第五章_热力学第二定律.ppt

* 一些过程具有很明显的方向性。热力学第一定律并不能解释。 工程热力学1 第5章 热力学第二定律 * * 工程热力学1 第5章 热力学第二定律 * * * * 一定环境中，最低的自然温度就是环境的温度 ⑵热流的作功能力 工作于热源T与环境T0之间的卡诺热机热效率为 当卡诺热机工质从热源T 吸热Q时能够作出的有用功为 ①热流火用 这是在环境T0下利用热量Q（由热源T放出）所能获得的最大有用功 称作热量Q的作功能力，或热流的作功能力,亦称为热流火用 ，以符号Ex,Q表示。 * * 一定环境(T0)下，利用热源T 传出的热量Q所能获得的最大有用功——热流的作功能力（热流火用） 当为变温热源时，应针对微小热量定义其作功能力： 热量?Q中除去可用能后剩余的应当就是火无(An) 显然，一定环境下热源温度愈高所放出的热量作功能力就愈大，品位就愈高。 大气，江、河、湖泊、海洋的水中虽然都蕴含着巨大的热能，但是它们处在环境温度下，根据热力学第二定律原理，这些热能全是不可用能，不具有作功能力。 * * s1 s2 s T b T0 Tr 废热An,Q 可用能 Ex,Q c d a 例如，工质从温度Tr的恒温热源吸热Q 卡诺热机以环境(T0)作为低温热源，在Tr与T0之间利用该热量Q作功 该循环的功输出（图中循环abcda围出的面积）是在环境温度T0的条件下从热量Q中所能获得的最大有用功，应当就是该热流的作功能力，即可用能Ex,Q 热量Q与可用能Ex,Q 之差即其中的无用能——火无 An 热流中所包含的可用能与无用能可在T-s 图上清楚显示出来 * * 本质上冷量也是一种热量，对应于冷量也存在作功能力——冷火用，或说可用性大小的问题 系统温度为T，环境温度为T0， T T0，当热量Q0从系统传给环境（譬如利用逆卡诺制冷机）就说制取了冷量Q0 ②冷火用 从温度低于环境温度的系统向环境排出的热量称为冷量 冷火用 s T 3 T0 T 1 2 4 s1 s2 Q0 冷量与通常所说的“热量”毕竟不是同一个概念，冷量的产生必然与机械能的消耗联系在一起 冷火用概念不等同于热火用！ Wu * * 利用卡诺制冷机制取冷量?Q0时需要消耗的有用功为 若有一部卡诺热机工作在同样热源条件下，当卡诺机向系统放出热量?Q2=?Q0时， 从环境吸热 作出机械功 s T 3 T0 T 1 4 2 s1 s2 Q2= Q0 按卡诺循环分析结果 Q1 Wu 该卡诺热机 ＝ * * 这里所说的卡诺制冷机和卡诺热机都是可逆机。根据可逆概念不难理解，在同等热源条件下该卡诺热机所能作出的机械功与上述卡诺制冷机制取冷量时所消耗的机械功应当是相等的 该机械功dWu 称为冷量?Q0的火用 一定环境(T0)下，从系统(T)中制取冷量Q0时必须消耗的最小机械功Wu称为该冷量的火用 给定热源条件下为制取一定冷量Q0 ，卡诺制冷机消耗的有用功最少 通常以符号 表示冷火用 * * 环境中拥有的能量全为火无，卡诺制冷机制取冷量Q0时排放到环境中的热量应当就是对应于冷量Q0的火无 就热量说来，热量必定大于对应的火用和火无； 但对冷量说来，冷量必小于对应的冷火无，也可能小于冷火用 一定环境T0下，制取冷量Q0时必须向环境排放的最小热量称为该冷量的火无 * * ③热流作功能力的损失 设想如果恒温热源Tr将热量Q 可用能损失 b’ s T b a a’ T0 Tr T1 sg Q 作功能力损失 然后再让卡诺热机在(T1，T0)之间利用热量Q作功。这种情况下卡诺热机所作有用功为 直接传给另一温度较低的恒温热源T1， 此功不为最大，与先前导得的