第5章 热力循环———热力学第二定律及其应用

1、化工热力学化工热力学熵2热力学第二定律1第5章 热力循环热力学第二定律及其应用水蒸气动力循环4热力学图表及其应用3热泵6制冷5化工热力学化工热力学 常用的表述有如下三种：（）有关热流方向的表述，常用的是Clausius的说法：热不可能自动地从低温物体传给高温物体。（）有关循环过程的表述，常用的是Kelvin的说法：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功，而不引起其他方面的变化。（）有关熵的表述，常用的是：孤立系统的熵只能增加，或者到达极限时保持恒定。其数学表达式为5.1 热力学第二定律化工热力学化工热力学5.2 熵12热力学第二定律用于闭系热力学第二定律用于闭系孤立系统熵平衡式孤立系统熵平衡式

2、3开系熵平衡式开系熵平衡式化工热力学化工热力学5.2 熵化工热力学化工热力学 由式（5-3）可导出闭系热力学第二定律的数学表达式。先将式（5-3）写成微分式（）熵流（）熵产（）闭系的熵平衡式5.2.1 热力学第二定律用于闭系化工热力学化工热力学 将熵产 引入式（5-3），则可建立起孤立系统的熵平衡式，即此式与式（5-2）对照，可得 显然，熵产量等于孤立系统总熵变（即孤立系统的总熵增量）。由此可见， 应包括闭系与外界环境热源两部分产生的熵。倘若外界环境热源中进行的是可逆过程，那么外界环境热源的熵产量为零，这时 即为闭系内部产生的熵。5.2.2 孤立系统熵平衡式化工热力学化工热力学 图5-3是一个

3、有多股物流进出的开系，其熵变应写成5.2.3 开系熵平衡式若有K股恒温热流与开系交换，则式（5-13）可简化成化工热力学化工热力学对于稳流过程， ，式（5-12）变成对于绝热过程， ，式（5-15）变成5.2.3 开系熵平衡式化工热力学化工热力学5.3 热力学图表及其应用12T-ST-S图的构成和性质图的构成和性质焓熵图（焓熵图（h-sh-s图）图）3压焓图（压焓图（p-hp-h图）图）化工热力学化工热力学5.3 热力学图表及其应用化工热力学化工热力学5.3.1 T-S图的构成和性质化工热力学化工热力学5.3.1 T-S图的构成和性质同样，对于湿蒸气的熵也可按下式计算化工热力学化工热力学5.3

4、.1 T-S图的构成和性质（）等压加热和冷却过程（）节流膨胀过程化工热力学化工热力学（）等熵膨胀或压缩过程5.3.1 T-S图的构成和性质如图，12为可逆绝热压缩过程；12为不可逆绝热压缩过程。压缩过程的等熵效率为化工热力学化工热力学（图2-12(b)见教材P131）5.3.2 焓熵图（h-s图）化工热力学化工热力学 在液相区内等温线几乎是垂直的，这是因为压力对焓的影响很小。在过热蒸气区，等温线陡峭下降，在低压区又接近于垂直，这同样是由于压力对稀薄蒸气焓的影响很小的缘故。5.3.3 压焓图（p-h图）化工热力学化工热力学5.4 水蒸气动力循环12卡诺循环卡诺循环朗肯（朗肯（RankineRan

5、kine）循环）循环3朗肯循环的改进朗肯循环的改进化工热力学化工热力学循环过程作出的净功 为根据热力学第一定律，取热机为开系，则有循环过程的 ，故5.4.1 卡诺循环化工热力学化工热力学5.4.1 卡诺循环化工热力学化工热力学 若忽略动能和位能的变化，根据式（4-9）和式（4-17），上述两种情况下能量的关系可简化为5.4.2 朗肯(Rankine)循环化工热力学化工热力学（）提高水蒸气的过热温度（）提高水蒸气的压力5.4.3 朗肯循环的改进化工热力学化工热力学（）采用再热循环5.4.3 朗肯循环的改进再热循环的热效率为化工热力学化工热力学5.5 制冷12制冷原理与逆卡诺循环制冷原理与逆卡诺循

6、环蒸气压缩制冷循环蒸气压缩制冷循环3吸收式制冷循环吸收式制冷循环4制冷工质的选择制冷工质的选择化工热力学化工热力学 循环过程的 ，循环过程需要的净功为 ，根据热力学第一定律，应有或5.5.1 制冷原理与逆卡诺循环化工热力学化工热力学衡量制冷机效能的参数称制冷系数（效能系数），其定义为 倘若制冷温度为5，环境温度为30，则逆卡诺循环的制冷系数为5.5.1 制冷原理与逆卡诺循环化工热力学化工热力学 实际循环的制冷系数为m可通过蒸发器的热量衡算求出，即5.5.2 蒸气压缩制冷循环化工热力学化工热力学5.5.2 蒸气压缩制冷循环化工热力学化工热力学吸收式制冷装置运行的经济指标称为热力系数，的定义为5.5.3 吸收式制冷循环化工热力学化工热力学 从工作原理和生产上的安全性、经济性等方面考虑，对制冷工质的性质提出如下要求。（）汽化潜热要大（）有关温度下的蒸气压要合适（）制冷工质应具有化学稳定性（）为了安全操作，制冷工质不应有易燃性和爆炸性（）价格要低5.5.4 制冷工质的选择化工热力学化工热力学 热泵的操作费用取决于驱动压缩机的机械能或者电能的费用，因此热泵的经济性能是以消耗单