理学热力学第四章学习教案

1、会计学1理学理学(lxu)热力学第四章热力学第四章第一页，共176页。自然界自发过程都具有(jyu)方向性l 热量由高温物体传向低温物体l 摩擦生热l 水自动地由高处向低处流动l 电流(dinli)自动地由高电势流向低电势第1页/共176页第二页，共176页。自发过程具有方向性、条件(tiojin)、限度摩擦(mc)生热热量(rling)100%热量发电厂功量40%放热Spontaneous process第2页/共176页第三页，共176页。 自然界过程的方向性表现在不同(b tn)的方面热力学第二定律第3页/共176页第四页，共176页。 热二律的表述(bio sh)有 60-70 种 1

2、851年 开尔文普朗克表述 热功转换的角度 1850年 克劳修斯表述 热量传递的角度第4页/共176页第五页，共176页。KelvinPlanck Statement It is impossible for any device that operates on a cycle to receive heat from a single reservoir and produce a net amount of work.第5页/共176页第六页，共176页。 热机不可能将从热源吸收的热量全部转变(zhunbin)为有用功，而必须将某一部分传给冷源。理想气体 T 过程 q = wKelvin

3、Planck Statement第6页/共176页第七页，共176页。T s p v 1 2 热机(rj)：连续作功 构成循环1 2 有吸热(x r)，有放热第7页/共176页第八页，共176页。 Heat Thermal Energy Sink冷热源(ryun):容量无限大，取、放热其温度不变 第8页/共176页第九页，共176页。但违反了热力学(l xu)第二定律这类永动机并不违反热力 学第一(dy)定律第二类永动机是不可能制造成功的环境是个大热源第9页/共176页第十页，共176页。锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器WnetQoutQ第10页/共176页第十一页，共176页。设水位(shuwi

4、)差为180米重力势能转化(zhunhu)为电能：1800 Emghm Jmkg水降低5C放热：21000 Qcm tm J 2100011.71800QmEm第11页/共176页第十二页，共176页。单热源(ryun)热机水面(shu min)制冷系统耗功水发电机蒸汽(zhn q)第12页/共176页第十三页，共176页。 1918, the U.S. Patent Office decreed that it would on longer consider any perpetual-motion machine applications. 中国(zhn u)上世纪八十年代，王洪成，水变

5、油第13页/共176页第十四页，共176页。 It is impossible to construct a device that operates in a cycle and produces no effect other than the transfer of heat from a lower-temperature body to a higher-temperature body.Clausius statement第14页/共176页第十五页，共176页。 热量不可能自发地、不付代价(diji)地从低温物体传至高温物体。空调,制冷代价：耗功Clausius statemen

6、t第15页/共176页第十六页，共176页。完全(wnqun)等效!克劳修斯表述：违反一种表述,必违反另一种表述!第16页/共176页第十七页，共176页。 Q1 = WA + Q2反证法：假定违反(wifn)开表述 热机A从单热源吸热全部作功Q1 = WA 用热机(rj)A带动可逆制冷机B 取绝对值 Q1 -Q2= WA = Q1 Q1 -Q1 = Q2 违反克表述 T1 热源AB冷源 T2 T1 Q2Q1WAQ1第17页/共176页第十八页，共176页。 WA = Q1 - Q2反证法：假定(jidng)违反克表述 Q2热量无偿从冷源送到热源假定热机A从热源(ryun)吸热Q1 冷源无变化

7、 从热源吸收Q1-Q2全变成功WA 违反开表述 T1 热源A冷源 T2 100不可能热二律否定第二类永动机t =100不可能第20页/共176页第二十一页，共176页。法国(f u)工程师卡诺 (S. Carnot)，1824年提出卡诺循环热二律奠基人效率最高第21页/共176页第二十二页，共176页。卡诺循 环(xnhun)示意图4-1绝热压缩过程(guchng)，对内作功1-2定温吸热过程， q1 = T1(s2-s1)2-3绝热膨胀过程，对外作功3-4定温放热过程， q2 = T2(s2-s1)Carnot cycleCarnot heat engine第22页/共176页第二十三页，共

8、176页。t1wq2212t,C121111TssTT ssT 卡诺循环热机效率T1T2Rcq1q2w122111qqqqq Carnot efficiency第23页/共176页第二十四页，共176页。2t,C11TT T1 t,c , T2 c ，温差(wnch)越大，t,c越高 当T1=T2， t,c = 0, 单热源热机不可能 T1 = K, T2 = 0 K, t,c 100%， 热二律Constant heat reservoir第24页/共176页第二十五页，共176页。T0T2制冷(zhlng)2212Cqqwqq221202122102()()()T ssTT ssT ssT

9、TT0T2Rcq1q2w0211TTTss2s1T2 c 第25页/共176页第二十六页，共176页。T0T1制热Ts1112qqwqq121112102110()()()T ssTT ssT ssTTT1T0Rcq1q2w0111TTs2s1T0 第26页/共176页第二十七页，共176页。T0T2T1制冷(zhlng)制热TsT1T2动力(dngl)第27页/共176页第二十八页，共176页。22102CQTQTT 有一卡诺热机,从T1热源(ryun)吸热Q1,向T0环境放热Q2,对外作功W带动另一卡诺逆循环,从T2冷源吸热Q2,向T0放热Q1T1T2(T0 则第28页/共176页第二十九

10、页，共176页。22102CQTQTTT1T2(T0 0CtC1111TwQQT解：22C2C02QQwTTT第29页/共176页第三十页，共176页。22102CQTQTTT1T2(T0 02121021TTTQQTT解：0第30页/共176页第三十一页，共176页。 卡诺提出(t ch)：卡诺循环效率最高即在恒温T1、T2下t,Rt,任 结论正确，但推导过程是错误的 当时盛行“热质说” 1850年开尔文，1851年克劳修斯分别重新证明Carnot principles第31页/共176页第三十二页，共176页。 要证明(zhngmng)T1T2IRRRWQ1Q2Q2Q2Q1Q1W t,IR

11、t,R 如果 t,IR1WQt,R1WQ Q1= Q1 W W “热质说”，水, 高位到低位，作功，流量不变热经过热机作功，高温到低温，热量不变Q2= Q1 Q2= Q1 Q2= Q2T1和T2无变化，作出净功W-W , 违反热一律把R逆转Q1Q2R第32页/共176页第三十三页，共176页。 开尔文重新(chngxn)证明 克劳修斯重新(chngxn)证明 热质说 用第一定律证明第二定律第33页/共176页第三十四页，共176页。若 tIR tR T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIRIRRWWWIR- WR = Q2 - Q2 0T1无变化(binhu)从T2吸热Q2-Q2违反开表述，单热源

12、热机WR假定(jidng)Q1= Q1 要证明tIRtR把R逆转-WRWIR=Q1-Q2WR=Q1-Q2 对外作功WIR-WR 第34页/共176页第三十五页，共176页。若 tIR tRT1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIRIRR11WWQQ Q1 0从T2吸热(x r)Q2-Q2向T1放热Q1-Q1不付代价违反克表述 要证明tIRtR Q1-Q2= Q1-Q2 WR把R逆转第35页/共176页第三十六页，共176页。T1T2R1R2Q1Q1Q2Q2WR1 求证(qizhng)： tR1 = tR2 由卡诺定理tR1 tR2 tR2 tR1 WR2 只有： tR1 = tR2 tR1 = tR

13、2= tC与工质无关第36页/共176页第三十七页，共176页。T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIR 已证： tIR tR 证明(zhngmng)tIR = tR 反证法,假定：tIR = tR 令 Q1 = Q1 则 WIR = WR 工质循环、冷热源均恢复原状，外界无痕迹，只有可逆才行，与原假定矛盾。 Q1- Q1 = Q2 - Q2= 0 WR第37页/共176页第三十八页，共176页。第38页/共176页第三十九页，共176页。 多热源可逆热机与相同温度界限(jixin)的卡诺热机相比，热效率如何？Q1C Q1R多 Q2C tR多 Q1R多 = T1(sc-sa) Q2R多 = T2(

14、sc-sa) Ts第39页/共176页第四十页，共176页。如果(rgu)吸热和放热的多变指数相同bcdafeT1T2完全(wnqun)回热 Ts2tCtR11TT 概括nn ab = cd = ef 这个结论提供了一个提高热效率的途径 Ericsson cycle第40页/共176页第四十一页，共176页。2、多热源(ryun)间工作的一切可逆热机 tR多 同温限间工作卡诺机 tC 3、不可逆热机tIR 同热源间工作可逆热机tR tIR tR= tC 在给定的温度界限间工作的一切热机， tC最高 热机极限 第41页/共176页第四十二页，共176页。2、The efficiencies of

15、 all reversible heat engines operating between the same two reservoirs are the same.第42页/共176页第四十三页，共176页。具有重大意义。第43页/共176页第四十四页，共176页。1000 K300 KA2000 kJ800 kJ1200 kJ可能(knng) 如果：W=1500 kJ2tC13001170%1000TT t1120060%2000wq1500 kJt150075%2000不可能500 kJ第44页/共176页第四十五页，共176页。 tC =74.7% 实际(shj)t =3040% 卡

16、诺热机只有理论意义，最高理想实际上 T s 很难实现 火力发电(hul fdin) t1=600oC，t2=25oC tC =65.9% 实际t =40%回热和联合循环t 可达50%第45页/共176页第四十六页，共176页。热二律推论之一 卡诺定理给出热机(rj)的最高理想热二律推论(tuln)之二 克劳修斯不等式反映方向性 定义熵Clausius inequality第46页/共176页第四十七页，共176页。正循环(xnhun)逆循环(xnhun)可逆循环(xnhun)不可逆循环(xnhun) 克劳修斯不等式的推导(tudo)第47页/共176页第四十八页，共176页。1、正循环(xnh

17、un)（卡诺循环(xnhun)）T1T2RQ1Q2W120QQQ 吸热221111tQTQT 2112QQTT 21120QQQTTT 第48页/共176页第四十九页，共176页。1、正循环(xnhun)（卡诺循环(xnhun)）T1T2RQ1Q2W120QQQ 吸热2112QQTT 21120QQQTTT 假定 Q1=Q1 ，tIR tR，WW 11QQ可逆时IRWQ1Q2第51页/共176页第五十二页，共176页。正循环(xnhun)（可逆、不可逆）0Q 吸热(x r)0QT 反循环（可逆、不可逆）0Q 放热仅卡诺循环第52页/共176页第五十三页，共176页。 对任意(rny)循环0rQ

18、T 克劳修斯不等式将循环用无数组 s 线细分，abfga近似可看成卡诺循环热源(ryun)温度热二律表达式之一第53页/共176页第五十四页，共176页。1000 K300 KA2000 kJ800 kJ1200 kJ可能(knng) 如果：W=1500 kJ1500 kJ不可能200080010003000.667kJ/K0QT 500 kJ200050010003000.333kJ/K0QT 注意： 热量的正和负是站在循环的立场上第54页/共176页第五十五页，共176页。热二律推论之一 卡诺定理给出热机(rj)的最高理想热二律推论(tuln)之二 克劳修斯不等式反映方向性热二律推论(tu

19、ln)之三 熵反映方向性第55页/共176页第五十六页，共176页。定义：熵reQdST于19世纪(shj)中叶首先克劳修斯(R.Clausius)引入，式中S从1865年起称为entropy，由清华刘仙洲教授译成为“熵”。小知识(zh shi)0rQT 克劳修斯不等式可逆过程， ， 代表某一状态函数。TqQT比熵reqdsT第56页/共176页第五十七页，共176页。定义：熵reQdST热源(ryun)温度=工质温度比熵reqdsT0rQT 克劳修斯不等式0dS 0Q0dS 0Q0dS 可逆时0Q熵变表示(biosh)可逆过程中热交换的方向和大小熵的物理意义0dS 第57页/共176页第五十

20、八页，共176页。可逆循环(xnhun)0dS 0QT pv12ab1 22 10abQQTT2 11 2bbQQTT1 21 2abQQTT1 21 2abSS 熵变与路径(ljng)无关,只与初终态有关0dSdS可逆不可逆蜒2121SS 可逆不可逆Entropy change第58页/共176页第五十九页，共176页。1 22 10abQQTT212112QSSST任意(rny)不可逆循环0QT 2 11 2bbQQTT211 21 2abQQSTT pv12ab第59页/共176页第六十页，共176页。212112QSSST热二律表达式之一对于(duy)循环克劳修斯不等式QST 除了传热

21、,还有其它因素影响熵不可逆绝热过程0dS 0Q不可逆因素会引起熵变化=0总是熵增针对过程第60页/共176页第六十一页，共176页。=：可逆过程：不可逆过程定义(dngy)fQdST熵产：纯粹由不可逆因素(yn s)引起g0dS gfdSdSdS结论：熵产是过程不可逆性大小的度量。QdST熵流：永远fgSSS 热二律表达式之一Entropy flow and Entropy generation第61页/共176页第六十二页，共176页。任意(rny)不可逆过程gfdSdSdSfgSSS 0S f0Sg0S可逆过程f0SS g0S不可逆绝热过程(ju r u chn)0Sf0Sg0S可逆绝热过

22、程(ju r u chn)0Sf0Sg0S不易求第62页/共176页第六十三页，共176页。理想气体(l xin q t)2221v11lndTvScRTv仅可逆过程适用(shyng)2221p11lndTpScRTp2221pv11dvdpSccvpTs1234132131231QSSST 242141242QSSST 任何(rnh)过程第63页/共176页第六十四页，共176页。非理想气体(l xin q t)：查图表固体(gt)和液体：通常pvccc常数例：水4.1868kJ/kg.Kc reQdUpdvdUcmdT熵变与过程无关(wgun)，假定可逆：reQcmdTdSTT21lnTS

23、cmT第64页/共176页第六十五页，共176页。热源（蓄热器）：与外界(wiji)交换热量，T几乎不变假想(jixing)蓄热器RQ1Q2WT2T1T111QST热源(ryun)的熵变第65页/共176页第六十六页，共176页。功源（蓄功器）：与只外界(wiji)交换功0S功源的熵变理想(lxing)弹簧无耗散(ho sn)第66页/共176页第六十七页，共176页。孤立(gl)系统0fdS无质量(zhling)交换0giso dSdS结论：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。无热量交换无功量交换=：可逆过程：不可逆过程热二律表达式之一第67页/共1

24、76页第六十八页，共176页。 The entropy of an isolated system during a process always increase or, in the limiting case of a reversible process, remains constant.孤立系统熵增原理：孤立系统的熵只能增大(zn d)，或者不变，绝不能减小。第68页/共176页第六十九页，共176页。孤立系统 = 非孤立系统 + 相关(xinggun)外界iso0dS=：可逆过程 reversible：不可逆过程 irreversibleT2)QT2T1用克劳修斯不等式 0rQT

25、 QST 用用fgSSS 用iso0S没有(mi yu)循环不好用不知道第70页/共176页第七十一页，共176页。QT2T112isoTT122111QQSSSQTTTT 取热源(ryun)T1和T2为孤立系当T1T2可自发(zf)传热iso0S当T1T2不能传热iso0S当T1=T2可逆传热iso0S第71页/共176页第七十二页，共176页。QT2T1iso2111SQTT取热源(ryun)T1和T2为孤立系isoSSTT1T2第72页/共176页第七十三页，共176页。两恒温热源间工作(gngzu)的可逆热机Q2T2T112isoTTRSSSSS 功源RWQ1功源12120QQTT22

26、tt,C1111QTQT 第73页/共176页第七十四页，共176页。Q2T2T1RWQ1功源12iso120QQSTTSTT1T2两恒温热源间工作(gngzu)的可逆热机第74页/共176页第七十五页，共176页。T1T2RQ1Q2W假定(jidng) Q1=Q1 ，tIR tR，W tIR RIR121222()WWQQQQQQ可逆T1T0IRWIRQ1Q2作功能力:以环境为基准,系统(xtng)可能作出的最大功假定(jidng) Q1=Q1 ， WR WIR 作功能力损失第80页/共176页第八十一页，共176页。121222101000QQQQQQTTTTTTT1T0RQ1Q2W22Q

27、Q11221100QQQQTTTTIRWQ1Q212isoTTIRRSSSSS 假定(jidng) Q1=Q1 ， W R WIR 作功能力(nngl)损失02tt,C1111TQQT 1210QQTT220QQT0isoTS第81页/共176页第八十二页，共176页。闭口(b ku)系21fgSSS 开口(ki ku)系out(2)in(1)ScvQWcvfgi,ini,ini,outi,out11nniidSdSdSmsms稳定流动cv0dSinoutmmmfginout0()dSdSssm21fgdSdSdS21fgSSS 第82页/共176页第八十三页，共176页。 温度界限相同的一切

28、可逆机的效率(xio l)都相等? 一切不可逆机的效率都小于可逆机的效率?理想 T (1)体积膨胀,对外界有影响 (2)不能连续不断地转换为功第83页/共176页第八十四页，共176页。l 熵是状态(zhungti)参数，状态(zhungti)一定，熵有确定的值； 熵的变化只与初、终态有关，与过程的路 径无关 熵是广延量第84页/共176页第八十五页，共176页。reqdsTfgsss qsT 0rqT 可逆过程传热的大小(dxio)和方向 不可逆程度(chngd)的量度gs作功能力损失0iso0gTsTs 孤立系iso0sg0s 过程进行的方向 循环0s 克劳修斯不等式第85页/共176页第

29、八十六页，共176页。 任何(rnh)过程，熵只增不减 若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到 达同一(tngy)终点，则不可逆途径的S必大于可逆过程的S 可逆循环(xnhun)S为零，不可逆循环(xnhun)S大于零 不可逆过程S永远大于可逆过程S第86页/共176页第八十七页，共176页。 若工质从同一初态，分别经可逆和不可逆过程，到达(dod)同一终态，已知两过程热源相同，问传热量是否相同？相同(xin tn)初终态，s相同(xin tn)qsT =：可逆过程：不可逆过程热源(ryun)T相同RIRqqquw 相同RIRww第87页/共176页第八十八页，共176页。 若工质从同一初态出发

30、，从相同(xin tn)热源吸收相同(xin tn)热量，问末态熵可逆与不可逆谁大？相同(xin tn)热量，热源T相同(xin tn)qsT =：可逆过程：不可逆过程IRRss 相同(xin tn)初态s1相同(xin tn)2,IR2,Rss第88页/共176页第八十九页，共176页。 若工质从同一(tngy)初态出发，一个可逆绝热过程与一个不可逆绝热过程，能否达到相同终点？fgsss 0s 可逆绝热不可逆绝热0s STp1p2122第89页/共176页第九十页，共176页。 理想气体(l xin q t)绝热自由膨胀，熵变？0U0T典型(dinxng)的不可逆过程22iso21v11ln

31、lnTvSSSm cRTvAB真空(zhnkng)0第90页/共176页第九十一页，共176页。可逆热机(rj)2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJt30010.852000 12isoTcycleT10015002000300SSSS t10.85 10085WQkJ第91页/共176页第九十二页，共176页。可逆热机(rj)2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ Scycle=0, Siso=0ST2000 K300 K第92页/共176页第九十三页，共176页。2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ12isoTcycleT10017020

32、003000.0067kJ/K0SSSS 不可逆热机(rj)83 kJ17 kJ由于膨胀(png zhng)时摩擦摩擦耗功 2kJ当T0=300K作功能力损失=T0Siso= 2kJ第93页/共176页第九十四页，共176页。2000 K300 K100 kJ15 kJ85 kJ不可逆热机(rj)83 kJ17 kJ由于(yuy)膨胀时摩擦= 2kJ Scycle=0T0ST2000 K300 K Siso=0.0067第94页/共176页第九十五页，共176页。有温差(wnch)传热的可逆热机2000 K300 K100 kJ16 kJ84 kJt30010.841875 132isoTTc

33、ycleT1001001001602000187518753000.0033/0SSSSSkJ K t184WQkJ100 kJ1875 K0iso1kJTS第95页/共176页第九十六页，共176页。有温差传热(chun r)的可逆热机2000 K300 K100 kJ16 kJ84 kJ100 kJ1875 K1kJST2000 K300 K1875 K Siso=0.0033 Scycle=0T0 S热源(ryun)温差第96页/共176页第九十七页，共176页。某热机工作于T1=800K和T2=285K两个热源(ryun)之间，q1=600kJ/kg，环境温度为285K， 试求： （1

34、）热机为卡诺机时，循环的作功量及热效率 （2）若高温热源(ryun)传热存在50K温差，绝热膨胀不可逆性引起熵增0.25kJ/kg.K，低温热源(ryun)传热存在15K温差，这时循环作功量、热效率、孤立系熵增和作功能力损失。第97页/共176页第九十八页，共176页。（1）卡诺(k nu)热机800 KST285 Kt,C28510.644800 Ct,C10.644 600386.4/wqkJ kg第98页/共176页第九十九页，共176页。800 K285 Kq1q2wq1750 K300 Kq2高温热源传热存在50K温差绝热膨胀不可逆性引起熵增0.25kJ/kg.K低温热源传热存在15

35、K温差（2）第99页/共176页第一百页，共176页。800 KsT285 K1800q750 K300 K s111750800qqs高差800 K285 Kq1q2wq1=600750 K300 Kq222285300qqs低差 s不可(bk)=0.25第100页/共176页第一百零一页，共176页。某热机工作于T1=800K和T2=285K两个热源之间，q1=600kJ/kg，环境温度为285K， 试求： （1）热机为卡诺机时，循环的作功量及热效率 （2）若高温(gown)热源传热存在50K温差，绝热膨胀不可逆性引起熵增0.25kJ/kg.K，低温热源传热存在15K温差，这时循环作功量、

36、热效率、孤立系熵增和作功能力损失。第101页/共176页第一百零二页，共176页。800 KsT285 K1800q750 K300 K s1 s不可逆=0.2511750800qqs高差22285300qqs低差12300ssqs高差不可逆12285kJ/kgwqq10.475wqt1285ssss高差不可逆低差第102页/共176页第一百零三页，共176页。800 KsT285 K750 K300 K s1 s不可逆s高差s低差0.355kJ/kg.Kssss iso不可逆高差低差 siso0iso101.2kJ/kgTs第103页/共176页第一百零四页，共176页。800 KsT285

37、 K750 K300 K101.2/kJ kgCwwt,C0.644C386.4/wkJ kg285/wkJ kg0.475t第104页/共176页第一百零五页，共176页。第105页/共176页第一百零六页，共176页。例1：（4-7）设有一个能同时产生冷空气和热空气的装置，参数如图所示，判断(pndun)此装置是否可能？ 如果不可能，在维持各处原摩尔数和 t0 不变的情况下，改变哪一个参数就能实现。a2 kmol1 atm25b1 kmol1 atm1 kmol1 atm-15 60 c第106页/共176页第一百零七页，共176页。热二律a2 kmol1 atm25b1 kmol1 at

38、m1 kmol1 atm-15 60 cbbisoabacbpmmcccpmmlnlnlnlnaaaaTpSSSnCRTpTpnCRTp 0.962kJ/K bcbpm2lnaT Tn CT不可能(knng)第107页/共176页第一百零八页，共176页。a2 kmol1 atm25b1 kmol1 atm1 kmol1 atm-15 60 ctbcaaQHWHH 热一律(yl)向环境(hunjng)放热若吸热，无热源，不可能bpmbcpmc145.5aan CTTn CTTkJ t0Q第108页/共176页第一百零九页，共176页。a2 kmol1 atm25b1 kmol1 atm1 km

39、ol1 atm-15 60 ct0Qisoabac0QSSST 0.429kJ/K 不可能(knng)注意(zh y)：热一律与热二律同时满足 孤立系选取第109页/共176页第一百一十页，共176页。例1：（4-7）设有一个能同时产生冷空气和热空气的装置，参数如图所示，判断此装置是否可能？ 如果不可能，在维持各处原摩尔数和 t0 不变的情况下，改变(gibin)哪一个参数就能实现。a2 kmol1 atm25b1 kmol1 atm1 kmol1 atm-15 60 ct0paTaTcpcTbpb第110页/共176页第一百一十一页，共176页。a2 kmolpab1 kmolpb1 kmo

40、lpcct0QTaTcTb热一律(yl)bcaaQHH bpmbcpmcaan CTTn CTTpmbc2aCTTT第111页/共176页第一百一十二页，共176页。a2 kmolpab1 kmolpb1 kmolpcct0QTaTcTb热二律bbisobpmmcccpmm0pmbcbcbcpmm220lnlnlnln(2)lnln0aaaaaaaTpSnCRTpTpQnCRTpTCTTTT Tp pCRTTp0isoabacT0SSSS 第112页/共176页第一百一十三页，共176页。pmbcbcbcisopmm220(2)lnln0aaaCTTTT Tp pSCRTTp1) 当Ta Tb

41、 Tc不变当pb、pc不变, pa当pa不变, pb pc真空(zhnkng)不易实现1) 当pa pb pc不变bcm2ln0ap pRpiso0Sbcbc20(2)lnaaT TTTTTTTb Tc不变Ta1.026atm316.35K43.2 (25 )第113页/共176页第一百一十四页，共176页。有人声称已设计成功(chnggng)一种热工设备,不消耗外功,可将65 的热水中的20%提高到95 ,而其余80%的65 的热水则降到环境温度15 ,分析是否可能? 若能实现,则65 热水变成95 水的极限比率为多少?已知水的比热容为4.1868kJ/kg.K解：热一律(yl), 热平衡设

42、有1kg 65 的热水(r shu)0.2kg从65 提高到95 , 吸热0.8kg从65 降低到15 , 放热如果 吸热量放热量不满足热一律第114页/共176页第一百一十五页，共176页。121()4.1868 0.2(9565)25.12kJQcm TT0.8kg从65 降低(jingd)到15 , 放热量0.2kg从65 提高(t go)到95 , 吸热量24.1868 0.8(1565)167.47kJQ 吸热量(rling) w2第134页/共176页第一百三十五页，共176页。u1 = u2p0p0w1w2w1 w2第135页/共176页第一百三十六页，共176页。如：机械能、电

43、能(dinnng)、水能、风能理论上可以完全转换为功的能量 高级能量 2、不能转换的能量理论上不能转换为功的能量 如：环境（大气、海洋） 3、可有限转换的能量理论上不能完全转换为功的能量 低级能量 如：热能、焓、内能（Ex）（An）（Ex+An）第136页/共176页第一百三十七页，共176页。 当系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其它能量形式的那部分(b fen)能量，称为Ex 100%相互(xingh)转换 功 能量中除了 Ex 的部分，就是 An Ex作功能力第137页/共176页第一百三十八页，共176页。500 K100 kJmax2931

44、10050041.4WkJmax2931100100070.7WkJ1000 K100 kJT0=293 KT0=293 K第138页/共176页第一百三十九页，共176页。热一律(yl)： 热二律：在可逆过程中，Ex保持不变 在不可逆过程中， 部分Ex转换为An Ex损失、作功能力损失、能量贬值任何一孤立系， Ex只能不变或减少，不能增加 孤立系Ex减原理 由An转换为Ex不可能 Degradation of energy第139页/共176页第一百四十页，共176页。 The exergy of an isolated system during a process always decr

45、ease or, in the limiting case of a reversible process, remains constant任何一孤立系， Ex只能不变或减少(jinsho)，不能增加 孤立系Ex减原理 In other words, it never increase and exergy is destroyed during an actual process第140页/共176页第一百四十一页，共176页。 ExQ: Q中最大可能转换(zhunhun)为功的部分 TST0ExQAnQ 卡诺循环的功 00001QTTTExQT STTTTSQTS 0QQAnQExTSQ

46、QQExAnT第141页/共176页第一百四十二页，共176页。TST0ExQAnQ 微元卡诺循环的功 0001QTExQTQQTQTST0QAnTSQQQExAn第142页/共176页第一百四十三页，共176页。TST0ExQAnQ2、 ExQ = Q-T0S = f (Q ,T,T0 )Ex损失(snsh) 3、单热源热机不能作功 T=T0, ExQ=0 4、Q 一定，不同 T 传热, Ex 损失，作功能力损失Q ,T0一定，T ExQT一定，Q ExQ第143页/共176页第一百四十四页，共176页。 卡诺循环的功 0max21TWQT220Qmax20201QTExWQTSQT T0T

47、T0Q1WmaxQ2max1max20011TTWQWQTT02max22011CTQWQQTTTT第144页/共176页第一百四十五页，共176页。 实际上，只要系统状态与环境(hunjng)的状态有差别，就有可能对外作功，就有Ex 2Q02ExTSQ 2Q0AnTSTST0TExQ2Q2冷量Ex可理解为: T需Ex可能STSTEx1Ex2第163页/共176页第一百六十四页，共176页。6595156515STSTEx1Ex21101(9565)368.15288.15ln338.15ExQTScmcm(1-m)kg从65 降低(jingd)到15 , 放出Exmkg从65 提高(t go

48、)到95 , 需Ex2202(1)(1565)288.15288.15 (1)ln338.15ExQTScmcm放出Ex=需Ex解得m第164页/共176页第一百六十五页，共176页。有三个热容(cm)相同的刚性物体(wt)组成一个系统，其温度分别为TA=300K, TB=350K, TC=400K,若要使其中一个物体(wt)温度升高，另外两个物体(wt)达到相同温度，问该物体(wt)能上升的最高温度？并说明使三个物体(wt)中任何一个物体(wt)温度上升，其最高温度相同。解：设C上升(shngshng)最高温度为Tmax, A和B温度下降到T 热一律(yl)，热平衡maxCABcm TTcm