Luận văn Thiết bị tiệt trùng

ng tính toán kĩ mô hình sẽ cho kết quả rất đáng ngại. 2/ Bước 2: Tạo mô hình phần tử hữu hạn ( chia lưới ) : Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 48 Chọn phần tử vỏ, tấm mỏng được uốn cong, giải bài tóan SHELL 63. Vì bài tóan này ta chỉ quan tâm đến ứng suất nên chọn chế độ chia lưới thô ( mặc định mức 6) để không phí thời gian vào quá trình xử lý. 3/ Bước 3: Thuộc tính vật liệu: Qua khảo sát thị trường tôi cảm thấy INOX 304 là vật liệu thích hợp để chế tạo vì khả năng chịu được ứng suất cao và độ biến dạng thấp, ít độc. Đây lại là vật liệu rất phổ biến dễ mua. Tuy giá thành hơi cao nhưng vẫn có thể chấp nhận được. Và đây là thông số của INOX 304: - Khối lượng riêng: 8000kg/m 3 - Suất đàn hồi, E: 200Gpa - Hệ số Poisson: 0.29 - Độ dẫn nhiệt: 16.2W/m-K - Nhiệt độ nóng chảy 1400oC - Ứng suất giới hạn của vật liệu: 215Mpa - Hệ số an tòan: 1.2 4/ Bước 4: Đặt tải: Mức nhiệt độ, áp suất cao nhất cần đến là t=13 3oC, p=3bar Để đảùm bảo an tòan tối thiểu chúng ta phải đặt tải ở mức cao nhất mà nó đạt được 5/ Bước cuối cùng là giải và phân tích kết quả: * Phương pháp tối ưu hóa: 1/ Đặt vấn đề: - Với những thông số xác định trên thì bài tóan tính ứng suất và độ biến dạng của vật liệu lúc này chỉ còn phụ thuộc vào bề dày vật liệu. - Nếu sử dụng vật liệu kích thước dày thì sẽ vô cùng hao phí, không kinh tế. Còn nếu cho vật liệu mỏng hơn thì sẽ gây nguy hiểm cho người sử dụng do khí trong bình có thể tạo ra ứng suất vượt qua ứn g suất giới hạn gây ra nổ Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 49 - Vậy vấn đề đặt ra là phải làm sao xác định được bề dày vật liệu cần thiết để không gây lãng phí mà vẫn an tòan cho ngừời sử dụng. 2/ Giải pháp: - Sử dụng phương pháp tối ưu hóa bằng ANSYS s ẽ cho ta kết quả mong đợi trong thời gian nhanh nhất và chính xác nhất. - Phương pháp này được mô tả đơn giản như sau: +Cho thông số cần tìm là n. Chạy ANSYS với n=a ( 1 g ía trị xác định bất kỳ) + Nếu kết quả thu được là chưa đủ thì tiếp tục tăng n. Mỗi lần tăng 1 lượng nhỏ rồi chạy chương trình đến khi nào vừa vượt giá trị giới hạn thì dừng lại chọn giá trị thích hợp ( tùy vào tính chất của thông số mà chọn ) + Nếu kết quả thu được vượt qu á thì giảm n. Giảm và thực hiện như trên đếân khi vừa xuống dươí giá trị giới hạn thì dừng rồi chọn * Aùp dụng vào bài tóan tính bề dày: Đặt giá trị ban đầu của bề dày là d = 1cm. Sau khi chạy ANSYS ta được kết quả sau: Ứng suất σ = 1158N/cm2 Độ biến dạng tương đ đối Δd/d = 0.133e-3 Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 50 Hình 4.3. Ưùng suất ứng với bề dày là 1cm [Ứng suất cho phép] = Ứng suất nguy hiểm của vật liệu/Hệ số an tòan 2 max 21500 17916( / ) 1.2 o N cm n     Vì σ < σmax nên phải giảm dần độ dày d. Mỗi bước giảm là 0,1cm. Ta thu được bảng kết quả sau: Bề dày INOX d (cm) Biến dạng tương đối Δd/d Ứng suất σ (N/cm2) Ứng suất cho phép σmax (N/cm2) 1 0.133e-3 1158 17916 0,9 0.159e-3 1365 17916 0,8 0.186e-3 1597 17916 0,7 0.222e-3 1905 17916 0,6 0.271e-3 2330 17916 0,5 0.342e-3 2944 17916 Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 51 0,4 0.452e-3 3891 17916 0,3 0.640e-3 5506 17916 0,2 0.001019 8762 17916 0,1 0.002484 21361 17916 Với bề dày 0,1cm ứng suất đã vượt quá ứng suất cho phép. Như vậy ta có thể chọn bất cứ giá trị nào trên 0,2cm. Do quan sát thấy tuy đáp ứng được yêu cầu về ứng suất nhưng chỉ có bề dày lớn hơn 0.3cm là thể hiện sự phân bố màu (áp suất) ổn định và vì chênh lệch bề dày không quá lớn ơ û mỗi mức nên ta sẽ chọn d = 0.4cm, ứng suất lớn nhất lúc này là σ =3891N/cm2 << σmax =17916N/cm2, độ biến dạng tương đối là 0.409e-3. Như vậy nếu có vượt áp suất dự kiến khỏang an tòan sẽ lớn hơn. Hình 4.4. Ứng suất ứng với bề dày 0.4cm (chụp từ phía trước) Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 52 Hình 4.5. Ứng suất ứng với bề dày 0,4cm (chụp từ phía sau) Hình 4.6. Độ biến dạng ứng với bề dày 0,4cm Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 53 B - Tính Công Suất Điện Trở 4B.1. Lý thuyết nhiệt: 4B.1.1 Các thông số trạng thái: - Các thông số dùng để xác định trạng thái của chất môi giớ i được gọi là thông số trạng thái. Để xác định một trạng thái nào đó của chất môi giới người ta phải dùng ít nhất 2 thông số trạng thái độc lập vơ ùi nhau. - Như đã nói, nhiệt động lức học cổ điển chỉ khảo xác các trạng thái cân bằng. Do vậy, bất kỳ một trnạg thái cân bằng nào, cũng đều có thể biểu diễn bằng một điểm trên đồ thị, mà ở đó 2 trục của đồ thị sẽ tương ứng với 2 thông số trạng thái bất kỳ không phụ thuộc vào nhau. - Khi có sự trao đổi năng lượng của hệ thốngvà môi trường, trạng thái của chất môi giới ở bê tronghệ thống sẽ có sự biến đổi. Tuy nhiên, ở trườ ng hợp này, không đòi hỏi tất cả các thông số trạng thái đều phải biến đổi. Cần lưu ý, khi chất môi giới tiến hành một quá trình, lượng biến đổi (nếu có) của một thông số trạng thái nào đó chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của quá trình đó mà hoàn toàn không phụ thuộc vào đặc điểm và hình dáng của quá trình . Nếu các trạng thái trung gian tạo nên quá trình đều cân bằng thì ta gọi đó là quá trình cân bằng. Tất n hiên, khi chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác thì trạng thái cân bằng trước đó phải bị phá hủy. Như đã nói trong mục 1.2.6, quá trình phải được tiến hành vô cùng chậm để có đủ thời gian thie át lập sự cân bằng mới. Khi một trạng thái đã được xác định thì các thông số trạng thái cũng có những giá trị xác định. Những thông số này bao gồm nhiều loại khác nhau, có loại trực tiếp đo được, có loại phải tính toán , có loại có ý nghĩa vật lý rõ ràng và có loại không thể hiện rõ bản chất vật lý. 4B.1.1.1 Nhiệt độ: - Nhiệt độ là thông số biểu thị mức độ nóng hay lạnh của một vật, chính nhiệt độ là yếu tố quyết định hướng chuye ån động của dòng nhiệt. - Theo thuyết động học phân tử thì nhiệt độ là thước đo giá trị động năng trung bình của vô số các phân tử đang chuyển động tịnh tiến. Như vậy, giữa tốc độ chuyển Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 54 động trung bình của các phân tử v à nhiệt độ có mối quan hệ với nhau, tốc độ chuyển động càng cao thì nhiệt độ càng cao và ngược lại. Theo định nghĩa này, khái niệm nhiệt độ không thể ứng dụng cho 1 phân tử hay vài phân tử mà chỉ có ý nghĩa khi nghiên cứu một khối chất khí bao gồm khá nhiều phân tử. - Ta có: 23 1 . 2 2 k T M Trong đó: k – hằng số Boltzmann, bằng 1,3805 x 10 -23 Joule/độ T – nhiệt độ tuyệt đối của khối chất khí đang khảo sát M – khối lượng của một pha ân tử  - căn bậc hai của trung bình bình phương tốc độ của các phân tử - Như vậy, theo thuyết này, quá trình trao đổi nhiệt chính là quá trình trao đổi động năng. Quá trình này sẽ chấm dứt khi vận tốc trung bình của các phân tử của bộ phận nhả nhiệt và bộ phận nhận nhiệt bằng nhau. 4B.1.1.2. Aùp suất: - Theo định nghĩa, áp suất là lực tác động l ên một đơn vị diện tích bề mặt ranh giới theo phương pháp tuyến với bề mặt đó. - Từ công thức 3 21. ( . ) 3 p a M N w , ta có thể viết phương trình sau: 2 3 ( . ) 3 M Np a  - Gọi N’ là số phân tử có trong một đơn vị thể tích, ta có: 21 . . '. 3 p M N  - Tồng quát, khi lưu ý đến tất cả c ác trường hợp, công thức 21 ' 3 p MN  được chuyển thành: 21 ' 3 p MN  Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 55 - Trong công thức này,  là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào kích thước bản thân phân tử và lực tương tác giữa các phân tử. Khi áp suất càng nhỏ và nhiệt độ càng cao thì  càng tiến gần đến 1, đối với khí lý tưởng thì  =1. - Để làm rõ khái niệm áp suất, ta hãy xem xét một khối chấ t khí đứng yên và một bề mặt nhỏ A ở bên trong khối chất khí đó. Ở mỗi phía của bề mặt A, rõ ràng có lực F tác động lên bề mặt theo phương pháp tuyến, các lực này có chiều ngược nhau nhưng trị số thì bằng nhau. Trong trư ờng hợp này, ngoài lực F không còn lực nào khác tác động lên bề mặt. Ta định nghĩa áp suất p của khối chất khí đứng yên đó như sau: ' lim A A Fp A      - Ở đây, A’ là diện tích của bề mặt đókhi cho nó giảm nhỏ đ ến kích thước của một “điểm”. Từ biểu thức trên, rõ ràng khi A tiến đến A’ thì không còn khái niệm bề mặt nữa, điều đó có nghĩa là giá trị của áp suất p trong khối chất khí đứng yên sẽ giống nhau theo mọi phương. Tuy nhie ân, khi khảo sát một khối chất khí tương đối đứng yên, có thể có một sự thay đổi nhỏ về áp suất giữa điểm này so với điểm khác. - Ngoài ra, nếu lưu ý đến độ cao hay độ sâu, vẫn có thể có một sự sai lệch nào đó của áp suất do tác động của lực trọng trường. - Trong trường hợp khối chất khí đang khảo sát có chuyển động, có thể chia lực tác động lên một bề mặt A nào đó ra làm 3 thành phần thẳng góc với nhau từng đôi một: một thành phần theo phương pháp tuyến với bề mặt và hai thành phần nằm trên mặt phẳng của bề mặt. Nếu xét trên cơ sở một đơn vị diện tích bề mặt, ta gọi thành phần theo phương pháp tuyến là ứng suất pháp tuyến và hai thành phần còn lại được gọi là ứng suất dịch chuyển. Ở trường hợp này, khi khối chất khí đang chuyển động, giá trị của các ứng suất bị biến đổi khi ta thay đổi hướng đặt của bề mặt A. Vấn đề khảo sát các giá trị ứng suất trong mo ät dòng chất khí chuyển động sẽ được xem xét kỹ trong phạm vi cơ học lưu chất, còn trong nhiệt động lực học có thể xem ứng suất pháp tuyến bằng với áp suất của trường hợp khối chất khí đứng yên vì độ sai lệch giữa chúng không đáng kể. Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 56 4B.1.1.3. Thểtích riêng và khối lượng riêng: -Trong một môi trường liên tục, có thể định nghĩa khối lượng riêng như sau: ' lim V V G V        - Ở đây, V’ là thể tích tương ứng của một phần tử khi cho nó giảm nhỏ đến kích thước của một “điểm”. Từ định nghĩa khối lượng riêng đã nêu, về mặt toán học, có thể xem khối lượng riêng là một hàm liên tục phụ thuộc vào thời gian và vị trí khảo sát. - Như vậy, khối lượng của mo ät khối chất môi giới có thể tích V sẽ được xác định như sau: . V G dV  - Rõ ràng, về mặt nguyên tắc, khối lượng không chỉ đơn giản là tích số giữa khối lượng riêng và thể tích - Tương tự như vậy, thể tích riêng cũng có thể thay đổi giá trị khi so sánh tại các “điểm” khác nhau. Thể tích riêng được hiểu là giá trị nghịch đảo của khối lượng riêng, và do vậy, thể tích riêng và khối lượng riêng được xem là 2 thông số phụ thuộc nhau. Trong hệ SI, đơn vị của khối lượng riêng thường được dùng là kg/m 3, còn của thể tích riêng là m3/kg. Trong hệ Imperial System, đơn vị của khối lượng riêng và thể tích riêng lần lượt là lb/ft3 và ft3/lb. Ở những trường hợp mà khối chất môi giới đang khảo sát có độ đồng đều cao hoặc ở những phép tính không yêu cầu chính xác cao, có thể tính giá trị trung bình của khối lượng riêng và thể tích riêng như sau: 3/ ' G kg m V   3 / ' V v m kg G  Trong đó: G- khối lượng của khối chất môi giới đang khảo sát, kg V- thể tích choán chỗ của khối chất môi giới đó, m 3 4B.1.1.4. Nội năng: Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 57 -Trong phạm vi nhiệt động lực học, sự biến đổi năng lượng tổ ng của hệ thống có thể chia thành những phần sau: + Động năng, do sự chuyển động của toàn bộ hệ thống + Thế năng, do sự thay đổi vị trí của toàn bộ hệ thống + Nội năng, bao gồm tất cả các biến đổi năng lượng còn la ïi bên trong hệ thống. Như: sự chuyển động của các phân tử và lực tương tác giữa các phân tử… - Như vậy, trong các quá trình nhiệt động ta hiểu nội năng là lượng biến dổi năng lượng của hệ thống khi không xét đến các bie án đổi động năng và thế năng của toàn bộ hệ thống. Ta có: E2 – E1 = (Eđ2 – Eđ1) + (Et2 – Et1) + (U2 – U1) Hay: ΔE = ΔEđ + ΔEt + ΔU Với: ΔE, ΔEđ, ΔEt, ΔU – các lượng biến đổi năng lượng tổng, động năng, thế năng và nội năng - Thông thường các quá trình nhiệt động diễn ra là do sự trao đổi nhiệt và công giữa chất môi giới và môi trường, do vậy có thể nói lượng biến đổi nội năng thực chất là lượng biến đổi nội nhiệt năng. Nội nhiệt năng bao gồm các thành phần sau: + Động năng do chuyển động tịnh tiến, do chuyển động quay của các phân tử và do các dao động trong nội bộ phân tử + Thế năng do lực tương tác giữa các phân tử - Ta có: U = Uđ + Ut - Theo thuyết động học phân tử thì nội động năng chỉ phụ thuộc nhiệt độ, nói cách khác, nội động năng là hàm đơn trị của nhiệt độ. Nội thế năng phụ thuộc vào khoảng cách trung bình của các phân tử, tức phụ thuộc vào thể tích riêng hay mật độ. - Như vậy, 1 cách tổng quát, nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích riêng: U = F(T,v) Đơn vị của nội năng là KJ, Kcal, Btu … Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 58 - Trong các bài toán của nhiệt động nói chung không cần biết giá trị tuyệt dối của nội năng ma øchỉ cần biết lượng biến đổi nội năng. Do đó ta có thể chọn 1 trạng thái nào đó làm gốc. Nếu trạng thái của chất môi giới c ân bằng ta luôn có: U=G.u U(KJ): nội năng ứng với khối lượng G(kg) chất môi g iới u(KJ/Kg): nội năng tính theo 1 kg chất môi giới 4B.1.1.5. Entanpi - Trong khi thực hiện các bài toán về nhiệt độn g ta thường gặp biểu thức u+pv, J.Gibbs đã đề nghị sử dụng biểu thức này vào các phép tính thực tế, về sau biểu thức này đã được Kamerlingh Onnes đặt tên là Entanpi. - Nếu khối chất môi giới được khảo sát là 1 kg thì ta ký hiệu Entanpi là i, nếu khối lượng là G kg (G # 1) thì ta dùng ký hiệu I. Như vậy: i = u + pv - Ở trạng thái cân bằng ta có: I = G.i = G.(u + pv) - Tương tự như nội năng, ta không trực tiếp đo được Entanpi mà phải tính toán. Trong các bài toán về nhiệt động, thông thường ta chỉ cần biết lượng biến đổi Entanpi Δi, do đó có thể chọn tùy ý một điểm nào đó làm gốc. Về ý nghĩa vật lý của Entanpi, trong nhiều trường hợp lượng biến đổi Entanpi mang ý nghĩa năng lượng. Đơn vị của Entanpi giống như đơn vị của nội năng và các dạng năng lượng khác. 4B.1.2. Tính nhiệt lượng theo sự thay dổi nhiệt độ: - Khi có sự trao đổi nhiệt lượng giữa chất môi giới và môi trường, trong khá nhiều trường hợp, nhiệt độ của chất môi giới có thể đuợc biến đổi. Ở những trư ờng hợp như vậy, việc xác định nhiệt lượng trao đổi trong quá trình thuận nghịch vô cùng bé có thể được tính bằng công thức sau: Δq = c*dt Ở đây: Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 59 Δq: nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường trong qúa trình vô cùng bé đang khảo sát c: nhiệt dung riêng của chất môi giới dt: lượng biến đổi nhiệt độ trong quá trình - Từ công thức, ta thấy vấn đề then chốt cần phải giải quyết là xác định cho được nhiệt dung riêng c. Theo định nghĩa nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần thiết để làm cho 1 đơn vị chất môi giới biến đổi 1 độ theo 1 quá trình nào đó. Phụ thuộc và o đặc điểm của quá trình và đơn vị đo lường mà ta có các lọai nhiệt dung riêng khác nhau. 4B.1.3. Quá trình chuyển trạng thái của nước: Hình 4.7. Quá trình chuyển trạng thái của nước - Trạng thái ban đầu của nước tự nhiên là lỏng chưa sôi, ta cấp nhiệt nước sẽ chuyển sang trạng thái 1 lỏng sôi. Tiếp tục cấp nhiệt đến 1 thơi gian nhất định tùy lượn g nước nó sẽ chuyển sang trạng thái 2 hơi bão hòa khô. Còn các trạng t hái trung gian trong khỏang 1 đến 2 được gọi là hơi bão hòa ẩm.Về thành phần, ta xem hơi bão hòa ẩm là hỗn hợp bao gồm lỏng sôi và hơi bão hòa khô ở cùng áp suất. - Nhận xét, ta thayá tại 1 áp suất nào đó, chỉ có 1 tra ïng thái được gọi tên là lỏng sôi và 1 trạng thái là hơi bão hòa khô. Trong khi đó, ứng với áp suất đó, có thể có nhiều trạng thái trạng thái cùng có tên là lỏng chưa sôi, hơi bão hòa ẩm các trạng thái này ứng với các nhiệt độ khác nhau. Để phân biệt chúng, người ta đưa ra khái niệm độ khô. Gọi x là độ khô của hơi bão hòa ẩm, ta có: h l h G x G G   Trong đó: Lỏng chưa sôi 1 Hơi bão hòa ẩm 2 Hơi quá nhiệt nhiệtnhiệt Lỏng sôi Hơi bão hòa khô Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 60 Gh – lượng hơi bão hòa khô có trong hơi bão hò a ầm đang khảo sa ùt Gl _ lượng lỏng sôi có trong hơi bão hòa ẩm đang khảo sát - Liên hệ thực nghiệm, ta thấy G 1 + Gh = const, còn Gh biến thiên từ 0 đến 1 kg, như vậy độ khô x chỉ có khả năng biến đổi từ 0 cho đến 1. Khi x = 0 ta gọi trạng thái đó là lỏng sôi, khi x = 1 ta gọi trạng thái đó là hơi bão hòa khô, khi 0 < x < 1 thì trạng thái đó là hơi bão hòa ẩm. 4B.1.4. Xác định các thông số trạng thái của hơi nước bão hòa ẩm: - Trên cơ sở các bảng: Bảng nước và hơi nước trên đường bão hòa, bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt. Ta thấy có thể trực tiếp tra từ bảng các thông số cần thiết của các trạng thái lỏng chưa sôi, lỏng sôi, hơi bão hòa khô và hơi quá nhiệt. Như va äy, không thể dùng bảng để xác định các thông số trạng thái của hơi bão hòa ẩm. Để làm được điều này ta phải kết hợp giữa bảng và tính toán. Xét 1 trạng thái hơi bão hòa ẩm ứng với áp suất p1, ta thấy thể tích riên g v của hơi bão hòa ẩm luôn luô n ở trong khoảng sau: v’ < v < v’’ - Ứùng với các thông số khác, ví dụ như nội năng u. Entanpi i và Entropi s, ta cũng viết được những mối quan hệ có dạng tương tự: u’ < u < u’’ i’ < i < i’’ s’ < s < s’’ - Như vậy, để gọn gàng khi trình bày ta lần lượt gọi: ' ''    - Khi '  thì trạng thái khảo sát có tên gọi là lỏng sôi, khi ''  thì trạng thái khảo sát có tên là hơi bão hòa khô để tính  ta sử dụng công thức sau:  1 . ' . ''x x     -Từ đó, độ khô của hơi bão hòa ẩm x được tính như sau: ' '' ' x       Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 61 - Trong nhiều trường hợp, có khi ta biết thông số trạng thái  ở áp suất (hoặc nhiệt độ) nào đó nhưng chưa biết rõ tên gọi đúng của trạng thái đó. Lúc đó, cần phải tra bảng nước và hơi nước trêân đường bão hòa theo áp suất (hoặc nhiệt độ) của trạng thái đang khảo sát để xác định  ’ và  ’’ - Nếu  <  ’ thì trạng thái đó là lỏng chưa sôi - Nếu  =  ’ thì trạng thái đó là lỏng sôi - Nếu  ’ <  <  ’’ thì trạng thái đó là hơi bão hòa ẩm. - Nếu  =  ’’ thì trạng thái đó là hơi bão hòa khô - Nếu  >  ’’ thì trạng thái đó là hơi quá nhiệt 4B.1.5. Quá trình đẳng tích: - Quá trình đẳng tích là quá trình có v=const. - Phương trình trạng thái khí lý tưởng (lượng khí không thay đổi): 1 2 1 2 P P T T  - Trong quá trình này, khi cấp nhiệt cho hơi bão hòa ẩm thì áp suất và nhiệt độ của nó tăng. Nếu trạng thái ban đầu của nó rất gần đường x=0 thì sự sụt giảm nhiệt độ làm cho độ khô của hơi tăng lên. Ngược lại, nếu trạng thái ban đầu rất gần với đường x=1 thì sự sụt giảm nhiệt độ làm độ khô của nó giảm theo. - Từ phương trình T.ds = du+p.dv ta thấy tr ong quá trình đẳng tích thì nhiệt lượng trao đổi bằng lượng biến đổi nội năng của chất môi giới. Ta có : (ΔQ)TN = T.dS=dU 4B.2. Tính công suất điện trở thích hợp cho buồng đun: Đặt: Thể tích buuồng đun: V d = 25l = 25.10-3 m3 Thể tích nước ban đầu: Vn = 15l = 15.10-3 m3 1/ Giai đọan 1: trạng thái lỏng chưa sôi, quá trình gia nhiệt cho nước từ to=30oC đến t1 = 100oC Ta có: Q1 = GcpΔt = (V’n.DH2O).cp.(t1-to) = 15.4200.70 = 4410 (KJ) Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 62 Vôùi: DH2O =1000kg/m3 : Khối lượng riêng của nước H 2O Cp = 4200J/kg.độ : nhiệt dung riêng của H2O 2/ Giai đoạn 2: trạng thái hơi bão hòa ẩm. Quá trình chuyển từ t 1 = 100oC, p1 = 1 bar t2 = 133,34oC, p2 = 3 bar ( do tra bảng và yêu cầu của bài toán ) - Thể tích riêng vx của hơi bão hòa ẩm: 3 3 3d 1 2 25.10 1,667.10 15x x x V m v v v G kg            - Độ khô x1 trạng thái đầu t1 = 100oC, p1 = 1 bar: 3 3 41 1 3 1 1 ' 1,667.10 1,0432.10 3,6847.10 '' ' 1,649 1,0432.10 xv vx v v          Entanpi i1 của trang thái đầu: i1 = i’1 + x1.(i1’’ – i1’) = i1’ + x1.r1 = 417,4 +3,6847.10 -4.2258 = 418,23(KJ) - Độ khô x2 của trạng thái thứ 2 t2 = 133,34oC, p2 = 3 bar: 3 3 42 2 3 2 2 ' 1,667.10 1,0733.10 9,82.10 '' ' 0,6075 1,0733.10 xv vx v v          Entanpi i2 của trạng thái sau: i2 = i2’ +x2.(i2’’ – i2’) = i2’ + x2. r2 = 561,4 + 9,82.10 -4.2164 = 563,5 (KJ) Nhiệt do hơi nhận được trong giai đoạn 2: Qv = G.Δu = G.(u2 – u1) = G.[(i2 – i1) +vx.(p1 – p2)] = = 15.[(563,5-418,23) + 1,667.10 -3.(1-3).105.103] = 15.149,9366 = 2174(KJ) Vậy nhiệt lượng do hơi nhận được trong cả quá trình: Q = 4410 + 2174 = 6584 (KJ) Công suất điện trở khi đặt thời gian cấp là 10p=600s Qcap = P.t =6584 (KJ) .600 6584 10,97( ) capQ Q P P Kw      Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 63 Trên thực tế mọi qua ù trình nhiệt động đều kèm theo hao hụt. Dựa trên cấu trúc thiết bị và tính chất của môi chất ta chọn hệ số hao hụt là 1,1 Như vậy công suất thực cần của điện trở phải là: Pthuc = P.1,1 = 10,97.1,1 = 12,067 (KW) Chọn giá trị điện trở nhiệt là 12KW vì dễ tìm ( có bán rộng rãi trên thị trường) và cũng phù hợp với yêu cầu. C - THIẾT KẾ MẠCH TỰ ĐỘNG HÓA CHO THIẾT BỊ TIỆT TRÙNG BẰNG HƠI NƯỚC 4c.1 Sơ đồ điều khiển tự động tổng quát Trong phần này, ta sẽ thực hiện thiết kế mạch điều khiền cho thiết bị tiệt trùng . Từ những phần trên, ta có thể rút ra được chu trình điều khiển tự động cho một thiết bị tiệt trùng như sau: Luận Văn Tốt Nghiệp www.bme.vn Tác giả : Phạm Khánh Thành, Đinh Vũ Long Giang 64 Hình 4.8. Sơ đồ điều khiển tự động tổng quát Ta có thể tóm tắt như sau: Ban đầu buồn đun được cấp nước và nung. Ở buồng nung có một công tắc áp suất , công tắc này dùng đề điều khiển nguồn cung cấp cho điện trở. Công tắc này được thiết lập một áp suất mà ta cần cho buồng nung . Khi đạt đến áp suất này thì nguồ