工程熱力學(xué)-熱力學(xué)第二定律

1、續(xù)2 A物體B物體AB熱量傳遞的方向性圖ABTTQ真空自由膨脹過程模擬圖自然過程的方向性自然過程的方向性可逆過程可逆過程 系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過程后，如令過程系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過程后，如令過程逆行而能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初逆行而能使系統(tǒng)與外界同時(shí)恢復(fù)到初始狀態(tài)而不留下任何痕跡，則此過程始狀態(tài)而不留下任何痕跡，則此過程稱為可逆過程稱為可逆過程實(shí)現(xiàn)可逆過程的條件實(shí)現(xiàn)可逆過程的條件1.1.過程進(jìn)行得無限緩慢；過程進(jìn)行得無限緩慢；2.2.傳熱無溫差；傳熱無溫差；3.3.運(yùn)動(dòng)無摩擦。運(yùn)動(dòng)無摩擦。vpvp12abcd+12abcdpvpv1212abab可逆循環(huán)可逆循環(huán)不可逆循環(huán)不可逆循環(huán)cdcd可逆循環(huán)及不可逆循環(huán)

2、在p-v圖上的表示蒸汽動(dòng)力循環(huán)裝置流程簡(jiǎn)圖熱機(jī)工質(zhì)冷卻水冷卻水高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩1低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碩21Q2Q0W1Q2Q0W能量方程能量方程120QQW012WQQ應(yīng)用于熱機(jī)的能量平衡模擬圖和能量方程熱機(jī)熱機(jī)120QQW012WQQ01221111tWQQQQQQ 01221111twqqqqqq 循環(huán)熱效率定義式熱力學(xué)第二定律的表述Sms;QSTQSTQST 例：例：1niiSSrrrqduwTdsduwqduwduqw()rrrTdsduwqwwqww()lrfgwqwwqdsssTTTfqsTlgwsTlfgwqdsssTT0,lfgwsdssT0,0,0fgssds續(xù)30fSgSsy

3、sdS11sm22sm1122fgsyssmsssmds 表明閉口系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)熵的變化由兩部分組成：表明閉口系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)熵的變化由兩部分組成： 系統(tǒng)與外界有熱量交換引起的熵流系統(tǒng)與外界有熱量交換引起的熵流 Sf； 過程的不可逆性引起的熵產(chǎn)過程的不可逆性引起的熵產(chǎn) Sg。fSgSsysdSfgsysssdsfgsyssss 閉口系統(tǒng)的熵方程fSgdS0sysdS120fgsmsssm11sm22sm120fgs mSSs m21fgSSSS開口系穩(wěn)定流動(dòng)的熵方程isosysgdSdSS而熵而熵 Sg 產(chǎn)總是正的，則產(chǎn)總是正的，則0isodS或或0isoSgSsysdS0isodS稱稱為孤立系統(tǒng)的熵增

4、原理。為孤立系統(tǒng)的熵增原理。有熵方程有熵方程或或0isoS孤立系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行的一切實(shí)際過程都是朝著熵增加的方孤立系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行的一切實(shí)際過程都是朝著熵增加的方向進(jìn)行，極限情況維持不變。任何使孤立系統(tǒng)熵減小的向進(jìn)行，極限情況維持不變。任何使孤立系統(tǒng)熵減小的過程都是不可能實(shí)現(xiàn)的。過程都是不可能實(shí)現(xiàn)的。0isoS0isoS0isoS0isodS0isoS1212isoQQSSSTT 12211 20isoTTQQSQTTTT 12TT0isoS例題熱量傳遞的自然方向只能是熱量從高溫物體傳向低溫物體熱量傳遞的自然方向只能是熱量從高溫物體傳向低溫物體T1Q110isomQSSST 0isoS熱機(jī)熱機(jī)10is

5、oQST 例題600020kJ/K300ryQST 25( 20)5kJ/K0isomrySSS 例題600020kJ/K300fQSTfgSSS 25205kJ/KgfSSS 312HHH例題121122pppmmc tmc tm c t1 12 21220 8040 20402040mtm ttmmt1=200p1=t2=80p2=t1=15p1 =t2=70p2 =mw =ma =mw =1aH2aH1wH2wH11220awawHHHH1221aawwHHHH11221apaaaw pwwwm cttm ctt211122000 4.187 (70 15)3819kg/h1.00520

6、0 80w pwwwapaaam cttmcttt1=200p1=t2=80p2=t1=15p1 =t2=70p2 =mw =ma =mw =211122000 4.187 (70 15)3819kg/h1.005200 80w pwwwapaaam cttmctt222111lnlnlnaawawapgaw pwaawTpTSSSm cRm cTpT 3818.7 1462.8 435.5kJ/KS Tsabcd1T2T卡諾循環(huán)的組成及T-s組成 bsTsabcd1T0w1q2T2q as11()baqT ss22()baqT ss012wqq02111tcwqqq 12()()baTTss

7、2211()11()babaT ssTT ssT 卡諾循環(huán)的計(jì)算211tcTT12( ,);tcf T T100%;t0;tc2T1;T卡諾循環(huán)熱效率及討論卡諾定理 高溫?zé)嵩?低溫?zé)嵩?熱機(jī)熱機(jī)1Q2Q0W12isoTTSSSS m12120QQTT1212QQTT12120isoQQSTT2211QTQT02111tWQQQ 221111tQTQT maxirrtc卡諾定理02111tWTQT 2121( ,)1trTf T TT 02111twTqT 卡諾定理小結(jié)02111twTqT 02111twTqT 卡諾定理T1 bssc1T1q2T2q as243d1141qT s2232qTs0

8、2211111twqTqqT 1112mqTs02211111mtmwTqqqT Ts12abcd1212mqTs1mT2mTABCD例題例題3 3 一容器內(nèi)儲(chǔ)存一容器內(nèi)儲(chǔ)存100kg100kg、8585的熱水，周圍介質(zhì)的溫度為的熱水，周圍介質(zhì)的溫度為 4.54.5。若在熱水與周圍介質(zhì)之間裝一熱機(jī)，試求當(dāng)水。若在熱水與周圍介質(zhì)之間裝一熱機(jī)，試求當(dāng)水 與周圍介質(zhì)達(dá)平衡時(shí)能作出的最大功。與周圍介質(zhì)達(dá)平衡時(shí)能作出的最大功。358KTT解解 因高溫?zé)嵩吹臏囟仁亲兓摹?在某一 溫度下可與低溫?zé)嵩?T組成一微元卡諾循環(huán)，其對(duì) 外輸出的最大功為22max1(1)(1)TTWQmcdTTT1 12高溫?zé)嵩磸?/p>

9、高溫?zé)嵩磸? 1變化到變化到2 2的過程中對(duì)外輸出的最大功應(yīng)為的過程中對(duì)外輸出的最大功應(yīng)為1QmcdT上式中上式中dTdT0 0，所以積分號(hào)前應(yīng)加一負(fù)號(hào)。所以積分號(hào)前應(yīng)加一負(fù)號(hào)。1QsT277.65K因?yàn)橐驗(yàn)?是熱源放出的熱量，在計(jì)算中是熱源放出的熱量，在計(jì)算中 應(yīng)取絕對(duì)值，應(yīng)取絕對(duì)值，高溫?zé)嵩吹脑趶母邷責(zé)嵩吹脑趶? 1變化到變化到2 2的過程中對(duì)外輸出的最大功的過程中對(duì)外輸出的最大功2122max2121(1)()lnTppTTTWmcdTmcTTTTT 1m cpt=100 4.2（854.5）3.3810kJ3max414.09 100.121 100%12.1%3.38 10tWQ循環(huán)

10、熱效率循環(huán)熱效率熱源放出熱量熱源放出熱量 277.65100 4.1868 (277.65358)277.65ln358 34.09 10 kJ358K358K解解 方法方法22211112TTTppTTTc dTqdTscTTT1 12假設(shè)循環(huán)如圖假設(shè)循環(huán)如圖sT277.65K277.65KT吸熱量吸熱量112pQmctt放熱量放熱量22QmTs21lnpTcT熱源熵變量熱源熵變量周圍介質(zhì)周圍介質(zhì)( (冷源的熵變量冷源的熵變量) )21231212lnlnppTTssccTT 3解解 方法方法假設(shè)循環(huán)如圖假設(shè)循環(huán)如圖吸熱量吸熱量112pQmctt放熱量放熱量22QmTs周圍介質(zhì)周圍介質(zhì)( (

11、冷源的熵變量冷源的熵變量) )12lnpTscT對(duì)外可能輸出的最大功對(duì)外可能輸出的最大功max12WQQ1max1222lnppTWmcttT cT358K358K1 12sT277.65K277.65KT3221111AqTqT 22110qTqT12120qqTT10niiiqT12120qqTT12120iiiiqqTT12120qqTTsabcdgf12120iiiiqqTT1 22 10ABqqTT1A2B0qT即續(xù)500dx qT0ds 0qT續(xù)50211ATT 12120qqTT10niiiqT211Bqq BA221111qTqT 12120qqTT克勞修斯不等式12120ii

12、iiqqTT12120qqTTscdf12120iiiiqqTT1 22 10ABqqTTA2B0qT1ab 是熱源的溫度。是熱源的溫度。 g續(xù)530qT2 12 11 2bbbqdsdsT 1 22 10abqqTT211 2aqssTqdsTcdfA2B1abg211 22 1abqqssTT 211 2aqssT2112()sss 習(xí)題習(xí)題一熱機(jī)一熱機(jī), ,T T1 1=2000K , =2000K , T T2 2=300K =300K 。判斷下列判斷下列.3各條件下各條件下，各熱機(jī)是可能、可逆或不可能。，各熱機(jī)是可能、可逆或不可能。結(jié)論結(jié)論 Q1=1000J W=90

13、0JQ1=2000J Q2=300JQ2=500J W=1500J 1 2 30.85tc克克勞勞修修斯斯不不等等式式900100020003002000150015005000.9tc0.85tc0.75tc 不可能不可能 可逆可逆 不可逆不可逆方方 法法熵熵增增原原理理計(jì)計(jì) 算算結(jié)結(jié) 果果結(jié)結(jié) 論論卡卡 諾諾 定定 理理計(jì)計(jì) 算算結(jié)結(jié) 論論10001000900200030020003002000300(500 1500)500200030012SS1WQ 不可能不可能 可逆可逆 不可逆不可逆計(jì)計(jì) 算算QT1000(1000900)200030020003002000300500 1500

14、50020003000.1670isoS 結(jié)結(jié) 果果0isoS0.670isoS結(jié)結(jié) 果果0.1670QT0QT0.67QT 不可能不可能 可逆可逆 不可逆不可逆已已 知知 條條 件件 當(dāng)系統(tǒng)從一狀態(tài)可逆地變化到與給定環(huán)境相平衡的當(dāng)系統(tǒng)從一狀態(tài)可逆地變化到與給定環(huán)境相平衡的狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)時(shí)，理論上理論上可以轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的那部分能量，稱為可以轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的那部分能量，稱為可用能可用能( (exergy), ,用符號(hào)用符號(hào)Ex表示。余下的不可能轉(zhuǎn)換為機(jī)表示。余下的不可能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的部分能量稱為該能量中的無用能部分，稱為該能械功的部分能量稱為該能量中的無用能部分，稱為該能量中的無用能（量中的無用能（

15、anergy anergy 嫵或寂）用嫵或寂）用n n表示。這樣，總表示。這樣，總能量能量可以表示成可以表示成 （總能量）（總能量）ExEx（可用能）（可用能）n n（無用能）（無用能）4-5 4-5 熱量的可用能（有效能）及其不可逆損失熱量的可用能（有效能）及其不可逆損失(P86)(P86)1.1.可用能可用能( (有效能有效能) )能量的分類0,max(1)x QTEWQTmax00(1)nQAQWTTQQQTTTSabcdTmaxW1q0T,n QAabEx = 面積abcdaAnQ = 面積Q = Ex,QAn,Q dcb a d077(1)273235.0824 10(1)=4.32

16、 10 kJ273 1727QTEQT7765.0824 104.32 10 =7.624 10 kJQQE例題0273231=10.85273 1727QtcETTQ 0273231=10.359273550tcTT 01/TT續(xù)610,1Ax QATEQTABisoABABTTQQSQTTT T,Ax QEABQABisoABABTTQQSQTTT T0,1Ax QATEQTA,BABx Qx QTTEE有,Ax QELELE10,1Bx QBTEQT,Bx QE23ABisoABABTTQQSQTTT T0,1Ax QATEQT0,1Bx QBTEQT00,11ABLx Qx QABTTEEEQQTT00