热工基础机械第4章.ppt

上式表明稳流工质的焓变（H1－H2）中, T0（S1－S2） 那部分是不可能转变为功的。同理,可推得 说明稳流系统工质在进口处所具有的能量就是焓H1. 当不能忽略动能差和位能差时，稳流工质的做功能力 称为物流火用 ，用Ex（或ex）表示 两个状态之间的最大有用功为 由于不可逆因素的存在，使工质本来具有的做功能力 减少的部分称为做功能力损失，又称火用损失或有效 能损失，用I（i）表示。 做功能力损失是由于过程的不可逆因素造成的，这种 损失并没有减少系统具有的能量数量，但是降低了能 量的品质，是能量品质的贬值。 二、作功能力损失（火用损失） 以闭口系为例, 工质从状态1经历一不可逆过程变化 到状态 2 , 做出的有用功为 由作功能力损失的定义 即 对孤立系 对稳流系, 同样有 上面的分析表明，无论是开口系还是稳流系，做功能 力损失的计算公式相同。由于在导出过程中未对不可 逆因素种类、工质种类、工质状态和环境状态以及它 们之间的关系作任何限定，所以，I 的计算公式可用 于任意工质、任意过程、任意初、终状态间的做功能 力损失的计算。 对1kg工质，则有 例3 不可逆热机 ∵ ∴ 又 ∴ 高温热源熵减 低温热源熵增 该不可逆热机做功量: 当 时 做功能力损失为: 有用功损失为: 其中仍有一部分具有作功能力。 有用功损失等于作功能力损失。 例4 温差传热（过程中A、B内部过程视为可逆） 设：选总容积为孤立系 A保持T1，B保持T2 且 ， 作功能力损失: 式中 ——平均加热温度； ——平均放热温度。 结论： 1）在两个相同热源间工作的可逆热机， 且随 ↑， ↓， ↑。 2）在两个相同的温度界限间工作的一切可逆热 机中，卡诺热机的热效率最高。 提高热机循环热效率的途径： ① 降低循环的平均放热温度。只能降低到天然冷源，若用低于环境的人工冷源，虽然可提高热效率，但总体是不经济的； ② 提高平均吸热温度。这一直是热机发展的基本方向，取决于循环形式，以及材料的耐热程度； ③ 减小循环的不可逆程度。所有实际循环都是不可逆的，而在相同热源间工作的可逆热机的热效率最大，因此应尽量减小循环的不可逆程度。 逆循环的分析方法与正循环相同。 4―3 熵方程与孤立系统熵增原理 一、熵的定义式（一种经典导出方法） 由卡诺定理 （任意恒温热源间的可逆热机循环） 若考虑Q2为放热量，代入负号，则 可推得 根据状态参数的性质，状态参数是全微分，循环积分为零也是全微分，所以克劳修斯将δQ／T定义为状态参数熵。 对于非卡诺循环的可逆循环，经过P.68 F. 4.6 的分割，可以推导出与卡诺循环相同的结果，所以 可逆过程熵的定义式 J/K（或 kJ/K） J/（kg·K）[或 kJ/（kg·K）] 式中 T 热源温度（等于工质温度） 适用微元 可逆过程 对卡诺循环，可导得 可逆过程熵变 可逆过程 若换热量已知，且为可逆等温过程时，通常可简单表示为： dS δQ／T ΔS Q／T ds δq／T Δs q／T 实用计算式就是以前推出的三个公式（适用条件？）。 熵的变化反映可逆过程中热交换的方向与大小， 但系统与外界交换功量，不会引起熵的变化。 液体和固体的容积变化很小，通常认为cp cV c，其吸热量? Q mcdT。 根据熵的定义式，液体和固体熵变计算式为 二、克劳修斯积分不等式 1. 不可逆过程中熵变的分析 分析不可逆循环1A2B1 。 对任一个微元热循环： 根据卡诺定理 ，即 对不可逆循环 （注意：δQ／T 不是熵） 对可逆循环则可导得 。 对任意循环： ≤0——克劳修斯积分不等式 克劳修斯积分式绝不可能大于零，表示过程进行的可能性及方 向。是热力学第二定律的又一种数学表达式。 上式中δQ2 若取负值, 则有： 三、 熵流和熵产 由克劳修斯积分不等式 又由状态参数的性质，经过一个循环后，状态参数的 变化为零。所以对一个任意过程1-2，有 可逆过程克劳修斯积分式等于该过程的熵变，不可逆过程小于该过程的熵变。 ——热Ⅱ的又一表达式 对微元过程： 或 定义： 熵流 dSf：由传热引起的系统熵的变化。 熵产dSg：由（系统内部）不可逆损失引起的熵变化。 或 适用任何过程） 结论：在不可逆过程中，熵的变化大于过程中工 质的吸热量除以热源温度所得的商。所以 把熵分为熵流和熵产。 讨论：1. 熵流可正可负，系统吸热，熵流为正；系统放热，熵流为负。2. 熵产总为正。可逆过程熵产为零；不可逆过程熵产大于零。（可逆绝热 定熵）3. 过程的不可逆程度越大，熵产的值越大。4. 对可逆过程，熵变就等于熵流，但从概念上熵变是状态参数