热力学第二定律 多学时2.ppt

* * 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，与先前导得的最大有用功之差为 差值I 代表不可逆传热过程造成的热流作功能力损失 或说可用能的损失，也就是不可用能的增加 Q Qu,max * * 上式表明：不等温传热过程造成的热流作功能力损失，或说可用能损失，与过程的熵产成正比，等于环境温度与过程熵产的乘积，即 (Gouy-Stodla 公式) 正是两物系间不等温直接传热所造成的熵产Sg * * ⑶控制质量的作功能力 一定环境(T0, P0)中，控制质量从某一状态(S,P,V,U……)可逆过渡到 “环境状态” 时 设有一个控制质量——气缸-活塞装置中的气体 T0 Wu Q P0 S,P,V,U 环境状态——系统与环境相平衡时的状态 系统静止不动，以环境为唯一热源 气体膨胀对外界所作的功分为两个部分： 推挤大气作无用功 通过曲柄连杆机构带动负荷作有用功 可逆过渡时系统对外界作出的有用功为最大 (a) 所能获得的最大有用功——控制质量的作功能力 * * 可逆过渡时熵产为零 合并(a) 、 (b)两式 系统可逆过渡到环境状态 (b) (a) (U→U0， V→V0， S →S0……) * * 令 ?——控制质量的可用性函数 (availability function) 对于控制质量中的1 kg工质 任意状态下的系统作功能力等于该状态与环境状态下的可用性函数之差 按这里的讨论前提，控制质量的作功能力仅来源于系统的热力学能，因此， 特称为热力学能火用Ex,U 就一定环境而言，? 为状态参数 一定环境中，系统的作功能力仅取决于系统状态，与系统取何种方式过渡到环境状态无关 ①热力学能火用 * * 系统在给定的两状态1和2间作可逆过渡时所能获得的最大有用功，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（热力学能火用）之差 对于控制质量中的1 kg工质 控制质量在任意两状态间的作功能力等于系统在该两状态下的热力学能火用差，即可用性函数之差 ②系统在任意两状态间的作功能力 * * 过程不可逆 控制质量在1，2两状态间作不可逆过渡时，因不可逆性带来可用能的损失，所能获有用功将不为最大 ③系统作功能力的损失 (b) (a) 由热力学第一定律 * * 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