Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Kỹ thuật nhiệt – Đề 4

Sự cố nhiệt (thermal runaway) là hiện tượng nhiệt độ tăng lên không kiểm soát được, thường xảy ra trong pin Lithium-ion do phản ứng hóa học tỏa nhiệt tăng nhanh theo nhiệt độ, dẫn đến nguy cơ cháy nổ. Các thiết bị khác có cơ chế kiểm soát nhiệt tốt hơn hoặc không dễ xảy ra hiện tượng này.

Két nước (radiator) là bộ phận chính tản nhiệt ra môi trường trong hệ thống làm mát bằng nước. Nước nóng từ động cơ đi qua két nước, nhiệt được truyền ra không khí qua các cánh tản nhiệt. Bơm nước tuần hoàn nước. Van hằng nhiệt điều chỉnh dòng chảy nước. Áo nước bao quanh động cơ để hấp thụ nhiệt.

Tăng nhiệt độ hơi vào và giảm áp suất hơi xả đều giúp tăng hiệu suất động cơ hơi nước (chu trình Rankine). Sử dụng quá nhiệt hơi cũng tăng hiệu suất. Giảm nhiệt độ nước cấp vào lò hơi sẽ làm giảm hiệu suất vì cần nhiều năng lượng hơn để đun sôi nước.

Hiệu suất của động cơ nhiệt Carnot chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của nguồn nóng (T_H) và nguồn lạnh (T_C), theo công thức η_Carnot = 1 - (T_C / T_H). Nó không phụ thuộc vào môi chất làm việc, cấu tạo động cơ hay áp suất.

Xâm thực (cavitation) trong bơm ly tâm xảy ra khi áp suất tại đầu hút bơm giảm xuống dưới áp suất hơi bão hòa của chất lỏng, khiến chất lỏng sôi cục bộ tạo thành bọt khí. Các bọt khí này sau đó bị ép lại ở áp suất cao hơn, gây ra tiếng ồn, rung động và ăn mòn bề mặt cánh bơm.

Để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt, cần tăng diện tích bề mặt, tăng hệ số truyền nhiệt và tăng chênh lệch nhiệt độ giữa hai dòng lưu chất. Tạo dòng chảy rối cũng giúp tăng cường trao đổi nhiệt so với dòng chảy tầng. Giảm chênh lệch nhiệt độ sẽ làm giảm tốc độ truyền nhiệt.

Dàn lạnh (thiết bị bay hơi) trong hệ thống điều hòa không khí không chỉ làm lạnh không khí mà còn làm giảm độ ẩm. Khi không khí ẩm đi qua dàn lạnh, hơi nước trong không khí ngưng tụ thành nước do nhiệt độ giảm xuống dưới điểm sương, và nước ngưng tụ được thoát ra ngoài.

Chu trình Otto bao gồm 4 quá trình: nén đoạn nhiệt, cấp nhiệt đẳng tích (đốt cháy nhiên liệu), giãn nở đoạn nhiệt và thải nhiệt đẳng tích. Quá trình cấp và thải nhiệt diễn ra ở thể tích không đổi của xi lanh.

Lưu lượng kế kiểu Venturi là loại lưu lượng kế cơ học, không có bộ phận điện tử nhạy cảm với nhiệt độ, có độ bền và chịu nhiệt tốt, phù hợp để đo lưu lượng khí nóng. Các loại lưu lượng kế khác (Turbine, điện từ, siêu âm) thường có các bộ phận điện tử hoặc cơ cấu nhạy cảm với nhiệt độ cao, có thể bị ảnh hưởng hoặc hư hỏng.

Máy biến áp là thiết bị điện dùng để biến đổi điện áp, không trực tiếp liên quan đến kỹ thuật nhiệt. Hệ thống điều hòa không khí, động cơ nhiệt và nhà máy điện nhiệt đều là các ứng dụng quan trọng của kỹ thuật nhiệt.

Hệ thống CSP sử dụng gương parabol hoặc thấu kính Fresnel để tập trung ánh sáng mặt trời vào một điểm thu nhiệt, tạo ra nhiệt độ cao để sản xuất điện. Tấm pin quang điện chuyển đổi trực tiếp ánh sáng thành điện. Bộ thu nhiệt phẳng hấp thụ bức xạ mặt trời nhưng không tập trung. Bộ trao đổi nhiệt dùng để trao đổi nhiệt giữa các lưu chất.

Sử dụng vật liệu cách nhiệt cho tường là biện pháp hiệu quả nhất để giảm tổn thất nhiệt dẫn nhiệt qua tường, giữ ấm cho nhà vào mùa đông. Sơn màu tối hấp thụ nhiệt mặt trời vào mùa hè, không hiệu quả vào mùa đông. Mở cửa sổ và tăng thông gió làm tăng tổn thất nhiệt.

Pascal (Pa) là đơn vị đo áp suất, không phải nhiệt độ. Celsius, Kelvin và Fahrenheit đều là đơn vị đo nhiệt độ.

Ống dẫn nhiệt (heat pipe) là thiết bị truyền nhiệt hiệu quả, có thể dùng để tản nhiệt hoặc làm mát gián tiếp bằng cách truyền nhiệt từ vật cần làm mát đến một bộ phận tản nhiệt. Các phương pháp còn lại (nước đá, không khí tự nhiên, máy lạnh nén hơi) là các phương pháp làm lạnh trực tiếp, tác động trực tiếp lên vật cần làm lạnh.

Nhiệt dung riêng (ký hiệu c) là lượng nhiệt cần thiết để làm tăng nhiệt độ của 1 kg vật chất lên 1°C. Nhiệt dung là lượng nhiệt cần để tăng nhiệt độ của một vật lên 1°C (không tính đến khối lượng). Nhiệt lượng và công là các khái niệm khác liên quan đến năng lượng.

Nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Trong quá trình đẳng nhiệt (nhiệt độ không đổi), nội năng của khí lý tưởng sẽ không đổi.

Đồng là kim loại, có khả năng dẫn nhiệt tốt nhất trong các lựa chọn. Kim loại nói chung dẫn nhiệt tốt hơn nhiều so với chất lỏng và khí. Không khí là chất dẫn nhiệt kém nhất.

Trong hệ thống lạnh, môi chất lạnh hấp thụ nhiệt từ môi trường cần làm lạnh ở thiết bị bay hơi, chuyển từ trạng thái lỏng sang hơi. Các bộ phận khác có chức năng khác: máy nén nén môi chất, bình ngưng tụ thải nhiệt, van tiết lưu giảm áp suất môi chất.

Bức xạ nhiệt là hình thức truyền nhiệt bằng sóng điện từ, có thể truyền qua chân không. Dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt cần môi trường vật chất (rắn, lỏng hoặc khí) để truyền nhiệt.

Đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu hydrocarbon (chỉ chứa carbon và hydro) sản phẩm chính là CO2 và H2O. Nhiệt lượng là năng lượng giải phóng ra. SO2 (Sulfur dioxide) chỉ sinh ra khi nhiên liệu chứa sulfur.

Ống dẫn nhiệt hoạt động dựa trên sự bay hơi của môi chất lỏng ở đầu nóng, hấp thụ nhiệt, sau đó hơi môi chất di chuyển đến đầu lạnh và ngưng tụ, tỏa nhiệt, rồi chất lỏng trở lại đầu nóng nhờ lực mao dẫn hoặc trọng lực. Quá trình bay hơi và ngưng tụ là nguyên lý chính.

Cặp nhiệt điện hoạt động dựa trên hiệu ứng Seebeck, khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối nối của hai kim loại khác nhau, sẽ tạo ra một điện áp nhỏ. Hiệu ứng Peltier là hiệu ứng ngược lại (tạo ra chênh lệch nhiệt độ khi có dòng điện chạy qua). Hiệu ứng Thomson cũng liên quan đến nhiệt điện nhưng ít được sử dụng trong cặp nhiệt điện thông thường. Hiệu ứng Doppler không liên quan.

Trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, dòng chảy ngược chiều thường có hiệu quả trao đổi nhiệt cao nhất vì nó duy trì chênh lệch nhiệt độ trung bình lớn nhất dọc theo chiều dài thiết bị, cho phép truyền nhiệt hiệu quả hơn. Dòng chảy song song cùng chiều có hiệu quả kém nhất. Dòng chảy vuông góc hiệu quả trung bình.

Súng đo nhiệt độ hồng ngoại (nhiệt kế hồng ngoại) có thể đo nhiệt độ từ xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật, rất phù hợp để đo nhiệt độ của vật thể đang chuyển động nhanh. Các loại nhiệt kế khác cần tiếp xúc vật lý, khó hoặc không thể đo được nhiệt độ vật chuyển động nhanh.

Tốc độ bức xạ nhiệt của vật phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt (T^4 theo định luật Stefan-Boltzmann), độ phát xạ bề mặt (ε) và diện tích bề mặt (A). Khối lượng riêng của vật không trực tiếp ảnh hưởng đến bức xạ nhiệt.

Định luật Fourier về dẫn nhiệt mô tả tốc độ truyền nhiệt qua vật liệu tỷ lệ thuận với diện tích truyền nhiệt, độ chênh lệch nhiệt độ và nghịch biến với chiều dày vật liệu. Định luật Newton về làm nguội mô tả đối lưu nhiệt. Định luật Stefan-Boltzmann mô tả bức xạ nhiệt. Định luật bảo toàn năng lượng là nguyên tắc chung.

Gạch chịu lửa (refractory brick) được làm từ vật liệu ceramic chịu được nhiệt độ rất cao (trên 1000°C) và môi trường khắc nghiệt, thường được sử dụng làm lớp lót bên trong lò công nghiệp. Nhôm và thép carbon không chịu được nhiệt độ cao như vậy. Polyme dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao.

Quá trình đoạn nhiệt là quá trình nhiệt động mà không có sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh (Q=0). Giãn nở nhanh của khí trong xi lanh kín gần đúng với quá trình đoạn nhiệt vì thời gian diễn ra nhanh, sự trao đổi nhiệt không đáng kể. Các quá trình còn lại có sự trao đổi nhiệt đáng kể.

Trong đối lưu cưỡng bức, vận tốc dòng chảy chất lưu có ảnh hưởng lớn nhất đến hệ số đối lưu nhiệt. Vận tốc càng cao, dòng chảy càng rối, sự trộn lẫn chất lưu càng mạnh, dẫn đến hệ số đối lưu nhiệt tăng lên đáng kể. Các yếu tố khác cũng ảnh hưởng nhưng mức độ ít hơn so với vận tốc.

Thiết kế 'trực tiếp' (direct gain) trong sưởi ấm mặt trời thụ động là hệ thống mà ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào không gian sống và được hấp thụ bởi các bề mặt bên trong nhà. Tường Trombe là hệ thống 'gián tiếp' (indirect gain), nơi nhiệt được hấp thụ bởi tường và sau đó truyền chậm vào nhà. Cửa sổ kính lớn, sàn hấp thụ nhiệt và mái hiên là các yếu tố của thiết kế trực tiếp.