卡诺循环和熵增原理.ppt

* —克劳修斯 不等式 (2)任意不可逆循环： (2n个热源) (3)任一不可逆过程： p V o a b a b 1 1 = ? 设计一可逆过程： a b 2 2 系统由 a b 1 a 2 — 不可逆循环 * * 可逆循环： 不可逆循环： 合并 (4)小结： 一个过程： 热力学第二定律的数学表达式 * 3.熵方程 (1) 熵流和熵产 其中 吸热 “+” 放热 “–” 系统与外界 换热造成系 统熵的变化。 （热）熵流 * sg—熵产，非负 不可逆 “+” 可逆 “0” 系统进行不可逆过程 造成系统熵的增加 例： 若TA = TB，可逆，取A为系统 * 取B为系统 若TATB，不可逆，取A为系统 * 所以，单纯传热，若可逆，系统熵变等于熵流；若不可逆系统熵变大于熵流，差额部分由不可逆熵产提供。 (2) 熵方程 考虑系统与外界发生质量交换，系统熵变除（热） 熵流，熵产外，还应有质量迁移引起的质熵流，所以 熵方程应为： 流入系统熵-流出系统熵+熵产=系统熵增 其中 流入 流出 热迁移 质迁移 造成的 热 质 熵流 * 熵方程核心： 熵可随热量和质量迁移而转移；可在不可逆过程中自 发产生。由于一切实际过程不可逆，所以熵在能量转移 过程中自发产生（熵产），因此熵是不守恒的，熵产是 熵方程的核心。 闭口系熵方程： 闭口绝热系： 可逆“=” 不可逆“” 闭口系： * 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） 稳流开系： * 4、孤立系统熵增原理 由熵方程 因为是孤立系 可逆取 “=” 不可逆取“” 孤立系统或绝热系统从一平衡态到达另一平衡态，它的熵永远不减少，如果过程是可逆的，则熵的数值不变；如过程是不可逆的，则熵的数值增加，即过程向着熵增大的方向进行，直到达到终平衡态为止，此时熵有极大值。 简言： 孤立系统的熵永不减小。 * 3）一切实际过程都不可逆，所以可根据熵增原理判 别过程进行的方向； 讨论： 1）孤立系统熵增原理ΔSiso=Sg ≥ 0，可作为第二定律 的又一数学表达式，而且是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； 4）孤立系统中一切过程均不改变其总内部储能，即 任意过程中能量守恒。但各种不可逆过程均可 造成机械能损失，而任何不可逆过程均是ΔSiso0， 所以熵可反映某种物质的共同属性。 计算题类型： 1、卡诺循环效率 2、熵变的计算 例1 一卡诺机工作在800℃和20℃的两热源间，试求(1) 卡诺机的热效率； (2) 若卡诺机每分钟从高温热源吸入1000 kJ热量， (3) 此卡诺机净输出功率为多少kW？ (4) 求每分钟向低温热源排出的热量。 解： （1） （2） （3） 一.计算过程 熵的定义式 选择可逆过程 建立可逆热(reversible heat transfer)关系式 积分 基本公式: 熵变的计算 entropy change) 例2 简单物理变化过程 例1: 1mol 的He(273K, 1MPa) He( T2, 100kPa) 分别经历: (1) 等温可逆过程; (2) 等温恒外压过程; (3) 等容过程; (4) 绝热可逆过程; (5) 绝热恒外压过程。 求上述各过程的熵变 (1) 等温可逆过程 (2) 等温恒外压过程（p外=100kPa) (3) 等容过程 （CV,m可视为常数） (4) 绝热可逆过程 (5) 绝热不可逆过程 He(g) 1 mol 273K, 1 MPa He(g) 1 mol 174.8K, 100kPa He(g) 1 mol 273K, 100 kPa 等温可逆过程 等压可逆过程 例3 试判断下列几种情况的熵变： （a）正 （b）正 （c）可正，可负 (1) 闭口系中理想气体经历可逆过程，系统与外界交换功量为20kJ，热量20kJ (2) 闭口系经历一不可逆过程，系统与外界交换功量为20kJ，热量-20kJ (3)工质流经稳定流开口系，经历一可逆过程，系统做功为20kJ，换热-5kJ 第四章 卡诺循环和熵增原理 * 1824 年，法国工程师N.L.S.Carnot (1796~1832) 确切 地把蒸汽机、内燃机等以“火”为动力的机械叫做 热机，他要探索如何用较少的燃料获得较多的动 力,以提高效率和经济效益。 ? 热机的一般工作过程： A C 发动机 E D F B A