工程热力学课件第2章热力学基本定律(热二律).ppt
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1、第二章 热力学基本定律(热二律),引言,热力学第一定律,满足热一律的热机都能实现吗?,第二类永动机(The second kind of perpetual motion machine),定义:从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响,w=q1,满足热一律,例:zero-engine(1881,John Gamgee),但从未获得成功!,2.6.1 自发过程,自然界自发过程都具有方向性、,自发过程都是不可逆过程,要实现,需补充条件,可自动逆行吗?,自发过程:不需任何外界作用而自动进行的过程,用何办法使其逆行?,可进行到什么程度?,条件、,限度。,例:,自然界的自发过程多种多样,其方向
2、性表现各异,条件和限度不同,热力学第二定律,能不能找出共同的规律性?能不能找到一个统一判据?,2.6.2 热二律的表述与实质,1)开尔文普朗克表述(1851年,热功转换的角度):“不可能建造一种循环工作的热机,只从单一热源吸热使之完全变为有用功,而不产生其它变化”。,2、热二律:功可全变热、而热不能全变功?,1、第二类永动机不可能实现,,热机的热效率100%,理解:,No!,若允许产生其它变化,则热能全变功,如理想气体定温过程:U=f(T),U=0,Q=W。变化:系统P,系统和外界,2)克劳修斯表述,如:空调制冷,但要付出代价:耗功,克劳修斯表述(1850年,从热量传递的方向性角度):“热量不
3、可能自动地、无偿地从低温物体传至高温物体”,不能理解为:热量不能从低温物体传至高温物体,热二律的实质,1、自发过程都是具有方向性的,不可逆的。,2、要使非自发过程得以进行,必须伴随一个适当的自发过程作为补充条件,1、热量:高温 低温:,例:,自发过程,不可逆,补充条件:W Q(空调),自发,2、W Q:,自发过程,不可逆,补充条件:向低温热源放热,自发,低温高温:,QW(电厂):,热机的热效率,2.7 卡诺循环理想可逆热机循环(法国,S.Carnot,1824年提出),4-1绝热压缩过程,对内作功,1-2定温吸热过程,q1=T1(s2-s1),2-3绝热膨胀过程,对外作功w,3-4定温放热过程
4、,q2=T2(s2-s1),卡诺循环热效率:,卡诺循环热机效率,任意正循环的热效率:,t,c的说明,当T1=T2,t,c=0,单热源热机不可能实现,T1,T2 0 K,t,c 100%,热二律,t,c 只取决于T1和T2,而与工质的性质无关;,例1 某热机工作于1500K的高温热源和300K的低温热源之间,从高温热源吸取1000kJ 热量,最多能做多少功?,T0 c,逆向卡诺循环制冷,T2 c,例2 室外35,为使室内维持25,每秒钟需要从室内排除29.8kJ热量。若采用逆向卡诺循环机,其最小功率为多少?,逆向卡诺循环 热泵,T1,T0,例3 冬季室外10,为使室内维持20,需向室内供热144
5、00kJ/h。则供暖机的最小功率为多少?,2.7.2 卡诺定理,定理1:在给定的两恒温热源间工作的一切可逆循环,具有相同的热效率,且与工质的性质无关。,S,T,T2,S1,S2,Q1,Q2,T1,S,T,T2,S4,Q1,Q2,T1,S1,1,2,3,4,S3,S2,1,2,3,4,Q3,Q4,卡诺循环,极限回热卡诺循环,卡诺定理2,定理2:在给定的高低温热源间工作的一切不可逆循环,其热效率必小于相应可逆循环的热效率。,Q1,Q2,w,热机,2.8 多热源可逆循环,卡诺循环(恒温热源):吸热Q1,放热Q2可逆循环(变温热源):吸热 Q 1,放热Q2 Q1 Q1,Q2 Q2多热源可逆循环t t
6、c,引入:平均吸热温度:平均吸热温度:,卡诺定理的意义,1、从理论上确定了通过热机循环,实现热能转变为机械能的条件。2、指出了提高热机热效率的方向,是研究热机性能不可缺少的准绳。对热力学第二定律的建立具有重大意义。,卡诺定理应用举例,该循环能否实现?,1000 K,300 K,E,2000 kJ,800 kJ,1200 kJ,可能,如果:W=1500 kJ,1500 kJ,不可能,500 kJ,实际循环与卡诺循环,卡诺循环:tC=74.7%;实际:t=3040%,卡诺循环只有理论意义,实际上定T、定 s都难实现,火力发电:t1=600,t2=25,卡诺循环:tC=65.9%;实际:t=40%,
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