工程熱力學(xué)（52學(xué)時） 第五章 熱力學(xué)第二定律(2)

1、Ex Ex 與與AnAn 南京航空航天大學(xué)南京航空航天大學(xué) 能源與動力學(xué)院能源與動力學(xué)院2015火用火無5-7 系統(tǒng)的作功能力（火用）系統(tǒng)的作功能力（火用） 及熵產(chǎn)與作功能力損失及熵產(chǎn)與作功能力損失“熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律”說明了不同形式的能量說明了不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換，且在轉(zhuǎn)換中可以相互轉(zhuǎn)換，且在轉(zhuǎn)換中數(shù)量守恒數(shù)量守恒。 “ “熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律”進(jìn)一步指出，不同形式進(jìn)一步指出，不同形式能量的品質(zhì)是不相同的，表現(xiàn)為能量的品質(zhì)是不相同的，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)換為功的能轉(zhuǎn)換為功的能力不同力不同。 YongYong正是一個可單獨評價能量品質(zhì)的物理正是一個可單獨評價能量品質(zhì)的物理量量。在給

2、定環(huán)境條件下，任一形式的能量中，在給定環(huán)境條件下，任一形式的能量中，理論上理論上最大可能地轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉ψ畲罂赡艿剞D(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰康哪遣糠帜芰糠Q為該能量的稱為該能量的YongYong，或稱為有效能、可用能。，或稱為有效能、可用能。能量中能量中不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Σ荒苻D(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰糠Q為的那部分能量稱為WuWu或無效能?；驘o效能。nxAEE任何一種形式的能量任何一種形式的能量E E 都可以看成由都可以看成由YongYong（E Ex x）和）和WuWu（A An n）所組成：）所組成：nxAEEmax293110050041.4WkJmax2931100100070.7WkJ熱一律：熱

3、一律：由由An轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為Ex不可能不可能00001QTTTExQT STTTTSQTS 0QQAnQExTSQQQExAn0001QTExQTQQTQTST0QAnTSQQQExAnQ ,T0一定，一定，T ExQT一定，一定，Q ExQ0max21TWQT220Qmax20201QTExWQTSQT max1max20011TTWQWQTT02max22011CTQWQQTTTT2Q02ExTSQ 2Q0AnTS冷量冷量Ex可理解為可理解為: TT0,肯定是對其作功才形肯定是對其作功才形成的，而這個功（就是成的，而這個功（就是Ex）就）就儲存在冷量里了。儲存在冷量里了。qqexu=?經(jīng)某可

4、逆過程，經(jīng)某可逆過程，與與環(huán)境達(dá)到平環(huán)境達(dá)到平衡，狀態(tài)為衡，狀態(tài)為u0, s0, T0, p0, v0，過過程中放熱程中放熱 ,對外作功為對外作功為w q假定假定 通過可逆熱機(jī)作功通過可逆熱機(jī)作功 wqqq01quuwiso0100qsssT001qTss 10010wuuTssqq10010wuuTssu001exwpvvu10010010exuuTsspvvu1, s1, T1, p1, v1u010010anTsspvvmaxu1u212012012wexexuuTsspvvu10010010exuuTsspvvu110010010exuuTsspvv求：該膨脹過程對外界的最大有用功求：

5、該膨脹過程對外界的最大有用功01110p0001001001lnlnln1244/RTTpRTTcRpTpppppRTkJ kgpp maxu1u2wexex01u1001ln1244/ppexRTkJ kgppmaxu1u218kJ/kgwexex02u2002ln1226/ppexRTkJ kgpp求：該膨脹過程對外界的最大有用功求：該膨脹過程對外界的最大有用功qq流量流量1kg的工質(zhì)，初態(tài)為的工質(zhì)，初態(tài)為h1, s1, c1, z1exh=?經(jīng)穩(wěn)定經(jīng)穩(wěn)定可逆可逆流動，與環(huán)境流動，與環(huán)境達(dá)到平衡，狀態(tài)為達(dá)到平衡，狀態(tài)為h0, s0, c0, z0，過程中放熱為過程中放熱為 ,對外對外作功為

6、作功為wsqqqq22010101s12qhhccg zzwiso0100qsssThs10010exwhhTssmaxh1h212012wexexhhTssh10010exhhTss壓氣機(jī)壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒室t1=900p1=8.5bart2=477p2=1.03bart0=25p0=1.0barR=0.287kJ/kg.Kcp=1.10kJ/kg.K求求:exh1, exh2燃?xì)廨啓C(jī)最大功燃?xì)廨啓C(jī)最大功maxh1h2499.2kJ/kgwexexh110010exhhTss11p100p00lnln696.4kJ/kgTpcTTTcRTph220020exhhTss22p20

7、0p00lnln197.2kJ/kgTpcTTTcRTp可逆功可逆功exExEx有效的輸出輸入的ExEx進(jìn)出熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)Ex效率效率Ex平衡平衡動力裝置動力裝置exinoutWExExnett1WQnet耗功裝置耗功裝置outinexExExW換熱設(shè)備換熱設(shè)備exExEx冷流體得到的熱流體放出的加熱加熱Ex. balance、 Ex. efficiency、 Ex. destroyedEx1Ex212sExExWI 21sQHHW1201221()()IHHT SSHHQ012()T SSQ Q0210()QTSST0isoTS12()mhh熱43()mhh冷h1h3h2h4Im exm

8、exm exm ex熱冷熱冷h1h2h3h4()()mexexmexex熱冷021043()()T SST SSm熱熱1234m冷冷1201234034()()mhhT ssmhhT ss熱冷0isoTSmaxh1h21201212()wexexhhT sshhTsT0122h1h212012()exexhhT sswEx損失損失max22wwhh歸納： Ex損失即作功能力損失. 均可以T0Sg（=T0Siso）計算。 剛性容器內(nèi)貯有剛性容器內(nèi)貯有4kg4kg空氣，現(xiàn)分別采空氣，現(xiàn)分別采用有溫度為用有溫度為200200o oC C的熱源來供熱的方法以及在絕的熱源來供熱的方法以及在絕熱條件下輸入

9、功量的方法，使空氣的溫度從熱條件下輸入功量的方法，使空氣的溫度從5050o oC C升高到升高到100100o oC C。(1)(1)空氣的熱力學(xué)能、熵在兩種條空氣的熱力學(xué)能、熵在兩種條件下的變化？件下的變化？(2)(2)所需的熱量和功量？所需的熱量和功量？(3)(3)如果環(huán)如果環(huán)境溫度為境溫度為2525o oC C，比較這兩種方法，比較這兩種方法 yongyong變化的大變化的大小小m=4kgm=4kgT1T2Q1T1T2W2Th=473KT0=298K 初、終狀態(tài)之間的狀態(tài)參數(shù)變化量和初、終狀態(tài)之間的狀態(tài)參數(shù)變化量和過程的性質(zhì)和途徑?jīng)]有關(guān)系。過程的性質(zhì)和途徑?jīng)]有關(guān)系。12TTmcTmcUv

10、vKJ2 04 初、終狀態(tài)之間的狀態(tài)參數(shù)變化初、終狀態(tài)之間的狀態(tài)參數(shù)變化量和過程的性質(zhì)和途徑?jīng)]有關(guān)系。量和過程的性質(zhì)和途徑?jīng)]有關(guān)系。12lnTTmcSvKKJ412. 0323373ln716. 04 熱力學(xué)第一定律，第一種情況熱力學(xué)第一定律，第一種情況KJTmcUQv2 .1431 熱力學(xué)第一定律，第二種情況熱力學(xué)第一定律，第二種情況KJUW2 .1432 計算Yong損,先利用熵方程求出熵產(chǎn)，然后再乘以環(huán)境溫度T0，方式一pinMwQtotSSSSSKKJTQSh109. 04732 .143412. 0KJSTItot56.32109. 02980 計算計算y

11、ongyong損損, ,先利用熵方程求出熵產(chǎn)，先利用熵方程求出熵產(chǎn)，然后再乘以環(huán)境溫度然后再乘以環(huán)境溫度T T0 0，方式二，方式二pinMwQtotSSSSSKJSTIpin78.122412. 02980 兩物體質(zhì)量相等、比熱容相同（都為常數(shù)），其中A物體初溫為TA，B物體初溫為TB。用它們作熱源和冷源，使可逆熱機(jī)在其同工作，直至兩物體溫度相等時為止。（1）試證明平衡時的溫度為（2）求可逆熱機(jī)作出的總功量；（3）如果兩物體直接接觸進(jìn)行熱交換，直至溫度相等，求此時的平衡溫度及兩物體的總熵增。BAmTTT 取A、B物體及熱機(jī)共同組成孤立系統(tǒng)BAmBAmTTTTBAisoRRBAisoTTTTT

12、TTdTmcTdTmcSSSSSSSSmBmA0ln0002熱機(jī)為可逆熱機(jī)時，其做功量最大BmmATTmcTTmcQQW21maxQ1為物體A在該過程中釋放的熱量Q2為物體B在該過程中吸收的熱量平衡溫度由能量平衡方程式求得2/BAmBmmATTTTTmcTTmc兩物體組成系統(tǒng)的熵變化量為BABATTTTBATTTTmcSTdTmcTdTmcSSSmBmA4ln2/ 兩個容器通過閥門可以連通。初態(tài)時，在兩個容器通過閥門可以連通。初態(tài)時，在容積為容積為3m3m3 3的容器的容器A A中，空氣的壓力為中，空氣的壓力為0.8MPa0.8MPa，溫，溫度為度為1717o oC C。容積為。容積為1m1m

13、3 3的容器的容器B B則為真空。閥門打開則為真空。閥門打開后，空氣由后，空氣由A A流入流入B B，當(dāng)兩個容器內(nèi)壓力相等時關(guān)，當(dāng)兩個容器內(nèi)壓力相等時關(guān)閉閥門。若整個過程中兩個容器均為絕熱，計算閉閥門。若整個過程中兩個容器均為絕熱，計算連通過程中的熵產(chǎn)？連通過程中的熵產(chǎn)？ 從整體考慮：和外界無熱量、功量交換從整體考慮：和外界無熱量、功量交換 內(nèi)能變化為內(nèi)能變化為0 01112222221221220AAABABBAAABvBAAvATmTmmTmTmTTcmTTcmTmRpVg11222112222AABAAABBAAVpVVpVpVpVp 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程KgRTVpmAAA83.28290287. 0380011MPapVVVpABA