Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 1: Các khái niệm cơ bản - Ngô Phi Mạnh

BÀI GIẢNG
KỸ THUẬT NHIỆT
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CN NHIỆT – ĐIỆN LẠNH
Đà Nẵng 2018
Thông tin liên lạc
Họ và tên: Ngô Phi Mạnh
Địa chỉ email: 
manhnguyen4188@gmail.com
Khoa CN Nhiệt – Điện lạnh
Tầng 2, khu A, phòng A216. 
Môn học chia làm 2 phần lớn:
Nhi1. ệt động học (NĐH): 14 giờ
Truy2. ền nhiệt (TN): 16 giờ
Nội dung
30%
50%
20%
Hình thức đánh giá
Điểm danh, 
BT lớn
Kiểm tra giữa
kỳ (30 câu TN)
Thi cuối kỳ
(30 câu TN)
Tài liệu tham khảo
1. Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt, Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú
Bài2. tập Cơ sở Kỹ thuật Nhiệt, Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú
Nhiệt3. Kỹ thuật, PGS.TS. Nguyễn Bốn, PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng
4. Kỹ thuật nhiệt, PGS.TS Hoàng Ngọc Đồng, TS Thái Ngọc Sơn.
Fundamentals of thermal5. -fluid science, Y. A. Çengel
Tài liệu tham khảo
Phần 1
Nhiệt động học
KỸ THUẬT NHIỆT
CHƯƠNG 1:
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1 . Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng:◦
Nghiên  cứu các qui luật biến đổi năng lượng (Nhiệt-công)
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Nhà máy nhiệt điện, động cơ đốt trong,
Nhiệt Công
Máy lạnh
Đối tượng 
nghiên cứu
 = max
 =  max
✓ Phương pháp nghiên cứu:
Lý thuyết, thực nghiệm và kết hợp.
1.1.2. Hệ nhiệt động (HNĐ)
a. Môi chất: Chất trung gian để thực hiện quá trình biến 
đổi Công ⇒ Nhiệt hoặc ngược lại. Ví dụ: nước, ga 
lạnh, khói nóng, dầu truyền nhiệt
b. Định nghĩa Hệ nhiệt động (HNĐ):
Tập hợp các vật thể hay không gian có liên hệ với 
nhau về cơ nhiệt => HNĐ.
c. Phân loại HNĐ:
+ Hệ kín + Hệ hở
Hệ cô lập Hệ đoạn nhiệt
 1.1.3. Trạng thái và thông số trạng thái của 1 HNĐ
1. Trạng thái:
 Tập hợp các thông số xác định tính chất vật lý của 1 HNĐ tại 
một thời điểm t nào đó. 
 Các thông số trạng thái cơ bản: p, t, v
 Các hàm trạng thái: u, i, s.
2. Các thông số trạng thái cơ bản
a. Áp suất tuyệt đối:
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
S
F
p 
Lực mà môi chất (chất khí hay chất lỏng) tác 
dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích tiếp 
xúc.
Đơn vị: Pa ( Pascal); N/m2
Áp suất 
tuyệt đối
p
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Áp suất
khí quyển
Kí hiệu: pk
pk = 760mmHg
( áp suất khí quyển chuẩn)
Thay đổi theo độ cao, điều
kiện thời tiết
Dụng cụ đo:
Baromet
Áp suất dư
Nếu p> pk: 
pd = p-pk
Trong thực tế
các thiết bị đo
áp suất đều
thể hiện áp
suất này
Áp suất 
chân không
Nếu p< pk: 
pck = pk – p
Dụng cụ đo:
Chân không
kế
1 bar = 105 Pa = 105 N/m2
1 atm =101,3 kPa =1,013 bar
1 at = 9,807.104 Pa = 0,981 bar
760mmHg = 1 atm = 101,3 kPa = 10,3 mH2O
1 psi = 6894.76 N/m2
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Áp suất khí quyển tại những độ cao khác nhau
Nguồn: https://www.engineeringtoolbox.com/standard-atmosphere-d_604.html
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Áp suất khí quyển và
nhiệt độ kk tại những 
độ cao khác nhau
Nguồn: NASA (1976)
b. Nhiệt độ tuyệt đối (T)
- Nhiệt độ T = f(tốc độ chuyển động tịnh tiến của các phân tử và 
nguyên tử).
Trong đó : T - Nhiệt độ tuyệt đối của vật, K
m - Khối lượng phân tử, kg
- Vtốc ch.động tịnh tiến trung bình của p.tử
k - Hằng số Boltzmann, k = 1,3805.10-23, J/K
Thang đo nhiệt độ:-
+ Bách phân: t [0C]
+ Kenvin: T [K]
+ Thang nhiệt độ Farenheit: tF[
0 F]
Mối liên hệ: T = t + 273,15
 tF = 1,8.t +32
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

k
m
T
.3
. 2

c. Thể tích riêng và khối lượng riêng
- Thể tích riêng: là thể tích của 1kg khối lượng vật chất
, [m3/kg] 
Trong đó: G - khối lượng vật, [kg]
V - thể tích vật, [m3]
- Khối lượng riêng: là đại lượng nghịch đảo của thể tích 
riêng 
, [kg/m3]
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
G
V
ν 
V
G
v
ρ 
1
d. Nội năng (hàm trạng thái)
- ĐN: Toàn bộ các dạng năng lượng bên trong của vật (nội 
năng, nội hóa năng, năng lượng nguyên tử). 
- Trong nhiệt động học:
Nội năng = Nội nhiệt năng = Nội động năng + Nội thế năng
U = Ud + Ut = f(T, v)
Đối với khí lí tưởng: Ut = 0 => U = Ud = f (T)
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
du = Cv.dT => Δu = Cv(T2 –
Cv – Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích
e. Entanpi, i
- ĐN: i = u + pv
- Đối với KLT:
di = d(u+pv) 
di = du + d(pv) = CvdT + RdT 
=>
Trong đó: Cp – Nhiệt dung riêng đẳng áp
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
di = Cp.dT => Δi = Cp(T2 – T1)
f. Entropi, s
- ĐN: ds = q/T
1.1.4 . Quá trình và chu trình nhiệt động
1. Quá trình nhiệt động:
ĐN: Là sự thay đổi liên tục của một hay nhiều thông số trạng thái -
từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối.
Phân loại:-
+ Quá trình thuận nghịch.
+ Quá trình không thuận nghịch.
2. Chu trình nhiệt động
Là một quá trình có trạng thái đầu và trạng thái cuối trùng nhau
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.5 . Nhiệt và Công (hàm quá trình)
Nhiệt, q [kJ/kg]:1.
- ĐN: Quá trình truyền nội năng giữa 2 vật có nhiệt độ khác nhau
- Kí hiệu: Q (J) và q (J/kg)
- Qui ước: q > 0 ➠ Nhận nhiệt
 q < 0 ➠ Nhả nhiệt
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.5 . Nhiệt và Công
2. Công, l [kJ/kg]
- ĐN: Đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi NL giữa MC và môi 
trường khi có chuyển động.
Kí hiệu:  L (J) và l (J/kg)
Qui ước:  l > 0 ➠ hệ sinh công
l < 0 ➠ hệ nhận công
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.5 . Nhiệt và Công
3. Phân loại
a. Công giãn nở:
b. Công kỹ thuật:
1.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
)112( 12
2
1
VVSpdvL
pdVLδ
V
V
)112( 12
2
1
ppSvdpGGl
vdplδ
p
p
ktkt
kt
L 
1. Khí lý tưởng (KLT) và khí thực
ĐN:- khí có thể tích bản thân các phân tử bé và lực tương tác giữa 
các phân tử = 0. Ngược lại, là khí thực.
Ở điều kiện bình thường có thể xem các khí H- 2, O2, N2 là KLT
2. Phương trình trạng thái khí lý tưởng (Claperon)
a. Viết cho 1kmol khí
Trong đó: p - Áp suất tuyệt đối của môi chất, [N/m2]
T - Nhiệt độ tuyệt đối, [k]
Vμ - Thể tích của 1 kmol khí, [m3/kmol]
Rμ = 8314 J/kmol độ - Hằng số phổ biến với mọi chất khí
1.2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KLT
p.Vμ = Rμ.T
b. Viết cho 1kg khí
Trong đó: T - Nhiệt độ tuyệt đối, [K]
v - Thể tích riêng của chất khí, [m3/kg]
R = - Hằng số của chất khí, [J/kg.độ]
μ – khối lượng phân tử của chất khi [kg/kmol]
1.2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KLT
p.v = R.T

8314
c. Viết cho G kg khí, thể tích V (m3)
p.V = G.R.T
1. Nhiệt dung riêng
a. Định nghĩa: là nhiệt lượng tăng nhiệt độ của một đơn vị đo lường 
vật chất lên 1 độ trong một quá trình nhiệt động.
C = f(bản chất, T, p)
b. Phân loại: 
Theo đơn vị đo:
Nhiệt dung riêng khối lượng 
Nhiệt dung riêng thể tích: 
Nhiệt dung riêng mol: 
Theo quá trình:
NDR Khối lượng đẳng áp C p, [J/kg.độ]
NDR Khối lượng đẳng tích C v, [J/kg.độ]
Theo nhiệt độ : 
NDR thực :  là NDR tại một nhiệt độ nào đó.
NDR trung bình :  là NDR trong một khoảng nhiệt độ nào đó.
1.3. Nhiệt dung riêng của chất khí
dtG
Q
C
.

dtV
Q
C
.
'

dtM
Q
C
.

 
G, V, M là khối
lượng [kg], thể
tích tiêu chuẩn
[m3], khối
lượng mol
[kg/kmol]
2
2
.
t
t
dtCq
dt
q
C

2. Quan hệ giữa Cp, Cv và cách tính 
Quan hệ giữa Ca. p và Cv:
Đối với khí lý tưởng ta có:
Cp – Cv = R (*)
Cp/Cv = k (**)
Cách tính Cv và Cp:b.
Cách ➢ 1: tính theo công thức trên
Cách ➢ 2: Theo bảng sau:
1.3. Nhiệt dung riêng của chất khí
1 
 
k
R
kCp
1 
k
R
Cv

v
v
C
C 

p
p
C
C 
BÀI TẬP THỰC HÀNH
2. The basic barometer can be used to measure the height
of a building. If the barometric readings at the top and 
at the bottom of a building are 730 and 755 mmHg, respectively, 
determine the height of the building. Assume an average 
air density of 1.18 kg/m 3
1. Intravenous infusions are usually driven by gravity by hanging the fluid bottle at sufficient 
height to counteract the blood pressure in the vein and to force the fluid into the body. The 
higher the bottle is raised, the higher the flow rate of the fluid will be. (a) If it is observed that 
the fluid and the blood pressures balance each other when the bottle is 1.2 m above the arm 
level, determine the gage pressure of the blood. (b) If the gage pressure of the fluid at the arm 
level needs to be 20 kPa for sufficient flow rate, determine how high the bottle must be placed. 
Take the density of the fluid to be 1020 kg/m3
.
Năng lượng nguyên tử nuclear power
When a uranium-235 atom absorbs a neutron and splits during a fission process, it 
produces a cesium-140 atom, a rubidium-93 atom, 3 neutrons, and 3,2 .1011J of energy. 
In practical terms, the complete fission of 1 kg of uranium-235 releases 6,73 .1010 kJ 
of heat, which is more than the heat released when 3000 tons of coal are burned.
EXAMPLE 2–1 A Car Powered by Nuclear Fuel
An average car consumes about 5 L of gasoline a day, and the capacity of the
fuel tank of a car is about 50 L. Therefore, a car needs to be refueled once
every 10 days. Also, the density of gasoline ranges from 0.68 to 0.78 kg/L choose 0.75 
kg/L, and
its lower heating value is about 44,000 kJ/kg (that is, 44,000 kJ of heat is re
leased when 1 kg of gasoline is completely burned). Suppose all the problems
associated with the radioactivity and waste disposal of nuclear fuels are re
solved, and a car is to be powered by U-235. If a new car comes equipped with
0.1-kg of the nuclear fuel U-235, determine if this car will ever need refueling
under average driving conditions
Solution:
Calculate the mass flow a day1)
Amount of heat energy consume a day [kJ/day]2)
Amount of heat energy release from 3) 0,1 kg U-235[kJ]
Proportion between 4) 3/2 [day refuel]