UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ CẦN THƠ
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CẦN THƠ

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT - LẠNH
NGHỀ: VẬN HÀNH SỬA CHỮA THIẾT BỊ LẠNH
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số: …… /QĐ-CĐNCT ngày …tháng …năm 2021 của
hiệu trưởng trường cao đẳng nghề Cần Thơ.

Cần Thơ, năm 2021

(lưu hành nội bộ)



TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU
Với sự phát triển ngày càng cao của công nghệ và thiết bị mới, cơ sở kỹ thuật
nhiệt động có liên quan chặt chẽ và góp phần quan trọng trong vấn đề chất lượng của
thiết bị. Máy móc do nhiều nước chế tạo rất phong phú về kết cấu và đa dạng về chủng
loại, nhưng nếu nắm vững kiến thức về kỹ thuật nhiệt động sẽ giúp chúng ta dễ dàng
tìm hiểu nguyên lý sử dụng, bảo trì, sửa chữa và lựa chọn chủng loại phù hợp.
Bên cạnh đó giáo trình cịn giúp sinh viên tính tốn thiết kế kho lạnh, phương
pháp làm lạnh chất lỏng, chất khí, tủ lạnh gia đình, máy lạnh thương nghiệp và buồng
lạnh lắp ghép, máy sản xuất nước đá, đá khô, các ứng dụng của kỹ thuật lạnh trong
công nghệ thực phẩm, kỹ thuật bơm nhiệt, điều hịa khơng khí, vận tải lạnh cũng như

các ứng dụng khác trong các ngành y tế, thể thao, cơ khí, quang học, điện tử, hóa học,
khí hóa lỏng, xây dựng, vật liệu, nông lâm ngư nghiệp….và cả kỹ thuật cryo.
Giáo trình mơn học Cơ sở kỹ thuật nhiệt - lạnh và điều hịa khơng khí được biên
soạn theo CTĐT 2021 theo thông tư Số: 03/2017/TT-BLĐTBXH qui định về xây
dựng, thẩm định và ban hành chương trình; tổ chức biên soạn, lựa chọn, thẩm định
giáo trình đào tạo trình độ cao đẳng nghề Vận hành sửa chữa thiết bị lạnh.
Giáo trình được biên soạn với thời lượng 45 giờ. Giáo trình được biên soạn
dùng cho trình độ Cao đẳng nghề.
Cần Thơ, ngày …….tháng……năm 2021
Giáo viên biên soạn
Nguễn Lan Phương

1


MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU .................................................................................................. 1
BÀI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT ......... 5
1. Nhiệt động kỹ thuật ....................................................................................... 5
1.1. Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới................ 5
1.2. Hơi và các thông số trạng thái của hơi ................................................ 9
2. Truyền nhiệt................................................................................................. 17
2.1. Dẫn nhiệt.............................................................................................. 17
2.2. Trao đổi nhiệt đối lưu.......................................................................... 18
2.3. Trao đổi nhiệt bức xạ .......................................................................... 21
2.4. Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt ................................................ 22
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT LẠNH ......................................................... 25
1. Khái niệm chung.......................................................................................... 25
1.1. Ý nghĩa của kỹ thuật lạnh trong đời sống và kỹ thuật....................... 25

1.2. Các phương pháp làm lạnh nhân tạo................................................ 26
2. Môi chất lạnh và chất tải lạnh ..................................................................... 27
2.1. Các môi chất lạnh thường dùng trong kỹ thuật lạnh ........................ 27
2.2. Chất tải lạnh ........................................................................................ 29
2.3. Bài tập về môi chất lạnh và chất tải lạnh ........................................... 29
3. Các hệ thống lạnh thông dụng ..................................................................... 30
3.1. Hệ thống lạnh với một cấp nén........................................................... 30
3.2. Sơ đồ 2 cấp nén có làm mát trung gian .............................................. 32
4. Bài tập .......................................................................................................... 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 36

2


CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: Cơ sở kỹ thuật nhiệt - lạnh
Mã mơn học: MH10
I. Vị trí, tính chất của mơn học:
- Vị trí:
+ Là mơn học cơ sở kỹ thuật chuyên ngành, chuẩn bị các kiến thức cần thiết cho các
phần học kỹ thuật chuyên môn tiếp theo;
- Tính chất:
+ Là mơn học chun ngành.
II. Mục tiêu mơn học:
- Về kiến thức:
-Hiểu đượckiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật Nhiệt - Lạnh cụ thể là: Các hiểu biết về
chất môi giới trong hệ thống máy lạnh và ĐHKK, cấu tạo và nguyên lýhoạt động của
máy lạnh, cấu trúc cơ bản của hệ thống máy lạnh và ĐHKK;
- Về kỹ năng:
-Tra bảng đượccác thông số trạng thái của môi chất, sử dụng được đồ thị, biết chuyển

đổi một số đơn vị đo và giải được một số bài tập đơn giản;
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Rèn luyện khả năng tư duy logic của sinh viên; các ứng dụng trong thực tế vận dụng
để tiếp thu các kiến thức chuyên ngành.
III. Nội dung môn học:

3


BÀI MỞ ĐẦU
1. Tầm quan trọng của những kiến thức, kỹ năng tra bảng trong chuyên
nghành kỹ thuật máy lạnh và điều hịa khơng khí
Để tính tốn thiết kế kho lạnh, phương pháp làm lạnh chất lỏng, chất khí, tủ
lạnh gia đình, máy lạnh thương nghiệp và buồng lạnh lắp ghép, máy sản xuất nước đá,
đá khô, các ứng dụng của kỹ thuật lạnh trong công nghệ thực phẩm, kỹ thuật bơm
nhiệt, điều hịa khơng khí, vận tải lạnh cũng như các ưng dụng khác trong các ngành y
tế, thể thao, cơ khí, quang học, điện tử, hóa học, khí hóa lỏng, xây dựng, vật liệu, nơng
lâm ngư nghiệp….và cả kỹ thuật cryo thì sinh viên cần phải có những kiến thức và kỹ
năng tra bảng , lấy những thông số của các chất trong chu trình lạnh từ đó mới có cơ
sở để tính tốn và thiết kế.
2. Các tài liệu phục vụ cho việc học tập môn học này
- Nguyễn Đức Lợi, “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh”, nhà xuất bản Bách
Khoa Hà Nội, 2007
- PGS.TS. Đinh Văn Thuận,TS. Võ Chí Chính,“ Hệ thống máy và thiết bị
lạnh”, nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, 2005.
- Trần Thanh Kỳ, “ Máy lạnh”, nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí
Minh, 2004.
- PGS.TS. Nguyễn Đức Lợi , PGS.TS.Phạm Văn Tùy, “Kỹ thuật lạnh cơ sở”,
nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, 2004.
- Hồng Đình Tín, Đỗ Hữu Hồng, Hồng Thị Nam Hương, “Bài tập nhiệt

động học kỹ thuật và truyền nhiệt”, nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh,
2008.
- Trần Đức Ba, Nguyễn Tấn Dũng, Lê Văn Tán, Trần Ngọc Hào, Lê Phước
Hùng, Trịnh Văn Chơn, Lê Thanh Minh, “ Các q trình, thiết bị trong cơng nghệ
hóa học và thực phẩm CÔNG NGHỆ LẠNH”, nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ
Chí Minh, 2007.
-Trần Đức Ba, Nguyễn Văn Tài, “ Công nghệ lạnh thủy sản”, nhà xuất bản Đại
Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2004.
- Và các bảng tra

4


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ TRUYỀN NHIỆT
Mã Bài: MH10 - 01
Giới thiệu:
Bài học này rất quan trọng là nền tảng kiến thức để học sinh tính toán những bài
tập nhiệt và thiết bị lạnh, cũng như là nền tảng cho những môn học thực hành
Mục tiêu:
- Hiểu đuợc các kiến thức chung nhất về kỹ thuật Nhiệt-Lạnh;
- Phân tích được các q trình, ngun lý làm việc của máy lạnh và các quy luật
truyền nhiệt nói chung;
- Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tư duy logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất áp
dụng vào môn học cho HSSV.
Nội dung chính:
1. Nhiệt động kỹ thuật
1.1. Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới
1.1.1. Các khái niệm và định nghĩa
a. Hệ nhiệt động
Tập hợp các vật thể có liên quan với nhau về cơ và nhiệt ta nghiên cứu bằng

nhiệt động lực học được gọi là hệ nhiệt động. Tất cả các vật khác không nằm trong hệ
nhiệt động được gọi là mơi trường xung quanh.
Người ta có thể phân loại các hệ nhiệt động như sau:
Hệ thống kín và hệ thống hở: Hệ kín là hệ khơng trao đổi vật chất với mơi
trường xung quanh. Cịn hệ hở là hệ có khả năng trao đổi vật chất với môi trường xung
quanh.
Hệ thống cô lập và không cô lập: Hệ cô lập là hệ không trao đổi năng lượng với
môi trường xung quanh dưới dạng nhiệt và cơ năng. Nếu hệ và mơi trường chỉ khơng
trao đổi nhiệt với nhau thì gọi là hệ đoạn nhiệt. Nếu hệ và môi trường không trao đổi
cơ năng thì được gọi là hệ cơ lập về phương diện cơ học. Hệ không cô lập là hệ có khả
năng trao đổi năng lượng với mơi trường xung quanh dưới dạng cơ và nhiệt năng.
b. Khí lý tưởng và khí thực
Khí lý tưởng là khí khơng có lực tác dụng tương hổ giữa các phân tử và khơng
có thể tích của bản thân các phân tử. Ngược lại khí thực là khí mà giữa các phân tử của
nó có lực tác dụng tương hổ và có thể tích của bản thân các phân tử.
Như vậy trong thực tế khơng có khí lý tưởng. Nếu khí thực có áp suất rất thấp
và nhiệt độ rất cao thì lúc đó trong tính tốn có thể xem nó là khí lý tưởng, vì khi đó
lực tác dụng tương hổ giữa các phân tử rất nhỏ so với năng lượng chuyển động của
chúng, đồng thời kích thước của bản thân các phân tử rất nhỏ so với khoảng cách trung
bình của các phân tử (hay so với tồn bộ thể tích mà khối khí chiếm chổ).

5


1.1.2. Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới
a. Chất môi giới
Là chất trung gian để thực hiện q trình biến hóa giữa nhiệt và cơng.
Trên ngun tắc mọi chất đều có thể là chất mơi giới, nhưng người ta thường sử
dụng khí và hơi vì chúng thay đổi thể tích rất lớn khi có sự biến thiên nhiệt độ.
b. các thông số trạng thái của chất mơi giới

+ Thể tích riêng
Là thể tích của một đơn vị khối lượng
v

V
G

[m3/kg]

Nghịch đảo của thể tích riêng là khối lượng riêng (khối lượng của một đơn vị
thể tích).


G 1

V v

[kg/ m3]

Đơi khi người ta cịn dùng thơng số trọng lượng riêng, là trọng lượng của một
đơn vị thể tích.
   .g 

g
v

[N/ m3]

g: gia tốc trọng trường [m/s2]
+ Nhiệt độ

Là một đại lượng biểu thị trạng thái nhiệt của vật chất. Theo thuyết động lực
học phân tử thì nhiệt độ biểu thị tốc độ chuyển động của các phân tử và nguyên tử
trong nội bộ vật chất.
Hiện nay người ta thường sử dụng hai thang đo nhiệt độ:
- Nhiệt độ bách phân còn gòi là nhiệt độ Celsius, ký hiệu t, đơn vị 0C.
- Nhiệt độ tuyệt đối còn gọi là nhiệt độ Kenvin, ký hiệu T, đơn vị độ 0K
Mối quan hệ giữa hai thang nhiệt độ này được biểu diễn bằng công thức
T (0K) = t (0C) + 273,15
Giá trị tại mỗi độ chia trong hai thang đo này bằng nhau, do đó dt=dT.
Ngồi ra ở các nước Anh, Mỹ còn dùng thang đo nhiệt độ Fahrenheit, 0F.
t(0C) =

 

5 0
t F  32
9



Lưu ý chỉ có nhiệt độ tuyệt đối T (0K) mới là thông số trạng thái.
+ Áp suất
Là lực tác dụng lên một đơn vị diện tích theo phương vng góc với phương
của lực.
p

P
F

[N/m2]

6


p: áp suất
P: lực tác dụng
F: diện tích bình qn
Áp suất do khơng khí ngồi trời gây ra gọi là áp suát khí quyển, ký hiệu p k đo
bằng barometer.
Nếu áp suất tuyệt đối p của chất khí trong bình nào đó lớn hơn áp suất khí
quyển pk (p>pk) thì hiệu số của chúng (p-pk) được gọi là áp suát dư (thừa), ký hiệu p d
đo bằng manometer.
Pd = p – pk
Nếu áp suất tuyệt đối trong bình nhỏ hơn áp suất khí quyển (p(pk-p) được gọi là độ chân không, ký hiệu pck đo bằng chân khơng kế vacummeter.
Pck = pk – p
Lưu ý chỉ có áp suất tuyệt đối p mới là thông số trạng thái.
Đơn vị áp suất thường dùng trong nhiệt động lực học là Pascal, ký hiệu Pa, bội
số của nó là bar
1Pa = 1N/m2
1bar = 105Pa
Nhiệt dung riêng và tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng
Nhiệt lượng
Khi hai vật tiếp xúc nhau thì nội năng của vật nóng sẽ tự phát truyền sang vật
lạnh hơn.
Quá trình chuyển nội năng từ vật này sang vật khác được gọi là quá trình truyền
nhiệt. Số lượng nội năng truyền đi được trong quá trình này gọi là nhiệt lượng, ký hiệu
Q(kJ). Nếu tính cho 1 kg chất môi giới ta gọi là nhiệt lượng riêng, ký hiệu q(kJ/kg).
1.1.3. Nhiệt dung riêng
Định nghĩa nhiệt dung và nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng

Nhiệt dung riêng của một chất là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của một
đơn vị đo lường của chất dó tăng thêm 1 độ trong một q trình nào đó.
Khảo sát một quá trình nguyên tố. Nếu cung cấp cho vật một nhiệt lượng vơ
cùng nhỏ dQ thì nhiệt độ thay đổi một lượng dt. Tỉ số dQ/dt (kJ/độ) được gọi là nhiệt
dung của vật.
Đối với chất khí nhiệt dung phụ thuộc vào q trình mà chất khí nhận nhiệt, vì
đối với các quá trình khác nhau nhiệt lượng trao đổi dQ cũng khác nhau.
Nếu quá trình đẳng áp ta co nhiệt dung đẳng áp, ký hiệu Cp
Nếu q trình đẳng tích ta có nhiệt dung đẳng tích, ký hiệu Cv
7


Nếu q trình đa biến ta có nhiệt dung đa biến, ký hiệu Cn
Tỉ số giữa nhiệt dung của vật với khối lượng của nó được gọi là nhiệt dung
riêng khối lượng
c

C đQ đq


G Gdt dt

(kJ/kg.độ)

Như vậy nhiệt dung riêng khối lượng là nhiệt dung riêng cấp cho 1kg chất mơi
giới tăng lên 1 độ trong q trình nào đó.
Nhiệt dung riêng thể tích: là nhiệt lượng cung cấp cho 1m3 chất môi giới qui về
điều kiện tiêu chuẩn tăng lên 1 độ trong q trình nào đó.
c, 

C
Vtc

(kJ/ m3.độ)

Nhiệt dung riêng kmol: là nhiệt lượng cung cấp cho 1kmol chất mơi giới tăng
lên 1 độ trong q trình nào đó.
c 

C
M (kJ/kmol.độ)

Giữa 3 loại nhiệt dung riêng này có mối quan hệ sau
c  c , .Vtc 
c, 

c


c
c

Vtc 22,4

Cũng giống như nhiệt dung riêng chất khí, tùy thuộc vào q trình xảy ra mà ta
có nhiệt dung riêng đẳng áp, nhiệt dung riêng đẳng tích , nhiệt dung riêng đa biến.
Đối với khí lý tưởng, tùy thuộc vào q trình xảy ra mà ta có nhiệt dung riêng
đẳng áp và đẳng tích xác định bằng cơng thức Mayer
cp – cv = R
Tỉ số giữa nhiệt dung riêng đẳng áp và đẳng tích được gọi là số mũ đoạn nhiệt.

k

cp
cv

Suy ra

cp – cv = R



kcv –cv = R



cv 

R
k 1

cp 

k
R
k 1

8


Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng

dq
c
c
dt
Từ định nghĩa nhiệt dung riêng
và



t2
t1

q
t 2  t1 ta có thể tính được

nhiệt lượng cung cấp cho 1kg chất mơi giói trong q trình nào đó
dq = c.dt
t2

t2

t1

t1

q   cdt  c

t 2  t1 

Nếu ta có một lượng vật chất bất kỳ, ta tính:

Q  G.c.t
Q  Vtc .c , .t
Q  M .c.t
G: khối lượng kg
Vtc: thể tích ở điều kiện chuẩn m3tc
M: số kmol
t : t2 – t1

1.2. Hơi và các thông số trạng thái của hơi
1.2.1. Các thể (pha) của vật chất
Hơi nước được sử dụng rộng rãi trong các ngành năng lượng cũng như trong
nhiều ngành cơng nghiệp khác vì nó có rất nhiều tính ưu việt so với các chất khác.
Trước hết nước có rất nhiều trong tự nhiên, rẻ tiền, không độc hại và khơng ăn mịn
thiết bị, sau nữa hơi nước có đầy đủ mọi tính chất nhiệt động cần thiết đối với vai trị
một chất mơi giới trong các thiết bị nhiệt.
Phương pháp nghiên cứu và các kết luận rút ra sau đây khơng những sử dụng
được cho hơi nước mà cịn dùng được cho hơi các chất khác như: amoniac, thủy
ngân…
Hơi nước thường dùng ở trạng thái bảo hịa hay khơng xa trạng thái bảo hịa
mấy, cho nên khơng thể bỏ qua lực tương tác giữa các phân tử cũng như thể tích bản
thân các phân tử. Vì vậy khơng thể dùng phương trình trạng thái của khí lý tưởng để
tính tốn được.
Hiện nay người ta sử dụng phương trình Vucalovich – Novikov làm cơ sở để
tính tốn hơi nước.
(p

a
)(v  b)  RT (1 
v2

9

c
vT

3 2 m
2

)


a,b,c,m là những hệ số không đổi xác định bằng thực nghiệm.
Nước có thể biến thành hơi nước nhờ sự bay hơi hay sơi, ta gọi chung là q
trình hóa hơi. Nếu q trình hóa hơi chỉ xảy ra trên bề mặt chất lỏng ở nhiệt độ bất kì
thì ta gọi đó là q trình bay hơi… Cường độ bay hơi phụ thuộc vào bản chất và nhiệt
độ của chất lỏng. Nhiệt độ tăng, cường độ bay hơi tăng. Trong khơng gian vơ hạn chất
lỏng có thể bay hơi hồn toàn.
Cung cấp nhiệt cho chất lỏng, nhiệt độ và cường độ bay hơi của chất lỏng tăng,
đến nhiệt độ hoàn tồn xác định nào đó, tùy theo bản chất chất lỏng và áp suất trên
chất lỏng thì hiện tượng tạo thành hơi nước không chỉ tiên hành trên bề mạt cịn tiến
hành trong tồn bộ thể tích chất lỏng. Hiện tượng này gọi là sự sơi. Trong q trình
sơi, nếu giữ áp suất khơng đổi thì nhiệt độ cũng khong đổi, ta gọi nhiệt độ sơi hay
nhiệt độ bão hịa, ký hiệu ts(Ts).
Q trình ngược với q trình sơi( trong đó hơi nhả nhiệt và biến thành chất
lỏng) gọi là quá trình ngưng tụ. Quá trình này cũng tiến hành ở nhiệt độ không đổi nếu
giữ cho áp suất không đổi.
Nếu chất lỏng sơi trong khơng gian có hạn thì đồng thời q trình sơi cịn có
q trình ngưng tụ ngược lại (ví dụ trong lị hơi). Đến một lúc nào đó, tốc độ hóa hơi
bằng tốc độ ngưng tụ thì hệ thơng hai pha này đạt tới trạng thái cân bằng động. Hơi ở
trạng thái đó có mật độ lớn nhất, được gọi là hơi bão hòa mà đặc tính quan trọng của

nó là nhiệt độ là hàm số của áp suất của hơi.
Đối với hơi bão hòa, người ta cịn phân biệt hơi bão hịa khơ và hơi bão hịa ẩm.
Hơi bão hịa khơ là hơi bão hịa nhưng trong hơi khơng cịn lẫn những hạt nước nhỏ
chưa kịp bay hơi hêt. Trạng thái hơi bão hịa khơ được xác định bằng một thông số (áp
suất p hay nhiệt độ sơi Ts). Hơi bão hịa ẩm là hơi bão hịa mà trong đó cịn lẫn những
hạt nước nhỏ chưa kịp bay hơi hết. Có thể xem nó như hỗn hợp của hơi bão hịa khơ và
nước sơi.
Trong thực tế việc tạo thành hơi nước thường nhận được hơi ẩm vì q trình
tách bọt hơi khỏi bề mặt thống luôn luôn kéo theo một phần hơi nước vào không
gian. Hơi ẩm có tính năng kỹ thuật khơng cao lại cịn có thể gây ra hư hỏng các chi tiết
của động cơ nhiệt.
Hơi quá nhiệt là hơi có cùng áp suất với hơi bão hịa nhưng có nhiệt độ cao hơn
hay ở cùng nhiệt độ của hơi bão hịa thì hơi quá nhiệt có áp suất thấp hơn.
Hiệu số giữa nhiệt độ của hơi quá nhiệt và nhiệt độ của hơi bão hòa ở cùng áp
suất được gọi là độ quá nhiệt, kí hiệu Tqn
Tqn = T – Ts

10


1.2.2. Q trình hố hơi đẳng áp

Giả thiết trong xi lanh có chứa 1kg nước áp suất p, nhiệt độ 00C. Sự di chuyển
của pittong trong xi lanh có thẻ thực hiện dễ dàng để luôn luôn đảm bảo cho áp suất
trong xi lanh không đổi và bằng p(p=const).
Trạng thái ban đầu của nước được biểu thị bằng điểm a, ứng với thể tích riêng
v0. Nếu ta cấp nhiệt cho nước mà vẫn giữ cho áp suất trong xi lanh khơng đổi thì nhiệt
độ tăng lên. Khi nhiệt độ của nước đạt đến nhiệt độ Ts( nhiệt độ sôi ứng với áp suất p)
thì nước trong xi lanh sẽ sơi. Trạng thái này được biểu diễn bằng điểm b. Nếu ta tiếp
tục cung cấp nhiệt thì nước sơi trong xi lanh sẽ bắt đầu hóa hơi và q trình hóa hơi

kết thúc khi toàn bộ nước trong xi lanh đã hồn tồn biến thành hơi bão hịa khơ, trạng
thái đó được đặc trưng bằng điểm c. Thực nghiệm chứng tỏ rằng q trình hóa hơi
được thực hiện ở nhiệt độ không đổi (Ts) nếu vẫn giữ nguyên áp suất p không đổi.
Sau đấy nếu vẫn tiếp tục cung cấp nhiệt thì nhiệt độ và thể tích riêng của hơi
nước tăng lên, hơi nước biến thành hơi hóa nhiệt. Trạng thái hơi hóa nhiệt ở áp suất p
được đặc trưng bằng những điểm nằm bên phải điểm c (thí dụ điểm d).
Như vậy q trình hóa hơi đẳng áp tiến hành giai đoạn kế tiếp nhau:
ab: gia nhiệt cho nước từ 00C(2730K) đến nhiệt độ bão hồ ts (Ts).
bc: hóa hơi ở nhiệt độ Ts không đổi
cd : quá nhiệt cho T>Ts
Ta kí hiệu các chỉ số của các thơng số v,u,i như sau :
0

: nước ở 00C
11


‘ : nước sơi
“ : hơi bão hịa khơ
Khơng có chỉ số : hơi hóa nhiệt
1.2.3. Các đường giới hạn và các miền trạng thái của nước và hơi;
Nếu thực hiện các q trình hóa hơi đẳng áp khác nhau và nối những đường đặc
trưng ở 00C(a,a’,a”…), của nước sôi (b,b’,b”…), của hơi bão hịa khơ (c,c’,c”…)
chúng ta sẽ nhận được các đường cong đặc tính :
Đường cong a0aa’a”…là những đường đẳng nhiệt của nước ở 00C. Đường này
hầu như song song với trục tung vì nước ít chịu nén.
Đường a0bb’b”…biểu thị trạng thái nước sôi ở những áp suất khác nhau gọi là
đường giới hạn dưới.
Đường cc’c”…đặc trưng cho trạng thái hơi bão hịa khơ với những áp suất khác
nhau gọi là đường giới hạn trên.

Đường giới hạn dưới và đường giới hạn trên gặp nhau ở điểm K gọi là điểm tới
hạn. Các thông số của mỗi chất ở điểm tới hạn gọi là thông số tới hạn. Chúng là những
thông số nhiệt động quan trọng của vật chất.
Nước có:
pk = 221,29 bar
tk = 374,150C (Tk = 647,30K)
vk = 0,00326 m3/Kg
ik = 2156,2 KJ/Kg
sk = 4.43 Kj/Kg.độ
Ở nhiệt độ lớn hơn trị số tới hạn chỉ tồn tại hơi hóa nhiệt.
Hai đường giới hạn trên và giới hạn dưới chia đồ thị p-v ra làm 3 vùng: vùng
nước chưa sôi, vùng hơi quá nhiệt và vùng hơi bão hịa ẩm.
Ở vùng hơi bão hịa ẩm thì áp suất và nhiệt độ khơng cịn là 2 thơng số độc lập
nữa. Vì vậy với hơi bão hịa ẩm người ta cịn dung them một thơng số nữa gọi là độ
khơ, kí hiệu x.
Độ khơ là thành phần khối lượng của hơi bão hịa khơ trong hơi ẩm:

Như vậy đường giới hạn trên có x=1, đường giới hạn dưới có x=0, cịn khu vực
giữa hai đường giới hạn có 0Đơi khi người ta cịn dùng đại lượng độ ẩm, kí hiệu: y. Độ ẩm là thành phần
khối lượng của nước trong hơi ẩm.

12


I: hơi quá nhiệt
II: hơi bão hòa + lỏng
III: lỏng
IV: rắn + lỏng
V: rắn

VI: hơi bão hòa + rắn
1.2.4. Cách xác định các thông số của hơi bằng bảng và đồ thị lgp-h
Tính tốn các thơng số trạng thái của hơi và nước nói riêng và của khí thực nói
chung theo phương trình trạng thái của chúng thì rất phức tạp. Vì vậy trong kỹ thuật
thường dùng bảng và đồ thị được thành lập từ lý thuyết và thực nghiệm đẻ tính tốn.

13


Điểm a0 trên đồ thị p-v biểu thị trạng thái nước sơi ở 00C có p0 = 0,006108 bar
và v0 = 0,001m3/Kg.
Ta qui ước nội năng, Entanpi và Entropi của nước ở 00C với áp suất bất kì bằng
0.
U0 = 0,

i0 = 0,

s0 = 0

Việc lấy mốc như thế không ảnh hưởng gì đến các bài tốn thực tế, vì khi ấy ta
chỉ cần biết lượng biến đổi của chúng mà thôi.
a. BẢNG NƯỚC VÀ HƠI NƯỚC TRÊN ĐƯỜNG BÃO HỊA
Cho ta các thơng số trạng thái của nước sơi (v’,i’,s’) và hơi nước bão hịa khơ
(v”,i”,s”) theo áp suất hoặc nhiệt độ sơi.
Trong bảng này cịn cho ta biết được nhiệt lượng cần dùng để đưa 1Kg nước sôi
thành hơi bão hịa khơ khi p=const, người ta vẫn thường gọi là nhiệt hóa hơi( nhiệt ẩn
hoa hơi) ký hiệu bằng chữ r.
Bảng nước và hơi nước bão hòa theo nhiệt độ
t
0

C

p

v’

ba m3/K
r
g

v”

i’

Kg/m3

m3/K
g

KJ/Kg

i”

r

KJ/K KJ/K
g
g

s’

S”

Kj/Kg.
độ

Kj/Kg.
độ

s’

S”

Kj/Kg.
độ

Kj/Kg.
độ

Bảng nước và hơi nước bão hòa theo áp suất
p

t

v’

v”

ba

r

0

m3/K
g

m3/K
g

C

i’

Kg/m3

KJ/Kg

i”

r

KJ/K KJ/K
g
g

Như vậy sử dụng bảng này ta chỉ cần biết áp suất hay nhiệt độ sôi là có thể xác
định được các thơng số cịn lại( thơng số thư hai đã biết là x=0 hoặc x=1) của nước sơi
hay hơi bão hịa khơ.
Nếu biết áp suất (hay Ts) dựa vào BNVHN bão hịa , ta tìm được các giá trị v’,

v”, i’, i”, s’, s” rồi dựa vào cơng thức sau đây để tìm các thơng số v x, sx, ix của hơi bão
hịa ẩm.
Trong đó:
: thơng số của hơi bão hòa ẩm (vx, sx, ix, ux)
: thông số tương ứng của nước sôi và hơi bão hịa khơ ở cùng áp
suất.
Nếu biết áp suất (hay Ts) và một thơng số bất kỳ của hơi bão hịa ẩm
thể tính được độ khơ của nó theo cơng thức:

14

, ta có


Sau khi xác định được x, ta sử dụng công thức trên để xác định các thơng số
cịn lại.
b. BẢNG NƯỚC VÀ HƠI QUÁ NHIỆT
Bảng này cho ta thông số v, i, s của nước chưa sôi và hơi quá nhiệt theo p và t.
Để xác định các thông số trạng thái của nước chưa soi và hơi quá nhiệt, ta phải
biết 2 thông số độc lập (thường là p và t).
Trong cả hai bảng và đồ thị, hơi nước đều không cho giá trị nội năng u. Muốn
xác định u, ta có thể tính theo cơng thức:
u: J/Kg
i: J/Kg
p: N/m2
v: m3/Kg
Để biết hơi nước là hơi bão hịa khơ hay hơi q nhiệt, hay nước chưa sơi khi ta
có thơng số p(ts) và bất kỳ của nó. Ta tiến hành như sau:
Trước hết tra bảng NVHN bão hòa theo p (hay Ts), sau đó so sánh với
.

Nếu
: hơi quá nhiệt
: hơi bão hịa khơ
: hơi bão hịa ẩm
: nước sôi,
: nước chưa sôi.
Thông số

P
bar
0,04

t0C
20

v

40

60

80

Vùng hơi quá nhiệt

i
s
0,08

v

Vùng nước chưa sôi

i
s
* ĐỒ THỊ i-s VÀ T-s CỦA HƠI NƯỚC
Việc dùng các bảng hơi nước để tính tốn các q trình biến đổi trạng thái của
hơi nước cũng gặp nhiều khó khăn vì phải qua nhiều tính tốn. Do đó trong kỹ thuật
người ta sử dụng phổ biến phương pháp đồ thị. Phương pháp này có ưu điểm là xác
định nhanh chóng các thơng số trạng thái ban đầu, cuối và trung gian của q trình,
thuận tiện trong việc phân tích điịnh tính các q trình cơng tác của động cơ nhiệt.

15


Hiện nay đồ thị thường dùng phổ biến là đồ thị T-s và i-s của hơi nước.

* ĐỒ THỊ T-s CỦA HƠI NƯỚC
AK: là đường giới hạn dưới.
KB: là dường giới hạn trên
Vùng giới hạn bởi AK và KB là vùng hơi bão hịa ẩm, phía trái đường AK là
pha lỏng, phía phải đường KB là hơi quá nhiệt. Trên đồ thị còn biễu diễn cấc đường:
Đường đẳng áp của hơi nước ở nhệt độ khơng cao lắm có thể xem gần đúng
như trùng với dường x=0. Trong vùng hơi ẩm, đường đẳng áp trùng với đường đẳng
nhiệt, trong vùng hơi quá nhiệt, đường đẳng áp có dạng logarit.
Đườn đẳng tích (v=const) dốc hơn đường đẳng áp ở cả hai khu vực bão hòa ẩm
và quá nhiệt.
* ĐỒ THỊ i-s CỦA HƠI NƯỚC.

OK: đường giới hạn dưới

KC: đường giới hạn trên
16


Chùm các đường cong xòe ra từ điểm K xuống dưới là những đường có độ khơ
khơng đổi.
Các đường đẳng áp trong vùng nước ở áp suất không cao làm chúng có thể xem
như trùng với đường giới hạn dưới. Trong vùng hơi ẩm, các đường đẳng áp trùng với
đường đẳng nhiệt và là những đoạn thẳng đi lên từ trái sang phải.
Trong vùng hơi quá nhiệt, những đường đẳng áp có dạng đường cong (logarit)
bề lồi hướng về trục hoành.
Đường đẳng nhiệt trong vùng hơi quá nhiệt là những đường cong, bề lồi hướng
về phía trên.
Đường đẳng tích dốc hơn đường đẳng áp một chút ở cả 2 khu vực bão hịa ẩm
và q nhiệt.
Vì phần bên phải đồ thị i-s các đường cắt nhau dưới góc rất nhỏ và tại đường
này giá trị Etanpi rất nhỏ, khó sử dụng nên thường bị cắt bỏ.
2. Truyền nhiệt
2.1. Dẫn nhiệt
2.1.1. Các khái niệm và định nghĩa
Dẫn nhiệt là hiện tượng các phân tử vật 1 va chạm (trực tiếp hoặc thông qua các
điện tử do trong vật) vào các phân tử vật 2 để truyền một phần động năng. Dẫn nhiệt
xẩy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các phần của một vật hoặc giữa hai vật tiếp
xúc nhau. Dẫn nhiệt thuần túy xẩy ra trong hệ gồm các vật rắn có sự tiếp xúc trực tiếp.
2.1.2. Dịng nhiệt ổn định dẫn qua vách phẳng
a. Dẫn nhiệt qua vách phẳng
, W/m2
q – mật độ dòng nhiệt, W/m2
i - chiều dày của lớp thứ i, m
i - hệ số dẫn nhiệt, W/m.K;

tW1 – nhiệt độ bề mặt trong,
t W(n+1) – nhiệt độ bề mặt ngoài của lớp thứ n.
Phân bố nhiệt độ theo chiều dày vách có qui luật đường thẳng(khi
(m2K/W) gọi là tổng nhiệt trở của vách phẳng

i

2.1.3. Nhiệt trở của vách
(W/m)
q – mật độ dòng nhiệt trên một mét chiều dài, W/m
di - đường kính của lớp thứ i, m
Phân bố nhiệt độ theo chiều dày vách có qui luật đường cong logarit
(mK/W) là tổng nhiệt trở của 1m vách trụ n lớp
17

= const).


2.1.3. Nhiệt trở của vách phẳng và vách trụ mỏng
(m2K/W) gọi là tổng nhiệt trở của vách phẳng
(mK/W) là tổng nhiệt trở của 1m vách trụ n lớp
2.2. Trao đổi nhiệt đối lưu
2.2.1. Các khái niệm và định nghĩa
Trao đổi nhiệt đối lưu, hay còn gọi là tỏa nhiệt, là hiện tượng dẫn nhiệt từ bề
mặt vật rắn vào môi trường chuyển động của chất lỏng hay chất khí. Tùy theo nguyên
nhân gây chuyển động chất lỏng, tỏa nhiệt được phân ra 2 loại:
-Theo nhiệt tự nhiên là hiện tượng dẫn nhiệt vào chất lỏng chuyển động tự
nhiên, luôn xảy ra trong trường trọng lực khi nhiệt độ chất lỏng khác nhiệt độ bề mặt.
- Tỏa nhiệt cưỡng bức là hiện tượng dẫn nhiệt vào chất lỏng chuyển động
cưỡng bức do tác dụng của bơm, quạt hoặc máy nén.

2.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng tới trao đổi nhiệt đối lưu
Tỏa nhiệt là hiện tượng dẫn nhiệt từ bề mặt vào mơi trường chất lỏng chuyển
động. Do đó, mọi thơng số ảnh hưởng đến sự chuyển động và dẫn nhiệt trong chất
lỏng đều ảnh hưởng tới hệ số . Các thông số này thường được phân ra 4 loại như sau:
a. Thơng số hình học:
Mơ tả vị trí, kích thước, hình dạng của mặt tỏa nhiệt. Giá trị của thông số hình
học trong mỗi cơng thức thực nghiệm được chọn như một kích thước nào đó của mặt
F, được gọi là kích thước xác định. Tùy theo vị trí và hình dạng của mặt F, kích thước
xác định l có thể chọn là chiều cao h, chiều dài l hoặc đường kính tương đương
với f và u là diện tích và chu vi của mặt cắt chứa chất lỏng.
b. Các thông số vật lí của chất lỏng:
Các thơng số vật lí ảnh hưởng tới α bao gồm:
- Các thông số vật lí ảnh hưởng tới chuyển động là: khối lượng riêngρ[kg/m3],
hệ số nở nhiệt

, [K-1], độ nhớt động học

[m2 / s].

- Các thông số ảnh hưởng tới dẫn nhiệt là: hệ số dẫn nhiệt λ[W/mK], hệ số
khuyếch tán nhiệt

[m2 / s].

- Các thơng số vật lí nói trên đều thay đổi theo nhiệt độ chất lỏng. Trong mỗi
thực nghiệm, để xác định các thơng số vật lí, người ta quy định 1 giá trị nào đó của
nhiệt độ chất lỏng, được gọi là nhiệt độ xác định. Nhiệt độ xác định có thể là nhiệt độ
tf, tW hay

, tùy mơ hình cụ thể, do nhà thực nghiệm qui định.

c. Nguyên nhân gây chuyển động chất lỏng:
- Chuyển động đối lưu tự nhiên ln phát sinh khi có độ chênh trọng lượng
riêng giữa các lớp chất lỏng gần và xa vách. Độ chênh trọng lượng riêng tỉ lệ với gia
tốc trọng lực g[m/s2], với hệ số nở thể tích β[K−1 ] và với độ chênh nhiệt độ Δt giữa
vách và chất lỏng, tức tỉ lệ với tích
,[m/s2].
18


- Chuyễn động cưỡng bức gây ra bởi lực cưỡng bức của bơm quạt, được đặc
trưng chủ yếu bằng tốc độ ω [m/s] của dòng chất lỏng. Khi chuyển động cưỡng bức,
nếu g và Δt khác 0 thì ln kèm theo theo đối lưu tự nhiên.
d. Chế độ chuyển động của chất lỏng:
Khi chảy tầng, các phần tử chất lỏng chuyển động song song mặt vách nếu số α
không lớn. Khi tăng vận tốc ω đủ lớn, dòng chảy rối sẽ xuất hiện. Lúc này các phần tử
chất lỏng phát sinh các thành phần chuyển động rối loạn theo phương ngang, tăng cơ
hội va chạm mặt vách, khiến cho hệ số α tăng cao. chế độ chuyển động chất lỏng đặc
trưng bởi các thông số l, γ và ω, thông qua giá trị của vận tốc không thứ nguyên:

Một cách tổng quát, hệ số tỏa nhiệt α phụ thuộc vào các thơng số liên quan đến
bài tốn tỏa nhiệt, theo phân tích định tính nói riêng trên, sẽ có dạng:α = f (l, ρ, γ , a, λ,
g, β, Δt,ω)
2.2.3. Một số hình thức trao đổi nhiệt đối lưu thường gặp
Khi tính tốn lượng nhiệt trao đổi bằng đối lưu ta dùng cơng thức Newton:
, [W]
trong đó:
Q – lượng nhiệt trao đổi trong một đơn vị thời gian là một giây, s.
F – diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2
TW – Nhiệt độ trung bình của bề mặt,

Tf – Nhiệt độ trung bình của mơi trường (chất lỏng hoặc khí).
α - hệ số tỏa nhiệt, W/m2.K.
Hệ số tỏa nhiệt α được xác định từ các phương trình tiêu chuẩn. Các phương
trình tiêu chuẩn này được xác định từ thực nghiệm. Nu = f(Re,Pr,Gr, . . . )
Trong đó:
là tiêu chuẩn Nusselt
-

là tiêu chuẩn Prandtl,

-

là tiêu chuẩn Reynolds

-

là tiêu chuẩn Grashof

với
α - hệ số toả nhiệt, W/m2.K;
- hệ số dẫn nhiệt, W/m.K;
ω - tốc độ chuyển động, m/s
ν - độ nhớt động học, m2/s;
a - hệ số dẫn nhiệt độ, m2/s;
g - gia tốc trọng trường 9,81 m/s2
Δt = (tw - tf)
β - hệ số dãn nở thể tích, (1/0K)
với chất lỏng ta tra bảng;
với chất khí:
19

, 0K-1.
l – kích thước xác định.
a. Tỏa nhiện tự nhiên
Tỏa nhiện tự nhiên trong không gian vô hạn
Đối với ống hoặc tấm đặt đứng, khi (Grf.Prf ) > 109 :

Đối với ống hoặc tấm đặt nằm ngang, khi 103 < (Grf.Prf ) < 109 :

Nhiệt độ xác định là nhiệt độ tf, kích thước xác định với ống hoặc tấm đặt đứng
là chiều cao h, với ống đặt nằm ngang là đường kính, với tấm đặt nằm ngang là chiều
rộng.
b. Tỏa nhiệt cưỡng bức khi chất lỏng chuyển động trong ống
+ Chế độ chảy tầng

Đối với khơng khí:

Cơng thức trên áp dụng cho trường hợp
Nếu

thì hệ số toả nhiệt cần nhân thêm hệ số hiệu chỉnh.

+ Tỏa nhiệt khi chất lỏng chảy rối

Trường hợp:
thì
tra bảng
c. Tỏa nhiệt khi chất lỏng chảy ngang qua chùm ống
+ Đối với chùm ống song song

i

- hệ số kể đến thứ tự hàng ống.
20


Đối với hàng ống thứ nhất
trở đi

1

= 0,6, hàng ống thứ hai

2

= 0,9, hàng ống thứ ba

3=1
s

- hệ số kể đến ảnh hưởng của bước ống theo chiều sâu.

+ Đối với chùm ống so le

i

- hệ số kể đến thứ tự hàng ống.

Đối với hàng ống thứ nhất

trở đi

1

= 0,6, hàng ống thứ hai

2

= 0,7, hàng ống thứ ba

3=1
s

- hệ số kể đến ảnh hưởng của bước ống theo chiều sâu.

S2 – bước dọc, S1 – bước ngang,
Trong các công thức trên,

= 103 ? 105. Kích thước xác định là đường kính

ngồi. Nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình của chất lỏng tf .
2.3. Trao đổi nhiệt bức xạ
2.3.1. Các khái niệm và định nghĩa
Trao đổi nhiệt bức xạ (TĐNBX) là hiện tượng trao đổi nhiệt giữa vật phát bức
xạ và vật hấp thụ bức xạ thông qua mơi trường truyền sóng điện từ. Mọi vật ở mọi
nhiệt độ luôn phát ra các lượng tử năng lượng và truyền đi trong khơng gian dưới dạng
sóng điện từ, có bước sóng từ 0 đến vơ cùng. Theo độ dài bức sóng từ nhỏ đến lớn,
sóng điện từ được chia ra các khoảng
ứng với các tia vũ trụ, tia gama , tia
Roentgen hay tia X, tia tử ngoại, tia ánh sáng, tia hồng ngoại và các tia sóng vơ tuyến

như hình. Thực nghiệm cho thấy, chỉ các tia ánh sáng và hồng ngoại mới mang năng
lượng
đủ lớn để vật có thể hấp thụ và biến thành nội năng một cách đáng kể, được
gọi là tia nhiệt, có bước sóng
(0,4 400)
2.3.2. Dòng nhiệt trao đổi bằng bức xạ giữa các vật
, (W/m2)
Độ đen qui dẫn:

21


Hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối:
C0 = 5,67 W/m2.K4
Với

gọi là nhiệt trở bức xạ giữa 2 vách phẳng.

a. Hai tấm phẳng song song có mằng chắn
Khi có n màng chắn ở giữa với độ đen m =

1

=

2,

lúc này bức xạ từ tấm

phẳng 1 sang tấm phẳng 2 sẽ giảm đi (m+1) lần:

b. Hai vật bọc nhau:
, (W/m2)
Độ đen qui dẫn:

F1 – diện tích bề mặt vật bị bọc (vật nhỏ)
F2 – diện tích bề mặt vật bọc (vật lớn)
* Chú ý: Nếu hai tấm phẳng hoặc hai vật là vật trắng tuyệt đối (vật có hệ số
phản xạ R = 1, hệ số hấp thụ A và độ đen : A = = 0) thì độ đen qui dẫn
= 0 hay
Q12 =0.
2.4. Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt
2.4.1. Truyền nhiệt tổng hợp
Trao đổi nhiệt phức hợp là hiện tượng TĐN trong đó có hai hoặc cả 3 Phương
thức cơ bản cùng xẩy ra. Đó là hiện tượng trao đổi nhiệt giữa vật rắn và các mơi
trường khác nhau mà nó tiếp xúc.
2.4.2. Truyền nhiệt qua vách
a. Truyền nhiệt qua vách phẳng
Hệ số truyền nhiệt của vách phẳng n lớp:

- nhiệt độ của mơi chất nóng và lạnh;
1, 2 - hệ số toả nhiệt từ bề mặt đến môi chất,
i, i – chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp thứ i.
b. Truyền nhiệt qua vách trụ

22


k1 - hệ số truyền nhiệt qua vách trụ n lớp.
c. Truyền nhiệt qua vách trụ có cánh

k - hệ số truyền nhit của vách có cánh. Người ta làm cánh ở bề mặt phía có giá
trị hệ số α nhỏ.
Mật độ dịng nhiệt phía khơng làm cánh với hệ số làm cánh:

Mật độ dịng nhiệt phía làm cánh:

a. Các phương trình cơ bản tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn
+ Phương trình truyền nhiệt:
trong đó:
Q – lượng nhiệt trao đổi giữa hai môi chất,
F - diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2
k – là hệ số truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt, W/m2 K;
- độ chênh nhiệt độ trung bình.
+ Phương trình cân bằng nhiệt
Chỉ số 1 là của chất lỏng nóng, chỉ số 2 là của chất lỏng lạnh.
- ký hiệu “ ‘ ” - các thông số đi vào thiết bị,
- ký hiệu “ “ ” - các thông số đi ra khỏi thiết bị,
G – lưu lượng khối lượng, kg/s:
23