清華大學(xué)工程熱力學(xué)課件 第4章03

1、作業(yè)4-44-54-64-8請(qǐng)你 判斷熱二律可否表述為：功可以全部轉(zhuǎn)換為熱， 而熱不能全部轉(zhuǎn)換為功 ? 溫度界限相同的一切可逆機(jī)的效率都相等 ? 一切不可逆機(jī)的效率都小于可逆機(jī)的效率 ?理氣 T 膨脹 (1)體積膨脹,對(duì)外界有影響 (2)不能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)換為功4-4 熵 Entropy的導(dǎo)出熱二律推論之一 卡諾定理給出熱機(jī)的最高理想熱二律推論之二 克勞修斯不等式反映循環(huán)方向性熱二律推論之三 熵反映方向性熵的導(dǎo)出定義：熵克勞修斯(R.Clausius)于19世紀(jì)中葉首先引入，1865年起稱式中S為entropy，后由清華劉仙洲教授譯為“熵”。小知識(shí)克勞修斯不等式可逆過(guò)程， ， 代表某一狀態(tài)參數(shù)

2、不可逆= 可逆4-5-1 不可逆過(guò)程S與傳熱量S與傳熱量不可逆= 可逆：不可逆過(guò)程=：可逆過(guò)程定義熵產(chǎn)：由不可逆因素引起的熵產(chǎn)是過(guò)程不可逆性程度的度量熵流：永遠(yuǎn)熱二律表達(dá)式之一Entropy flow and Entropy generation熱流進(jìn)、出系統(tǒng)引起熵變、熵流和熵產(chǎn) 的正負(fù)任意不可逆過(guò)程可逆過(guò)程不可逆絕熱過(guò)程可逆絕熱過(guò)程不易求4-5-2 熵變的計(jì)算1. 理想氣體僅可逆過(guò)程適用Ts1234任何過(guò)程a. 初、終態(tài)b. 定義式熵變的計(jì)算（續(xù)）2. 非理想氣體：查圖表3. 固體和液體：通常常數(shù)例：水熵變與過(guò)程無(wú)關(guān)而熵變的計(jì)算（續(xù)）4. 熱源(蓄熱器)：RQ1Q2WT2T1熱源T1的熵變：

3、 與外界交換熱量 T 始終不變熵變的計(jì)算（續(xù)）5. 功源（蓄功器）：與只外界交換功功源的熵變：無(wú)耗散、無(wú)熱量交換可以設(shè)想為 理想彈簧4-6 孤立系統(tǒng)熵增原理無(wú)質(zhì)量交換結(jié)論：孤立系統(tǒng)的熵只能增大，或者不變， 絕不能減小， 孤立系統(tǒng)熵增原理無(wú)熱量交換無(wú)功量交換孤立系統(tǒng) 不可逆過(guò)程= 可逆過(guò)程熱二律表達(dá)式之一孤立系統(tǒng)熵增原理的方便應(yīng)用孤立系統(tǒng)=非孤立系統(tǒng) + 相關(guān)外界 不可逆過(guò)程 irreversible process= 可逆過(guò)程 reversible processT2)是不可逆過(guò)程QT2T1用克勞修斯不等式 用用用沒(méi)有循環(huán)不好用不知道孤立系熵增原理舉例 1 （續(xù)）QT2T1取熱源T1和T2為孤

4、立系當(dāng)T1T2不可逆過(guò)程用孤立系熵增原理舉例 1 （續(xù)）QT2T1取熱源T1和T2為孤立系STT1T2孤立系熵增原理舉例 2兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī)Q2T2T1RWQ1功源注意： 熱量的正和負(fù)以 有關(guān)物體為對(duì)象而孤立系熵增原理舉例 2 （續(xù)）Q2T2T1RWQ1功源STT1T2兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī)孤立系熵增原理舉例 3 T1T2RQ1Q2W令 Q1=Q1，tIR tR，W W 又 IRWQ1Q2兩恒溫?zé)嵩撮g工作的不可逆熱機(jī)孤立系熵增原理舉例3 （續(xù)）T1T2IRWQ1Q2兩恒溫?zé)嵩撮g工作的不可逆熱機(jī)STT1T2RQ1Q2W孤立系熵增原理舉例 4功熱 是不可逆過(guò)程T1WQ功源單熱源取熱功

5、 是不可能的孤立系熵增原理舉例 5Q2T2T0WQ1功源冰箱制冷過(guò)程 T2 T2不可逆過(guò)程T0T1QW1T0T2QW2熱量Q的量沒(méi)變，但不可逆過(guò)程熵增，導(dǎo)致作功能力下降，即能量貶值 或 功的耗散作功能力損失RQ1Q2WR由卡諾定理 tR tIR 可逆T1T0IRWIRQ1Q2作功能力: 以環(huán)境為基準(zhǔn), 系統(tǒng)可能作出的最大功令 Q1=Q1 ， WR WIR 作功能力損失：作功能力損失 （續(xù)）T1T0RQ1Q2WIRWQ1Q2令 Q1=Q1 作功能力損失：Q1=Q1 4-7 熵方程閉口系開(kāi)口系out(2)in(1)ScvQW穩(wěn)定流動(dòng)與熵變有關(guān)的表達(dá)式 可逆過(guò)程傳熱的大小和方向 不可逆程度的量度作功

6、能力損失 孤立系熵增 熵變與傳熱量 循環(huán)克勞修斯不等式熱二律表達(dá)式熵與不可逆討論(例1)可逆熱機(jī)2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ熵與不可逆討論(例1 續(xù))可逆熱機(jī)2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJScycle=0 ，Siso=0ST2000 K300 K熵與不可逆討論(例2)2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ不可逆熱機(jī)83 kJ17 kJ由于膨脹時(shí)摩擦摩擦耗功 2kJT0=300K作功能力損失=T0Siso= 2kJ熵與不可逆討論(例2 續(xù))2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ不可逆熱機(jī)83 kJ17 kJ由于膨脹

7、時(shí)摩擦 = T0Siso =2kJ Scycle=0T0ST2000 K300 K Siso熵與不可逆討論(例3)有溫差傳熱的可逆熱機(jī)2000 K300 K100 kJ16 kJ84 kJ100 kJ1875 K熵與不可逆討論(例3 續(xù))有溫差傳熱的可逆熱機(jī)2000 K300 K100 kJ16 kJ84 kJ100 kJ1875 KST2000 K300 K1875 K Siso Scycle=0T0 S熱源溫差熵與不可逆討論(例4)某熱機(jī)工作于T1=800K和T2=285K兩個(gè)熱源之間，q1=600kJ/kg，環(huán)境溫度為285K， 試求：(1) 熱機(jī)為卡諾機(jī)時(shí)，循環(huán)作功量及熱效率(2) 若

8、高溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?0K溫差，絕熱膨脹不可逆性引起熵增，低溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?5K溫差，這時(shí)的循環(huán)作功量、熱效率、孤立系熵增和作功能力損失。熵與不可逆討論(例4 續(xù)1) （1）卡諾熱機(jī) 求熱效率、循環(huán)作功量800 KST285 K（q1=600kJ/kg） 熵與不可逆討論(例4 續(xù)2) 800 K285 Kq1q2wq1750 K300 Kq2高溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?0K溫差絕熱膨脹不可逆性引起熵增0.25kJ/kg.K低溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?5K溫差（2）溫差傳熱、不可逆膨脹熵與不可逆討論(例4 續(xù)3) 800 KsT285 K750 K300 K s1800 K285 Kq1q2wq1=600750 K300 Kq2s不可熵與不可逆討論(例4 續(xù)4)某熱機(jī)工作于T1=800K和T2=285K兩個(gè)熱源之間，q1=600kJ/kg，環(huán)境溫度為285K， 試求：(1) 熱機(jī)為卡諾機(jī)時(shí)，循環(huán)作功量及熱效率(2) 若高溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?0K溫差，絕熱膨脹不可逆性引起熵增