工程热力学总结第5章.ppt

第五章 热力学第二定律,5-1 热力学第二定律,5-2 卡诺循环和多热源可逆循环分析,5-3 卡诺定理,5-4 熵、热力学第二定律的数学表达式,5-5 熵方程,5-6 孤立系统熵增原理,5-7 参数的基本概念、热量用,热力学第二定律：热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。或：不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。卡诺循环热机效率：3.卡诺定理：在两个不同T的恒温热源间工作的一切可逆热机tR=tC；多热源间工作的一切可逆热机tR多 同温限间工作卡诺机 tC；不可逆热机tIR 同热源间工作可逆热机tR。,内容回顾,熵：热力学第二定律数学表达式：,内容回顾,物理意义：q是1Kg工质在可逆过程中自外界吸入的热量。T 是传热时工质的绝对温度，ds及是此微元过程中1Kg工质的熵变。,内容回顾,7.闭口系的熵变=热熵流+熵产,8.开口系的熵变=质熵流+热熵流+熵产,S=Sf,m+Sf,Q+Sg,S=Sf,Q+Sg,9.孤立系统的熵只能增加或者为零不能减小。,10.,卡诺定理举例,A 热机是否能实现,1000 K,300 K,A,2000 kJ,800 kJ,1200 kJ,可能,如果：W=1500 kJ,1500 kJ,不可能,500 kJ,例题：利用孤立系统熵增原理证明下述循环发动机是不可能制成的:它从167的热源吸热1000kJ向7的冷源放热568kJ，输出循环净功432kJ。,证明：取热机、热源、冷源组成闭口绝热系,所以该热机是不可能制成的,例 题,例1：欲设计一热机，使之能从温度为973K的高温热源吸热2000kJ，并向温度为303K的冷源放热800kJ。（1）问此循环能否实现？（2）若把此热机当制冷机用，从冷源吸热800kJ，能否可能向热源放热2000kJ？欲使之从冷源吸热800KJ，至少需耗多少功？,解:（1）方法1：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行。所以此循环能实现，且为不可逆循环。,方法2：利用孤立系熵增原理来判断循环是否可行。如图a所示，孤立系由热源、冷源及热机组成，因此（a）式中：SH和SL分别为热源T1及冷源T2的熵变；SE为循环的熵变，即工质的熵变。因为工质经循环恢复到原来状态，所以 SE0（b）而热源放热，所以（c）冷源吸热，则（d）将式（b）、（c）、（d）代入式（a），得 所以此循环能实现。,方法3：利用卡诺定理来判断循环是否可行。若在T1和T2之间是一卡诺循环，则循环效率为,而欲设计循环的热效率为,欲设计循环的热效率比同温限间卡诺循环的低，所以循环可行。,（a）SE0（b）,（c）,（d）将式（b）、（c）、（d）代入式（a），得,0，此过程不可行。,（2）若将此热机当制冷机用，使其逆行，显然不可能进行，因为根据上面的分析，此热机循环是不可逆循环。当然也可再用上述3种方法中的任一种，重新判断。利用孤立系熵增原理来判断循环是否可行。孤立系由热源、冷源及热机组成，因此,欲使制冷循环能从冷源吸热800 KJ，假设至少耗功Wmin?根据卡诺定理：所有工作于同温热源、同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高。致冷系数：,根据孤立系熵增原理，此时Siso=0，,SE0,讨论：（1）对于循环方向性的判断可用例题中3种方法的任一种。但需注意的是：克劳修斯积分式适用于循环，即针对工质，所以热量、功的方向都以工质作为对象考虑；而熵增原理表达式适用于孤立系统，所以计算熵的变化时，热量的方向以构成孤立系统的有关物体为对象，它们吸热为正，放热为负。千万不要把方向搞错，以免得出相反的结论。（2）在例题所列的3种方法中，孤立系熵增原理方法，无论对循环还是对过程都适用。而克劳修斯积分式和卡诺定理仅适用于循环方向性的判断。,