西安交通大学《工程热力学》课件-第5章热力学第二定律.pptVIP

5-6孤立系熵增原理第二定律：，孤立系：把热力学第二定律(克劳修斯不等式或熵表达式)应用于孤立系，则有：孤立系统熵增原理：孤立系统的熵可以增大，或保持不变，但不能减少。或：孤立系内一切过程均使孤立系统熵增加，其极限是可逆时，系统熵保持不变。过程进行的方向：使孤立系统熵增大(或不变)的过程才有可能发生。使孤立系统熵减少的过程不可能发生。这是判断过程能否进行(发生、实现)或过程进行的方向的依据，从实际过程都是不可逆过程的角度来看，上述“熵不变”可以去掉，即为“熵恒增”。热二定律：孤立系的熵可以增大，或保持不变，但不可能减少。热一定律：孤立系的能量是守恒的。内涵明显不同。5-6孤立系熵增原理熵分析法应用举例1.热转化为功的过程取热源、工质、冷源为分析对象，则为孤立系，有：根据卡诺定理，有：所以：5-6孤立系熵增原理熵分析法应用举例2.单纯传热过程显然，取A、B为研究对象，则为孤立系，有(TA≥TB)所以：3.孤立系中机械能转化为热能(不可逆)5-6孤立系熵增原理熵分析法应用举例孤立系中，机械能因不可逆因素(摩擦)转化为热能，则有：其熵必须增大可以看出：对孤立系来说，其熵增必然大于或等于零，当等于零时，孤立系进行的是可逆变化，热量最大限度满足卡诺定理转变为功，当大于零时，热量不能最大限度的变为功。从热力学上讲，孤立系的作功能量损失了，引入有效能、无效能、作功能力概念。5-7能量贬值原理与孤立系作功能量的损失热量的有效能(火用)：在热量Q所处温度T和环境温度T0之间实施卡诺循环时，热量Q所能产生的最大功，亦称为热量的作功能力Qa。Ex,Q显然：热量的无效能(火无)：在理想情况下，仍不能转化为功而必须向冷源放出的热量(废热)Qun。An,Q1.热量的有效能、无效能及作功能力5-7能量贬值原理与孤立系作功能量的损失2.孤立系作功能力损失(有效能损失)孤立系不可逆变化，熵增大，作功能力减小，减小多少？典型过程假设有Q1热量具有温度T1，则其作功能力为：设经不可逆传热热量Q1，从T1传到T1’，则其作功能力变为：作功能力损失：而T1和T1’热源为孤立系：所以：火用明确反映了能量的品质。5-7能量贬值原理与孤立系作功能量的损失2.孤立系作功能力损失(有效能损失)即：孤立系作功能力的损失等于环境温度乘以其熵增。能量贬值原理：孤立系有效能和无效能之和保持不变，进行可逆过程无耗散，其有效能和无效能均不变，进行不可逆时，有效能将退化为无效能。习题课例1如图所示为一可逆发动机循环，该发动机从200K热源吸热1257kJ的热量和做了209kJ的功量，求：(1)与另两热源热交换的数量和方向？(2)热源熵的变化；(3)联合循环熵的变化。解：(1)假设三热源均放热，由热力学第二定律有：即：由热力学第一定律：即：求解得到：(2)(3)习题课例2设热源温度TH=1300K，冷源温度等于环境温度T0。T0=288K，工质吸热时平均温度为T1=600K，放热时平均温度为T2=300K。已知循环发动机E的热效率为相应卡诺循环热效率?c的80%。若对于每kg工质热源放出热量100kJ。试分析各相应温度下热量的有效能(火用)和无效能(火无)。各处可逆变化中有效能(火用)的损失，并求出发动机作出的实际循环功w。已知：TH=1300K,T0=288K,T1=600K,T2=300K,?t=?t,c×80%,q=100kJ·kg-1求：Ex，An，I，w解：(1)高温热源习题课(2)工质吸热温度显然，温差传热的作功能力损失(火用分析法)(熵分析法)(3)卡诺循环：作功损失：习题课(5)低温热源(4)工质放热温度所以实际发动机不可逆循环引起有效能损失：(6)总的作功能力损失熵分析（孤立系）显然，温差传热的作功能力损失习题课解：取整个刚性容器为研究对象，这是一个孤立系。由热力学第一定律，有：例3如图示，1kg空气T1=300K，p1=100kPa，绝热膨胀到一个真空容器内，气体终态压力p2=10kPa。试证明：这个过程是否可以实现。已知：T1=300K，p1=100kPa，p2=10kPa求：过