác định lượng nước làm mát cần thiết cho bình ngưng, nếu biết nhiệt độ nước làm mát vào t1 = 22oC, nhiệt độ ra t2 = 27oC.

17

C. Một số bài tập tiếng Anh Bài 1:

Bài 2:

Bài 3:

Bài 4: 10 Kg of R134a fill a 1,348 m3 rigid container at an initial temperature of -400C. The container is then heated until the pressure is 200 kPa. Determine the final temperature and the initial pressure. Answers: 66,30C; 51,25kPa. Bài 5: A 9 m3 container is filled with 300 kg of R-134a at 100C. What is the specific enthalpy of the R-134a in the container? Bài 6: A rigid tank with a volume of 1,8 m3 contains 15 kg of saturated liquid–vapor mixture of water at 90°C. Now the water is slowly heated. Determine the temperature at which the liquid in the tank is ompletely vaporized. Also, show the process on a T-v diagram with respect to saturation lines. Answer: 203°C Bài 7:

18

Chƣơng V. MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CỦA KHÍ VÀ HƠI Câu hỏi lý thuyết. 1. Các giả thiết khi nghiên cứu dòng lưu động?. 2. Trình bày quá trình đoạn nhiệt?. 3. Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng trong thể tích cho trước?. 4. Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng trong quá trình hỗn hợp theo dòng?. 5. Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng khi nạp vào thể tích cho trước?. 6. Xây dựng biểu thức xác định tốc độ tại cửa ra của ống tăng tốc nhỏ dần cho trường hợp môi chất là khí lý tưởng?. 7. Quá trình tiết lưu là gì? Đặc điểm của và ứng dụng của quá trình? Bài tập. 1. Không khí ở trạng thái (p1, t1) = (5 bar, 1270C) có lưu lượng 3 kg/s đi vào ống tăng tốc hỗn hợp để phun vào môi trường có áp suất p2 = 1 bar. Xác định tốc độ tới hạn k, đường kính tiết diện bé nhất, tốc độ tại của ra 2 và đường kính d2. ĐS: k = 366 m/s; 2 = 544 m/s; dmin = 61 mm; d2 = 71 mm. 2. Không khí có thông số (p1, t1) = (64 bar, 270C) đi vào ống tăng tốc nhỏ dần với đường kính bé nhất d2 = 5 mm để phun vào môi trường có p2 = 35 bar. Xác định tốc độ tại của ra và lưu lượng của không khí?. ĐS 2 = 309 m/s; G = 0,294 kg/s. 3. Khí O2 ở trạng thái (p1, t1) = (8 bar, 1270C) với 7200 kg/h đi vào ống tăng tốc hỗn hợp để phun vào môi trường có p2 = 1 bar. Xác định tốc độ tới hạn k, đường kính tiết diện bé nhất, tốc độ tại của ra 2 và đường kính d2. ĐS: k = 348 m/s; 2 = 571 m/s; dmin = 39 mm; d2 = 51 mm. 4. Hơi nước ở trạng thái (p1, t1) = (20 bar, 4000C) đi vào ống tăng tốc hỗn hợp phun vào môi trường có áp suất p2 = 6 bar. Xác định tốc độ tại tiết diện bé nhất và tại cửa ra. ĐS: k = 537 m/s; 2 = 719 m/s. 5. Hơi nước ở trạng thái (p1, t1) = (20 bar, 3000C) đi qua ống tăng tốc nhỏ dần vào môi trường trong hai trường hợp; a. p2 = 12 bar; b. p2 = 8 bar. Xác định tốc độ tại của ra trong hai trường hợp trên. ĐS: a. 2 = 465 m/s; b. 2 = k = 674 m/s. 6. Một bình có thể tích V = 1 m3 có vách ngăn chia đôi. Một bên chứa 1kg khí O2 ở nhiệt độ 270C, nửa còn lại chứa 1kg khí N2 ở nhiệt độ 1270C. Sau khi tháo vách ngăn hãy xác định: Nhiệt độ, hằng số chất khí và áp suất của hỗn hợp. ĐS: t = 81 0C; R = 278,37 J/kg.K; p = 1,97 bar. 7. Một bình có thể tích V = 2 m3 có vách ngăn chia thành 2 phần có thể tích bằng nhau. Một bên chứa khí O2 ở nhiệt độ 270C, áp suất 3 bar, nửa còn lại chứa 1kg khí CH4 ở nhiệt độ 1270C. Sau khi tháo vách ngăn hãy xác định: Nhiệt độ, hằng số chất khí và áp suất của hỗn hợp. 8. Một bình kín thể tích 2000 lít chứa 10 kg N2 ở nhiệt độ 270C được nạp thêm một dòng O2 có nhiệt độ 1270C. Sau khi nạp hỗn hợp trong bình có khối lượng 15 kg. hãy xác định: Nhiệt độ, hằng số chất khí và áp suất của hỗn hợp. ĐS: t = 106 0C; R = 284,55 J/kg.K; p = 8,1 bar. 9. Một dòng O2 có lưu lượng 100 kg/h, nhiệt độ 270C hỗn hợp với một dòng N2 có lưu lượng 300 kg/h, nhiệt độ 2270C để tạo ra một dòng hỗn hợp có áp suất 1 bar. Hãy xác định nhiệt độ và lưu lượng thể tích của hỗn hợp. ĐS: t = 182 0C; V = 523,5 m3/h 10. Một dòng không khí có khối lượng 10 kg ở nhiệt độ 1270C, được nạp vào một bình có thể tích 10 m3 chứa sẵn không khí ở áp suất 1 bar và nhiệt độ 270C. Hãy xác định thông số trạng thái của hỗn hợp. ĐS: t = 146,6 0C; p = 2,6 bar. 11. Dòng khí O2 có lưu lượng 20 kg/s, nhiệt độ 470C hỗn hợp với dòng khí N2 có lưu lượng 300 kg/phút, nhiệt độ 1470C. Xác định nhiệt độ của hỗn hợp. ĐS: t = 690C 19

C. Một số bài tập tiếng Anh Bài 1: Air enters a 28-cm diameter pipe steadily at 200 kPa and 20°C with a velocity of 5 m/s. Air is heated as it flows, and leaves the pipe at 180 kPa and 40°C. Determine (a) the volume flow rate of air at the inlet (b) the mass flow rate of air (c) the velocity and volume flow rate at the exit. Bài 2:

Bài 3: Steam enters a nozzle at 400°C and 800 kPa with a velocity of 10 m/s, and leaves at 300°C and 200 kPa while losing heat at a rate of 25 kW. For an inlet area of 800 cm2, determine the velocity and the volume flow rate of the steam at the nozzle exit. Answers:606 m/s, 2.74 m3/s

20

Chƣơng VI. KHÔNG KHÍ ẨM Câu hỏi lý thuyết. 1. Khái niệm, phân loại không khí ẩm và các thông số của không khí ẩm?. 2. Các quá trình và ứng dụng của không khí ẩm?. Bài tập. 1. Không khí ẩm có nhiệt độ 220C, độ chứa hơi là 7(g/kgkk khô) được đốt nóng và đưa vào buồng sấy. Sau khi sấy không khí ẩm có nhiệt độ 300C, độ chứa hơi là 20 (g/kgkk khô). Xác định lượng nhiệt cần thiết để bốc hơi 1(kg) nước trong vật cần sấy. [Gợi ý: Entanpi của không khí ẩm I=1,0048t+d(2500+1,93t)]. 2. Không khí ẩm có áp suất 1(at), phân áp suất của hơi nước là 200 mmH2O. Xác định độ chứa hơi của không khí ẩm?. 3. (bài 3 và 4 phải sử dụng đồ thị I-d của không khí ẩm). Không khí ở trạng thái đầu có t1= 200C, độ ẩm =40% được đốt nóng tới t2=800C, rồi đưa vào buồng sấy. Sau khi sấy nhiệt độ giảm xuống t3=350C. Xác định độ chứa hơi và độ ẩm tương đối của không khí sau khi sấy, nhiệt cần thiết để bốc hơi 1 kg nước trong vật cần sấy trong một giờ. ĐS: d=24g/kg khô; =0,66 ; Q=3400kJ/kg.h. 4. Khối lượng vật cần sấy đưa vào trong buồng sấy G đ=300kg, khi lấy ra Gc= 260 kg, thời gian sấy =8 h. Không khí ở trạng thái đầu có t1= 200C, độ ẩm =0,7, sau khi được đốt nóng trong calorifer nhiệt độ không khí t2=900C và được đưa vào buồng sấy. Nhiệt độ không khí ra t3= 400C. Áp suất khí quyển p =1 bar. Xác định lượng không khí cần thiết, lượng nhiệt cần thiết, độ ẩm tương đối của không khí sâu khi sấy. ĐS: G=250 kg/h; V=208 m3/h; Q=15550 kJ/h; =0,7. Chƣơng VI. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ NHIỆT Câu hỏi lý thuyết. 1. Các giả thiết khi nghiên cứu chu trình động cơ đốt trong? Và các đại lượng đặc trưng của chu trình?. 2. Xây dựng biểu thức xác định hiệu suất nhiệt của chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng tích?. 3. Xây dựng biểu thức xác định hiệu suất nhiệt của chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng áp?. 4. Xây dựng biểu thức xác định hiệu suất nhiệt của chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt hỗn hợp?. 5. Xây dựng biểu thức xác định hiệu suất nhiệt của chu trình tuabin khí cấp nhiệt đẳng tích? 6. Xây dựng biểu thức xác định hiệu suất nhiệt của chu trình tuabin khí cấp nhiệt đẳng áp? 7. Nêu các bước nghiên cứu và tính toán chu trình Rankine của thiết bị hơi nước?. 8. Nêu các biện pháp nâng cao hiệu suất nhiệt của chu trình rankine?.

21

A. Hƣớng dẫn giải một số bài tập . 1.

2.

22

4. Chu trình thiết bị động lực hơi nước làm việc với các thông số như sau: áp suất hơi nước sau khi ra khỏi lò hơi là 80bar, áp suất và độ khô của hơi nước sau khi ra khỏi tuabin lần lượt là 0,05 bar và 0,8. Bỏ qua công bơm, hãy xác định: 1. Entanpi tại các trạng thái 1, 2, 3 và nhiệt độ hơi trước khi vào tuabin, hiệu suất nhiệt của chu trình. 2. Lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng, biết độ chênh lệch nhiệt độ nước vào và ra là 60C. Cho biết công suất của tuabin là 40MW. 3. Biểu diễn chu trình trên đồ thị T – s. Lời giải 1. Entanpi tại các trạng thái 1, 2, 3 và nhiệt độ hơi trước khi vào tuabin, hiệu suất nhiệt của chu trình.

2. Lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng, biết độ chênh lệch nhiệt độ nước vào và ra là 60C. Cho biết công suất của tuabin là 40MW.

23

5.

24

25

6.

26

27

7.

28

29

B. Phần SV tự làm. 1. Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng tích có t1= 27oC, tỷ số nén =5, tỷ số tăng áp =1,47. Xác định hiệu suất nhiệt, công, nhiệt cấp vào và thải ra của chu trình, nếu coi chất môi giới là 1 kg không khí. ĐS:

t=47% ; l=91,4 (kJ/kg); q1=194,4 (kJ/kg); q2=-103 (kJ/kg).

2. Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt đẳng áp có tỷ số nén =15, hệ số giãn nở sớm = 2, nhiệt độ đầu t1= 27oC. Xác định hiệu suất nhiệt, công của chu trình, nếu coi chất môi giới là 1 kg không khí. ĐS:

t=60% ; l=537 (kJ/kg).

3. Chu trình động cơ đốt trong cấp nhiệt hỗn hợp có tỷ số nén =7, tỷ số tăng áp =2, hệ số giãn nở sớm = 1, 2. Chất môi giới là không khí, nhiệt cấp vào cho chu trình là 1090 (kJ/kg). Xác định hiệu suất nhiệt, công, nhiệt thải ra của chu trình. ĐS: t=53,5 % ; l=583 (kJ/kg); q2=-507 (kJ/kg). 4. Chu trình Rankin của nhà máy nhiệt điện dùng hơi nước có nhiệt độ và áp suất vào tuabin t 1=450oC, p1=60 bar, áp suất bình ngưng p2= 0,04 bar. Xác định hiệu suất nhiệt. ĐS:

t=40 %.

5.

6.

7.

8.

30

9. Cho chu trình Rankine lý tưởng có hơi vào tuabin là hơi bão hòa ở áp suất 8,0 MPa và lỏng bão hòa thoát khỏi bình ngưng có áp suất 0,008 MPa. Công suất của chu trình là100 MW. Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình?. Xác định công của bơm cấp?. Xác định lưu lượng hơi?. Xác định lượng nhiệt cấp cho lò hơi?. Xác định lượng nhiệt ngưng ở bình ngưng?. Xác định lưu lượng nước làm mát?. Biết nước làm mát đi vào bình ngưng có nhiệt độ 150C và đi ra có nhiệt độ 350C.

10. Cho chu trình Rankine như bài 1 nhưng trong quá trình bơm qua bơm cấp và giãn nở trong uabin của hiệu suất đoạn nhiệt bằng 85%. Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình?. Xác định công của bơm cấp?. Xác định lưu lượng hơi?. Xác định lượng nhiệt cấp cho lò hơi?. Xác định lượng nhiệt ngưng ở bình ngưng?. Xác định lưu lượng nước làm mát?. Biết nước làm mát đi vào bình ngưng có nhiệt độ 150C và đi ra có nhiệt độ 350C.

31

11. Cho chu trình Rankine lý tưởng có hơi vào tuabin là hơi quá nhiệt và có quá nhiệt trung gian. Áp suất vào phần thứ nhất của tuabin 8,0 MPa, nhiệt độ 480oC và giãn nở đến áp suất 0,7 MPa. Sau đó được gia nhiệt đến nhiệt độ 440oC trước khi đi vào phần thứ hai của tuabin sau đó giãn nở đến áp suất bình ngưng 0,008 MPa. Công suất của chu trình là 100 MW. Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình?. Xác định lưu lượng hơi?. Xác định lượng nhiệt cấp cho lò hơi?. Xác định lượng nhiệt ngưng ở bình ngưng?. Nhận xét ảnh hưởng của quá nhiệt trung gian đến chu trình?. (1 Mpa = 10 bar)

12. Cho chu trình Rankine có hồi nhiệt nước cấp mô tả như hình vẽ sau: 1 TB

LH

2 7

3 BN

B2

6

HN

5

B1

4

32

LH: Lò hơi TB: Tuabin BN: Bình ngưng HN: Hồi nhiệt nước cấp B1: Bơm cấp 1 B2: Bơm cấp 2

Các thông số tại các trạng thái: Các thông số trạng thái Trạng thái 1 Trạng thái 2 Trạng thái 3 Trạng thái 4 Trạng thái 5 Trạng thái 6 Trạng thái 7

p(Mpa) 15 1,2 0,01 0,01 1,2 1,2 15

t(oC) 600 219 -

i (kJ/kg) 3583 2860 191,81 798,33 -

v (m3/kg) 0,1955 0,00101 0,001138 -

s(kJ/kgK) 6,68 s2=s1 s3=s1 s5=s4 s7=s6

Tại trạng thái 3, entropi và entanpi ở trạng thái lỏng bão hòa và hơi bão hòa khô lần lượt là s’=0,6492 (kJ/kgK); s’’=8,149(kJ/kgK); i’ =191,81(kJ/kg); i’’=2584(kJ/kg). - Xác định tỉ lệ hơi trích gia nhiệt nước cấp?. - Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình?. 13. Cho chu trình Rankine có hồi nhiệt nước cấp mô tả như hình vẽ sau: 1 LH: Lò hơi TB: Tuabin TB LH BN: Bình ngưng HN: Hồi nhiệt nước cấp 2 3 B1: Bơm cấp 1 B2: Bơm cấp 2 7 BN

B2

6

HN

5

B1

4

Các thông số tại các trạng thái: Các thông số trạng thái Trạng thái 1 Trạng thái 2 Trạng thái 3 Trạng thái 4 Trạng thái 5 Trạng thái 6 Trạng thái 7

p(Mpa) 11 2 0,01 0,01 2 2 11

t(oC) 554 292 -

i (kJ/kg) 3504 3002 191,81 908,5 -

v (m3/kg) 0,1181 0,00101 0,0011766 -

s(kJ/kgK) 7,615 s2=s1 s3=s1 s5=s4 s7=s6

Tại trạng thái 3, entropi và entanpi ở trạng thái lỏng bão hòa và hơi bão hòa khô lần lượt là s’=0,6492 (kJ/kgK); s’’=8,149(kJ/kgK); i’ =191,81(kJ/kg); i’’=2584(kJ/kg). - Xác định tỉ lệ hơi trích gia nhiệt nước cấp?. - Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình?.

33

C. Một số bài tập tiếng Anh. Bài 1:

Bài 2:

34

Chƣơng X. CHU TRÌNH THIẾT BỊ LÀM LẠNH Lý thuyết. 1. Đặc điểm năng lượng của chu trình thuận chiều và chu trình ngược chiều là gì?. 2. Bản chất của hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh và hệ số làm nóng là gì?. 3. Trình bày đặc điểm của chu trình Carnot, hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh và hệ số làm nóng của chu trình?. 4. Nêu các phương pháp làm lạnh và chỉ ra tủ lạnh gia đình đã ứng dụng phương pháp nào để làm lạnh?. 5. Nêu đặc điểm các quá trình và các thiết bị thực hiện các quá trình đó của chu trình máy lạnh và bơm nhiệt dùng máy nén hơi. 6. Trình bày cách tính hệ số làm lạnh, công suất động cơ, công suất lạnh, công suất nhiệt và lưu lượng môi chất trong máy lạnh nén hơi. 7. Trình bày nguyên lý và các thiết bị thực hiện chu trình máy lạnh hấp thụ. 8. Các biện pháp nâng cao hệ số làm lạnh của của chình máy lạnh nén hơi.

35

Bài tập. 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

36

8.

9.

10. Cho chu trình làm lạnh dùng máy nén hơi môi chất là R134a. Hơi bão hoà khô R -134a vào máy nén có i=390 (kJ/kg), ra khỏi máy nén có i=410 (kJ/kg). Trước van tiết lưu có i=220 (kJ/kg). Xác định năng suất lạnh riêng và hệ số làm lạnh của chu trình?. 11. Máy điều hoà dùng môi chất lạnh là R12. Hơi hút vào máy nén là hơi bão hoà khô có entanpi bằng 575 (kJ/kg), ra khỏi máy nén có entanpi bằng 1200 (kJ/kg). Trước van tiết lưu có entanpi bằng 463 (kJ/kg). Xác định năng suất lạnh riêng và hệ số làm lạnh của chu trình ?. 12. Máy lạnh dùng môi chất là NH3 có máy nén có công suất N = 50 kW. Áp suất NH3 trước và sau máy nén tương ứng bằng 1 bar và 5 bar. Môi chất sau thiết bị ngưng tụ là lỏng bão hòa và sau buồng lạnh là hơi bão hòa khô. Xác định: - Các thông số nhiệt độ, entanpi tại các điểm nút của chu trình? - Công suất lạnh của máy lạnh? - Lưu lượng môi chất? - Hệ số làm lạnh? - Nếu làm việc theo chế độ bơm nhiệt thì công suất nhiệt và hệ số làm nóng là bao nhiêu? 13. Thay môi chất NH3 bằng R12 và R22. So sánh các kết quả tương ứng. 14. Cho chu trình khô môi chất là NH3 biết: - Năng suất lạnh Q0 = 100 kW - Nhiệt độ bay hơi t0 = - 150C - Nhiệt độ ngưng tụ tk = 300C Xác định: - Các thông số nhiệt độ, entanpi tại các điểm nút của chu trình? - Công suất lạnh của máy lạnh? - Lưu lượng môi chất? - Hệ số làm lạnh? - Hiệu suất exergi? 14. Thay môi chất NH3 bằng R12 và R22. So sánh các kết quả tương ứng. 37

15. Cho chu trình quá lạnh và quá nhiệt môi chất là NH3 biết: - Năng suất lạnh Q0 = 100 kW - Nhiệt độ bay hơi t0 = - 150C - Nhiệt độ quá nhiệt tqn = - 100C - Nhiệt độ ngưng tụ tk = 300C - Nhiệt độ quá lạnh tql = 250C Xác định: - Các thông số nhiệt độ, entanpi tại các điểm nút của chu trình? - Công suất lạnh của máy lạnh? - Lưu lượng môi chất? - Hệ số làm lạnh? - Hiệu suất exergi? 16. Thay môi chất NH3 bằng R12 và R22. So sánh các kết quả tương ứng. C. Một số bài tập tiếng Anh Bài 1:

Bài 2:

Bài 3:

38

Câu hỏi ôn tập Câu 1: Khái niệm hệ thống nhiệt động? Phân loại hệ thống nhiệt động?. Câu 2: Năng lượng toàn phần của hệ nhiệt động?. Câu 3: Nêu ý nghĩa của định luật nhiệt động 1 và viết biểu thức định luật nhiệt động 1 cho hệ thống kín?. Câu 4: Khái niệm, phân loại không khí ẩm và các thông số của không khí ẩm?. Câu 5: Khái niệm hỗn hợp khí lý tưởng, các thành phần hốn hợp, biểu thức quan hệ giữa chúng?. Câu 6: Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng trong thể tích cho trước?. Câu 7: Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng trong quá trình hỗn hợp theo dòng?. Câu 8: Xây dựng biểu thức xác định nhiệt độ của hỗn hợp khí lý tưởng khi nạp vào thể tích cho trước?. Câu 9: Xây dựng biểu thức xác định tốc độ tại cửa ra của ống tăng tốc nhỏ dần cho trường hợp môi chất là khí lý tưởng?. Câu 10: Nêu các bước nghiên cứu và tính toán chu trình Rankine của thiết bị hơi nước?. Câu 11: Nêu các bước nghiên cứu và tính toán chu trình làm lạnh quá lạnh-quá nhiệt?. Câu 12: Khái niệm và phân loại nhiệt dung riêng?.

39