工程热力学总结第5章.ppt

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1、第五章 热力学第二定律5-1 热力学第二定律5-2 卡诺循环和多热源可逆循环分析5-3 卡诺定理5-4 熵、热力学第二定律的数学表达式5-5 熵方程5-6 孤立系统熵增原理5-7 参数的基本概念、热量用1.热力学第二定律：热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。或：不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。2.卡诺循环热机效率：3.卡诺定理：在两个不同T的恒温热源间工作的一切可逆热机tR=tC；多热源间工作的一切可逆热机 tR多 同温限间工作卡诺机 tC；不可逆热机tIR 同热源间工作可逆热机tR。内容回顾4.熵：5.热力学第二定律数学表达式：内容回顾物 理 意

2、 义：q是1Kg工质在可逆过程中自外界吸入的热量。T 是 传 热 时 工质 的 绝 对 温 度，ds及 是 此 微 元 过 程 中1Kg工质的熵变。内容回顾7.闭口系的熵变=热熵流+熵产8.开口系的熵变=质熵流+热熵流+熵产S=Sf,m+Sf,Q+SgS=Sf,Q+Sg9.孤立系统的熵只能增加或者为零不能减小。10.卡诺定理举例 A 热机是否能实现1000 K300 KA2000 kJ800 kJ1200 kJ可能 如果：W=1500 kJ1500 kJ不可能500 kJ 例题：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:它从167的热源吸热1000kJ向7的冷源放热568kJ，输出

3、循环净功432kJ。证明：取热机、热源、冷源组成闭口绝热系所以该热机是不可能制成的例 题 例1：欲设计一热机，使之能从温度为973K的高温热源吸热2000kJ，并向温度为303K的冷源放热800kJ。（1）问此循环能否实现？（2）若把此热机当制冷机用，从冷源吸热800kJ，能否可能向热源放热2000kJ？欲使之从冷源吸热800KJ，至少需耗多少功？l 解:（1）方法1：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行。l 所以此循环能实现，且为不可逆循环。l 方法2：利用孤立系熵增原理来判断循环是否可行。如图a所示，孤立系由热源、冷源及热机组成，因此l（a）l 式中：SH和SL分别为热源T1及冷源T2的熵

4、变；SE为循环的熵变，l 即工质的熵变。因为工质经循环恢复到原来状态，所以l SE0（b）l 而热源放热，所以（c）l冷源吸热，则（d）l 将式（b）、（c）、（d）代入式（a），得l l 所以此循环能实现。方法3：利用卡诺定理来判断循环是否可行。若在T1和T2之间是一卡诺循环，则循环效率为而欲设计循环的热效率为欲设计循环的热效率比同温限间卡诺循环的低，所以循环可行。（a）SE0（b）（c）（d）将式（b）、（c）、（d）代入式（a），得 0，此过程不可行。（2）若将此热机当制冷机用，使其逆行，显然不可能进行，因为根据上面的分析，此热机循环是不可逆循环。当然也可再用上述3种方法中的任一种，重新

5、判断。利用孤立系熵增原理来判断循环是否可行。孤立系由热源、冷源及热机组成，因此欲使制冷循环能从冷源吸热800 KJ，假设至少耗功Wmin?根据卡诺定理：所有工作于同温热源、同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高。致冷系数：根据孤立系熵增原理，此时Siso=0，SE0讨论：（1）对于循环方向性的判断可用例题中3种方法的任一种。但需注意的是：克劳修斯积分式适用于循环，即针对工质，所以热量、功的方向都以工质作为对象考虑；而熵增原理表达式适用于孤立系统，所以计算熵的变化时，热量的方向以构成孤立系统的有关物体为对象，它们吸热为正，放热为负。千万不要把方向搞错，以免得出相反的结论。（2）在例题所列的3种方法中，孤立系熵增原理方法，无论对循环还是对过程都适用。而克劳修斯积分式和卡诺定理仅适用于循环方向性的判断。