Bài tập về Hơi nước

Các bài tập dưới đây giúp bạn thực hành những kiến thức thu thập trong chương "Hơi nước". Mỗi bài tập hay câu hỏi đều chừa sẵn một ô trống (ô kết quả) để bạn ghi kết quả. Lưu ý là bạn không ghi đơn vị vào ô này và số liệu ghi vào tương ứng với đơn vị ở câu hỏi. Sau khi điền xong bạn kích vào nút "Kết quả". Nếu kết quả đúng, ô kết quả sẽ có đường viền màu xanh lá cây và bên cạnh ô này có dấu "V" xanh lá cây. Nếu kết quả chưa đúng, ô kết quả có đường viền màu đỏ và bên cạnh có dấu "X" màu đỏ. Bạn có thể xóa bỏ kết quả bằng cách kích vào nút "Thử lại".

Các bài tập có lời giải đi kèm nhưng ở dạng ẩn. Để hiện lời giải, bạn kích chuột vào ô "Lời giải" màu xanh dương nhạt. Bạn chỉ nên dùng nó để kiểm tra sau khi đã giải xong, hoặc gặp những bài quá khó, không nên lạm dụng phần lời giải này.

Chúc bạn ôn tập tốt.

Bài tập 1

 

Bảng sau đây cho biết một số thông số trạng thái của nước. Hãy xác định và điền vào các chỗ còn thiếu.

Trạng thái `p` (bar) `t` (ºC) `v` (m3/kg) `x`
1   60   0,4
2 1,2   1,2  
3   110 1,4  
4 2   2,2  

Trạng thái 1

Lời giải

Trạng thái này có `x = 0,4` nên ở dạng hơi bão hòa ẩm. Vậy áp suất là áp suất bão hòa tương ứng với `t_1 = 60°C`. Phụ lục 5.1 cho ta:

    `p_1 = 0,19917\ "bar"`

Ở nhiệt độ này ta có :  `v'' = 7,678` m3/kg

Vậy :  `v = xv'' = 0,4xx7,678 = 3,071` m3/kg


Trạng thái 2

Lời giải

Để biết tính chất của trạng thái 2, ta so sánh `v_2 = 1,2\ "m"^3"/kg"` với `v'` và `v''` tương ứng với áp suất 1,2 bar. Tại áp suất này, Phụ lục 5.2 cho ta:

    `v' = 0,00105` m3/kg   và `v'' = 1,42868` m3/kg.

Vì   `v' < v_2 < v''`   nên trạng thái 2 là hơi bão hòa ẩm. Do đó nhiệt độ là nhiệt độ bão hòa tương ứng với áp suất 1,2 bar. Từ Phụ lục 5.2, ta được:

    `t_2 = 104,81°"C"`

Và :   `x_2=v_2/(v'')=(1,2)/(1,42868)=0,8399`


Trạng thái 3

Lời giải

Để biết tính chất của trạng thái 3, ta so sánh `v_3 = 1,1\ "m"^3"/kg"` với `v'` và `v''` tương ứng với nhiệt độ 110ºC. Tại nhiệt độ này, Phụ lục 5.1 cho ta:

    `v' = 0,0010515` m3/kg   và `v'' = 1,210` m3/kg.

Vì   `v' < v_3 < v''`   nên trạng thái 3 là hơi bão hòa ẩm. Do đó áp suất là áp suất bão hòa tương ứng với nhiệt độ 110ºC. Từ Phụ lục 5.1, ta được:

    `p_3 = 1,4327\ "bar"`

Và :   `x_3=v_3/(v'')=(1,1)/(1,21)=0,9091`


Trạng thái 4

Lời giải

Để biết tính chất của trạng thái 4, ta so sánh `v_4 = 2,2\ "m"^3"/kg"` với `v'` và `v''` tương ứng với áp suất 2 bar. Tại áp suất này, Phụ lục 5.2 cho ta:

    `v' = 0,00106` m3/kg   và `v'' = 0,885855` m3/kg.

Vì `v_4 > v''` nên trạng thái 4 là hơi quá nhiệt. Do đó không có giá trị `x` cho trạng thái này.

Để tìm `t_4`, ta mang giá trị `v_4 = 2,2` m3/kg so với tất cả các giá trị `v` trên dòng tương ứng với áp suất 2 bar trên Phụ lục 5.4. Tuy nhiên ta không thấy khớp với bất kỳ giá trị nào. Như vậy ta phải thực hiện phép tính nội suy. Để việc trình bày và theo dõi được dễ dàng hơn, ta tạm thời giảm bớt việc ghi đơn vị sau số liệu trong phần tính nội suy.

  • Trước hết ta tìm trên dòng tương ứng với áp suất 2 bar hai giá trị `v` gần 2,2 nhất, một nhỏ hơn và một lớn hơn. Kết quả là ta có `v_1 = 2,013` (ứng với nhiệt độ 600) và `v_2 = 2,244` (ứng với nhiệt độ 700).
  • Như vậy khi nhiệt độ tăng `Delta t = 100` (từ 600 ºC lên 700 º),
    thì thể tích riêng tăng   `Delta v = 2,244 - 2,013 = 0,231`
  • Vậy nếu thể tích riêng tăng `dv = 2,2 - 2,013 = 0,187` thì nhiệt độ tăng `dt` là:
        `dt=(dvxxDelta t)/(Delta v)=(0,187xx100)/(0,231)=80,95`
  • Vậy `t_4 = 600 + dt = 680,95`ºC

Bài tập 2

 

Một tua bin hơi nước mỗi giờ sử dụng 6000 kg hơi nước có áp suất 30 bar và nhiệt độ là 600ºC. Sau khi dãn nở đoạn nhiệt trong tua bin, hơi nước thoát ra có nhiệt độ là 200ºC. Ta cần xác định công suất của tua bin này.

Do tua bin có trao đổi vật chất với bên ngoài nên công sinh ra là công kỹ thuật. Như vậy để tính công suất tua bin, ta phải xác định được `w_(kt)`, công kỹ thuật ứng với 1 kg hơi nước.

Theo phương trình định luật 1, ta có  `dq = dh - v dp`

Thế mà :  `dw_(kt) = - v dp`

Vậy:  `dq = dh + dw_(kt)`

Do quá trình dãn nở của hơi nước trong tua bin là quá trình đoạn nhiệt nên `dq = 0`. Vậy ta có:

    `dw_(kt) = - dh`   hay `w_(kt) = h_1 - h_2`

1a. Ở trạng thái 1, nước có dạng nào ?

     

1b. Ở trạng thái 2, nước có dạng nào ?

     

Lời giải

Ta sử dụng đồ thị `T-s` để minh họa thêm cho việc giải thích.

Ts 12ss'' s200

Hình 1 Quá trình dãn nở của hơi nước trong tua bin

Để xác định trạng thái của nước tại điểm 1, ta so sánh `t_1` với nhiệt độ bão hòa tương ứng với áp suất 30 bar.

Phụ lục 5.2 cho ta `t_(bh) = 233,89 °"C" < t_1`. Vì vậy, trạng thái 1 là hơi quá nhiệt.

Từ `p_1 = 30` bar và `t_1 = 600` ºC ; Phụ lục 5.4 cho ta :

 `h_1 = 3682,3\ "kJ/kg"` và  `s_1 = 7,5085` kJ•kg-1•K-1.

Do quá trình 12 đoạn nhiệt, `dq = 0`. Do `dq = T ds` mà `T != 0` nên `ds = 0` ; quá trình này có entropy không đổi và được biểu diễn bằng một đoạn thẳng đứng.

    `s_2 = s_1 = 7,5085` kJ•kg-1•K-1

Để xác định trạng thái của nước tại 2, ta so sánh `s_2` với `s'` và `s''` tương ứng với nhiệt độ 200 ºC. Phụ lục 5.1 cho ta `s' = 2,3308` và `s'' = 0,4318`. Do `s_2 > s''` (Hình 1) nên trạng thái 2 cũng là hơi quá nhiệt.


2. Hỏi công suất của tua bin là bao nhiêu kW ?

Lời giải

Vì trạng thái 2 là hơi quá nhiệt nên ta dùng Phụ lục 5.4 để tìm `h_2` bằng cách mang giá trị `s_2 = 7,5085` so với tất cả các giá trị `s` trên cột tương ứng với nhiệt độ 200ºC. Tuy nhiên ta không thấy khớp với bất kỳ giá trị nào. Như vậy ta phải thực hiện phép tính nội suy. Để việc trình bày và theo dõi được dễ dàng hơn, ta tạm thời không ghi đơn vị sau số liệu trong phần tính nội suy.

  • Trước hết ta tìm trên cột tương ứng với nhiệt độ 200ºC hai giá trị `s` gần 7,5085 nhất, một nhỏ hơn và một lớn hơn. Kết quả là ta có `s_1 = 7,8343` (ứng với `h = 2875,3`) và `s_2 = 7,5066` (ứng với `h = 2870,5`).
  • Như vậy khi `s` thay đổi `Delta s = 7,5066 - 7,8343 = - 0,3277`
    thì `h` thay đổi `Delta h = 2870,5 - 2875,3 = - 4,8`
  • Vậy nếu `s` thay đổi `ds = 7,5085 - 7,8343 = - 0,3258`
    thì `h` thay đổi `dh` là :
      `dh=(dsxxDelta h)/(Delta s)=((-0,3258)xx(-4,8)) / (-0,3277)=-4,77`
  • Vậy `h_2 = 2875,3 + dh = 2875,3 - 4, 77 = 2870,53` kJ/kg

Do đó `w_(kt) = h_1 - h_2 = 3682,3 - 2870,53 = 991,8\ "kJ/kg"`

Công suất của tua bin là :

    `N=(Mw_(kt))/3600=(6000xx991,8)/3600=1653\ "kW"`

 

 

OK




Trang web này được cập nhật lần cuối ngày 14/12/2018