工程热力学第五章--课件.ppt

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1、第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律The second law of thermodynamics5-1 热力学第二定律热力学第二定律5-2 卡诺循环和多热源可逆循环分析卡诺循环和多热源可逆循环分析5-4 熵、热力学第二定律的数学表达式熵、热力学第二定律的数学表达式5-5 熵方程熵方程5-7 火用参数的基本概念热量火用参数的基本概念热量火用火用5-8 工质工质火用及系统火用平衡方程火用及系统火用平衡方程5-3 卡诺定理卡诺定理5-6 孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理1PPT课件工程热力学的研究内容工程热力学的研究内容 1、能量转换的基本定律 2、工质的基本性质与热力过程3、热功转换设备

2、、工作原理4、化学热力学基础2PPT课件本章知识点本章知识点理理解解热热力力学学第第二二定定律律的的实实质质，卡卡诺诺循循环环，卡卡诺诺定定理理，孤孤立立系系统统熵熵增增原原理理，深深刻刻理理解解熵熵的定义式及其物理意义。的定义式及其物理意义。熟熟练练应应用用熵熵方方程程，任任意意过过程程熵熵的的变变化化以以及及作功能力损失作功能力损失的计算。的计算。了解了解火用、火无火用、火无 的概念。的概念。3PPT课件能量之间能量之间数量数量的关系的关系热力学第一定律热力学第一定律能量守恒与转换定律能量守恒与转换定律所有满足能量守恒与转换定律所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能的过程是否都能自发自发

3、进行进行4PPT课件51 热力学第二定律热力学第二定律一、自发过程的方向性一、自发过程的方向性只要只要Q不大于不大于Q，并不违反第一定律并不违反第一定律QQ?自发过程自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程自然界自发过程都具有方向性自然界自发过程都具有方向性5PPT课件自发过程的方向性自发过程的方向性l水自动地由高处向低处流动水自动地由高处向低处流动l摩擦生热摩擦生热l电流自动地由高电势流向低电势电流自动地由高电势流向低电势l热量由高温物体传向低温物体热量由高温物体传向低温物体6PPT课件自发过程的方向性自发过程的方向性功量功量摩擦生热摩擦生热热量热量1

4、00%热量热量发电厂发电厂功量功量40%放热放热7PPT课件重物下落，水温升高重物下落，水温升高;水温下降，重物升高水温下降，重物升高？只要重物位能增加小于等于水的内能只要重物位能增加小于等于水的内能减少，不违反第一定律。减少，不违反第一定律。电流通过电阻，产生热量电流通过电阻，产生热量对电阻加热，电阻内产生反向对电阻加热，电阻内产生反向电流电流？只要电能不大于加入热能，不只要电能不大于加入热能，不违反第一定律。违反第一定律。8PPT课件归纳：归纳：1）自发过程有）自发过程有方向性方向性；2）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是 要有要有附加条件附加条

5、件；3）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。能量转换方向性的能量转换方向性的实质是实质是能质能质有差异有差异无限可转换能无限可转换能机械能，电能机械能，电能部分可转换能部分可转换能热能热能不可转换能不可转换能环境介质的热力学能环境介质的热力学能9PPT课件 热力学第二定律的实质热力学第二定律的实质能不能找出能不能找出共同共同的规律性的规律性?能不能找到一个判据能不能找到一个判据?自然界过程的自然界过程的方向性方向性表现在不同的方面表现在不同的方面热力学第二定律热力学第二定律10PPT课件二、第二定律的两种典型表述二、第二定律的两种典型表述 热功转换热功

6、转换 传传 热热 热二律的热二律的表述表述有有 60-7060-70 种种 1851年年 开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述 热功转换的角度热功转换的角度 1850年年 克劳修斯表述克劳修斯表述 热量传递的角度热量传递的角度11PPT课件开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述 不可能从不可能从单一热源单一热源取热，并使之完全取热，并使之完全转变为转变为有用功有用功而不产生其它影响而不产生其它影响。热机热机不可能将从不可能将从热源热源吸收的热量全部转吸收的热量全部转变为有用功，而必须将某一部分传给变为有用功，而必须将某一部分传给冷源冷源。理想气体理想气体 T 过程过程 q=w12PPT课件理想气体理想气

7、体 T 过程过程q=wT s p v 1 1 2 2 热机：连续作功热机：连续作功 构成循环构成循环1 1 2 2 有吸热，有放热有吸热，有放热 热机热机不可能将从不可能将从热源热源吸收吸收的热量全部转变为有用功，而的热量全部转变为有用功，而必须将某一部分传给必须将某一部分传给冷源冷源。13PPT课件克劳修斯表述克劳修斯表述 不可能将热从低温物体传至高温物体不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化而不引起其它变化。热量不可能自发地、不付代价地从低热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体温物体传至高温物体。空调空调,制冷制冷代价：耗功代价：耗功14PPT课件两种表述的关系两种表

8、述的关系开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述 完全等效!克劳修斯表述克劳修斯表述违反一种表述,必违反另一种表述!15PPT课件证明1、违反开表述导致违反克表述 Q Q1 1=W=WA A+Q+Q2 2 反证法：假定违反开表述反证法：假定违反开表述反证法：假定违反开表述反证法：假定违反开表述 热机热机热机热机A A从单热源吸热全部作功从单热源吸热全部作功从单热源吸热全部作功从单热源吸热全部作功QQ1 1=W=WA A 用热机用热机用热机用热机A A带动可逆制冷机带动可逆制冷机带动可逆制冷机带动可逆制冷机B B 取绝对值取绝对值取绝对值取绝对值 Q Q1 1-Q-Q2 2=W=WA A=Q=Q1 1

9、Q Q1 1-Q-Q1 1=Q=Q2 2 违反克表述违反克表述违反克表述违反克表述热源热源热源热源T T1 1 A AB B冷源冷源冷源冷源 T T2 2 TT1 1 QQ2 2 QQ1 1 WWA AQQ1 116PPT课件证明2、违反克表述导致违反开表述 W WA A=Q=Q1 1-Q-Q2 2反证法：假定违反克表述反证法：假定违反克表述反证法：假定违反克表述反证法：假定违反克表述 QQ2 2热量无偿从冷源送到热源热量无偿从冷源送到热源热量无偿从冷源送到热源热量无偿从冷源送到热源假定热机假定热机假定热机假定热机A A从热源吸热从热源吸热从热源吸热从热源吸热QQ1 1 冷源无变化冷源无变化冷

10、源无变化冷源无变化 从热源吸收从热源吸收从热源吸收从热源吸收QQ1 1-Q-Q2 2全变成功全变成功全变成功全变成功WWA A 违反开表述违反开表述违反开表述违反开表述 T T1 1 热源热源热源热源A A冷源冷源冷源冷源 T T2 2 T100不可能不可能热二律否定第二类永动机热二律否定第二类永动机 t=100不可能不可能20PPT课件第二类永动机不可以制成，是因为？A、违背了能量的守恒定律B、热量总是从高温物体传递到低温物体C、机械能不能全部转变为热力学能D、热力学能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化D21PPT课件52 卡诺循环和多热源可逆循环分析卡诺循环和多热源可逆循环分析法国工

11、程师法国工程师卡诺卡诺(S.Carnot,1796-1832,法国法国)，1824年提出年提出卡诺卡诺循环循环既然既然 t=100不可能不可能热机能达到的热机能达到的最高效率最高效率有多少？有多少？热二律奠基人热二律奠基人效率最高效率最高22PPT课件循环循环Cycle：工质工质工质工质经过一系列的状态变化经过一系列的状态变化经过一系列的状态变化经过一系列的状态变化,重新回复到原来重新回复到原来重新回复到原来重新回复到原来状态的全部过程。状态的全部过程。状态的全部过程。状态的全部过程。将热能转化成机械能的循环叫将热能转化成机械能的循环叫将热能转化成机械能的循环叫将热能转化成机械能的循环叫正向循

12、环正向循环正向循环正向循环,它使它使它使它使外界得到功。外界得到功。外界得到功。外界得到功。将机械能转化为热能的循环叫将机械能转化为热能的循环叫将机械能转化为热能的循环叫将机械能转化为热能的循环叫逆向循环逆向循环逆向循环逆向循环,效果效果效果效果是将热量从低温物体传给高温物体是将热量从低温物体传给高温物体是将热量从低温物体传给高温物体是将热量从低温物体传给高温物体,消耗外功。消耗外功。消耗外功。消耗外功。23PPT课件正向循环正向循环（Forward cyclepower cycle)顺时针方向顺时针方向Clockwise directionp pV V2 21 1T TS S1 12 2w

13、wnetnetq q1 1-q-q2 2=w=wnetnet总效果总效果Net result：Output work,Input heat24PPT课件逆向循环逆向循环（Converse cycle-Refrigeration cycle）净效果净效果Net result：Input work,Output heat逆时针方向逆时针方向Anticlockwise directionp pV VT TS S2 21 11 12 2w wnetnetq q1 1-q-q2 2=w=wnetnet25PPT课件可逆循环与不可逆循环可逆循环与不可逆循环Reversible and irreversib

14、le cycle可可逆逆循循环环reversible cycle:经经过过一一个个可可逆逆循循环环之之后后,整整个个体体系系,包包括括工工质质、高高温温热热源源和和低低温温热热源源都都回回复复到到原原来来状状态态,而而不不留留下下任任何改变。何改变。不不可可逆逆循循环环irreversible cycle:经经过过一一个个不可逆循环后不可逆循环后,运运用用任任何何方方法法都都不不可可能能使使整个系统全部回复原状而不留下变化。整个系统全部回复原状而不留下变化。26PPT课件一、卡诺循环一、卡诺循环 理想可逆热机循环理想可逆热机循环卡诺循环示意图4-1绝热压缩绝热压缩过程，对内作功过程，对内作功1

15、-2定温吸热定温吸热过程，过程，q1=T1(s2-s1)2-3绝热膨胀绝热膨胀过程，对外作功过程，对外作功3-4定温放热定温放热过程，过程，q2=T2(s2-s1)是是两两个热源的个热源的可逆可逆循环循环27PPT课件卡诺循环卡诺循环热机效率热机效率卡诺循环卡诺循环热机效率热机效率T1T2Rcq1q2w28PPT课件 t,c只取决于只取决于恒温恒温热源热源T1和和T2 而与工质的性质无关；而与工质的性质无关；卡诺循环卡诺循环热机效率的说明热机效率的说明 T1越大越大 t,c越高越高,T2越小越小 t,c越高越高 当当T1=T2，t,c=0,单热源热机不可能单热源热机不可能 T1=K,T2=0

16、K,t,c 100%，热二律热二律29PPT课件讨论：讨论：1）实际循环）实际循环不可能不可能实现卡诺循环，原因：实现卡诺循环，原因：a）一切过程不可逆；一切过程不可逆；b）气体实施等温吸热，等温放热困难；气体实施等温吸热，等温放热困难；c）气体卡诺循环气体卡诺循环wnet太小，若考虑摩擦，太小，若考虑摩擦，输出净功极微。输出净功极微。2）卡诺循环指明了一切热机提高卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向。热效率的方向。30PPT课件二、概括性卡诺循环二、概括性卡诺循环 1.回热和极限回热回热和极限回热 2.概括性卡诺循环及其热效率概括性卡诺循环及其热效率31PPT课件三、逆向卡诺循环三、逆向卡

17、诺循环 制冷系数制冷系数：TcT0-Tc 32PPT课件供暖系数供暖系数：TRTR-T0 33PPT课件三种卡诺循环Three typical carnot cyclesT0T2T1制冷制冷制冷制冷制热制热制热制热TsT1T2动力动力动力动力34PPT课件四、多热源可逆循环四、多热源可逆循环 1.平均吸（放）热温度平均吸（放）热温度注意：注意：1）Tm 仅在可逆过程中有意义仅在可逆过程中有意义2.多热源可逆循环多热源可逆循环2)35PPT课件循环热效率归纳：循环热效率归纳：适用于一切工质，任意循环适用于一切工质，任意循环适用于多热源可逆循环，任意工质适用于多热源可逆循环，任意工质适用于卡诺循环

18、，概括性卡诺循环适用于卡诺循环，概括性卡诺循环,任意工质任意工质36PPT课件实际实际循环与卡诺循环循环与卡诺循环 内燃机内燃机 t1=2000oC，t2=300oC tC=74.7%实际t=3040%卡诺热机只有理论意义，最高理想实际上 T s 很难实现 火力发电 t1=600oC，t2=25oC tC=65.9%实际t=40%回热和联合循环t 可达50%37PPT课件卡诺循环小结卡诺循环小结summary1.在两热源间工作的一切可逆循环在两热源间工作的一切可逆循环,它们的它们的热效率相同热效率相同,只决定于热源和冷源的温度只决定于热源和冷源的温度,与工质的性质无关与工质的性质无关2.温度界

19、限相同温度界限相同,但是有两个以上热源（但是有两个以上热源（多多热源热源）的可逆循环）的可逆循环,其其t tR T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIRWIR-WR=Q2-Q2 0T1无变化无变化从从T2吸热吸热Q2-Q2违反开表述，单热源热机违反开表述，单热源热机WR假定假定Q1=Q1 要证明要证明把把R逆转逆转-WRWIR=Q1-Q2WR=Q1-Q2 对外作功对外作功WIR-WR 克劳修斯的证明克劳修斯的证明反证法反证法假定：假定：WIR=WR若若 tIR tRT1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIR Q1 0从从T2吸热吸热Q2-Q2向向T1放热放热Q1-Q1不付代价不付代价违反克表述违反克表述

20、 要证明要证明 Q1-Q2=Q1-Q2 WR把把R逆转逆转卡诺定理卡诺定理推论一推论一 在两个不同温度的在两个不同温度的恒温热源恒温热源间工作的一切间工作的一切可逆可逆热机热机，具有，具有相同相同的的热效率热效率，且与工质的性质无关，且与工质的性质无关T1T2R1R2Q1Q1Q2Q2WR1 求证：求证：tR1=tR2 由卡诺定理由卡诺定理 tR1 tR2 tR2 tR1 WR2 只有：只有：tR1=tR2 tR1=tR2=tC与工质无关与工质无关43PPT课件卡诺定理卡诺定理推论二推论二 在两个不同温度的在两个不同温度的恒温热源恒温热源间工作的任间工作的任何何不可逆热机不可逆热机，其热效率，其

21、热效率总小于总小于这两个热源这两个热源间工作的间工作的可逆热机可逆热机的效率。的效率。T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIR 已证：已证：tIR tR 只要证明只要证明 tIR=tR 反证法反证法,假定：假定：tIR=tR 令令 Q1=Q1 则则 WIR=WR 工质循环、冷热源均恢复原状，工质循环、冷热源均恢复原状，外界无痕迹，只有可逆才行，外界无痕迹，只有可逆才行，与原假定矛盾。与原假定矛盾。Q1-Q1=Q2 -Q2=0 WR44PPT课件卡诺定理小结卡诺定理小结1、在两个不同在两个不同 T T 的的恒温热源恒温热源间工作的一切间工作的一切 可逆可逆热机热机 tR=tC 2、多多热源间工作的一

22、切可逆热机热源间工作的一切可逆热机 tR多多 同温限间工作卡诺机同温限间工作卡诺机 tC 3、不可逆不可逆热机热机 tIR 同热源间工作同热源间工作可逆可逆热机热机 tR tIR tR=tC 在给定的温度界限间在给定的温度界限间工作的工作的一切热机一切热机，tC最高最高 热机极限热机极限 45PPT课件 某项专利申请书上提出一种热机，从某项专利申请书上提出一种热机，从167 的热源接受热量，的热源接受热量，向向7 冷源排热，热机每接受冷源排热，热机每接受1 000 kJ热量，能发出热量，能发出0.12 kWh 的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？的电力。请判定专利局是否应受理其申请，

23、为什么？解：解：故不违反第一定律故不违反第一定律 根据卡诺定理，在同温限的两个恒温热源之间工作的根据卡诺定理，在同温限的两个恒温热源之间工作的热机，以可逆机效率最高热机，以可逆机效率最高A440155从申请是否违反自然界普遍规律着手从申请是否违反自然界普遍规律着手46PPT课件违反卡诺定理，所以不可能违反卡诺定理，所以不可能或或违反卡诺定理，所以不可能违反卡诺定理，所以不可能返回返回47PPT课件3.卡诺定理指出（）A 相同温限内一切可逆循环的热效率相等B相同温限内可逆循环的热效率必大于不可逆循环的热效率C相同温度的两个恒温热源间工作的一切可逆循环的热效率相等D相同温度的两个恒温热源间工作的一

24、切循环的热效率相等C48PPT课件证明证明：任意可逆过程任意可逆过程可用一组可用一组 初、终态相同的由初、终态相同的由可逆可逆 绝热及等温过程绝热及等温过程组成的组成的 过程替代。过程替代。如图，如图，1-2可用可用1-a，a-b-c及及c-2代替。代替。需证明：需证明：1-2及及1-a-b-c-2的的功和热量分别相等。功和热量分别相等。令面积令面积1、熵、熵为为状态参数状态参数 54 熵、热力学第二定律的数学表达式熵、热力学第二定律的数学表达式49PPT课件又又所以所以50PPT课件2.熵参数的导出熵参数的导出令分割循环的可逆绝热线令分割循环的可逆绝热线无穷大无穷大，且任意两线间距，且任意两

25、线间距离离0,则则51PPT课件 讨论：讨论：1）因证明中仅利用卡诺循环，故与工质性质无关；）因证明中仅利用卡诺循环，故与工质性质无关；2）因）因s是状态参数，故是状态参数，故s12=s2-s1与过程无关；与过程无关；克劳修斯积分等式克劳修斯积分等式，（Tr热源温度热源温度）s是状态参数是状态参数令令3）可逆过程代表某一可逆过程代表某一状态函数状态函数熵于熵于19世纪中叶首先克劳修斯世纪中叶首先克劳修斯(R.Clausius)引入，从引入，从1865年起称年起称为为entropy，由清华刘仙洲教授译成为，由清华刘仙洲教授译成为“熵熵”。令分割循环的可逆绝热线令分割循环的可逆绝热线无穷无穷大大，

26、且任意两线间距离，且任意两线间距离0,则则52PPT课件熵的物理意义熵的物理意义定义：熵定义：熵热源温度热源温度=工质温度工质温度比熵比熵克劳修斯不等式克劳修斯不等式可逆时可逆时熵变表示可逆熵变表示可逆过程中热交换过程中热交换的方向和大小的方向和大小熵的物理意义熵的物理意义53PPT课件1、克劳修斯积分不等式、克劳修斯积分不等式用一组等熵线分割循环用一组等熵线分割循环可逆小循环可逆小循环不可逆小循环不可逆小循环可逆小循环部分：可逆小循环部分：不可逆小循环部分：不可逆小循环部分：二、热力学第二定律的数学表达式二、热力学第二定律的数学表达式54PPT课件可逆部分可逆部分+不可逆部分不可逆部分可逆可

27、逆“=”不可逆不可逆“”77PPT课件绝热稳流开系：绝热稳流开系：稳定流动开口系熵方程（仅考虑一股流出，一股流进）稳定流动开口系熵方程（仅考虑一股流出，一股流进）稳流开口系：稳流开口系：s1、s2分别是进出口截面上工质的比熵78PPT课件 试判断下列各种试判断下列各种“单向单向”过程的熵变是：过程的熵变是：a）正；）正；b）负；）负；c）可正可负；）可正可负；d）零）零1）闭口系经历一可逆变化过程，系统与外界交换功量）闭口系经历一可逆变化过程，系统与外界交换功量10kJ，热量，热量-10kJ，系统熵变，系统熵变。“-”2）闭口系经历一不可逆变化过程，系统与外界交换）闭口系经历一不可逆变化过程，

28、系统与外界交换功量功量10 kJ，热量，热量-10kJ，系统熵变，系统熵变。“-”or”+”3）在一稳态稳流装置内工作的流体经历一不可逆过）在一稳态稳流装置内工作的流体经历一不可逆过程，装置作功程，装置作功20kJ，与外界交换热量，与外界交换热量-15kJ，流体进，流体进出口熵变。出口熵变。“+”or“-”4）在一稳态稳流装置内工作的流体流，经历一可逆）在一稳态稳流装置内工作的流体流，经历一可逆过程，装置作功过程，装置作功20kJ，与外界交换热量，与外界交换热量-15kJ，流体，流体进出口熵变。进出口熵变。“-”A140155返回返回79PPT课件书上P164页例题5-5,5-680PPT课件

29、56孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理孤立系统孤立系统无质量交换无质量交换无热量交换无热量交换无功量交换无功量交换=：可逆过程：可逆过程：不可逆过程：不可逆过程热二律表达式之一热二律表达式之一81PPT课件由熵方程由熵方程因为是孤立系因为是孤立系可逆取可逆取“=”不可逆取不可逆取“”结论：结论：孤立系统的熵只能增大，或者不变，孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能绝不能减小减小，这一规律称为这一规律称为孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理。82PPT课件 3）一切实际过程都不可逆，所以可）一切实际过程都不可逆，所以可根据熵增原理根据熵增原理判别过程进行的方向判别过程进行的方向；讨论：讨论：1）孤立系

30、统熵增原理孤立系统熵增原理Siso=Sg 0，可作为可作为第二定第二定律的律的又一数学表达式，而且是又一数学表达式，而且是更基本的一种表达式更基本的一种表达式；2）孤立系统的熵增原理可推广到闭口绝热系（功孤立系统的熵增原理可推广到闭口绝热系（功量交换无熵变）；量交换无熵变）；83PPT课件a)R“=”IR“”若不可逆，若不可逆，TATB,，以以A为热源为热源B为冷源，利用热为冷源，利用热机可使一部分热能转变成机械能，所以机可使一部分热能转变成机械能，所以孤立系熵增大孤立系熵增大这里也意味着这里也意味着机械能损失机械能损失。84PPT课件R“=”IR“”不可逆使不可逆使孤立系熵增大孤立系熵增大造

31、成的后果是造成的后果是机械能（功）减少机械能（功）减少b)b)热能热能机械能机械能85PPT课件 1、在在任任意意不不可可逆逆过过程程中中，ssf，即即任任意意过过程程的的熵变可表示为：熵变可表示为：阐明了过程进行的方向！阐明了过程进行的方向！阐明了过程进行的方向！阐明了过程进行的方向！并且：并且：二、熵增原理的实质二、熵增原理的实质2、孤孤立立系系统统内内部部存存在在不不平平衡衡势势差差是是过过程程自自动动进进行行的的推推动动力力。随随着着过过程程进进行行，系系统统内内部部由由不不平平衡衡向向平平衡衡发发展展，总总熵熵增增大大，当当总总熵熵最最大大时时，过过程程停止进行，系统达到相应的平衡状

32、态。停止进行，系统达到相应的平衡状态。指出了热过程进行的限度：指出了热过程进行的限度：指出了热过程进行的限度：指出了热过程进行的限度：86PPT课件 3、如果某一过程的进行会导致孤立系统的熵减小，、如果某一过程的进行会导致孤立系统的熵减小，则这种过程不能单独进行，除非有熵增大的过程作为则这种过程不能单独进行，除非有熵增大的过程作为补偿补偿，使孤立系统的总熵增大，至少保持不变，使孤立系统的总熵增大，至少保持不变熵增原理的实质熵增原理的实质补偿过程补偿过程就是伴随着熵减少的过程一起进行的熵就是伴随着熵减少的过程一起进行的熵增过程；实际过程总是朝熵增大的方向进行增过程；实际过程总是朝熵增大的方向进行

33、热源热源热源热源T1T1QQ1 1热机热机热机热机QQ2 2冷源冷源冷源冷源T2T2熵减熵减熵减熵减熵增熵增熵增熵增WW0 087PPT课件 利用孤立系统熵增原理证明下述循环发动机是不可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能制成的:它从它从167 的热源吸热的热源吸热1 000 kJ，向，向7 的冷的冷源放热源放热568 kJ，输出循环净功，输出循环净功432 kJ。证明：证明：所以该热机是不可能制成的所以该热机是不可能制成的A340133取热机、热源、冷源组成闭口绝热系取热机、热源、冷源组成闭口绝热系返回返回88PPT课件熵的问答题1 1 1 1、任何过程，熵只增不减、任何过

34、程，熵只增不减、任何过程，熵只增不减、任何过程，熵只增不减2 2 2 2、若若若若从从从从某某某某一一一一初初初初态态态态经经经经可可可可逆逆逆逆与与与与不不不不可可可可逆逆逆逆两两两两条条条条路路路路径径径径到到到到达达达达同同同同一终点，则不可逆途径的一终点，则不可逆途径的一终点，则不可逆途径的一终点，则不可逆途径的 S S必大于可逆过程的必大于可逆过程的必大于可逆过程的必大于可逆过程的 S S3 3 3 3、可逆循环、可逆循环、可逆循环、可逆循环 S S等于等于等于等于零，不可逆循环零，不可逆循环零，不可逆循环零，不可逆循环 S S大于零大于零大于零大于零 4 4 4 4、不可逆过程、不

35、可逆过程、不可逆过程、不可逆过程 S S永远永远永远永远大于可逆过程大于可逆过程大于可逆过程大于可逆过程 S S 89PPT课件哪个参数才能正确评价能的价值 热量？500 K500 K293 K293 K100 kJ100 kJ1000 K1000 K100 kJ100 kJ293 K293 K57 火用参数的基本概念热量火用火用参数的基本概念热量火用90PPT课件哪个参数才能正确评价能的价值 焓？h1=h2p1p2w1w2w1 w291PPT课件哪个参数才能正确评价能的价值 内能？u1=u2p0p0w1w2w1 w292PPT课件三种不同品质的能量 1 1、可无限转换的能量、可无限转换的能量

36、、可无限转换的能量、可无限转换的能量如：如：如：如：机械能、电能、水能、风能机械能、电能、水能、风能机械能、电能、水能、风能机械能、电能、水能、风能理论上可以完全转换为功的能量理论上可以完全转换为功的能量理论上可以完全转换为功的能量理论上可以完全转换为功的能量 2 2、不能转换的能量、不能转换的能量、不能转换的能量、不能转换的能量理论上不能转换为功的能量理论上不能转换为功的能量理论上不能转换为功的能量理论上不能转换为功的能量 如：如：如：如：环境（大气、海洋）环境（大气、海洋）环境（大气、海洋）环境（大气、海洋）3 3、可有限转换的能量、可有限转换的能量、可有限转换的能量、可有限转换的能量理论

37、上不能完全转换为功的能量理论上不能完全转换为功的能量理论上不能完全转换为功的能量理论上不能完全转换为功的能量如：如：如：如：热能、焓、内能热能、焓、内能热能、焓、内能热能、焓、内能（ExEx）（AnAn）（Ex+AnEx+An）93PPT课件一一、能量的可转换性能量的可转换性、火用和火无、火用和火无 火用火用(exergyexergy)：在在在在环环环环境境境境条条条条件件件件下下下下，能能能能量量量量中中中中可可可可转转转转化化化化为为为为有有有有用用用用功功功功的的的的最最最最高份额称为该能量的高份额称为该能量的高份额称为该能量的高份额称为该能量的火用火用；用；用；用；用E Ex x表示。

38、表示。表示。表示。热热热热力力力力系系系系只只只只与与与与环环环环境境境境相相相相互互互互作作作作用用用用、从从从从任任任任意意意意状状状状态态态态可可可可逆逆逆逆地地地地变变变变化化化化到到到到与与与与环环环环境境境境平平平平衡衡衡衡时时时时，作作作作出出出出的的的的最最最最大大大大有有有有用用用用功功功功称称称称为该热力系的为该热力系的为该热力系的为该热力系的火用火用。火无火无(anergyanergy)：系系系系统统统统中中中中不不不不能能能能转转转转变变变变为为为为有有有有用用用用功功功功的的的的那那那那部部部部分分分分能能能能量量量量称称称称为为为为火无火无；用；用；用；用A An

39、n表示。表示。表示。表示。94PPT课件二、二、热量火用和冷量火用热量火用和冷量火用因因T0基本恒定，故基本恒定，故qun s12热源传出的热量中理论上可转化为热源传出的热量中理论上可转化为最大有用功最大有用功的热量。的热量。1、热量火、热量火用用96PPT课件讨论：讨论：1）qa是环境条件下热源传出热量中可转化为功的最高是环境条件下热源传出热量中可转化为功的最高份额，称为份额，称为热量火用热量火用；2）qun是理想状况下热量中仍不能转变为功的部分，是理想状况下热量中仍不能转变为功的部分，是热能的一种是热能的一种属性属性，环境条件和热源确定后，环境条件和热源确定后不能消除和不能消除和减少减少，

40、称为，称为热量火无热量火无；3）与环境有温差的热源传出的热量具备作功能力，因）与环境有温差的热源传出的热量具备作功能力，因此循环中排向环境的热量未必是废热，而环境介质中的此循环中排向环境的热量未必是废热，而环境介质中的内热能全部是内热能全部是废热废热。4）qa与热源放热过程特征有关，因此与热源放热过程特征有关，因此 qa从严格意义上从严格意义上讲不是状态参数。讲不是状态参数。97PPT课件 2、冷量火用、冷量火用 冷量冷量低于环境温度传递的热量。低于环境温度传递的热量。整理整理98PPT课件讨论：讨论：1）热量的可用能和冷量的可用能计算式差一负号）热量的可用能和冷量的可用能计算式差一负号,即即

41、“热流与热量可用能同向；冷量与可用能反向热流与热量可用能同向；冷量与可用能反向。”2）热（冷）量可用能与）热（冷）量可用能与T的关系。的关系。热量可用能热量可用能冷量可用能冷量可用能99PPT课件100PPT课件冷量火用的说明冷量火用的说明 实实实实际际际际上上上上，只只只只要要要要系系系系统统统统状状状状态态态态与与与与环环环环境境境境的的的的状状状状态态态态有有有有差差差差别别别别，就有可能对外作功，就有就有可能对外作功，就有就有可能对外作功，就有就有可能对外作功，就有E Ex x T TS ST T0 0T TE Ex xQQ2 2QQ0 0 冷量冷量冷量冷量E Ex x可理解为可理解为

42、可理解为可理解为:T T T T0 0,肯定是对肯定是对肯定是对肯定是对其作功才形成的，而这个功（就是其作功才形成的，而这个功（就是其作功才形成的，而这个功（就是其作功才形成的，而这个功（就是E Ex x）就储存在冷量里了。）就储存在冷量里了。）就储存在冷量里了。）就储存在冷量里了。101PPT课件不可逆过程的火用损失不可逆过程的火用损失不可逆过程的火用损失不可逆过程的火用损失三、孤立系统熵增与火用损失，能量贬值原理三、孤立系统熵增与火用损失，能量贬值原理（以不可逆传热为例）（以不可逆传热为例）（以不可逆传热为例）（以不可逆传热为例）TAT0TBQQwmaxQ0Q0Wmax不可逆过程的熵增大为

43、：孤立系统熵增等于熵产，可得：孤立系统熵增等于熵产，可得：102PPT课件S ST T S SA A S SB B S Sg gT T0 0T TB BT TA A热量Q由A传到B，热量的数量并未减少，但Q中的热量火用减少了，热量的品质降低了，即能量贬值了103PPT课件一、闭口系工质的热力学能火用一、闭口系工质的热力学能火用 工质的作功能力工质的作功能力工质因其状态不同于环境而具工质因其状态不同于环境而具备的作功能力。通常是指备的作功能力。通常是指系统只与环境交换热量可逆过系统只与环境交换热量可逆过渡到与环境平衡状态作出的最大理论有用功。渡到与环境平衡状态作出的最大理论有用功。5-8 工质火

44、用及系统火用平衡方程工质火用及系统火用平衡方程105PPT课件气体从初态（气体从初态（p，T）（p0，T0）据据微卡诺机微卡诺机106PPT课件讨论：讨论：1）相对于）相对于p0，T0，wu,max是状态参数，称之是状态参数，称之为为热力学能热力学能 火用火用，用，用Ex,U（ex,U）表示。表示。2）从状态）从状态1状态状态2，闭口系的最大有用功。，闭口系的最大有用功。3）pp0,TT0时物系的作功能力时物系的作功能力4）因为是最大有用功，）因为是最大有用功，所以必须一切过程可逆；所以必须一切过程可逆；最终向环境排热。最终向环境排热。如：真空系统作功能力如：真空系统作功能力=p0V107PP

45、T课件闭口系统内能的Ex与An的说明 1 1）闭口系的热力学能闭口系的热力学能闭口系的热力学能闭口系的热力学能u u1 1-u u0 0，只有一部分是，只有一部分是，只有一部分是，只有一部分是e exuxu其余其余其余其余a anunu=T T0 0(s s1 1-s s0 0)-)-p p0 0(v v1 1-v v0 0)2 2）当环境当环境当环境当环境p p0,0,T T0 0一定，一定，一定，一定，e exuxu是是是是状态参数状态参数状态参数状态参数 3 3）环境的热力学能很大，但热力学能环境的热力学能很大，但热力学能环境的热力学能很大，但热力学能环境的热力学能很大，但热力学能e e

46、x x=0=0 4 4）闭口系由闭口系由闭口系由闭口系由1 1 2 2的可逆过程，工质作的最大功的可逆过程，工质作的最大功的可逆过程，工质作的最大功的可逆过程，工质作的最大功108PPT课件二、稳定流动工质的焓火用二、稳定流动工质的焓火用0109PPT课件2）从状态从状态12，稳流工质可作出的最大有用功，稳流工质可作出的最大有用功3）若考虑动能，则称之为若考虑动能，则称之为物流火用物流火用，用，用Ex（ex）表示表示讨论讨论：1）对于）对于 p0、T0，wu,max仅取决于状态，称之为仅取决于状态，称之为焓焓火用火用，用，用Ex,H（ex,H）表示。表示。120110PPT课件4）焓火用在）焓

47、火用在T-s图上表示图上表示111PPT课件三、熵产与系统作功能力（火用）损失三、熵产与系统作功能力（火用）损失 1.两个特例两个特例 1)热源温度降低热源温度降低据热力学第一定律：面积据热力学第一定律：面积129101 =面积面积348103qAa=面积面积17621qAun=面积面积691076=T0(s1s2)qBa=面积面积45734qBun=面积面积581075=T0(s4s3)114PPT课件循环循环12341比循环比循环12341少输出的净功少输出的净功即为不可逆绝热即为不可逆绝热膨胀过程膨胀过程2-3造成造成的作功能力损失。的作功能力损失。2)不可逆绝热膨胀过程不可逆绝热膨胀过程115PPT课件2.闭口系作功能力（火用闭口系作功能力（火用）损失）损失可逆微元过程中可逆微元过程中不可逆微元过程中不可逆微元过程中116PPT课件3.稳流开系作功能力（火用）损失稳流开系作功能力（火用）损失微元不可逆过程：微元不可逆过程：归纳：归纳：微元可逆过程：微元可逆过程：117PPT课件注意：做功能力损失不等于少做的功注意：做功能力损失不等于少做的功可逆等温可逆等温不可逆绝热不可逆绝热118PPT课件