第5章_热力学循环-热力学第二定律-3祥解.ppt

能量有效利用的概念 1）压力相同，过热蒸汽的有效能比饱和蒸汽大，所以其做功本领也大。 2）温度相同，高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。 3）温度相同，高压蒸汽加热能力比低压蒸汽弱，因此用低压蒸汽作为工艺加热最恰当，并可减少设备费用。 4）放出热相同，高温高压蒸汽的Ex比低温低压蒸汽的高。 能量有效利用的概念 5）一般供热用0.5~1.0MPa（150~1800C）的饱和蒸汽。 6）高压蒸汽（10MPa）用来做功（推动汽轮机等）。温度在3500C以上的高温热能（如烟道气），用来产生高压蒸汽，以获得动力能源 问题：10kg/cm2的水蒸气能否推动汽轮机？ 10kg/cm2=1.0MPa，适合供热。 * 熵产生 §6.3.4 熵平衡 例4：有人有一发明如下，请判断它的可行性 T=450K 环境1 T=273K 环境2 高温储热器 冷却水 §6.3.4 熵平衡 解题思路：是否同时符合热力学第一、第二定律（能量守恒、总熵变 ≥ 0 ） 答：不可行 §6.4 理想功和损失功 1、理想功Wid： 指体系的状态变化以完全可逆过程实现时，理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功。 完全可逆是指： (1)体系内所有的变化过程必须是可逆的． (2)体系与温度为T0的环境进行热交换是可逆的。 理想功是一个理论的极限值，是实际功的比较标准。 理想功 （1）非流动过程 ?U=Q + W ∵过程完全可逆，而且体系所处环境构成了一个温度为T0的恒温热源。 理想功——产生最大功；消耗最小功 理想功 （2）稳定流动过程 环境的温度 理想功 （3）说明 理想功Wid仅与体系状态有关，与具体的变化途径无关。 理想功Wid与环境的温度T0有关。 §5.4 理想功和损失功 P(MPa) T(0C) H(KJ/Kg) S(KJ/Kg.K) Wid(KJ/Kg) 蒸汽7.00 285 2772.1 5.8133 -1044.3 蒸汽1.0 179.91 2778.1 6.5865 -819.9 0.008169 25(水) 104.89 0.3674 例5：有一股压力分别是7.0MPa和1.0MPa蒸汽用于 作功，经稳流过程变成250C的水，求Wid(T0=298K) 结论：1）高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。 2）高压蒸汽的加热能力比低压蒸汽弱，因此用低压蒸 汽来加热最恰当。 损失功 2、损失功WL ： 由于实际过程的不可逆性，将导致作功能力的损失。 损失功——体系在给定状态变化过程中该过程实际 Wac与所计算的理想功Wid的差值： 损失功 损失功：与1）环境温度T0; 2）总熵变有关 过程的不可逆性越大，△S总越大，WL就越大，因此应尽可能降低过程的不可逆性。 热力学效率η 实际过程的能量利用情况可通过热力学效率η加以评定 §5.4 理想功和损失功 例6：流动水由900C变为700C，CP=1Cal/g.K，忽略压差，求WL(T0=298K) 。 基本概念 能量不仅有数量，而且有质量（品位）。 功的品位高于热 。 1度电=1KWhr=3600KJ=860Kcal 但860Kcal热不能变成1度电。 热转变为功的效率为30%。 高压蒸汽的做功能力高于低压蒸汽。 高温热源产生的热的品位比低温热源产生的热的品位高。 大气中的能量全部不能做功。 § 火用的计算 1、稳定流动体系的Ex 注意： （1 ）Ex与理想功的区别：理想功是任意两个状态的变化，而E的末态是体系的基准态(P0，T0)， 该态的Ex为0 （ 2 ）Ex是状态函数 稳定流动体系的Ex 比较： Ex与理想功的区别 P,MPa T,0C H (KJ/Kg ) S (KJ/Kg.K ) Wid (KJ/Kg) Ex (KJ/Kg) 蒸汽7.00 285 2772.1 5.8133 -1044.3 1044.3 蒸汽1.0 179.9 2778.1 6.5865 -819.9 819.9 0.1013MPa 25(水) H0=104.89 S0=0.3674 0 例7：1)有一股压力分别是7.0MPa和1.0MPa蒸汽用于作功，经稳流过程均变成0.1013MPa，250C的水，求Wid和Ex(T0=298K). Ex与理想功的区别 例8：2) 7.0MPa蒸汽作功后变成1.0MPa蒸汽,求此过程的Wid和作功前后蒸汽具有的的有效能Ex(T0=298K） P,MPa T,0C H (KJ/Kg ) S (KJ/Kg.K ) Wid (KJ/Kg) Ex (KJ/Kg) 蒸汽7.00 285 H1=2772.1 S1=5.8133 -224.41 1044.3 蒸汽1.0 179.9 H2=2778.1 S2=6.5865 819.9 0.10