Chương 12 - Chu trình động nhiệt Chương 12 CHU TRÌNH ĐỘNG CƠ NHIỆT 12.1 Khái niệm chung Động nhiệt loại máy nhiệt thực theo chu trình thuận chiều để chuyển hóa nhiệt thành công học Động đốt loại động nhiệt có trình cháy nhiên liệu tiến hành bên động Không khí sản phẩm cháy môi chất Nguồn nóng phản ứng cháy tỏa nhiệt nhiên liệu Nguồn lạnh môi trường xung quanh Sản phẩm cháy sau dãn nở, sinh công thải môi trường Do đó, động đốt làm việc theo chu trình hở Các trình biến đổi lượng bên động trình không thuận nghịch Động đốt có loại như: động đốt kiểu piston, động turbine khí, động phản lực, động tên lửa, súng pháo Khi nghiên cứu chu trình nhiệt động động nhiệt người ta đưa giả thiết sau: - Môi chất khí lí tưởng Thành phần khối lượng không thay đổi trình làm việc Nhiệt dung riêng không thay đổi theo nhiệt độ - Các trình xảy động trình thuận nghịch - Quá trình cháy nhiên liệu động thay trình cấp nhiệt - Quá trình nén dãn nở động trình đoạn nhiệt - Quá trình thải sản phẩm cháy coi trình thải nhiệt - Coi trình nạp khí thải sản phẩm cháy triệt tiêu công, biến hệ hở thành hệ kín Như vậy, coi động làm việc theo chu trình kín Động đốt loại động nhiệt mà trình cấp nhiệt cho môi chất tiến hành bên động Ví dụ như: động nước 12.2 Chu trình động đốt kiểu piston 12.2.1 Sơ đồ cấu tạo nguyên lí làm việc động đốt kiểu piston Động đốt kiểu piston động nhiệt có trình cháy biến đổi nhiệt thành công xảy xilanh động cơ, môi chất công tác động sản phẩm cháy hỗn hợp nhiên liệu không khí Xilanh động Piston Thanh truyền Tay quay (tay biên) Vỏ máy Van nạp (xupap nạp) Nến điện (bugi) vòi phun dầu Van xả (xupap xả) p 3 V0 = V2 Sơ đồ cấu tạo động đốt V1 V Chu trình làm việc động bốn kì Khi động làm việc, piston từ điểm chết (đỉnh piston cách xa tâm trục khuỷu nhiều nhất) đến điểm chết (đỉnh piston gần tâm trục khuỷu nhất) thực trình nạp môi chất 01, piston từ điểm chết lên điểm chết thực trình nén 12, gần điểm chết xuất trình cháy 23 trình dãn nở 34 đẩy piston từ điểm chết đến điểm chết dưới, piston từ điểm chết đến điểm chết thực trình thải 40 tiếp tục chu kì BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương 12 - Chu trình động nhiệt Động thực chu trình làm việc bốn lần lên xuống piston (bốn hành trình) gọi động bốn kì, động bốn kì cần hai vòng quay trục khuỷu để thực chu trình làm việc Nếu hành trình lên xuống piston xilanh có lỗ để nạp thải môi chất, lần lên xuống piston thực hai trình làm việc, chu trình làm việc động cần hai hành trình Động thực chu trình làm việc hai hành trình lên xuống piston hay vòng quay trục khuỷu động hai kì 12.2.2 Chu trình nhiệt động Chu trình làm việc thực động đốt bao gồm trình nạp, trình nén, trình cháy dãn nở trình thải chu trình hở có số lượng môi chất, thành phần hóa học tính chất vật lí môi chất thay đổi Chu trình thực tế phức tạp bị nhiều yếu tố ảnh hưởng, để nhận yếu tố cần có giả thiết lí tưởng: - Chu trình động chu trình kín có lượng môi chất không đổi - Môi chất khí lí tưởng có nhiệt dung riêng không đổi - Quá trình cháy trình cấp nhiệt, trình thải trình thải nhiệt - Quá trình nén dãn nở trình đoạn nhiệt thuận nghịch Những giả thiết đưa chu trình làm việc thực tế chu trình lí tưởng hay chu trình nhiệt động a Chu trình cấp nhiệt đẳng tích • Chu trình cấp nhiệt đẳng tích chu trình nhiệt động động xăng Chu trình gồm bốn trình: v1 - Quá trình nén đoạn nhiệt 12 đặc trưng tỉ số nén ε = v2 p3 - Quá trình cấp nhiệt đẳng tích 23 đặc trưng hệ số tăng áp λ = Ở trình này, p2 chu trình nhận nhiệt q1 từ nguồn nóng: q1 = Cv (T3 − T2 ) = CvT1ε k −1 ( λ − 1) - Quá trình dãn nở đoạn nhiệt 34 - Quá trình thải nhiệt đẳng tích 41 Ở trình này, chu trình thải nhiệt q2 vào môi trường: q2 = Cv (T4 − T1 ) = CvT1 (λ − 1) p T 3 q1 q1 2 q2 v2 = v3 v v1 = v4 s1 = s2 q2 s3 = s4 s Chu trình cấp nhiệt đẳng tích • Hiệu suất nhiệt chu trình: ηtv = − hay ηtv = − Cv T1 ( λ −1) q2 = q1 Cv T1 ε k −1 ( λ −1) ε k −1 Nhận xét: Muốn tăng hiệu suất nhiệt chu trình động cấp nhiệt đẳng tích ta cần tăng tỉ số nén BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương 12 - Chu trình động nhiệt b Chu trình cấp nhiệt đẳng áp • Chu trình cấp nhiệt đẳng áp chu trình nhiệt động động diesel phun dầu vào xilanh khí nén T p q1 q2 v3 q2 1 v2 q1 v v1 = v4 s1 = s2 s3 = s4 s Chu trình cấp nhiệt đẳng áp Chu trình bao gồm trình: - Quá trình nén đoạn nhiệt 12 đặc trưng tỉ số nén ε = v1 v2 - Quá trình cấp nhiệt đẳng áp 23 đặc trưng hệ số dãn nở sớm ρ = v3 Ở trình này, v2 chu trình nhận nhiệt q1 từ nguồn nóng: q1 = C p (T3 − T2 ) = C pT1ε k −1 ( ρ − 1) - Quá trình dãn nở đoạn nhiệt 34 - Quá trình thải nhiệt đẳng tích 41 Ở trình này, chu trình thải nhiệt q2 cho môi trường: q2 = Cv (T4 − T1 ) = CvT1 ( ρ k − 1) • Hiệu suất nhiệt chu trình: q2 CvT1 ( ρ k − 1) ηtp = − = − q1 C pT1ε k −1 ( ρ − 1) ρ k −1 kε k −1 ( ρ − 1) Nhận xét: Muốn tăng hiệu suất nhiệt chu trình động cấp nhiệt đẳng áp ta cần tăng tỉ số nén giảm tỉ số dãn nở sớm c Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp • Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp chu trình nhiệt động động diesel phun dầu vào xilanh bơm cao áp ηtp = − hay p T q1′ q1′′ q1′ 2 5 q2 1 v2 = v3 q1′′ v4 v = v5 v s1 = s2 s3 q2 s4 = s5 s Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương 12 - Chu trình động nhiệt Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp gồm trình: - Quá trình nén đoạn nhiệt 12 có đặc trưng tỉ số nén ε = v1 v2 - Quá trình cấp nhiệt đẳng tích 23 có đặc trưng hệ số tăng áp λ = p3 Ở trình này, chu p2 trình nhận nhiệt q1′ từ nguồn nóng: q1′ = Cv (T3 − T2 ) - Quá trình cấp nhiệt đẳng áp 34 có đặc trưng độ dãn nở sớm ρ = v4 Ở trình này, chu v3 trình nhận nhiệt q1′′ từ nguồn nóng: q1′′ = C p (T4 − T3 ) - Quá trình dãn nở đoạn nhiệt 45 - Quá trình thải nhiệt đẳng tích 51 Ở trình này, chu trình thải nhiệt q2 cho môi trường: q2 = Cv (T5 − T1 ) • Hiệu suất nhiệt chu trình: ηtvp = − q2 q Cv (T5 − T1 ) = = 1− q1 q1′ + q1′′ Cv (T3 − T2 ) + C p (T4 − T3 ) Thay giá trị nhiệt độ rút gọn ta được: λρ k − ηtvp = − k −1 ε [ (λ − 1) + k λ ( ρ − 1)] Nhận xét: Muốn hiệu suất nhiệt chu trình động cấp nhiệt hỗn hợp ta cần tăng tỉ số nén, tăng hệ số tăng áp giảm hệ số dãn nở sớm d So sánh chu trình T • Khi chu trình có tỉ số nén nhiệt lượng cấp: 3v Chu trình cấp nhiệt đẳng tích 123v v1 , chu trình cấp 3p nhiệt hỗn hợp 123451 chu trình cấp nhiệt đẳng áp 123 p p1 có công sinh khác nhiệt thải cho 4p nguồn lạnh khác Nhiệt thải cho nguồn lạnh chu 4v trình cấp nhiệt đẳng áp lớn biểu thị diện tích s114 p s4b nhiệt thải chu trình cấp nhiệt đẳng tích nhỏ biểu thị diện tích s114 v s4 v Như vậy, hiệu suất nhiệt chu trình cấp nhiệt đẳng tích lớn hiệu suất nhiệt chu trình cấp nhiệt đẳng áp nhỏ nhất: ηtv > ηtvp > ηtp s1 = s2 s4v s5 s4p s Các chu trình động đốt có tỉ số nén nhiệt cung cấp • Khi chu trình có nhiệt độ, áp suất cực đại nhiệt độ, áp suất cực tiểu: - Trong điều kiện nhiệt độ cực đại, theo đồ thị nhiệt ta thấy chu trình có nhiệt thải cho nguồn lạnh biểu thị diện tích s114v s4 Chu trình cấp nhiệt đẳng áp có công sinh lớn biểu thị diện tích 12 p p p1 công sinh chu trình cấp nhiệt đẳng tích nhỏ biểu thị diện tích 12v3v 4v1 Vì vậy, hiệu suất nhiệt chu trình cấp nhiệt đẳng áp lớn ηtp > ηtvp > ηtv BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương 12 - Chu trình động nhiệt T p pCN 2p 2v TCN 3v = = 3p 2p 4v = = 4p 3v = 3p = 2v 4v = 4p = s1 = s2v = s2 = s2p s4v = s4p = s5 s v Các chu trình có áp suất cực đại đồ thị p-v Chu trình có nhiệt độ cực đại đồ thị T-s - Trong điều kiện áp suất cực đại, theo đồ thị công ta thấy công sinh chu trình cấp nhiệt đẳng áp lớn Vì vậy, hiệu suất nhiệt chu trình cấp nhiệt đẳng áp lớn nhất: ηtp > ηtvp > ηtv 12.3 Chu trình súng pháo a Nguyên lí cấu tạo làm việc • Nguyên lí cấu tạo: Súng pháo nạp đạn động nhiệt kiểu pittông gồm xilanh nòng, pittông đầu đạn, buồng đốt chứa hỗn hợp cháy (thuốc phóng) cấu phát hỏa 4 Sơ đồ cấu tạo súng pháo • Nguyên lý làm việc: Khi bắn cấu phát hỏa đốt cháy thuốc mồi làm cháy p thuốc phóng tạo sản phẩm cháy khí có áp suất nhiệt độ cao đẩy đầu đạn vào nòng Thuốc phóng tiếp tục cháy đẩy đầu đạn dịch chuyển nòng đạt áp suất cực đại pmax sau khí dãn nở sinh công đẩy đầu đạn khỏi nòng với tốc độ lớn Khi đầu đạn khỏi nòng, khí cháy thải nhiệt vào môi trường Quá trình làm việc súng biểu thị đường cong quan hệ áp suất khí nòng với chiều dài nòng gọi đường cong thuật phóng súng pháo Những điểm đặc trưng đường cong thuật x phóng điểm mồi cháy ban đầu 1, điểm áp suất khí thuốc Đường cong thuật phóng đẩy đầu đạn vào nòng 2, điểm áp suất khí thuốc cực đại 3, súng pháo điểm kết thúc trình cháy điểm khí thuốc chiếm toàn thể tích nòng Sự khác biệt súng pháo động nhiệt thông thường súng pháo làm việc miền áp suất cao chất khí đến hàng ngàn bar b Chu trình nhiệt động • Súng pháo thực có trình cháy kéo dài không xảy buồng đốt mà xảy nòng súng thuốc vào môi trường BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương 12 - Chu trình động nhiệt T p q1v q1′′ q1′ q1v 1 q2 q2 s v Chu trình nhiệt động súng pháo thông thường - Quá trình cấp nhiệt đẳng tích 12 tương ứng với trình xảy buồng đốt nhanh p2 giả thiết trình đẳng tích đặc trưng hệ số tăng áp λ = Ở trình này, chu p1 trình nhận nhiệt q1′ từ nguồn nóng: q1′ = Cv (T2 − T1 ) - Quá trình cấp nhiệt đẳng áp 23 tương ứng với trình cháy nòng giả thiết đẳng áp v3 đặc trưng hệ số dãn nở sớm ρ = Ở trình này, chu trình nhận nhiệt q1′′ từ nguồn nóng: v1 q1′′ = C p (T3 − T2 ) - Quá trình dãn nở 34 trình khí thuốc dãn nở đoạn nhiệt - Quá trình thải nhiệt đẳng áp 41 Ở trình này, chu trình thải nhiệt q2 môi trường: q2 = C p (T1 − T4 ) • Hiệu suất nhiệt chu trình súng pháo: q ηt = − q1 = 1− C p (T4 − T1 ) Cv (T2 − T1 ) + C p (T3 − T2 ) (T4 − T1 ) k (T4 − T1 ) = (T2 − T1 ) + (T3 − T2 ) (T2 − T1 ) + k (T3 − T2 ) k Thay giá trị T3 T4 vào biểu thức biến đổi, ta được: = 1− 1− k    λρ  k RT1 λ ( ρ − 1) + − λ  − p1vh  ÷ ÷ k −     ηt = Cv (T2 − T1 ) + C p (T3 − T2 ) đây: vh = Vh = v4 − v1 , Vh thể tích công tác súng pháo, m3/kg m π D2 Vh = L với: D đường kính nóng súng pháo, m; L chiều dài công tác súng pháo, m Nhận xét: Hiệu suất nhiệt chu trình súng pháo phụ thuộc tính chất vật lý khí thuốc, phụ thuộc trạng thái ban đầu khí thuốc, phụ thuộc tính chất trình cháy phụ thuộc kích thước nòng BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương 12 - Chu trình động nhiệt 12.4 Chu trình động turbine khí 12.4.1 Chu trình động turbine cấp nhiệt đẳng áp • Nguyên lí cấu tạo: Động turbine khí gồm turbine khí kéo tải 5, máy nén 2, hệ thống cung cấp nhiên liệu buồng đốt (hình vẽ) p q1 q2 v Sơ đồ cấu tạo động turbine chu trình nhiệt động • Nguyên lí làm việc: Không khí từ môi trường nén vào buồng đốt gặp nhiên liệu bốc cháy, sản phẩm cháy có nhiệt độ áp suất cao vào turbine dãn nở sinh công đến áp suất nhiệt độ thấp thải vào môi trường • Chu trình cấp nhiệt đẳng áp gồm: p2 - Quá trình nén đoạn nhiệt 12 máy nén đặc trưng hệ số tăng áp máy nén β = p1 - Quá trình cấp nhiệt đẳng áp 23 Ở trình này, chu trình nhận nhiệt q1 từ nguồn nóng: q1 = C p (T3 − T1 ) - Quá trình dãn nở đoạn nhiệt 34 turbin - Quá trình thải nhiệt đẳng áp 41 Ở trình này, chu trình nhả nhiệt q2 cho môi trường: q2 = C p (T1 − T4 ) • Hiệu suất nhiệt chu trình: T  T1  − 1÷ C (T − T ) T q ηt = − = − p = −   q1 C p (T3 − T2 ) T  T2  − 1÷  T2  Từ trình đoạn nhiệt 12 trình đoạn nhiệt 34, ta được: k −1 ⇒ T3  p3  k  = ÷ = T4  p4   T3 T2 = T4 T1 k −1 p2  k T2 ÷ = p1  T1 T4 T3 = T1 T2 k −1 Vậy: p k T ηt = − = −  ÷ = − k −1 T2  p2  β k k v1 = ε tỉ số nén máy nén, ta được: p2 =  v1 ÷ Đặt v2 p1  v2  Vậy: ηt = hay β =εk εk −1 BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương 12 - Chu trình động nhiệt Nhận xét: Muốn tăng hiệu suất nhiệt chu trình turbine cấp nhiệt đẳng áp ta cần tăng hệ số tăng áp (tăng tỉ số nén) máy nén 12.4.2 Chu trình động turbine cấp nhiệt đẳng tích • Nguyên lí cấu tạo: Động turbine khí có trình cháy đẳng tích gồm turbine gắn tải máy nén 2, bơm nhiên liệu 6, van 3, 4, 5, động có cấu tạo buồng đốt phức tạp nên không sử dụng p q1 1 q2 v Động turbine đốt cháy đẳng tích chu trình nhiệt động • Chu trình nhiệt động động turbine bao gồm: - Quá trình nén đoạn nhiệt 12 máy nén đặc trưng hệ số tăng áp β = - Quá trình cháy đẳng tích 23 đặc trưng hệ số tăng áp λ = p2 p1 p3 Ở trình này, chu p2 trình nhận nhiệt q1 từ nguồn nóng: k −1 k (λ q1 = Cv (T3 − T2 ) = CvT1β − 1) - Quá trình dãn nở đoạn nhiệt 34 turbin - Quá trình thải nhiệt đẳng áp Ở trình này, chu trình thải nhiệt q2 cho môi trường: q2 = C p (T4 − T1 ) = C pT1 (λ k − 1) • Hiệu suất nhiệt chu trình: (λ k C pT1 − 1) q k ( λ k − 1) ηt = − = − = − k −1 k −1 q1 k CvT1β (λ − 1) β k ( λ − 1) Thay β = ε k , ta được: k ( λ k − 1) ηt = − k −1 ε (λ − 1) Nhận xét: Muấn tăng hiệu suất chu trình turbine cấp nhiệt đẳng tích ta cần tăng tỉ số nén máy nén, tăng hệ số tăng áp trình cháy 12.5 Chu trình động phản lực 12.5.1 Chu trình động phản lực không khí Chu trình tính toán hoàn toàn giống với chu trình turbine khí 12.5.2 Chu trình động tên lửa a Chu trình động tên lửa nhiên liệu rắn • Nguyên lí làm việc: Thuốc phóng cháy đẳng áp tạo dòng khí dãn nở loa sinh lực đẩy đẩy động BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương 12 - Chu trình động nhiệt p p τ q1 q2 v Các tình làm việc chu trình nhiệt động động tên lửa nhiên liệu rắn Giả thiết mồi cháy tức thời trình dãn nở sản phẩm cháy loa đoạn nhiệt, trình khí môi trường sinh lực đẩy trình thải nhiệt vào môi trường • Chu trình nhiệt động động tên lửa nhiên liệu rắn gồm: - Quá trình mồi cháy đẳng tích 12 - Quá trình cấp nhiệt đẳng áp 23 Ở trình này, chu trình nhận nhiệt q1 từ nguồn nóng: q1 = C p (T3 − T2 ) - Quá trình dãn nở đoạn nhiệt 34 sinh công đẩy động - Quá trình thải nhiệt đẳng áp 41 Ở trình này, chu trình thải nhiệt q2 vào môi trường: q2 = C p (T4 − T1 ) • Công chu trình sinh biểu thị diện tích hình 1234 xác định theo biểu thức: k −1   k   k p  l= RT3 −  ÷    p3   k −1   • Tốc độ dòng khí khỏi loa chế độ tính toán: k −1   k   2k p  ω= RT3 −  ÷    p3   k −1   • Lực đẩy động chế độ tính toán: k −1   k   2k p  P = G RT3 −  ÷    p3   k −1   Nhận xét: Muốn tăng lực đẩy động phải tăng lưu lượng dòng khí qua loa phụt, tăng số chất khí, tăng nhiệt độ cuối trình cháy giảm áp suất tiết diện loa • Hiệu suất nhiệt chu trình: C (T − T ) ηt = − p C p (T3 − T2 ) Giả thiết nhiệt độ ban đầu (T1 ) động nhỏ so với nhiệt độ khí thải (T4 ) nhiệt mà chu trình nhận trình mồi cháy (quá trình 12) nhỏ so với nhiệt cung cấp trình cháy đẳng áp, ta nhận được: T ηt = − T3 Vì trình 34 đoạn nhiệt nên: k −1 T4  p4  k = ÷ T3  p3  BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT Chương 12 - Chu trình động nhiệt k −1 p k Vậy: ηt = −  ÷  p3  Nhận xét: Để tăng hiệu suất nhiệt chu trình cần tăng áp suất trình cháy giảm áp suất tiết diện loa b Chu trình động tên lửa nhiên liệu lỏng Bình khí cao áp Thùng chứa nhiên liệu thùng chứa chất oxi hóa Buồng đốt turbine Van nhiên liệu van chất oxi hóa Turbine Bơm nhiên liệu bơm chất oxi hóa Ống dẫn Loa Sơ đồ động tên lửa nhiên liệu lỏng Giả thiết nhiên liệu chất oxy hóa tích nhỏ so với thể tích sản phẩm cháy Chu trình động tên lửa nhiên liệu lỏng giống chu trình động tên lửa nhiên liệu rắn, bao gồm: trình cháy đẳng áp, dãn nở đoạn nhiệt, chu trình nhiệt động động tên lửa nhiên liệu lỏng gồm trình nén đẳng tích 12, cháy đẳng áp 23, dãn đoạn nhiệt 34 thải nhiệt đẳng áp 41 Việc tính toán đại lượng đặc trưng cho chu trình giống động tên lửa nhiên liệu rắn c Chu trình động tên lửa nhiên liệu hạt nhân H2 H2 Sơ đồ cấu tạo động tên lửa nhiên liệu hạt nhân Buồng đốt động lò phản ứng hạt nhân chứa thỏi phản ứng hạt nhân 3, điều khiển tường phản xạ Giữa thỏi hạt nhân có rãnh để hyđro lỏng từ bên bơm qua vách làm lạnh vào lò phản ứng nhận nhiệt phản ứng hạt nhân biến thành khí có áp suất nhiệt độ cao dãn nở qua loa sinh lực đẩy Thanh điều khiển có nhiệm vụ trì tốc độ phản ứng hạt BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT 10 Chương 12 - Chu trình động nhiệt nhân không đổi, tường phản xạ phản xạ tia xạ hạt nhân phía luồng bảo vệ phương tiện phía trước khỏi tác dụng phá hoại Chu trình làm việc động tên lửa hạt nhân giống chu trình động tên lửa nhiên liệu lỏng Khối lượng mol khí hydro nhỏ số chất khí hyđro lớn, nhiệt độ xảy phản ứng hạt nhân cao làm cho nhiệt độ hyđro cao, dòng khí hyđro khỏi loa với tốc độ lớn gây lực đẩy động bay 12.6 Chu trình động nước T K 3 s Sơ đồ nguyên lý làm việc chu trình động nước • Nguyên lí cấu tạo: Hệ thống thiết bị để thực chu trình động nước gồm thiết bị sinh (lò hơi, lò nguyên tử, lò mặt trời địa nhiệt), động nước (máy nước turbine nước), bình ngưng bơm nước • Chu trình động nước chu trình Rankin thực vùng ẩm nhiệt Việc tính toán chu trình nước bảng đồ thị Chu trình bao gồm: - Quá trình nén đoạn nhiệt 12 trình bơm nước - Quá trình cấp nhiệt đẳng áp 2345 thiết bị sinh Ở trình này, chu trình nhận nhiệt q1 từ nguồn nóng: q1 = i5 − i2 - Quá trình dãn nở đoạn nhiệt 56 động (máy nước turbine hơi) - Quá trình thải nhiệt đẳng áp 61 trình ngưng tụ bình ngưng Ở trình này, chu trình thải nhiệt q2 cho nguồn lạnh: q2 = i6 − i1 • Công sinh chu trình: lct = q1 − q2 = (i5 − i2 ) − (i6 − i1 ) Gần coi i2 = i1 , ta có: lct = i5 − i6 • Hiệu suất nhiệt chu trình: l i −i i −i ηt = = = q1 i5 − i2 i5 − i1 13.8 Chu trình máy lạnh nén Theo tính chất môi chất, máy lạnh phân thành máy lạnh nén không khí, máy lạnh nén máy lạnh hấp thụ Máy lạnh nén sử dụng phổ biến gồm máy nén 1, thiết bị ngưng tụ 2, van tiết lưu thiết bị bay Chu trình máy nén chu trình ngược chiều 123451 gồm 12 trình nén đoạn nhiệt máy nén, 234 trình tỏa nhiệt đẳng áp để ngưng tụ thành trạng thái lỏng nhiệt độ nguồn nóng T 1, 45 trình tiết lưu qua van để biến đổi môi chất lạnh trạng thái ngưng tụ thành hơi, 51 trình nhận nhiệt làm lạnh buồng lạnh xảy BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT 11 Chương 12 - Chu trình động nhiệt thiết bị bay Hơi máy nén môi chất lạnh; môi chất lạnh Freon R 12 R22 phân tử chứa nguyên tử cacbon, nguyên tử clo nguyên tử flo gây phá hủy tầng ozon không phép sử dụng, thay R143a R152a; môi chất lạnh máy lạnh công suất lớn amoniac Với môi chất cho tính chu trình máy lạnh: T 3 T1 T2 5' 1’ s s5' = s4 s5 s1' = s3 s1 = s2 Sơ đồ nguyên lý làm việc chu trình nhiệt động máy lạnh nén Nhiệt nhận từ nguồn lạnh nhiệt độ T2 trình bay đẳng áp q2: q2 = i1 − i5 = T2(s1 − s5) Nhiệt môi chất tỏa cho nguồn nóng nhiệt độ T1 thực trình ngưng tụ q1: q1 = i2 − i4 Công cung cấp cho chu trình l: l = q1 − q2 = i2 − i4 − i1 + i5 Vì 45 trình tiết lưu qua van nên i4 = i5 nhận được: l = i2 − i1 ε = Hệ số lạnh: i1 − i5 q2 l = i −i 13.9 Chu trình máy lạnh điện nhiệt Máy lạnh điện nhiệt gồm hai kim loại nối với nối với nguồn điện, đầu đặt vào nguồn nóng T1 đầu đặt vào nguồn lạnh T2 Khi có dòng điện chạy qua máy lạnh thực chu trình ngược 12341 Giả thiết trình thuận nghịch, nhận nhiệt từ nguồn lạnh tỏa nhiệt cho nguồn nóng xảy nơi tiếp xúc hai kim loại T T1 I T1 T2 T2 s Sơ đồ nguyên lý làm việc chu trình nhiệt động máy lạnh điện nhiệt Theo hiệu ứng Pelter nhiệt nhận từ nguồn lạnh Q2: Q2 = αZT2I Nhiệt tỏa cho nguồn nóng Q1: Q1 = αZT1I Công dòng điện sinh ra: L = Q1 − Q2 Hệ số lạnh: ε = Q2 L Q2 α Z T2I = Q − Q = α TI − α T I Z Z BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT 12 Chương 12 - Chu trình động nhiệt T2 ε = T −T 13.10 Chu trình bơm nhiệt Bơm nhiệt dùng để nung nóng đối tượng đó, ví dụ để sưởi ấm phòng làm việc điều kiện môi trường giá lạnh Bơm nhiệt giống máy lạnh làm việc theo chu trình ngược chiều bao gồm 12 trình nén môi chất máy nén 1, 234 trình ngưng tụ tỏa nhiệt q1 thiết bị ngưng tụ để bơm đưa nhiệt đến nơi sử dụng, 45 trình tiết lưu qua van 3, 51 trình nhận nhiệt q2 thiết bị bay T 2 3 s Sơ đồ nguyên lý làm việc chu trình nhiệt động bơm nhiệt Chu trình bơm nhiệt giống chu trình máy lạnh làm việc khoảng nhiệt độ khác Tính kinh tế chu trình bơm nhiệt đặc trưng hệ số biến đổi nhiệt ϕ tỉ số nhiệt tỏa cho nguồn nóng q1 với công cung cấp cho chu trình l: ϕ = q1 l Thay q1 = q2 + l nhận được: ϕ = q2 + l l = ε+1 Hệ số biến đổi nhiệt tăng hệ số lạnh chu trình tương ứng tăng hay nhiệt độ nguồn lạnh cao hiệu nhiệt độ nguồn nóng nguồn lạnh nhỏ BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT 13 [...]... đẩy động cơ bay đi 12.6 Chu trình động cơ hơi nước 2 T 1 K 3 3 4 5 4 2 1 6 s Sơ đồ nguyên lý làm việc và chu trình động cơ hơi nước • Nguyên lí cấu tạo: Hệ thống thiết bị để thực hiện chu trình động cơ hơi nước gồm thiết bị sinh hơi 1 (lò hơi, lò nguyên tử, lò mặt trời hoặc địa nhiệt) , động cơ hơi nước 2 (máy hơi nước hoặc turbine hơi nước), bình ngưng 3 và bơm nước 4 • Chu trình động cơ hơi nước là chu. .. cơ hơi nước là chu trình Rankin được thực hiện trong vùng hơi ẩm và hơi quá nhiệt Việc tính toán chu trình hơi nước bằng bảng hoặc đồ thị Chu trình bao gồm: - Quá trình nén đoạn nhiệt 12 là quá trình bơm nước - Quá trình cấp nhiệt đẳng áp 2345 trong thiết bị sinh hơi Ở quá trình này, chu trình nhận nhiệt q1 từ nguồn nóng: q1 = i5 − i2 - Quá trình dãn nở đoạn nhiệt 56 trong động cơ (máy hơi nước hoặc... nguyên lý làm việc và chu trình nhiệt động của máy lạnh điện nhiệt Theo hiệu ứng Pelter nhiệt nhận được từ nguồn lạnh Q2: Q2 = αZT2I Nhiệt tỏa cho nguồn nóng Q1: Q1 = αZT1I Công dòng điện sinh ra: L = Q1 − Q2 Hệ số lạnh: ε = Q2 L Q2 α Z T2I = Q − Q = α TI − α T I 1 2 Z 1 Z 2 BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT 12 Chương 12 - Chu trình động cơ nhiệt T2 ε = T −T 1 2 13.10 Chu trình bơm nhiệt Bơm nhiệt được dùng để... Bơm nhiệt giống như máy lạnh làm việc theo chu trình ngược chiều bao gồm 12 là quá trình nén môi chất trong máy nén 1, 234 là quá trình ngưng tụ tỏa nhiệt q1 trong thiết bị ngưng tụ 2 để bơm 5 đưa nhiệt đến nơi sử dụng, 45 là quá trình tiết lưu qua van 3, 51 là quá trình nhận nhiệt q2 tại thiết bị bay hơi 4 5 T 2 2 4 3 1 3 5 4 1 s Sơ đồ nguyên lý làm việc và chu trình nhiệt động của bơm nhiệt Chu trình. . .Chương 12 - Chu trình động cơ nhiệt nhân không đổi, tường phản xạ phản xạ những tia bức xạ hạt nhân về phía luồng phụt bảo vệ những phương tiện ở phía trước khỏi tác dụng phá hoại Chu trình làm việc của động cơ tên lửa hạt nhân giống chu trình động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng Khối lượng mol khí hydro rất nhỏ hằng số chất khí của hyđro lớn, nhiệt độ xảy ra phản ứng hạt nhân rất cao làm cho nhiệt. .. 4 Chu trình máy nén hơi là chu trình ngược chiều 123451 gồm 12 là quá trình nén hơi đoạn nhiệt trong máy nén, 234 là quá trình tỏa nhiệt đẳng áp để hơi ngưng tụ thành trạng thái lỏng ở nhiệt độ nguồn nóng T 1, 45 là quá trình tiết lưu qua van để biến đổi môi chất lạnh ở trạng thái ngưng tụ thành hơi, 51 là quá trình nhận nhiệt làm lạnh buồng lạnh xảy ra BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT 11 Chương 12 - Chu trình. .. nhiệt Chu trình bơm nhiệt giống chu trình máy lạnh nhưng làm việc trong khoảng nhiệt độ khác Tính kinh tế của chu trình bơm nhiệt đặc trưng bằng hệ số biến đổi nhiệt ϕ là tỉ số giữa nhiệt tỏa ra cho nguồn nóng q1 với công cung cấp cho chu trình l: ϕ = q1 l Thay q1 = q2 + l nhận được: ϕ = q2 + l l = ε+1 Hệ số biến đổi nhiệt càng tăng khi hệ số lạnh chu trình tương ứng càng tăng hay khi nhiệt độ nguồn lạnh... nước hoặc turbine hơi) - Quá trình thải nhiệt đẳng áp 61 là quá trình ngưng tụ trong bình ngưng Ở quá trình này, chu trình thải nhiệt q2 cho nguồn lạnh: q2 = i6 − i1 • Công sinh ra trong chu trình: lct = q1 − q2 = (i5 − i2 ) − (i6 − i1 ) Gần đúng có thể coi i2 = i1 , ta có: lct = i5 − i6 • Hiệu suất nhiệt của chu trình: l i −i i −i ηt = = 5 6 = 5 6 q1 i5 − i2 i5 − i1 13.8 Chu trình máy lạnh nén hơi Theo... = s3 s1 = s2 Sơ đồ nguyên lý làm việc và chu trình nhiệt động của máy lạnh nén hơi Nhiệt nhận từ nguồn lạnh nhiệt độ T2 trong quá trình bay hơi đẳng áp q2: q2 = i1 − i5 = T2(s1 − s5) Nhiệt môi chất tỏa ra cho nguồn nóng nhiệt độ T1 thực hiện trong quá trình ngưng tụ q1: q1 = i2 − i4 Công cung cấp cho chu trình l: l = q1 − q2 = i2 − i4 − i1 + i5 Vì 45 là quá trình tiết lưu qua van nên i4 = i5 nhận được:... i1 ε = Hệ số lạnh: i1 − i5 q2 l = i −i 2 1 13.9 Chu trình máy lạnh điện nhiệt Máy lạnh điện nhiệt gồm hai thanh kim loại được nối với nhau và nối với nguồn điện, một đầu đặt vào nguồn nóng T1 đầu kia đặt vào nguồn lạnh T2 Khi có dòng điện chạy qua máy lạnh thực hiện chu trình ngược 12341 Giả thiết quá trình thuận nghịch, nhận nhiệt từ nguồn lạnh và tỏa nhiệt cho nguồn nóng chỉ xảy ra ở nơi tiếp xúc