热力学第二定律 多学时演示文稿.ppt

工程热力学1 第5章 热力学第二定律 * * * * 比较可逆与不可逆两种过程 知 不可逆性造成的控制质量作功能力损失也是 T0Sg (b) (a) 对不可逆过程12积分，经整理 合并(a) 、 (b)两式 * * 稳态稳流系统作功能力 h,T,s,c h0,T0,s0,c0=0 q z z0 ⑶稳态稳流系统的作功能力 0 0 一定环境(P0,T0)中，流体在某一状态下可逆地流过稳态稳流系统并在系统出口处达到环境状态，过程中所能获得的最大有用功——稳态稳流工质作功能力 亦称 稳态稳流系统的火用 设有一个静止不动的稳态稳流系统，以环境为唯一热源 1kg流体可逆流过稳态稳流系统时的能量方程可表为 流体流过诸如汽轮机之类动力装置时，装置输出的轴功即为流体所作的有用功，由此 wu,max * * 稳态稳流系统作功能力 h,T,s,c h0,T0,s0,c0=0 q z z0 0 0 wu,max 流体在给定状态(h，s……)下可逆地流过稳态稳流系统并在出口处达到环境状态(c0 = 0) 时 (a) 过程可逆时稳态稳流系统的熵方程为 q = T0(s0 ? s) 将式(b)代入式(a)，整理得 (b) * * ? = h ? T0s 令 ? ——稳态稳流系统的可用性函数 一定环境中?为系统的热力学状态参数 按这里的讨论前提，系统的作功能力完全来源于物流自身能量及推动功，因此 ex 特称为（比）物流火用 ①物流火用、焓火用 对于m kg稳态稳流的流体 ? = H ? T0S 物流火用 可用性函数 * * 物流的流动动能和重力位能原属机械能，全是可用能，因此常将它们分出单独考虑，剩余为与焓有关的部分，并由此引入焓火用的概念： “焓火用”(ex,H)——稳态稳流系统作功能力中与焓相关的那部分作功能力 对于作稳态稳流的m kg流体 比焓火用 任意状态下稳态稳流流体的焓火用等于该状态下流体的可用性函数与环境状态下的可用性函数之差 * * ②系统在任意两状态间的作功能力 一定环境中流体在任意两状态1和2间作可逆的稳态稳流时，其作功能力应等于分别由此两状态可逆过渡到环境状态时所作的最大有用功之差 对1kg流体 不计外观能量时任意两状态间的稳态稳流作功能力等于流体在该两状态下的可用性函数之差，即焓火用差 * * ③系统作功能力的损失 流体在1、2两状态间作不可逆稳态稳流时，因不可逆性带来可用能的损失，所能获有用功将不为最大 过程不可逆 s2-s1=?s =sf+sg (b) q=T0(?s?sg)=T0(s2?s1?sg) (a) 由热力学第一定律 合并(a) 、 (b)两式，经整理 * * 比较可逆与不可逆两种稳态稳流情况 知 不可逆性造成的稳态稳流作功能力损失也是 T0Sg 综合本节讨论的几种情况，可以得出如下结论： 过程的不可逆性引起熵产生，从而造成可用能的损失，其大小与熵产量成正比 I = T0Sg （Gouv-Stodla公式） 所有情况下，总有 作功能力（可用能）损失 * * 结合到熵产原理，推论开来 实际过程总是朝着可用能减少，或说朝着使能量的作功能力（可用性）降低的方向发展 这便是所谓的能量贬值（能量品位递降）原理 可用能损失：5-16，5-17 * * 例5-8（习题 9-11 ）轴流式压气机每分钟吸入P1=0.1MPa、t1=20℃的空气1200kg，经绝热压缩到P2=0.6MPa，该压气机的绝热效率为0.85。求:(1)出口处气体的温度及压气机所消耗的功率；(2)过程的熵产率及作功能力损失(T0=293.15K)。 按题给该压气机为不可逆装置（?c,s=0.85） 解： 根据压气机的 定熵效率 若为可逆压气机，出口温度应为 * * 实际的不可逆压气机出口温度 理想（可逆）压气机的轴功率为 驱动电动机所需的功率 * * 不可逆压缩过程中空气的熵变即过程的熵产： 过程造成的可用能（作功能力）损失： ?Ex=T0·Sg=293?1.3667=400.44 kJ/s 借助本题可以理解前面我们提到的 不可逆功损失（耗散功）≠