第五章 热力循环——热力学第二定律讲解.ppt

 使物系温度小于环境温度的操作称为制冷。 当冷冻温度大于-100 ℃ ，称普通冷冻。 小于-100 ℃称深度冷冻。 5.5 制冷 对于工质完成一个循环： 衡量制冷机效能的参数为制冷系数，用ξ表示；其定义为： 意义：每消耗单位量的外功所获得的制冷量(QL) 。 (1) 制冷系数仅是工作温度的函数，与工质性质无关。 结论： (2)在TH和TL两个温度之间操作的任何循环，逆卡诺循环的制冷系数最大。 (3)提高ξ，必须提高TL或降低TH，而TH为环境温度，一般不变，所以提高低温热源温度TL，ξ提高 (很有使用价值，TL提高，可少消耗功) 5.5 制冷 2. 蒸汽压缩制冷循环 要实现逆卡诺循环有两个困难： (1)饱和蒸汽膨胀产生液体，透平难以承受。 (2)实现绝热可逆压缩有困难，压缩机不能承受。 蒸汽压缩制冷循环为克服以上两个困难而提出。 绝热压缩过程：1→2(可逆) 或1→2’(不可逆) 冷凝过程：2→3 节流膨胀过程：3→4 蒸发过程：4→1 5.5 制冷 蒸发器 冷凝器 节流减压阀 压缩机 实际循环制冷系数： 若已知制冷量QL ，制冷剂的循环流量： P141，例题5-7 提高ξ的措施 (1)降低冷凝温度TH，消耗功减少，制冷量增加，ξ升高； (2)提高TL，即提高蒸发温度，制冷量增加，所以ξ升高； (3)使饱和液体过冷，使之节流膨胀。制冷量加大，ξ提高。 * * * * * 化工热力学 Chemical Engineering Thermodynamics 华北科技学院 第五章 热力循环 ——热力学第二定律 1. 三种表述 5.1 热力学第二定律 (1) 有关热流方向的表述 ： 1850年克劳休斯： 热不可能自动的从低温物体传给高温物体。 (2) 有关循环过程的表述 ： 1851年开尔文： 不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功，而不引起其他变化。 (3) 有关熵的表述： 孤立体系的熵只能增加，或达到极限时保持恒定。 △St≥0 不可逆 可逆 孤立体系热力学第二定律另一种表达式：△St=△Ssys+△Ssur≥0——熵增原理 5.1 热力学第二定律 2. 四个概念 热源 ——是一个具有很大热容量的物系。取出或接受热量，温度不变，热源里的过程为可逆过程。 功源 ——是一种可以做功或接受功的装置。功源里的过程是绝热可逆过程，即等熵过程。 绝热→△Ssur=0→△St=△S功源=0，功源没有熵变。 5.1 热力学第二定律 热机 ——是一种产生功并将高温热源的热量传递给低温热源的一种机械装置。 热功率 ——热转化为功的效率。获得的功/投入的热。 ηT=Ws /Q 5.2 熵 熵S与微观状态数Ω 1878年，L.Boltzmann提出了熵与微观状态数的关系： S=klnΩ 粒子的活动范围愈大，粒子的数目愈多，系统的微观状态数Ω愈多，系统的混乱度愈大。 5.2 熵 热机 低温热源 高温热源 功源 可逆热机循环示意图 由稳流过程的能量平衡式可得： 由热力学第二定律： 可逆过程： 热机为系统 循环过程： 则： 可逆： 可逆热机效率： 即使在可逆热机中做了最大功(可逆功)，也 不可能将热全部转化为功，ηT100% a. 孤立体系，发生可逆过程，△St=0，可以获得最大功 Ws(R)，但热并不能全部转化成为功。 b. 孤立体系，发生不可逆过程，△St0，说明体系做功 能力损失了，而损失做功能力大小与△St成正比。 循环 装置 热源 热源 两个热源之间的传热 5.2 熵 由稳流过程的能量平衡式可得： 则，Q=QH+QL=0，即，QH= - QL 循环过程： a. THTL，成立，自发从高温热源传向低温热源 b. 传热温差△T↓，熵增↓，即不可逆程度越小， 导致传热过程缓慢。增加传热面积，设备费用↑。 1. 闭系热力学第二定律 5.2 熵 △Ssys+△Ssur≥0 微分形式 dSsys+dSsur≥0 dSsur=dS热源+dS功源 dS功源=0 dSsur=dS热源=δQsur/T= -δQsys/T dSsys≥δQsys/T 通常形式 dSsys≥δQ/T 不可逆 可逆 闭系热力学 第二定律 5.2 熵 ⑴ 熵流dSf 可逆过程： 我们称 为随 热流产生的熵流。 熵流定义： 功源熵变为零，因此功的传递不会引起熵的流动。 由于传热δQR而引起体系熵的变化 (2) 熵产dSg ——熵产生，由于过程的不可逆性引起的熵变。 dSsys≥δQ/T 等式 积分 过程的不可逆程度越大，熵产生量也越大；熵产生永远 不会小