工程热力学 第五章 热力学第二定律ppt课件

1、第5章 热力学第二定律第5章 热力学第二定律什么是自发过程自发过程的方向性1.一杯热水一杯热水: 热量从水传给空气热量从水传给空气 自发过程自发过程 将散失到空气中的热量自发地聚集起来，将散失到空气中的热量自发地聚集起来，使水变热行吗？使水变热行吗？2.运动的机械运动的机械: 摩擦生热，功量转变为热量摩擦生热，功量转变为热量自发过程自发过程 将散失到空气中的热量自发地聚集起来，将散失到空气中的热量自发地聚集起来，使机械重新运动行吗？使机械重新运动行吗？3.气体向真空自在膨胀气体向真空自在膨胀: 气体压力降低自气体压力降低自发过程发过程 让气体自动恢复原来形状行吗？让气体自动恢复原来形状行吗？自

2、发过程的特点第5章 热力学第二定律热力学第二定律的表述两种表述的关系 两种表述方式不同,但本质一致,假设假设能违反一种表述,那么可证明必然也违反另一种表述。 如假设机器A违反开尔文-普朗克说法能从高温热源获得热量q/1而把它全部转变为机械功w0，即w0 q/1，那么可利用这些功来带动制冷机B，由低温热源获得热量q2而向高温热源放出热量q1 。即A机：10qwB机：012wqq由于由于112qqq 有有211qqq 即低温热源给出热量q2，而高温热源得到了热量q2，此外没有其它的变化。这显然违反了克劳修斯说法。 热机的热效率最大能到达多少？热机的热效率最大能到达多少？又与哪些要素有关？又与哪些要

3、素有关？t 100不能够t =100不能够热一概与热二律第5章 热力学第二定律卡诺循环的定义卡诺卡诺 (Sadi Carnot，1796-1832, 法国法国) 卡诺循环的定义21绝热压缩是两个热源间的可逆循环是两个热源间的可逆循环32等温吸热43绝热膨胀14等温放热卡诺循环热效率2C11qq t1wq122111qqqqq 2322132111TssTT ssT 关于卡诺循环热效率2C12TTT1C12TTT 逆向卡诺循环例题21278.15115.12%293.15CTT 某项专利恳求书上提出一种热机，它从167的热源接受热量，向7冷源排热，热机每接受1000kJ热量，能发出0.12kWh

4、的电力。 请断定专利局能否应受理其恳求，为什么？解：从恳求能否违反自然界普遍规律着手kJQkJWnet1000432360012. 01故不违反热力学第一定律根据卡诺定理，在同温限的两个恒温热源之间任务的热机，以可逆机效率最高。例题例题364. 016715.273715.27311,hLctTT1max,max,QWnettct违反热力学第二定律，所以不能够。kJPkJQWctnet4323641000364. 01,max,0,14320.4321000tt cWQ或概括性卡诺循环概括性卡诺循环概括性卡诺循环热效率222111111abtdcTsqTqT sT 卡诺定理12RRWW22QQ

5、22QQ12RRWW卡诺定理的证明第5章 热力学第二定律熵参数的导出熵参数的导出121211TTqqC1212qqTT2q熵参数的导出0qT 121 22 1120ABqqTTTqrevTqdsrevQdST克劳修斯不等式 221111QTQT 2121QQTT12120QQTTQ取代数值取代数值克劳修斯不等式12120QQTT0QT 0QT 不可逆过程熵的变化0QT 122 1bQSST211 2aQSST211 2aQSST1 22 10abQQTT121 2()0aQSSTdQSTgfgddddQSSSSTfdQST不可逆过程熵的变化fgdddSSSfgSSS pVcccddQmc TS

6、TT21lnTSmcTc=const关于形状参数熵多热源可逆循环及平均吸放热温度11qTs22qTs平均吸热温度平均吸热温度 平均放热温度平均放热温度 11qTs留意留意:平均吸平均吸(放放)热温度只需在可逆过程中才可以用上式求解热温度只需在可逆过程中才可以用上式求解 多热源可逆循环及平均吸放热温度多热源可逆循环多热源可逆循环e-h-g-l-e的热效率为的热效率为22t11qT=1-=1-qT另一个任务在T1=Th，T2=Tl下的卡诺循环A-B-C-D-A，其热效率为21111CqqT 2TCt与一样温限之间的卡诺循环相比，显然 ，故 。11TT 22TT 第5章 热力学第二定律孤立系统熵增原

7、理isofgdsdsds0fds 0gds 0isogdsds可逆，可逆，“= = 不可逆不可逆“ 孤立系统熵增原理：孤立系内一切过程均使孤立系统熵增原理：孤立系内一切过程均使孤立系统熵添加，其极限孤立系统熵添加，其极限 一切过程均可一切过程均可逆时系统熵坚持不变。逆时系统熵坚持不变。3一真实践过程都不可逆，所以可根据熵增原理判别过程进展的方向；1孤立系统熵增原理Siso=Sg 0，可作为第二定律的又一数学表达式，而且是更根本的一种表达式； 2孤立系统的熵增原理可推行到闭口绝热系； 4孤立系统中一切过程均不改动其总内部储能，即恣意过程中能量守恒。但各种不可逆过程均可呵斥机械能损失，而任何不可逆

8、过程均是Siso0，所以熵可反映某种物质的共同属性。孤立系统熵增原理作功才干损失作功才干损失设环境温度为T0，今有一体系，在只需环境参与的情况下从给定的初态1不可逆地变到终态2，为了确定不可逆过程的作功才干损失，想象存在一可逆过程分别具有一样的初态和终态， IRWWI0WQU00RIRIIWWQQ000RRQSST 000IIQST000000000TQQTQTQTQSSIRIRIgisogSTSTI00Gouy-Stodola公式公式 第5章 热力学第二定律ExAnEx+An三种不同质量的能量火用和火无的定义nxAEE热流火用0 x,1QTeqT0 x,1QTeqT稳定流开工质的火用焓火用,

9、max,0ss A as awww, s A aawhh,000s aaawhhq00000aaqTssTss稳定流开工质的火用焓火用x,000HehhTsss,max000whhTss稳定流开工质的火用焓火用12,maxx,x,12012sHHweehhTss12,maxx,x,x,sHHQweee稳定流开工质的火用焓火用例例 有限质量、变温热源问题有限质量、变温热源问题 解：方法一解：方法一1qmcdT 00111TTwqmcdTTT 210,max293.15363.151293.15100 4.18681=3026kJTtTTwmcdTTdTT 方法二方法二210lnisoTQSSSmcTT 热水环境1004.1868902029