工程热力学（52学时） 第五章 热力学第二定律(3)

1、Ex Ex 与与AnAn火用火无5-7 系统的作功能力（火用）系统的作功能力（火用） 及熵产与作功能力损失及熵产与作功能力损失“热力学第一定律热力学第一定律”说明了不同形式的能量说明了不同形式的能量可以相互转换，且在转换中可以相互转换，且在转换中数量守恒数量守恒。 “ “热力学第二定律热力学第二定律”进一步指出，不同形式进一步指出，不同形式能量的品质是不相同的，表现为能量的品质是不相同的，表现为转换为功的能转换为功的能力不同力不同。 YongYong正是一个可单独评价能量品质的物理正是一个可单独评价能量品质的物理量量。在给定环境条件下，任一形式的能量中，在给定环境条件下，任一形式的能量中，理论

2、上理论上最大可能地转变为有用功最大可能地转变为有用功的那部分能量的那部分能量称为该能量的称为该能量的YongYong，或称为有效能、可用能。，或称为有效能、可用能。能量中能量中不能转变为有用功不能转变为有用功的那部分能量称为的那部分能量称为WuWu或无效能。或无效能。nxAEE任何一种形式的能量任何一种形式的能量E E 都可以看成由都可以看成由YongYong（E Ex x）和）和WuWu（A An n）所组成：）所组成：nxAEEmax293110050041.4WkJmax2931100100070.7WkJ热一律：热一律：由由An转换为转换为Ex不可能不可能00001QTTTExQT S

3、TTTTSQTS 0QQAnQExTSQQQExAn0001QTExQTQQTQTST0QAnTSQQQExAnQ ,T0一定，一定，T ExQT一定，一定，Q ExQ0max21TWQT220Qmax20201QTExWQTSQT max1max20011TTWQWQTT02max22011CTQWQQTTTT2Q02ExTSQ 2Q0AnTS冷量冷量Ex可理解为可理解为: TT0,肯定是对其作功才形肯定是对其作功才形成的，而这个功（就是成的，而这个功（就是Ex）就）就储存在冷量里了。储存在冷量里了。qqexu=?经某可逆过程，经某可逆过程，与与环境达到平环境达到平衡，状态为衡，状态为u0,

4、 s0, T0, p0, v0，过过程中放热程中放热 ,对外作功为对外作功为w q假定假定 通过可逆热机作功通过可逆热机作功 wqqq01quuwiso0100qsssT001qTss 10010wuuTssqq10010wuuTssu001exwpvvu10010010exuuTsspvvu1, s1, T1, p1, v1u010010anTsspvvmaxu1u212012012wexexuuTsspvvu10010010exuuTsspvvu110010010exuuTsspvv求：该膨胀过程对外界的最大有用功求：该膨胀过程对外界的最大有用功01110p0001001001lnlnln

5、1244/RTTpRTTcRpTpppppRTkJ kgpp maxu1u2wexex01u1001ln1244/ppexRTkJ kgppmaxu1u218kJ/kgwexex02u2002ln1226/ppexRTkJ kgpp求：该膨胀过程对外界的最大有用功求：该膨胀过程对外界的最大有用功qq流量流量1kg的工质，初态为的工质，初态为h1, s1, c1, z1exh=?经稳定经稳定可逆可逆流动，与环境流动，与环境达到平衡，状态为达到平衡，状态为h0, s0, c0, z0，过程中放热为过程中放热为 ,对外对外作功为作功为wsqqqq22010101s12qhhccg zzwiso010

6、0qsssThs10010exwhhTssmaxh1h212012wexexhhTssh10010exhhTss压气机压气机燃气轮机燃气轮机燃烧室燃烧室t1=900p1=8.5bart2=477p2=1.03bart0=25p0=1.0barR=0.287kJ/kg.Kcp=1.10kJ/kg.K求求:exh1, exh2燃气轮机最大功燃气轮机最大功maxh1h2499.2kJ/kgwexexh110010exhhTss11p100p00lnln696.4kJ/kgTpcTTTcRTph220020exhhTss22p200p00lnln197.2kJ/kgTpcTTTcRTp可逆功可逆功ex

7、ExEx有效的输出输入的ExEx进出热力系统热力系统Ex效率效率Ex平衡平衡动力装置动力装置exinoutWExExnett1WQnet耗功装置耗功装置outinexExExW换热设备换热设备exExEx冷流体得到的热流体放出的加热加热Ex. balance、 Ex. efficiency、 Ex. destroyedEx1Ex212sExExWI 21sQHHW1201221()()IHHT SSHHQ012()T SSQ Q0210()QTSST0isoTS12()mhh热43()mhh冷h1h3h2h4Im exm exm exm ex热冷热冷h1h2h3h4()()mexexmexex

8、热冷021043()()T SST SSm热热1234m冷冷1201234034()()mhhT ssmhhT ss热冷0isoTSmaxh1h21201212()wexexhhT sshhTsT0122h1h212012()exexhhT sswEx损失损失max22wwhh归纳： Ex损失即作功能力损失. 均可以T0Sg（=T0Siso）计算。 刚性容器内贮有刚性容器内贮有4kg4kg空气，现分别采空气，现分别采用有温度为用有温度为200200o oC C的热源来供热的方法以及在绝的热源来供热的方法以及在绝热条件下输入功量的方法，使空气的温度从热条件下输入功量的方法，使空气的温度从5050

9、o oC C升高到升高到100100o oC C。(1)(1)空气的热力学能、熵在两种条空气的热力学能、熵在两种条件下的变化？件下的变化？(2)(2)所需的热量和功量？所需的热量和功量？(3)(3)如果环如果环境温度为境温度为2525o oC C，比较这两种方法，比较这两种方法 yongyong变化的大变化的大小小m=4kgm=4kgT1T2Q1T1T2W2Th=473KT0=298K 初、终状态之间的状态参数变化量和初、终状态之间的状态参数变化量和过程的性质和途径没有关系。过程的性质和途径没有关系。12TTmcTmcUvvKJ2 04 初、终状态之间的状态参数变化

10、初、终状态之间的状态参数变化量和过程的性质和途径没有关系。量和过程的性质和途径没有关系。12lnTTmcSvKKJ412. 0323373ln716. 04 热力学第一定律，第一种情况热力学第一定律，第一种情况KJTmcUQv2 .1431 热力学第一定律，第二种情况热力学第一定律，第二种情况KJUW2 .1432 计算Yong损,先利用熵方程求出熵产，然后再乘以环境温度T0，方式一pinMwQtotSSSSSKKJTQSh109. 04732 .143412. 0KJSTItot56.32109. 02980 计算计算yongyong损损, ,先利用熵方程求出熵产，先利用熵方程求出熵产，然后

11、再乘以环境温度然后再乘以环境温度T T0 0，方式二，方式二pinMwQtotSSSSSKJSTIpin78.122412. 02980 两物体质量相等、比热容相同（都为常数），其中A物体初温为TA，B物体初温为TB。用它们作热源和冷源，使可逆热机在其同工作，直至两物体温度相等时为止。（1）试证明平衡时的温度为（2）求可逆热机作出的总功量；（3）如果两物体直接接触进行热交换，直至温度相等，求此时的平衡温度及两物体的总熵增。BAmTTT 取A、B物体及热机共同组成孤立系统BAmBAmTTTTBAisoRRBAisoTTTTTTTdTmcTdTmcSSSSSSSSmBmA0ln0002热机为可逆热

12、机时，其做功量最大BmmATTmcTTmcQQW21maxQ1为物体A在该过程中释放的热量Q2为物体B在该过程中吸收的热量平衡温度由能量平衡方程式求得2/BAmBmmATTTTTmcTTmc两物体组成系统的熵变化量为BABATTTTBATTTTmcSTdTmcTdTmcSSSmBmA4ln2/ 两个容器通过阀门可以连通。初态时，在两个容器通过阀门可以连通。初态时，在容积为容积为3m3m3 3的容器的容器A A中，空气的压力为中，空气的压力为0.8MPa0.8MPa，温，温度为度为1717o oC C。容积为。容积为1m1m3 3的容器的容器B B则为真空。阀门打开则为真空。阀门打开后，空气由后，空气由A A流入流入B B，当两个容器内压力相等时关，当两个容器内压力相等时关闭阀门。若整个过程中两个容器均为绝热，计算闭阀门。若整个过程中两个容器均为绝热，计算连通过程中的熵产？连通过程中的熵产？ 从整体考虑：和外界无热量、功量交换从整体考虑：和外界无热量、功量交换 内能变化为内能变化为0 01112222221221220AAABABBAAABvBAAvATmTmmTmTmTTcmTTcmTmRpVg11222112222AABAAABBAAVpVVpVpVpVp 理想气体状态方程理想气体状态方程KgRTVpmAAA83.28290287. 0380011MPapVVVpABAA