工程热力学讲义第五章.ppt

小知识：第二类永动机 第二类永动机：设想的从单一热源取热并 使之完全变为功的热机。 第二类永动机??? 如果三峡水电站用降温法发电，使水 温降低5?C，发电能力可提高11.7倍。 定理一证明 A:理想气体 ，卡诺循环可逆机。  B:任意工质， 其它循环可逆机。 三. 不可逆绝热过程分析 对于可逆或不可逆绝热过程： 代入热力学第二定律表达式：则有： 可逆： 取“=”号 不可逆：取“”号 显然： 可逆绝热： 不可逆绝热： 原因：不可逆过程存在耗散效应，使损失的机械功转 变成热被工质吸收。 熵产 ：由耗散热产生的熵增量。 熵产是过程不可逆的量度。 1 2 2s p2 1 2s 2 p2 p T s v a) 不可逆过程熵差计算 四. 相对熵及熵变计算 1）绝对熵 以绝对温度0度时纯物质的熵为0，以此为起点的熵 2）相对熵 以人为规定一个参照基准点的熵值。 通常：理想气体取标准状态、水和水蒸气取三相点时液态水 的熵为零。 3）熵变 系统两平衡状态的熵差－可由任何可逆过程来计算 b) 有相变过程，须分段计算，再求总和。 对于水和水蒸气，有： 例题：例5-3（137页） 一.孤立系统熵增原理 §5–5熵增原理 第二定律数学表达式 孤立系统是闭口绝热系 可逆绝热 ds=0 不可逆绝热 ds＞0 造成系统熵的增加原因是，过程存在不可逆因素引起的耗散效应转化为耗散热，被工质吸收。 熵产 Sg : 由耗散热产生的熵增量。 熵增原理 ： ◆ 孤立系统中熵可以增加（不可逆过程时）或保持 不变（进行可逆过程时）但决不能减小。 ◆ 孤立系统总熵变等于各子系统熵变代数和。 R “=” IR”” 所以，不可逆使孤立系熵增大造成后果是 机械能（功）减少 a) 热能 机械能 是否必须可逆？ b) R “=” IR “” 若不可逆，TATB,，以A为热源B为冷源，利用热机 可使一部分热能转变成机械能，所以孤立系熵增大这 里也意味着机械能损失。 c)机械功（或电能）转化为热能 输入Ws?Q（=Ws）， 气体由T1 上升到T2，v1=v2 工质熵变 外界 ΔS外=0 由于热能不可能100%转变成机械能而不留任何影响，故这里ΔSiso0还是意味着机械能损失。 d)有压差的膨胀（如自由膨胀） 孤立系熵增意味机械能损失 e) 耗散功转化为热能 不可逆耗散效应，耗散功Wl转化为耗散热Qg, δQg=δWl 被某个物体（T）吸收引起的熵增称熵产Sg。则： 这里ΔSiso0还是意味机械能损失。 若耗散热Qg, 被一个温度与环境（T0）相同物体吸收，将不再具有作出有用功的能力，作功能力的损失（也称用损失）以 I 表示。则： 二、孤立系统熵增原理的实质： 1、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。 2、孤立系统中有几个物体组成，过程中其中某些物体熵可以增加，某些可以减小，但全部物体熵变化总和永远是正的。只有当过程可逆时，总和才等于零。 3、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； 4、孤立系统的熵增原理可推广到闭口绝热系； 5、熵增原理阐明了过程进行的方向。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，孤立系统中一切实际过程总是向着熵增加方向进行。 6、熵增原理指出了热过程进行的限度。当孤立系总熵达到最大值时，过程停止进行，系统达到平衡。 7、熵增原理揭示了热过程进行的条件。在某一过程中，孤立系中某一物体的熵减小，则必有其他物体的熵增大以作为补偿，从而使孤立系的总熵变不小于零。否则，该过程将无法进行。 8、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。 总结：热力学第二定律数学表达式及其适用范围： 闭口系统，积分（微分）形式 循环过程 绝热闭口系统，有限过程（微过程）形式 孤立系统，有限过程（微过程）形式 利用孤立系统熵增原理证明下述循环发动机是不可能制成的: 它从167°c的热源吸热1000kJ向7°c的冷源放热568kJ，输出循环净功432kJ。 证明：取热机、热源、冷源组成闭口绝热系 所以该热机是不可能制成的 §5–6 熵方程 一、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。 sg—熵产，非负 不可逆 “+” 可逆 “0” 系统进行不可逆过程