CHƯƠNG III. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

BÀI I. GIỚI THIỆU VỀ CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

(CTNĐ)



CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

1. Định nghĩa chu trình nhiệt động

- Để biến nhiệt thành công trong các máy nhiệt phải dùng

chất môi giới và cho chất môi giới giãn nở.

- Muốn nhận được công liên tục chất môi giới phải giãn nở

liên tục. Nhưng môi chất không thể giãn nở mãi vì kích thước

máy có hạn.

→ Vì vậy muốn nhận được công liên tục sau khi giãn nở

phải nén môi chất để nó trở về trạng thái ban đầu và tiếp tục

giãn nở, nén lần thứ hai…

 Chu trình nhiệt động là chu trình trong đó chất môi giới

thay đổi trạng thái một cách liên tục rồi lại trở về trạng

thái ban đầu.



CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

2. Phân loại chu trình nhiệt động

a. Chu trình thuận chiều:

Chu trình tiến hành theo chiều kim

đồng hồ (trên các đồ thị trạng thái) gọi là

chu trình thuận chiều (hình 1).



p



a

a’



l0>0



1



2



b

b’



 Chu trình này biến nhiệt thành công

(công sinh ra mang dấu dương), đường

cong giãn nở (1a2) nằm phía trên đường

cong nén (2b1).

 Máy nhiệt làm việc theo chu trình

này gọi là động cơ nhiệt.



1’



2’



v



Hình 1. Chu trình thuận chiều



CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

2. Phân loại chu trình nhiệt động

b.Chu trình ngược chiều:

Chu trình làm việc theo chiều ngược kim

đồng hồ gọi là chu trình ngược chiều

(hình 2).



 Chu



trình này tiêu hao công (công đưa

vào mang dấu âm), đường cong nén

(2b1) nằm trên đường cong giãn nở

(1a2).



 Máy



p



b

b’



l0<0



1



2



a

a’



1’



2’



v



Hình 2. Chu trình ngược chiều



nhiệt làm việc theo chu trình này

gọi là máy lạnh và bơm nhiệt.



- Chu trình thuận nghịch: Là chu trình gồm những quá trình thuận nghịch.

- Chu trình không thuận nghịch: Nếu trong chu trình chỉ cần có một quá trình

không thuận nghịch.



CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

3. Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt

3.1 Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt

Động cơ nhiệt là máy nhiệt làm việc theo chu trình thuận

chiều thực hiện việc biến đổi nhiệt thành công.

- Ví dụ: Máy hơi nước, tuabin hơi, tuabin khí, động cơ đốt

trong và động cơ phản lực

 Nguyên lý làm việc

Môi chất nhận nhiệt Q1 từ nguồn nóng có nhiệt độ T1

giãn nở để biến một phần nhiệt này thành công Lo.

Sau đó môi chất nhả phần nhiệt còn lại Q2 cho nguồn

lạnh ở nhiệt độ T2 (ví dụ nước làm mát, khí quyển).

Q1 – |Q2| = Lo



;



Lo < Q1



CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

3. Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt

3.1 Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt

Q1 – |Q2| = Lo > 0 ;



Lo < Q1



L0

T1



Q1



Q2



T2



Hình 3. Nguyên lý làm việc

của đông cơ nhiệt



CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

3. Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt

3.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh và bơm nhiệt:

Máy lạnh và bơm nhiệt là máy nhiệt làm việc theo chu

trình ngược chiều.

 Nguyên lý làm việc:

Tiêu hao công Lo (hoặc nhiệt năng) để môi chất nhận

nhiệt Q2 từ nguồn lạnh có nhiệt độ T2 rồi truyền lượng nhiệt

Q2 cùng với công Lo cho nguồn nóng có nhiệt độ T1.



Q1  Q2  L0

+ Máy lạnh sử dụng nhiệt Q2 để làm lạnh các vật.

+ Bơm nhiệt sử dụng nhiệt Q1 để sưởi, sấy các vật.



CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

3. Nguyên lý làm việc thiết bị nhiệt

3.2 Nguyên lý làm việc của máy lạnh và bơm nhiệt:



Q1  Q2  L0

L0

T1



Q1



Q2



T2



Hình 4. Nguyên lý làm việc của Máy

lạnh và Bơm nhiệt



CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

4. Công của chu trình



Công của chu trình là công của môi chất tác dụng tới

môi trường khi chất môi giới thực hiện một chu trình.

Ký hiệu: Lo (J)



hoặc lo (J/kg).



4.1 Công của chu trình tính theo công của các QT:

- Vì d(pv) = pdv + vdp, chu trình là quá trình khép kín :



d  pv   pdv   vdp







- Vì tích số pv là một hàm trạng thái :



 d  pv   0





n



và



 pdv   l



i 1



n



 vdp     vdp    lkt





i 1



i



i



CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

4. Công của chu trình

4.1 Công của chu trình tính theo công của các QT:

n



n



n



n



i 1



i 1



i 1



i 1



  li   lkti  0   li   lkti



(1)



Trong đó:

li : Công thay đổi thể tích của quá trình thứ i trong n quá

trình của chu trình.

lkti: Công kỹ thuật của quá trình thứ i trong n quá trình

của chu trình.

- Nhìn về toàn bộ ta nhận thấy chu trình là một hệ kín mà

công ngoài của hệ kín là công thay đổi thể tích  công của

n

chu trình là công thay đổi thể tích, do đó:



l 0   li

i 1



(2)



CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG

4. Công của chu trình

4.1 Công của chu trình tính theo công của các QT:

- Kết hợp với biểu thức (1) và (2), công của chu trình được

tính bằng biểu thức:



l0 



n



n



l l

i 1



i



i 1



kt i



(3)