山东大学工程热力学——第5章(免费阅读).ppt

1 用做制冷： 2 用做取暖： 5–4 熵和热力学第二定律的数学表达式 一、熵是状态参数 3 机械能不可逆转化为热能 通过摩擦使机械能转化为热能。 损失功dwl。 系统熵增加：ds= * * 第五章 热力学第二定律 5–1 热力学第二定律 一、自发过程的方向性 自然过程具有方向性，例如： 1 通过摩擦功转变为热是不可逆过程。 2 有限温差传热是不可逆过程。 3 空气向真空自由膨胀是不可逆过程。 二、热力学第二定律的表述 1 克劳修斯说法：热不可能自发地、不付任何代价地从低温传递到高温物体。 2 开尔文说法：不可能从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下任何变化。 两种说法等价。 5–2 卡诺循环和卡诺定理 一、卡诺循环及其热效率 1. 卡诺循环 a-b：定温膨胀，从高温热源工质吸热q1。 b-c：绝热膨胀，对外作功。 c-d：定温压缩，工质向低温热源放热q2。 d-a：绝热压缩，消耗功。 2 热效率 q1=RgT1ln q2=RgT2ln 又： ， 所以： 最终：ηt=1- 3 讨论 ①热效率只取决于高温热源和低温热源的温度，与工质的性质无关。 ②T1不可能达到无穷大，T2不可能为0，所以效率小于1。 ③如T1=T2，ηt=0，单热源热机不存在。 ④增大T1，减小T2，可提高热效率。 ⑤卡诺循环是理想循环，用于衡量其他循环的完善程度。 二、有多个热源的可逆循环 如图所示，对于热源多于一个的任意可逆循环abcda，有： 吸热过程：abc，q1=面积abcfe。 放热过程：cda，q2=面积cdaef。 热效率：ηt=1- 平均放热温度和平均吸热温度： 做一个卡诺循环ABCD，使面积ABfe=abfe，面积CDef=cdef，则ABCD与abcd热效率相等。 ηt=1- ：平均吸热温度。 ：平均放热温度。 四、逆向卡诺循环 循环按adcba逆时针进行，向高温热源放热q1，从低温热源吸热q2。 5-3卡诺定理 定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源 之间工作的一切可逆循环，其热效率都相 等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种 工质也无关。 定理2：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源 间工作的一切不可逆循环，其热效率必小 于可逆循环热效率。 理论意义： 1）提高热机效率的途径：可逆、提高T1，降低T2； 2）提高热机效率的极限。 讨论： 1）因证明中仅利用卡诺循环，故与工质性质无关； 2）因s是状态参数，故Δs12=s2-s1与过程无关； 克劳修斯积分等式， s是状态参数 令 3） 若循环是不可逆循环，有： 可逆 “=” 不可逆“” 结合可逆循环，有 三、热力学第二定律的数学表达式 结合不可逆过程 讨论：1) 违反上述任一表达式就可导出违反第二定律； 2）热力学第二定律数学表达式给出了热过程的 方向判据。 5-6、孤立系统熵增原理 因为是孤立系 可逆取 “=” 不可逆取“” 孤立系统熵增原理： 孤立系内一切过程均使孤立系统熵增加，其极限— 一切过程均可逆时系统熵保持不变。 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）一个系统熵的减小，必然伴随着其他系统熵的增加，并且熵的总和不可能减小。 1 热转化为功 ΔS=ΔST1+ΔST2= ≥0 2 温差传热 若T1T2，ds= 0