Tham khảo tài liệu 'giáo trình hình thành hệ thống ứng dụng cấu tạo giữa đường kính và thời gian đồ thị quan hệ p4', khoa học tự nhiên, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Giáo trình hình thành hệ thống ứng dụng cấu tạo giữa đường kính và thời gian đồ thị quan hệ p4
- Hầu hết các dòng năng lượng có
Ta
thể được xác định theo các nguyên lý
cơ bản, nhưng sự rò rỉ và các tổn thất
q c,c-s q r,c-s qua các góc cạnh rất khó xác định và có
thể gộp lại và được xác định bằng thực
Tc nghiệm bằng các thiết bị chưng cất thực
tế.
q c,b-c qe q r,b-c
Sơ đồ mạng nhiệt của thiết bị
chưng cất nước dạng bể tương tự như
G
Tb
τα sơ đồ nhiệt của collector tấm phẳng
nhưng có 3 sự khác biệt sau (hình 4.21).
q r,c-s
Năng lượng truyền từ đáy đến tấm phủ
xảy ra bởi quá trình bay hơi-ngưng tụ
Tg
cộng thêm đối lưu và bức xạ. Tổn thất
phía đáy chủ yếu là quá trình truyền
Hình 4.21. Sơ đồ mạng nhiệt
nhiệt xuống nền đất. Chiều sâu của
nước trong thiết bị hay dung lượng của bể phải được xác định trong tính toán...
Lượng nước ra chưng cất tính được từ quá trình bay hơi ngưng tụ truyền từ đáy
đến tấm phủ.
Sơ đồ nhiệt được trình bày ở hình 4.21, trong đó các nhiệt trở tương ứng
với các dòng năng lượng hình 4.20. (Các phần rò rỉ, tổn thất qua các cạnh, nước
vào và ra không trình bày ở đây).
H×nh 4.22. HÖ thèng ch−ng cÊt n−íc dïng n¨ng l−îng mÆt trêi
79
- 4.4. §éng c¬ Stirling
§éng c¬ Stirling lµ mét thiÕt bÞ cã nhiÒu −u viÖt vµ cÊu t¹o ®¬n gi¶n. Mét
®Çu ®éng c¬ ®−îc ®èt nãng, phÇn cßn l¹i ®Ó nguéi vµ c«ng h÷u Ých ®−îc sinh ra.
§©y lµ mét ®éng c¬ kÝn kh«ng cã ®−êng cÊp nhiªn liÖu còng nh− ®−êng th¶i khÝ.
NhiÖt dïng ®−îc lÊy tõ bªn ngoµi, bÊt kÓ vËt g× nÕu ®èt ch¸y ®Òu cã thÓ dïng ®Ó
ch¹y ®éng c¬ Stirling nh−: than, cñi, r¬m r¹, dÇu háa, dÇu löa, cån, khÝ ®èt tù
nhiªn, gas mªtan,... nh−ng kh«ng ®ßi hái qu¸ tr×nh ch¸y mµ chØ cÇn cÊp nhiÖt ®ñ ®Ó
lµm cho ®éng c¬ Stirling ho¹t ®éng. §Æc biÖt ®éng c¬ Stirling cã thÓ ho¹t ®éng víi
n¨ng l−îng mÆt trêi, n¨ng l−îng ®Þa nhiÖt, hoÆc nhiÖt thõa tõ c¸c qu¸ tr×nh c«ng
nghiÖp.
Nguyªn lý ho¹t ®éng:
§−îc ph¸t minh tõ 1816 ®éng c¬ Stirling ®Çu tiªn ®· lµ nh÷ng thiÕt bÞ lín
lµm viÖc trong m«i tr−êng c«ng nghiÖp. Sau ®ã c¸c kiÓu ®éng c¬ Stirling nhá h¬n
vµ ªm nµy ®· trë thµnh ®å dïng gia ®×nh phæ biÕn nh−: qu¹t, m¸y may, b¬m n−íc...
C¸c ®éng c¬ Stirling ban ®Çu chøa kh«ng khÝ vµ ®−îc chÕ t¹o tõ c¸c vËt liÖu b×nh
th−êng rÊt phæ biÕn nh− ®éng c¬ “hot air”. Kh«ng khÝ ®−îc chøa trong ®ã vµ lµ ®èi
t−îng ®Ó d·n në nhiÖt, lµm l¹nh vµ nÐn bëi sù chuyÓn ®éng cña c¸c phÇn kh¸c
nhau cña ®éng c¬.
§éng c¬ Stirling lµ mét ®éng c¬ nhiÖt. §Ó hiÓu mét c¸ch ®Çy ®ñ vÒ sù ho¹t
®éng vµ tiÒm n¨ng sö dông cña nã, ®iÒu chñ yÕu lµ biÕt vÞ trÝ vµ lÜnh vùc chung cña
c¸c ®éng c¬ nhiÖt. §éng c¬ nhiÖt lµ mét thiÕt bÞ cã thÓ liªn tôc chuyÓn ®æi nhiÖt
n¨ng thµnh c¬ n¨ng.
Mét vÝ dô hiÖn thùc vÒ ®éng c¬ nhiÖt lµ ®Çu m¸y xe löa ch¹y b»ng h¬i n−íc
trong nh÷ng n¨m tr−íc ®©y. N¨ng l−îng nhiÖt ®−îc cung cÊp b»ng c¸ch ®èt than
hoÆc cñi, l−îng nhiÖt nµy nung nãng n−íc chøa trong lß h¬i vµ s¶n ra h¬i cã ¸p
suÊt cao, h¬i nµy d·n në trong xi lanh vµ ®Èy piston chuyÓn ®éng kÐo theo b¸nh ®µ,
vµ kÐo xe löa chuyÓn ®éng. Sau mçi hµnh tr×nh cña piston, h¬i ®· sö dông vÉn cßn
mét Ýt nãng vµ ®−îc th¶i ra vµ nh−êng chç cho h¬i míi cã ¸p suÊt cao vµo xylanh.
§éng c¬ diesel lµ mét d¹ng cña ®éng c¬ nhiÖt nh−ng ë d¹ng kh¸c vµ th−êng
gäi lµ ®éng c¬ ®èt trong. Trong ®éng c¬ ®èt trong, nhiÖt ®−îc cung cÊp bëi sù ®èt
ch¸y nhiªn liÖu ngay phÇn bªn trong cña ®éng c¬, c¸c nhiªn liÖu nµy th−êng lµ
nhiªn liÖu láng nh− dÇu diesel, x¨ng. Mét phÇn nhiÖt biÕn thµnh c«ng do sù d·n në
80
- khÝ nãng (s¶n phÈm ch¸y) t¸c ®éng vµo piston. PhÇn nhiÖt cßn l¹i bÞ th¶i ra vµ
tho¸t ra ngoµi bëi bøc x¹ hay táa ra tõ c¸c c¸nh lµm m¸t cña ®éng c¬. §éng c¬ tiÕp
tôc sinh c«ng h÷u Ých chõng nµo nhiªn liªu cßn cung cÊp ®Ó t¹o nhiÖt. Ba qu¸ tr×nh:
cÊp nhiÖt, sinh c«ng vµ th¶i nhiÖt lµ ®Æc tÝnh chung cña c¸c ®éng c¬ nhiÖt.
§éng c¬ Stirling th× c¬
chÕ cña c¸c qu¸ cÊp nhiÖt, th¶i
nhiÖt vµ sinh c«ng cã h¬i kh¸c.
§Ó nghiªn cøu kü vÒ sù ho¹t
§Çu nãng
®éng cña ®éng c¬ Stirling ta
§Çu l¹nh
xÐt mét xi lanh kÝn mét ®Çu víi
H×nh 5.23. Kh«ng khÝ bªn trong vµ bªn ngoµi cã
mét piston nh− h×nh 5.23 vµ ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é b»ng nhau
mét Ýt kh«ng khÝ chøa bªn
trong. Piston chuyÓn ®éng qua
l¹i tù do nh−ng hÇu nh− kÝn.
Gi¶ sö lóc ®Çu toµn bé thiÕt bÞ
cã nhiÖt ®é b»ng nhiÖt ®é ®Çu H×nh 5.24. CÊp nhiÖt mét ®Çu xylanh, nhiÖt ®é vµ
¸p suÊt kh«ng khÝ t¨ng lªn
l¹nh, lóc nµy kh«ng khÝ bªn
trong cã ¸p suÊt b»ng ¸p suÊt
cña kh«ng khÝ bªn ngoµi. Víi
®iÒu kiÖn ®ã, piston sÏ ®øng
yªn ë vÞ trÝ ban ®Çu. NÕu ta ®èt
nãng mét ®Çu xilanh (®Çu H×nh 5.25. Kh«ng khÝ ¸p suÊt cao ®Èy piston
nãng) nguån nhiÖt ®−îc sö
dông cã thÓ lµ chïm tia bøc x¹ mÆt trêi héi tô t¹i ®Çu xilanh hoÆc mét c¸ch ®¬n
gi¶n lµ nhóng ®Çu xilanh vµo n−íc nãng, th× ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ bªn
trong t¨ng lªn. ¸p suÊt cao sÏ ®Èy piston chuyÓn ®éng vµ sinh ra c«ng h÷u Ých
(h×nh: 5.23, 5.24, 5.25). BÊt kú nguån nhiÖt nµo còng sinh ra c«ng, nh−ng víi
nguån cã nhiÖt ®é cµng cao th× t¹o ra c«ng cµng lín. §éng c¬ kh«ng nh÷ng chØ
chuyÓn nhiÖt thµnh c«ng mét lÇn ®¬n gi¶n nh− trªn mµ cÇn ph¶i cã kh¶ n¨ng tiÕp
tôc sinh c«ng.
81
- C«ng cã thÓ sinh ra tõ kh«ng
khÝ nãng trong xilanh chõng nµo
cßn cã qu¸ tr×nh d·n në cña kh«ng
khÝ bªn trong. NÕu piston di
H×nh 5.26. Qu¸ tr×nh d·n në cho ®Õn khi ¸p suÊt kh«ng
chuyÓn ra ngoµi qu¸ xa nã sÏ vät ra khÝ bªn trong b»ng ¸p suÊt khÝ quyÓn
khái xilanh vµ qu¸ tr×nh sinh c«ng
sÏ kÕt thóc. Do vËy qu¸ tr×nh d·n
në cÇn ph¶i kÕt thóc tr−íc khi ®iÒu
®ã x¶y ra. NÕu xilanh ®−îc chÕ t¹o
H×nh 5.27. Nªó ngõng cÊp nhiÖt mµ th¶i nhiÖt th× ¸p
thËt dµi th× qu¸ tr×nh d·n në cã thÓ
suÊt kh«ng khÝ bªn trong gi¶m xuèng
xa h¬n nh−ng còng cã giíi h¹n h¬n
n÷a piston sÏ chØ ra ngoµi ®Õn khi
¸p suÊt bªn trong gi¶m xuèng b»ng
¸p suÊt khÝ quyÓn.
H×nh 5.28. Piston chuyÓn ®éng vµo bªn trong do ¸p
NÕu khi piston chuyÓn ®éng
suÊt kh«ng khÝ bªn ngoµi cao h¬n
®Õn ®Çu bªn ph¶i cña xilanh, ta
ngõng qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt vµ t¨ng qu¸ tr×nh th¶i nhiÖt (lµm m¸t) th× nhiÖt ®é vµ ¸p
suÊt cña kh«ng khÝ phÝa trong xilanh gi¶m xuèng ®Õn khi ¸p suÊt cña kh«ng khÝ
bªn trong thÊp h¬n ¸p suÊt cña khÝ quyÓn bªn ngoµi th× piston sÏ chuyÓn ®éng
ng−îc l¹i vµ trë l¹i vÞ trÝ ban ®Çu (h×nh 5.26, 5.27, 5.28).
H×nh 5.29. Nguyªn lý ho¹t ®éng tù ®éng cña ®éng c¬ Stirling
82
- VÊn ®Ò ®Æt ra ®èi víi ®éng c¬ Stirling lµ lµm thÕ nµo ®Ó chóng ho¹t ®éng mét
c¸ch tù ®éng, tøc lµ xilanh nhËn, th¶i nhiÖt ®óng lóc vµ liªn hÖ chÆt chÏ víi sù
chuyÓn ®éng cña piston. H×nh 5.29 biÓu thÞ nguyªn lý ho¹t ®éng ®¬n gi¶n cña
®éng c¬ Stirling.
HiÖn nay vÒ thùc nhiÖm c¸c kiÓu ®éng c¬ Stirling ®· ®¹t ®−îc ®é tin cËy cho sù
thùc thi. Víi hîp kim chÞu nhiÖt ®é cao, thiÕt bÞ c«ng nghÖ míi, thiÕt kÕ qu¸ tr×nh
trao ®æi nhiÖt cã sù trî gióp cña
m¸y tÝnh vµ ®−îc n¹p khÝ Hªli
hoÆc Hy®r« víi ¸p suÊt cao, c¸c
kiÓu Stirling cã thÓ dÔ dµng
vuît tréi c¸c ®éng diesel vÒ
hiÖu suÊt còng nh− vÒ tû lÖ gi÷a
n¨ng l−îng vµ träng l−îng. Víi
®Æc chuyÓn ®éng ªm vµ ®é «
nhiÔm thÊp, ®éng c¬ Stirling sÏ
kh«ng cßn cã ®èi thñ c¹nh tranh
trong t−¬ng lai. /. H×nh 5.30. B¬m n−íc Stirling dïng NLMT
83
- Ch−¬ng 5: H¬i n−íc vµ c¸c qu¸ tr×nh cña nã
5.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n
5.1.1. H¬i n−íc lµ 1 khÝ thùc
H¬i n−íc cã rÊt nhiÒu −u ®iÓm so víi c¸c m«i chÊt kh¸c nh− cã nhiÒu trong
thiªn nhiªn, rÎ tiÒn vµ ®Æc biÖt lµ kh«ng ®éc h¹i ®èi víi m«i tr−êng vµ kh«ng ¨n
mßn thiÕt bÞ, do ®ã nã ®−îc sö dông rÊt nhiÒu trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp.
H¬i n−íc th−êng ®−îc sö dông trong thùc tÕ ë tr¹ng th¸i gÇn tr¹ng th¸i b·o
hoµ nªn kh«ng thÓ bá qua thÓ tÝch b¶n th©n ph©n tö vµ lùc hót gi÷a chóng. V× vËy
kh«ng thÓ dïng ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i lÝ t−ëng cho h¬i n−íc ®−îc.
Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cho h¬i n−íc ®−îc dïng nhiÒu nhÊt hiÖn nay lµ
ph−¬ng tr×nh Vukalovich-novikov:
⎛ c⎞
a
( p + 2 )( v − b) = RT⎜1 − 3 / 2 + m ⎟ (5-1)
⎝T ⎠
v
ë ®©y : a,b,m lµ c¸c hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm.
Tõ c«ng thøc nµy ng−êi ta ®· x©y dùng b¶ng vµ ®å thÞ h¬i n−íc .
5.1.2 Qu¸ tr×nh ho¸ h¬i cña n−íc
N−íc cã thÓ chuyÓn tõ thÓ láng sang thÓ h¬i nhê qu¸ tr×nh ho¸ h¬i. Qu¸
tr×nh ho¸ h¬i cã thÓ lµ bay h¬i hoÆc s«i.
* Qu¸ tr×nh bay h¬i:
Qu¸ tr×nh bay h¬i lµ qu¸ tr×nh ho¸ h¬i chØ x¶y ra trªn bÒ mÆt tho¸ng chÊt
láng, ë nhiÖt ®é bÊt k×.
- §iÒu kiÖn ®Ó x¶y ra qu¸ tr×nh bay h¬i : Muèn x¶y ra qu¸ tr×nh bay h¬i th×
cÇn ph¶i cã mÆt tho¸ng.
- §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh bay h¬i: Qu¸ tr×nh bay h¬i x¶y ra do c¸c ph©n tö
n−íc trªn bÒ mÆt tho¸ng cã ®éng n¨ng lín h¬n søc c¨ng bÒ mÆt vµ tho¸t ra ngoµi,
bëi vËy qu¸ tr×nh bay h¬i x¶y ra ë bÊt k× nhiÖt ®é nµo.
- C−êng ®é bay h¬i phô thuéc vµo b¶n chÊt vµ nhiÖt ®é cña chÊt láng. NhiÖt
®é cµng cao th× tèc ®é bay h¬i cµng lín.
* Qu¸ tr×nh s«i:
Qu¸ tr×nh s«i lµ qu¸ tr×nh ho¸ h¬i x¶y ra c¶ trong lßng thÓ tÝch chÊt láng.
- §iÒu kiÖn ®Ó x¶y ra qu¶ tr×nh s«i: Khi cung cÊp nhiÖt cho chÊt láng th×
nhiÖt ®é cña nã t¨ng lªn vµ c−êng ®é bay h¬i còng t¨ng lªn, ®Õn mét nhiÖt ®é x¸c
®Þnh nµo ®ã th× hiÖn t−îng bay h¬i x¶y ra c¶ trong toµn bé thÓ tÝch chÊt láng, khi
®ã c¸c bät h¬i xuÊt hiÖn c¶ trªn bÒ mÆt nhËn nhiÖt lÉn trong lßng chÊt láng, ta nãi
chÊt láng s«i. NhiÖt ®é ®ã ®−îc gäi lµ nhiÖt ®é s«i hay nhiÖt ®é b·o hoµ.
- §Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh s«i: NhiÖt ®é s«i phô thuéc vµo b¶n chÊt vµ ¸p
suÊt cña chÊt láng ®ã. ë ¸p suÊt kh«ng ®æi nµo ®ã th× nhiÖt ®é s«i cña chÊt láng
kh«ng ®æi, khi ¸p suÊt chÊt láng cµng cao th× nhiÖt ®é s«i cµng lín vµ ng−îc l¹i.
5.1.3 Qu¸ tr×nh ng−ng tô :
47
- Qu¸ tr×nh ng−îc l¹i víi qu¸ tr×nh s«i lµ qu¸ tr×nh ng−ng tô, trong ®ã h¬i
nh¶ nhiÖt vµ biÕn thµnh chÊt láng. NhiÖt ®é cña chÊt láng kh«ng thay ®æi suèt
trong qu¸ tr×nh ng−ng tô .
5.2 QU¸ TR×NH HãA H¥I §¼NG ¸P
5.2.1 M« t¶ qu¸ tr×nh
Gi¶ thiÕt n−íc b¾t ®Çu ë tr¹ng th¸i O trªn ®å thÞ p-v vµ T-s h×nh 5.1 vµ 5.2
cã nhiÖt ®é t, thÓ tÝch riªng lµ v. Khi cung cÊp nhiÖt cho n−íc trong ®iªu kiÖn ¸p
suÊt kh«ng ®æi p = const, nhiÖt ®é vµ thÓ tÝch riªng t¨ng lªn. §Õn nhiÖt ®é ts nµo
®ã th× n−íc b¾t ®Çu s«i, cã thÓ tÝch riªng lµ v’ vµ c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i kh¸c
t−¬ng øng lµ: u’, i’, s’, tr¹ng th¸i s«i ®−îc biÓu thÞ b»ng ®iÓm A. ts ®−îc gäi lµ
nhiÖt ®é s«i hay nhiÖt ®é b·o hoµ øng víi ¸p suÊt p.
NÕu tiÕp tôc cÊp nhiÖt vÉn ë ¸p suÊt ®ã th× c−êng ®é bèc h¬i cµng t¨ng
nhanh, nhiÖt ®é cña n−íc vµ h¬i kh«ng thay ®æi vµ b»ng ts . §Õn mét lóc nµo ®ã th×
toµn bé n−íc sÏ biÕn hoµn toµn thµnh h¬i trong khi nhiÖt ®é cña h¬i vÉn cßn gi÷ ë
nhiÖt ®é ts. H¬i n−íc ë tr¹ng th¸i nµy ®−îc gäi lµ h¬i b·o hoµ kh«, ®−îc biÔu diÔn
b»ng ®iÓm C. C¸c th«ng sè t¹i ®iÓm C ®−îc kÝ hiÖu lµ v’’, u’’, i’’, s’’. NhiÖt l−îng
cÊp vµo cho 1 kg n−íc tõ khi b¾t ®Çu s«i ®Õn khi biÕn thµnh h¬i hoµn toµn ®−îc
gäi lµ nhiÖt Èn ho¸ h¬i, kÝ hiÖu lµ r = i’’ - i’
NÕu ta cung cÊp nhiÖt cho h¬i b·o hoµ kh« vÉn ë ¸p suÊt ®ã th× nhiÖt ®é vµ
thÓ tÝch riªng cña nã l¹i b¾t ®Çu tiÕp tôc t¨ng lªn. H¬i n−íc ë nhiÖt ®é nµy gäi lµ
h¬i qu¸ nhiÖt. C¸c th«ng sè h¬i qu¸ nhiÖt kÝ hiÖu lµ v, p, t, i, s. HiÖu sè nhiÖt ®é
cña h¬i qu¸ nhiÖt vµ h¬i b·o hoµ ®−îc gäi lµ ®é qu¸ nhiÖt. §é qu¸ nhiÖt cµng cao
th× h¬i cµng gÇn víi khÝ lÝ t−ëng.
VËy ë ¸p suÊt p kh«ng ®æi, khi cÊp nhiÖt cho n−íc ta sÏ cã c¸c tr¹ng th¸i O,
A, C t−¬ng øng víi n−íc ch−a s«i, n−íc s«i vµ h¬i b·o hoµ kh«. Qu¸ tr×nh ®ã ®−îc
gäi lµ qu¸ tr×nh ho¸ h¬i ®¼ng ¸p.
T−¬ng tù nh− vËy, nÕu cÊp nhiÖt ®¼ng ¸p cho n−íc ë ¸p suÊt p1 = const th×
ta cã c¸c tr¹ng th¸i t−¬ng øng kÝ hiÖu O1, A1, C1 vµ ë ¸p suÊt p2 = const ta còng cã
c¸c ®iÓm t−¬ng øng lµ O2, A2, C2....
48
- 5.2.2 C¸c ®−êng ®Æc tÝnh cña n−íc
Khi nèi c¸c ®iÓm O, O1 , O2 , O3 ...........ta ®−îc mét ®−êng gäi lµ ®−êng
n−íc ch−a s«i, ®−êng nµy gÇn nh− th¼ng ®øng, chøng tá thÓ tÝch riªng cña n−íc
rÊt Ýt phô thuéc vµo ¸p suÊt.
Khi nèi c¸c ®iÓm A, A1 ,A2, A3...........ta ®−îc mét ®−êng cong biÓu thÞ
tr¹ng th¸i n−íc s«i gäi lµ ®−êng giíi h¹n d−íi. Khi nhiÖt ®é s«i t¨ngth× thÓ tÝch
riªng cña n−íc s«i v’ t¨ng, do ®ã ®−êng cong nµy dÞch dÇn vÒ phÝa bªn ph¶i khi
t¨ng ¸p suÊt.
Khi nèi c¸c ®iÓm C, C1, C2, C3........ta ®−îc mét ®−êng cong biÓu thÞ tr¹ng
th¸i h¬i b·o hoµ kh«, gäi lµ ®−êng giíi h¹n trªn. Khi ¸p suÊt t¨ng th× thÓ tÝch riªng
cña h¬i b·o hoµ kh« gi¶m nªn ®−êng cong nµy dÞch vÒ phÝa tr¸i.
§−êng giíi h¹n trªn vµ ®−êng giíi h¹n d−íi gÆp nhau t¹i ®iÓm K, gäi lµ
®iÓm tíi h¹n. Tr¹ng th¸i t¹i ®iÓm K gäi lµ tr¹ng th¸i tíi h¹n, ®ã chÝnh lµ tr¹ng th¸i
mµ kh«ng cßn sù kh¸c nhau gi÷a chÊt láng s«i vµ h¬i b·o hµo kh«. C¸c th«ng sè
t−¬ng øng víi tr¹ng th¸i ®ã ®−îc gäi lµ th«ng sè tíi h¹n, vÝ dô n−íc cã
pk = 22,1Mpa,tk = 374oC, vk=0.00326m3/kg, ik= 2156,2kj/kg, sk=4,43kj/kg®é.
Hai ®−êng giíi h¹n trªn vµ d−íi chia ®å thÞ lµm 3 vïng. Vïng bªn tr¸i
®−êng giíi h¹n d−íi lµ vïng n−íc ch−a s«i, vïng bªn ph¶i ®−êng giíi h¹n trªn lµ
vïng h¬i qu¸ nhiÖt, cßn vïng gi÷a hai ®−êng giíi h¹n lµ vïng h¬i b·o hoµ Èm.
Trong vïng b·o hoµ Èm th× nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt kh«ng cßn lµ th«ng sè ®éc
lËp n÷a. øng víi nhiÖt ®é s«i, m«i chÊt cã ¸p suÊt nhÊt ®Þnh vµ ng−îc l¹i ë mét ¸p
suÊt x¸c ®Þnh, m«i chÊt cã nhiÖt ®é s«i t−¬ng øng. V× vËy, ë vïng nµy muèn x¸c
®Þnh tr¹ng th¸i cña mçi chÊt ph¶i dïng thªm mét th«ng sè n÷a gäi lµ ®é kh« x hay
®é Èm y cña h¬i, (y = 1- x) .
NÕu xÐt G kg hçn hîp h¬i vµ n−íc (h¬i Èm), trong ®ã gåm
G"
x (5-2)
G'+G"
hoÆc ®é Èm:
G'
y= (5-3)
G'+G"
Nh− vËy ta thÊy: Trªn ®−êng giíi h¹n d−íi l−îng h¬i G” = 0, do ®ã ®é kh«
x= 0, ®é Èm y=1. Cßn trªn ®−êng giíi h¹n trªn, l−îng n−íc ®· biÕn hoµn toµn toµn
thµnh h¬i nªn G’ = 0 nghÜa lµ ®é kh« x = 1, ®é Èm y = 0 vµ gi÷a hai ®−êng giíi
h¹n cã ®é kh«: 0 < x < 1
5.3. x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i cña n−íc vµ h¬i b»ng
®å thÞ hoÆc b¶ng
Còng nh− h¬i cña c¸c chÊt láng kh¸c, h¬i n−íc lµ mét khÝ thùc, do ®ã
kh«ng thÓ tÝnh to¸n theo ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ lÝ t−ëng ®−îc. Muèn tÝnh
to¸n chóng cÇn ph¶i sö dông c¸c ®å thÞ hoÆc b¶ng sè ®· ®−îc lËp s½n cho tõng lo¹i
h¬i.
49
- 5.3.1. c¸c b¶ng vµ x¸c ®Þnh th«ng sè tr¹ng th¸i cña n−íc.
* B¶ng n−íc ch−a s«i vµ h¬i qua nhiÖt:
§Ó x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i m«i chÊt ta cÇn biÕt hai th«ng sè tr¹ng th¸i ®éc lËp.
Trong vïng n−íc chøa s«i vµ vïng h¬i qua nhiÖt, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt lµ hai
th«ng sè ®éc lËp, do ®ã b¶ng n−íc ch−a s«i vµ h¬i qu¸ nhiÖt ®−îc x©y dùng theo
hai th«ng sè nµy. B¶ng n−íc ch−a s«i vµ th«ng qua h¬i nhiÖt ®−îc tr×nh bµy ë
phÇn phô lôc, b¶ng nµy cho phÐp x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i v, i, s cña n−íc
ch−a s«i vµ h¬i qu¸ nhiÖt øng víi mét ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é x¸c ®Þnh nµo ®ã.
Tõ ®ã ®Þnh ®−îc:
u = i – pv (5-4)
* B¶ng n−íc s«i vµ h¬i b·o hßa kh«:
Khi m«i chÊt cã tr¹ng th¸i trong vïng gi÷a ®−êng giíi h¹n d−íi (®−êng
n−íc s«i) vµ ®−êng giíi h¹n trªn (®−êng h¬i b·o hµo kh«) th× nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt
kh«ng cßn lµ hai th«ng sè ®éc lËp n÷a, v× vËy muèn x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i cña m«i
chÊt th× cÇn biÕt thªm mét th«ng sè kh¸c n÷a.
§é kh« còng lµ mét th«ng sè tr¹ng th¸i. N−íc s«i cã ®é kh« x = 0, h¬i b·o
hßa kh« cã ®é kh« x= 1, nh− vËy tr¹ng th¸i cña m«i chÊt trªn c¸c ®−êng giíi h¹n
nµy sÏ ®−îc x¸c ®Þnh khi biÕt thªm mét th«ng sè tr¹ng th¸i n÷a lµ ¸p suÊt p hoÆc
nhiÖt ®é t. ChÝnh v× vËy c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i kh¸c cña n−íc s«i vµ h¬i b·o hßa
kh« cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng b¶ng n−íc s«i vµ h¬i b·o hoµ kh« theo ¸p hoÆc
nhiÖt ®é.
B¶ng “n−íc s«i vµ h¬i b·o hßa kh«” cã thÓ cho theo p hoÆc t, ®−îc tr×nh
bµy trong phÇn phô lôc, cho biÕt c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i cña n−íc s«i (v’, i’, s’),
h¬i b·o hßa kh« (v”, i”,s”) vµ nhiÖt Èn ho¸ h¬i r theo ¸p suÊt hoÆc theo nhiÖt ®é.
Khi m«i chÊt ë trong vïng h¬i Èm, c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i cña nã cã thÓ
®−îc tÝnh theo c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i t−¬ng øng trªn c¸c ®−êng giíi h¹n vµ ®é
kh« x ë cïng ¸p suÊt.
Vi dô: Trong 1kg h¬i Èm cã ®é kh« x, sÏ cã x kg h¬i b·o hßa kh« víi thÓ
tÝch v” vµ (1-x)kg n−íc s«i víi thÓ tÝch v’. VËy thÓ tÝch riªng cña h¬i Èm sÏ lµ:
vx = xv” + (1-x)v’ = v’ + x (v” – v’) (5-5)
Nh− vËy, muèn x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i cña h¬i Èm cã ®é kh« x ë
¸p suÊt p, tr−íc hÕt dùa vµo b¶ng “n−íc s«i vµ h¬i b·o hßa kh«” ta x¸c ®Þnh c¸c
th«ng sè v’,i’,s’ cña n−íc s«i vµ v”.i”,s” cña h¬i b·o hßa kh« theo ¸p suÊt p, sau
®ã tÝnh c¸c th«ng sè t−¬ng øng cña h¬i Èm theo c«ng thøc:
Φx = Φ+ x (Φ - Φ) (5-6)
Trong ®ã:
Φx lµ th«ng sè tr¹ng th¸i cña h¬i b·o hßa Èm cã ®é kh« x (vÝ dô vx, ix, sx),
Φ’ lµ th«ng sè tr¹ng th¸i v’,i’,s’ cña n−íc s«i t−¬ng øng trªn ®−êng x=0
Φ” lµ th«ng sè tr¹ng th¸i v”, i”, s” cña h¬i b·o hßa kh« t−¬ng øng trªn
®−êng x= 1 ë cïng ¸p suÊt.
5.3.2. §å thÞ T-s vµ i-s cña h¬i n−íc
50
- C¸c b¶ng h¬i n−íc cho phÐp tÝnh to¸n c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i víi ®é chÝnh
x¸c cao, tuy nhiªn viÖc tÝnh to¸n phøc t¹p vµ mÊt nhiÒu thêi giê. §Ó ®¬n gi¶n viÖc
tÝnh to¸n, ta cã thÓ dïng ®å thÞ cña h¬i n−íc. Dùa vµo ®å thÞ cã thÓ x¸c ®Þnh c¸c
th«ng sè cßn l¹i khi biÕt 2 th«ng sè ®éc lËp víi nhau. §èi víi h¬i n−íc, th−êng
dïng c¸c ®å thÞ T-s, i-s.
*§å thÞ T s cña h¬i n−íc:
§å thÞ T-s cña h¬i n−íc ®−îc biÓu thÞ trªn h×nh 5.2, trôc tung cña ®å thÞ
biÔu diÔn nhiÖt ®é, trôc hoµnh biÓu diÔn entropi. ë ®©y c¸c ®−êng ®¼ng ¸p trong
vïng n−íc ch−a s«i gÇn nh− trïng víi ®−êng giíi h¹n giíi x = 0 (thùc tÕ n»m trªn
®−êng x = 0), trong vïng h¬i b·o hoµ Èm lµ c¸c ®−êng th¼ng song song víi trôc
hoµnh vµ trïng víi ®−êng ®¼ng nhiÖt, trong vïng h¬i qu¸ nhiÖt lµ c¸c ®−êng cong
lâm ®i lªn. C¸c ®−êng ®é kh« kh«ng ®æi xuÊt ph¸t tõ ®iÓm K ®i táa xuèng phia
d−íi.
§å thÞ T-s ®−îc x©y dùng cho vïng h¬i b·o hßa vµ vïng h¬i qu¸ nhiÖt.
* §å thÞ i-s cña h¬i n−íc:
Theo ®Þnh luËt nhiÖt ®«ng thø nhÊt ta cã q = ∆i – 1, mµ trong qu¸ tr×nh
®¼ng ¸p dp = 0 do ®ã 1 = 0, vËy q = ∆i = i2 – i1. NghÜa lµ trong qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p,
nhiÖt l−îng q trao ®æi b»ng hiÖu entanpi, v× vËy ®å thÞ i-s sö dông rÊt thuËn tiÖn
khi tÝnh nhiÖt l−îng trong qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p. §å thÞ i-s cña h¬i n−íc ®−îc biÓu
diÔn trªn h×nh 5.3, trôc tung biÔu diÔn entanpi, trôc hoµnh biÔu diÔn Entropi, ®−îc
x©y dùng trªn c¬ së c¸c sè liÖu thùc nghiÖm.
51
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
