工程热力学第三版 沈维道编 课件第5章

1、第五章热力学第二定律 第二定律解决与热现象有关的过程进行的方向条件和限度等问题的规律。 51热力学第二定律 一自然过程的方向性 （1）功热转化：功可以自动地转化为热，热不可能全部无条件地转化为功。因摩擦使机械能转化为热能地现象，称耗散效应。一自然过程的方向性 （2）有限温差传热 （3）自由膨胀 （4）混合过程 （2）（4）是在有限势差推动下进行地非准平衡过程造成不可逆的另一个因素。 （1）（4）为执法过程，其反向过程为非自发过程。二热力学第二定律的表述 克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。 开尔文：不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下其它任何变化的热

2、力发动机。 两说法等效，违反一个必违反另一个。 52 可逆循环分析及其热效率 一卡诺循环：两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成。dcgabgnettvvTRqvvTRqqqqwlnln1221112152 可逆循环分析及其热效率121211211TTvvvvvvTTTTvvTTTTcadbckaddakbccb52 可逆循环分析及其热效率 结论（1）热效率只取决于T1和T2 （2）热效率只能小于1 （3）T1T2时，热效率为零 卡诺循环是热机的最高理想但难以实现，因为：（1）T1和T2相差很大效率才高 （2）气体定温过程不易实现二概括性卡诺循环 概括性卡诺循环：双热源间的极限回热循环。 三逆

3、向卡诺循环：逆时针21121112122122TTTqqqwqTTTqqqwqnetcnetc四多热源的可逆循环四多热源的可逆循环 多热源的可逆循环的循环效率小于同温多热源的可逆循环的循环效率小于同温限间工作的卡诺循环。限间工作的卡诺循环。ctTTsTsTqq12121211153卡诺定理 卡诺定理一：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源间工作的一切可逆循环，其热效率相等，与可逆循环的种类无关，与采用工质无关 卡诺定理二：在温度同为T1的热源和同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环。53卡诺定理 结论：在两个热源间的一切可逆循环，他们的热效率都相等，于工质的性质无关，

4、只决定于热源和冷源的温度，热效率都可以表示为121TTTt53卡诺定理 （2）温度界限相同，但具有两个以上的热源的可逆循环，其热效率低于卡诺循环； （3）不可逆循环的热效率必定小于同样条件下的可逆循环。 54 熵参数热过程方向的判据 一 状态参数熵的导出54熵参数、热过程方向的判据 一任意可逆循环，用一组可逆绝热线将它分割成多个微元循环 其中任意小循环的热效率为为为代代数数值值）为为绝绝对对值值）22r21r122r21r11r2r12Q(0TQTQQ(TQTQTT1QQ1 54熵参数热过程方向的判据0TQTQTTT0TQTQ1B2r22A1r1r2r1r1B22r22A11r1 则则：表表示

5、示，统统一一用用、 21rev21rrev2B1rrev2A1rrev2B1rrev1B2rrevrevrrevrevrrevrevrrevTQTQTQTQTQTQTqTqdsTQTQds0TQ0TQ或或二热力学第二定律数学表达式 （1)克劳修斯积分不等式 若循环部分不可逆：0111212rrrctTQTTQQ21122112122112212112000ArArBrBrArrBrBrrrevTQSSTQTQTQTQTQTQTQTQsssTQ不可逆段：可逆段：rrrrrTqdskgTQdSTqsskgTQSSTQSS:1:1211221122112对于对于不可逆三不可逆过程的分析 绝热过程Q=

6、0 Sad0 sad0 可逆绝热过程：dS=0;S2-S1=0;S2=S1 不可逆绝热过程：dS0;S2-S10;S2S1四相对熵及熵变量计算 s基准点0vv, ll21T,pTP,ssssTTTqs s 的的蒸蒸汽汽的的液液体体加加热热到到如如：段段计计算算若若有有相相变变：熵熵变变量量必必分分基基准准点点基基准准点点5-5熵增原理 一孤立系熵增原理 Siso0 dSiso0 示例一：单纯传热 dSisodSA+dSB0dSTT0dSTTdSdSisoBAisoBABA若若BABABATQTQTQTQTQTQ则则示例2：热转化为功 Siso ST1 S ST20S;TQTQTT1QQ10ST

7、QTQTQTQTQ0TQSiso22111212iso112211222211iso 所所以以：不不可可逆逆循循环环：，可可逆逆循循环环：示例三耗散功转化为热 Siso=Sg0 dSiso=Sg0 dSiso=dI/T0 实际过程的方向性，补偿过程： 过程能否发生的判据凡是使孤立系的熵减少的过程都是不可能发生。 孤立系中部分物体的熵减少，必须同时有使熵增大的过程，即补偿过程。 关于熵的要点： （1）熵使任意物质的状态参数，从一定的初态到一定的终态，熵的变化于过程性质无关。 （2）可逆过程的ds=dq/T，不可逆过程中，dsdq/T (3)孤立系的熵决不能减少。以此可判断过程进行的方向。 （4）

8、孤立系的熵增大，表上地系统内部发生了不可逆变化。热量的作功能力 （一）不平衡物系有作功能力 例如：气缸中压力高于大气压的气体 （二）热量的作功能力：热量中可转化为热量的最高额。 （三）孤立系中熵增与作功能力的损失。 例如：Q1从高温热源传入温度较低的热源 ，Q1的作功能力减少了0TsI孤孤立立系系 各种情况下的熵： 可逆可逆 不可逆不可逆 循循环环 0Tdq 0Tdq 工质工质 过过程程 2112Tdqss 2112Tdqss 循循环环 孤立孤立系系 过过程程 s孤孤0 s孤孤0 思考题： 1.气体放热过程是否一定是降温过程。 2.工质进行不可逆循环后，其熵值必增加。 3.闭口系进行了一个过程

9、后，如果熵增加了，是否能肯定它从外界吸收了热量？如果熵减少了，是否能肯定它向外界放出了热量？ 4.对于理想气体的等温过程，其焓值H一定大于其热力学能U， H一定大于U. 5.任何可逆循环的热效率都是：1T2/T1 6.理想气体从同一初态，经可逆和不可逆绝热压缩过程，设耗功相同，问终态的温度压力和熵是否都不相同。0s 0s 7.理想气体从同一初态绝热压缩到相同的比体积， 如果一为可逆过程，一为不可逆过程，问不可逆过程的内能是否变化少? 8.从同一热源吸收相同的热量，一为可逆过程，一为不可逆过程，工质终态的熵如何？ 9.封闭系经可逆过程，对外作功15kJ,放热5kJ,系统的熵变如何？若经历的过程为不可逆过程哪？ 10 .系统经历一可逆过程，如果只知道过程终态的熵大于初态的熵，就无法判断这个过程是否