传热学第四章 热力学第二定律.ppt

*3．孤立系统熵增原理与作功能力损失（1）孤立系统熵增原理对于孤立系统，上式表明：孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小。这一规律称为孤立系统熵增原理。孤立系统熵增原理说明，一切实际过程都一定朝着使孤立系统的熵增大的方向进行，任何使孤立系统的熵减小的过程都是不能发生的。上式揭示了一切热力过程进行时所必须遵循的客观规律，突出地反映了热力学第二定律的本质，是热力学第二定律的另一种数学表达式。*（2）作功能力的损失作功能力:在给定的环境条件下，系统达到与环境热力平衡时可能作出的最大有用功。无论任何系统，只要经历不可逆过程，就将造成作功能力损失，就会使包含其在内的孤立系统的熵增加。作功能力损失与孤立系统熵增的关系：高温热源TRIR环境T0Q1Q1Q2Q2WRWIR由卡诺定理可知，*令由不可逆引起的功的损失为如果将热源、环境、可逆热机R、不可逆热机IR及蓄功器合起来看作一个孤立系统，则经过一个工作循环后，此孤立系统的熵增为，又对于可逆热机，因为*第四章热力学第二定律4－1自发过程的方向性与热力学第二定律的表述热力学第一定律阐明了热能和机械能以及其它形式的能量在传递和转换过程中数量上的守恒关系。热力学第二定律揭示了热力过程发生的方向、条件和限度。1.自发过程的方向性自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程。*2．热力学第二定律的表述自发过程是不可逆的。要想使自发过程逆向进行，就必须付出某种代价，或者说给外界留下某种变化。随自然界中热过程的种类不同，热力学第二定律有多种表述方式，并且彼此是等效的。克劳修斯表述：不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。开尔文－普朗克表述：不可能从单一热源取热，并使之完全转变为功而不产生其它影响。第二类永动机是不可能制造成功的。*4－2卡诺循环与卡诺定理1.热力循环热力循环：工质经过一系列的状态变化，重新回复到原来状态的全部过程。可逆循环：全部由可逆过程组成的循环称为可逆循环。不可逆循环：循环中有部分过程或全部过程是不可逆过程的循环。(1)正向循环：将热能转变为机械能的循环，也称为动力循环或热机循环。pv*正向循环示意图：在p-v与T-s图上，正向循环按顺时针方向进行。*高温热源吸热Q1热机Wnet放热Q2低温热源经过一个正向循环，根据热力学第一定律，循环热效率：循环热效率?t用来评价正向循环的热经济性。显然，?t1。*(2)逆向循环：消耗功将热量从低温热源转移到高温热源的循环，如制冷装置循环或热泵循环。在p-v与T-s图上，逆向循环按逆时针方向进行。*高温热源放热Q1热泵Wnet吸热Q2低温热源根据热力学第一定律，通常用工作系数评价逆向循环的热经济性。制冷系数：制冷装置工作系数供热系数：热泵工作系数*2．卡诺循环卡诺循环是法国工程师卡诺（S.Carnot）于1824年提出的一种理想热机工作循环，它由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成。卡诺循环热效率：*对于理想气体：*结论：(1)卡诺循环的热效率只取决于高温热源的温度与低温热源的温度，而与工质的性质无关;(2)卡诺循环的热效率总是小于1，不可能等于1，因为T1→∞或T2＝0K都是不可能的。这说明通过热机循环不可能将热能全部转变为机械能;(3)当T1=T2时，卡诺循环的热效率等于零，这说明没有温差是不可能连续地将热能转变为机械能，只有一个热源的热机（第二类永动机）是不可能的。*3．卡诺定理逆向卡诺循环：（1）卡诺制冷循环：制冷系数：（2）卡诺热泵循环：供热系数：定理一：在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，与工质的性质无关。*单一热源热机，违背热力学第二定律假如?t,R1??t,R2R1带动R2逆向运行R1带动R2逆向运行?t,R1??t,R2、?t,R1?t,R2不可能?t,R1＝?t,R2*定理二：在相同高温热源和低温热源间工作的任何不可逆热机的热效率都小于可逆热机的热效率。卡诺循环与卡诺定理从理论上确定了通过热机循环实现热能转变为机械能