MÔN HỌC
KỸ THUẬT NHIỆT

CHƯƠNG I: CƠ SỞ KỸ THUẬT NHIỆT ĐỘNG VÀ
TRUYỀN NHIỆT
1. Nhiệt động kỹ thuật
-

Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới

-

Hơi và các thông số trạng thái của hơi

-

Các quá trình nhiệt động cơ bản của hơi

-

Chu trình nhiệt động của máy lạnh và bơm nhiệt

2. Truyền nhiệt
-

Dẫn nhiệt

-

Đối lưu

-

Bức xạ

-

Truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt

1. NHIỆT ĐỘNG KỸ THUẬT
1.1 CHẤT MÔI GIỚI (CMG) VÀ CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI

Chất môi giới hay môi chất công tác: Được
sử dụng trong thiết bị nhiệt, là chất có vai trò
trung gian trong quá trình biến đổi giữa nhiệt
năng và cơ năng. (CMG chính là GA LẠNH)
Thông số trạng thái của CMG: Là các đại
lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt động
của CMG. (Thông số là các đại lượng đo được
của GA)

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI
Nhóm I: thể tích riêng, nhiệt độ, áp suất là
thông số trạng thái cơ bản vì giá trị của nó có
thể xác định trực tiếp (đo trực tiếp bằng các thiết
bị như nhiệt kế, áp kế,..).
Nhóm II: nội năng, entanpi và entropi là hàm
trạng thái vì giá trị của nó xác định thông qua
các thông số cơ bản.

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CƠ BẢN
a. Thể tích riêng
Thể tích riêng là thể tích của một đơn vị khối lượng.
v 

Trong đó:

V
G

[m3/kg]

V - Thể tích
[m3]
G - Khối lượng [kg]

Đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng gọi là khối lượng
riêng, ký hiệu là 
 

1
G

v
V

[kg/m3]

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CƠ BẢN
b. Áp suất
 Áp suất là Lực tác dụng theo phương pháp tuyến lên một
đơn vị diện tích thành bình: p [N/m2]

F
p 
S
Trong đó:

[N/m2]

F – Lực tác dụng theo pháp tuyến [N]
S – Diện tích chịu lực
[m 2]

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CƠ BẢN
b. Áp suất
Đơn vị: Theo hệ SI là N/m2: 1 N = 1kg.1m/s2 = 1 kg.m/s2
1 N/m2 = 1 Pa (1 MPa = 106 Pa)
Một số đơn vị đo áp suất khác:
1 bar = 105 N/m2 = 750 mmHg
1 atm = 760 mm Hg (ở 0oC) = 10,13.104 Pa = 2116 psf (lbf/ft2)
1 at = 2049 psf (PSF = Pound per Square Foot)
1 at = 0,981 bar = 9,81.104 N/m2 = 9,81.104 Pa = 10 mH20
1 at = 735,5 mmHg = 14,7 psi (PSI = Pound per Square Inches)

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CƠ BẢN
b. Áp suất
- Áp suất khí quyển (po): Áp suất của không khí tác dụng lên bề mặt
các vật trên Trái Đất.
- Áp suất dư (pd): Là phần áp suất tuyệt đối lớn hơn áp suất khí quyển
pd = p - p0 (pd đo được bằng áp kế)
- Áp suất tuyệt đối (p): Áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt
đối.
p = pd + p0
- Áp suất chân không (pck): Phần áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí
quyển. pck = p0 - p

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CƠ BẢN
b. Áp suất

 Đo áp suất
+ Barometer: đo phần áp suất khí trời Pkq sử dụng chất lỏng, chất khí
hay lò so ký hiệu Pkq (p0).
+ Manometer: đo phần áp suất lớn hơn áp suất khí trời gọi là áp suất
dư (pd).
+ Chân không kế (Vacumneter): đo phần áp suất nhỏ hơn áp suất khí
trời gọi là áp suất chân không (pck).

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CƠ BẢN
b. Áp suất

 Đo áp suất

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CƠ BẢN
c. Nhiệt độ (Temperature)
- Nhiệt độ (T) - là số đo trạng thái nhiệt của vật.
Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ là số đo động
năng trung bình của các phân tử.

m .

Trong đó:

3

2

kT

mμ - khối lượng phân tử;
ω - vận tốc trung bình của các phân tử;
k - hằng số Bonzman, k = 1,3805.105 J/K;
T - nhiệt độ tuyệt đối, K.

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CƠ BẢN
c. Nhiệt độ
Thang nhiệt độ:
William Thomson,
1st Baron Kelvin
(1824-1907)

1) Thang nhiệt độ Celsius (oC);
2) Thang nhiệt độ Fahrenheit (oF);
3) Thang nhiệt độ Kelvin (K);
4) Thang nhiệt độ Rankine (oR).

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CƠ BẢN
c. Nhiệt độ
Thang nhiệt độ:
1) Thang nhiệt độ Celsius (oC): lấy nhiệt độ sôi của nước là 100, nhiệt độ
nước đá đang tan là 0; ứng dụng trong cuộc sống.
2) Thang nhiệt độ Fahrenheit (oF): phổ biến ở Mỹ, nước sôi ở 212 oF,
nước đá tan ở 32 oF.
3) Thang nhiệt độ Kelvin (K): nhiệt độ tuyệt đối, bắt đầu từ 0 (0K tương
ứng nhiệt độ - 273oC); ứng dụng trong nghiên cứu.
4) Thang nhiệt độ Rankine (oR).
Mối quan hệ giữa các đơn vị đo nhiệt độ:

CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CƠ BẢN
c. Nhiệt độ

Đo nhiệt độ bằng nhiệt kế.
Nhiệt kế: Nhiệt kế hoạt động dựa trên sự thay đổi một số tính
chất vật lý của vật thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ: chiều dài, thể
tích, màu sắc, điện trở , v.v.

Các hàm trạng thái
d. Nội năng u, [J/kg]
Nội nhiệt năng (u) - gọi tắt là nội năng - là năng lượng do chuyển
động của các phân tử bên trong vật và lực tương tác giữa chúng.
Nội năng gồm 2 thành phần: nội động năng (ud) và nội thế năng
(up).
- Nội động năng liên quan đến chuyển động của các phân tử nên
nó phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.
- Nội thế năng liên quan đến lực tương tác giữa các phân tử nên
nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử.
Như vậy, nội năng là một hàm của nhiệt độ và thể tích riêng:
u = u (T, v).

Các hàm trạng thái
đ. Entanpi (i hoặc h)




Hàm năng lượng i [J/kg]
i = u + pv (J/ kg) [kJ/kg]
Đối với G kg: I = G.i [kJ]
Biến thiên entanpi đối với khí lý tưởng i = f(T)
di = Cpdt
i = Cp(T2-T1)

Trong đó: Cp- nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp (J/ kg) [kJ/kg]
KL: entanpy thể hiện lượng nhiệt để thực hiện quá trình thay đổi nhiệt độ
hoặc trạng thái của vật chất.

Các hàm trạng thái
e. Entropi

dq
ds 
T

(J/K)

s - được gọi là hàm Entropi
dq - nhiệt lượng cần thiết để cấp vào hoặc nhả ra tính trong quá trình
thuận nghịch
T - nhiệt độ tuyệt đối
KL: entropy thể hiện khả năng trao đổi nhiệt của vật chất ở một nhiệt
độ nhất định. Từ đó, xác định nhiệt độ tối ưu để trao đổi nhiệt hiệu
quả.

PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI
 Phương trình trạng thái là phương trình nêu lên mối quan hệ
của 3 thông số trạng thái cơ bản f (p,v, T) = 0
Đối với 1 kg khí lý tưởng
pv = RT
Đối với G kg khí lý tưởng
pV = GRT
Đối với 1kmol ( kg) khí lý tưởng
pv= RT
Trong đó: v = V- thể tích 1 kmol khí (m3/kmol)
R = R - hằng số phổ biến của các chất khí
p – áp suất thuyệt đối (N/m2)
v - thể tích riêng (m3/kg)
V - thể tích của khối khí đó (m3)
G - khối lượng (kg)
T - nhiệt độ tuyệt đối
R - hằng số chất khí

1.2. NHIỆT LƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NHIỆT
LƯỢNG

a. Nhiệt lượng Q
- là năng lượng dạng nhiệt, truyền từ vật này sang vật khác trong
các quá trình nhiệt động.

Các hình thức truyền nhiệt

1.2. NHIỆT LƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NHIỆT
LƯỢNG

- Đơn vị đo nhiệt năng:
Calorie (cal) - 1 cal là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của
1 gam nước tăng từ 14,50C đến 15,50C.
British thermal unit (Btu) - 1 Btu là nhiệt năng cần thiết để làm
nhiệt độ của 1 pound nước tăng từ 59,50F lên 60,50F.
Joule (J) - 1 [J]
1 cal = 4,187 J
1 Btu = 252 cal = 1055 J
- Phương pháp xác định nhiệt lượng
 Nhiệt dung riêng
 Entropi

1.2. NHIỆT LƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NHIỆT
LƯỢNG

b. Xác định nhiệt lượng qua entropy

q
s 
T

=> Δq = Δs. T

1.2. NHIỆT LƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NHIỆT
LƯỢNG

c. Xác định nhiệt lượng qua nhiệt dung riêng

q = c. (t2 – t1)
 Nhiệt dung riêng (NDR) c là lượng nhiệt cần cung cấp hoặc
tỏa ra từ 1 đơn vị số lượng vật chất để nhiệt độ của nó thay
đổi 1 độ.
Q = m.c. (t2 – t1)
 Nhiệt dung riêng phụ thuộc vào:
- Bản chất của chất khí
- Nhiệt độ dưới dạng c = a + bt (tuyến tính)
Trong đó a, b- là hệ số xác định bằng thực
nghiệm



Phân loại

Phân loại nhiệt dung riêng theo đơn vị

C

 C C .vtc

Nhiệt dung riêng khối lượng ký hiệu C đơn vị J/kg.K
C
(kJ/kg.K)
C  
22.4
Nhiệt dung riêng kmol ký hiệu C(C) đơn vị là J/kg.K

(kJ/kg.K)
 Phân
quá
trình
Nhiệt
dungloại
riêngtheo
thể tích
ký hiệu
C đơn vị J/.K (kJ/.K)

có

C

Đối với quá trình đẳng áp
Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp Cp
Nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp Cp
Nhiệt dung riêng kmol đẳng áp Cp
Đối với quá trình đẳng tích
Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích Cv
Nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích Cv
Nhiệt dung riêng kmol đẳng tích Cv
Quan hệ giữa nhiệt Cv và Cp theo công thức Mayer ta
C-C = R

Các bài toán tính nhiệt lượng
Bài 1: Tìm nhiệt lượng cần thiết truyền vào 5 kg đồng giúp thay
đổi nhiệt độ từ 20 oC lên 50 oC. Biết nhiệt dung riêng của đồng là
380 J/kg.K.
Giải: Dựa vào công thức tính nhiệt lượng Q = m.C.(t2 – t1):
Từ đề bài ta có: m = 5 kg, Cđồng = 380 J/kg.K, Δt = 50 – 20 = 30oC
Q = 5.380.(50−20) = 57000 (J).
Kết luận: Nhiệt lượng cần truyền vào 5kg đồng giúp nhiệt độ tăng
từ 20 oC lên 50 oC sẽ là: Q = 57000 (J) = 57 kJ.

Các bài toán tính nhiệt lượng
Bài 2: Có 10 lít nước và truyền vào nước nhiệt lượng 840 kJ. Vậy
nước tăng thêm bao nhiêu độ C?
Giải: Từ công thức tính nhiệt lượng Q = m.c.Δt
suy ra Δ t = Q/(m.c)
Từ đề bài ta có:
Q = 840 kJ = 840000 J
10l = 0,01 m3 ; khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3
m = 0,01. 1000 = 10 kg
cn = 4200 J/kg.K
Δt = 840000/(10.4200) = 20.
Vậy truyền 840 kJ vào 10 lít nước sẽ làm nước tăng thêm 20oC.

Các bài toán tính nhiệt lượng
Bài 3: Đun nước bằng ấm nhôm có khối lượng 0,5kg, trong đó có chứa
2 lít nước ở 25 oC. Cần dùng bao nhiêu nhiệt lượng để đun sôi ấm
nước. Biết rằng nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K, của nước là
4200J/kg.K.

Giải: Nhiệt lượng cần có để đun sôi nước là Q = Q ấm + Q nước
Dựa vào công thức tính nhiệt lượng: Q = m.C.Δt:
Qấm = mấm .c ấm. Δt
Từ đề bài ta có: mấm = 0,5 kg, Cấm = 880 J/kg.K, Δt = 100-25=75 oC
Qấm = 0,5.880.75 = 33000 J = 33 kJ.

Qnước = mnước .cnước. Δt

Từ đề bài ta có: mnước = 2 kg, Cnước = 4200 J/kg.K, Δt = 100-25=75 oC
Qnước = 2.4200.75 = 630000 J = 630 kJ.

Q = 33 + 630 = 663 kJ.
Kết luận: Nhiệt lượng cần truyền để đun sôi ấm nước là 663 kJ.

Bài tập
Bài 4: Tìm tên kim loại biết phải cung cấp cho 5kg kim loại nguồn
nhiệt lượng 57 kJ để kim loại này tăng từ 20°C lên đến 50°C. Kim
loại đó là gì?
Bài 5: Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun 5 kg nước thay đổi
nhiệt độ 15°C đến 100°C với cái thùng sắt khối lượng 1,5 kg. Biết
nhiệt dung riêng nước là 4200 J/kg.K, nhiệt dung riêng của sắt là
460 J/kg.K.
Bài 6: Truyền vào 100g chì nguồn nhiệt lượng 260J, khi đó chì sẽ
thay đổi nhiệt độ từ 15°C lên 35°C. Hãy tính nhiệt dung riêng của
chì?
Bài 7: Có một bình nhôm khối lượng 1,8kg chứa 3kg nước ở
nhiệt độ 30 oC. Sau đó, người ta thả vào bình một miếng sắt có
khối lượng 0,3 kg đã được nung nóng tới 400 oC. Hãy xác định
nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt. Biết nhiệt
dung riêng của nhôm là 896 J/kg.K; của nước là 4,18 kJ/kg.K; của
sắt là 0,46 kJ/kg.K.

Bài 4: Tìm tên kim loại biết phải cung cấp cho 5kg kim loại nguồn nhiệt lượng 57kJ
để kim loại này tăng từ 20°C lên đến 50°C. Kim loại đó là gì?

Dựa vào công thức: Q = m.c.(t2-t1)
c = Q/[ m. (t2-t1)]
Q = 57 kJ = 57 000 J
m = 5 kg
t2 = 50
t1 = 20
c = 57000/ [5. (50 -20)] =
Tra bảng c.
KL: Kim loại có tên là

Bài 4: Tìm tên kim loại biết phải cung cấp cho 5kg kim loại nguồn nhiệt lượng 57kJ
để kim loại này tăng từ 20°C lên đến 50°C. Kim loại đó là gì?

c = 57000/ [5. (50 -20)] = 380 J/kg.K
KL: Kim loại có tên là Đồng.
Chất

Nhiệt dung riêng
(J/kg.K)

Sắt

460

Đồng

380

Nhôm

880

Nước

4200

Nước đá

1800

Thép

460

Dầu

1670

Inox 304

209

Không khí

1005

Bài 5: Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun 5 kg nước thay đổi
nhiệt độ 15°C đến 100°C với cái thùng sắt khối lượng 1,5 kg. Biết
nhiệt dung riêng nước là 4200 J/kg.K, nhiệt dung riêng của sắt là
460 J/kg.K.

Giải
Nhiệt lượng cần thiết: Q = Qthùng + Qnước
Qthùng= msắt .csắt.(t2 – t1)
msắt = 1,5 kg
Csắt = 460 J/kg.K
t2 = 100oC
t1 = 15°C
Qthùng= msắt .csắt.(t2 – t1) = 1,5.460.(100 – 15) = 58650J

Bài 5: Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun 5 kg nước thay đổi
nhiệt độ 15°C đến 100°C với cái thùng sắt khối lượng 1,5 kg. Biết
nhiệt dung riêng nước là 4200 J/kg.K, nhiệt dung riêng của sắt là
460 J/kg.K.

Giải
Nhiệt lượng cần thiết: Q = Qthùng + Qnước
Qnước= mnước .cnước.(t2 – t1)
mnước = 5 kg
Cnước = 4200 J/kg.K
t2 = 100oC
t1 = 15°C
Qnước= mnước .cnước.(t2 – t1) = 5.4200.(100-15)=1785000J
Nhiệt lượng cần thiết: Q = Qthùng + Qnước = 1.843.650 J

Bài 6: Truyền vào 100g chì nguồn nhiệt lượng 260J, khi đó chì sẽ
thay đổi nhiệt độ từ 15°C lên 35°C. Hãy tính nhiệt dung riêng của
chì?
Giải
Q = m.c.(t2-t1)
c = Q/m.(t2-t1)
Q= 260 J
m = 100 g = 0,1 kg
t2 = 35 oC
t1 = 15 oC
c = Q/m.(t2-t1) = 260/0,1.(35-15) = 130 J/kg.K

Bài 7: Có một bình nhôm khối lượng 1,8 kg chứa 3kg nước ở
nhiệt độ 30 oC. Sau đó, người ta thả vào bình một miếng sắt có
khối lượng 0,3 kg đã được nung nóng tới 400 oC. Hãy xác định
nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt. Biết nhiệt
dung riêng của nhôm là 896 J/kg.K; của nước là 4,18 kJ/kg.K; của
sắt là 0,46 kJ/kg.K.
Phân tích bài:
- Có 3 nguồn nhiệt: bình nhôm ở 30 độ, nước ở 30 độ, sắt
ở 400 độ.
- Bình nhôm và nước nhận nhiệt, sắt tỏa nhiệt.

Nước
Sắt 400oC

30oC

Bài 7: Có một bình nhôm khối lượng 1,8 kg chứa 3kg nước ở
nhiệt độ 30 oC. Sau đó, người ta thả vào bình một miếng sắt có
khối lượng 0,3 kg đã được nung nóng tới 400 oC. Hãy xác định
nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt. Biết nhiệt
dung riêng của nhôm là 896 J/kg.K; của nước là 4,18 kJ/kg.K; của
sắt là 0,46 kJ/kg.K.
Phân tích bài:
- Có 3 nguồn nhiệt: bình nhôm ở 30 độ, nước ở 30 độ, sắt
ở 400 độ.
- Bình nhôm và nước nhận nhiệt, sắt tỏa nhiệt.
- Khi cân bằng nhiệt, nhiệt lượng do sắt tỏa ra sẽ được
bình nhôm và nước thu vào.
- Phương trình cân bằng nhiệt: Q tỏa = Q nhận
Gọi nhiệt độ cân bằng là tcb
Qtỏa = msắt.csắt.(tsắt- tcb)
Qnhận = Qnước + Qnhôm
Qnước = mnc.cnc.(tcb – tnc)

Bài 7: Có một bình nhôm khối lượng 1,8kg chứa 3kg nước ở
nhiệt độ 30 oC. Sau đó, người ta thả vào bình một miếng sắt có
khối lượng 0,3 kg đã được nung nóng tới 400 oC. Hãy xác định
nhiệt độ của nước khi bắt đầu có sự cân bằng nhiệt. Biết nhiệt
dung riêng của nhôm là 896 J/kg.K; của nước là 4,18 kJ/kg.K; của
sắt là 0,46 kJ/kg.K.
Gọi nhiệt độ cân bằng là tcb
Qtỏa = ms.cs.(ts- tcb)
Qnhận = Qnước + Qnhôm
Qnước = mnc.cnc.(tcb – tnc)
Qnhôm = mnh.cnh.(tcb – tnh)
ms = 0,3 kg, cs = 0,46 kJ/kg.K = 460 J/kg.K, ts= 400 oC
mnc = 3 kg; cnc = 4,18 kJ/kg.K = 4180 J/kg.K; tnc = 30 oC
mnh = 1,8 kg; cnh= 896 J/kg.K; tnh= 30oC
0,3 . 460. (400 – tcb) = 3.4180. (tcb – 30) + 1,8.896.(tcb – 30)