工程热力学：11-热二律_2

1、The Second Law of Thermodynamics第五章热力学第二定律第五章 热力学第二定律5-1. 概述5-2. 第二定律两种典型表述5-3. 卡诺定理5-4. 热力学温标5-5. 卡诺循环5-7. 5-6. 熵热力学第二定律的开尔文表述(1851)循环热机从单一热源吸热并使之完全变成功而不产生其它影响是不可能的第二类永动机Engine热源第二类永动机（Perpetual Motion of the Second Kind）是不可能实现的NO!热力学第二定律的克劳修斯表述(1850)热量不能自动地不花代价地从较冷的物体移到较热的物体Cooler高温热源NO!YES！代价低温热源

2、卡诺定理推论一：在两个热源间的可逆机的效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种工质也无关。定理：在两个热源间的任何热机的效率不大于可逆机的效率推论二：在两个热源间的不可逆机的效率小于可逆机的效率试证明等熵线与同一条等温线不可能有两个交点。 证明： 令工质从 A 经等温线到 B ，再经等熵过程返回 A ，完成循环。此循环中工质在等温过程中从单一热源吸热，并将之转换为循环净功输出。这是违反热力学第二定律的，故原假设不可能成立。A344155设等熵线 S 与同一条等温线T 有两个交点 A 和 B 。返回 某项专利申请书上提出一种热机，从167 的热源接受热量，向7 冷源排热，热机每接受1 000

3、 kJ热量，能发出0.12 kWh 的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？解：故不违反第一定律 根据卡诺定理，在同温限的两个恒温热源之间工作的热机，以可逆机效率最高A440155从申请是否违反自然界普遍规律着手违反卡诺定理，所以不可能或违反卡诺定理，所以不可能返回5-6-1. 克劳修斯不等式与熵5-6. 熵 Entropy5-6-2. 熵平衡与熵增原理5-6-3. 熵方程可逆过程循环（不）可逆系统可逆微循环5-6-1. 克劳修斯不等式开氏表述参考恒温热源系统热源循环系统由卡诺定理复合系统等号可逆循环可逆过程循环与可逆循环过程可逆过程循环:可逆过程的正反过程构成的循环可逆循环过程:如何确

4、定系统热源 Tr？v可为单一热源也可为多热源单热源二热源二热源Ts如何确定系统热源 Tr？可为实际热源也可为虚构热源实际热源（用于复合系统不可逆情况）虚构无温差多变热源（它与系统构成内部可逆循环。用于复合系统可逆情况）实际虚构实际虚构热源内部可逆系统 某循环在700 K的热源及400 K的冷源之间工作，如图所示，试判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆?解：A443233据第一定律违反克劳修斯积分不等式，不可能(b)改设为逆向的制冷循环符合克氏不等式，所以是不可逆的制冷循环方法1: (a)设为热机循环方法2 ： (a)设为热机循环(b)设为制冷循环不可能可能，但不可逆 注意： 1）任何

5、循环（可逆，不可逆；正向，反向）第一定律都适用。故判断过程方向时仅有第一定律是不够的； 2）热量、功的“+”、“-”均基于系统，故取系统不同可有正负差别； 3）克氏积分中，不是工质微元熵变返回熵的定义对于内部可逆过程由克劳修斯不等式状态参数 熵12比熵 任选可逆多热源可逆循环（内部可逆）效率 卡诺例:平均温度与多热源可逆循环5-6-2. 熵平衡与熵增原理过程的熵平衡 12可逆 任意对循环1A2R1熵变熵流熵产过程的熵平衡熵变熵产熵流第二定律 的数学表达过程熵不可逆可逆不可能传递熵熵不是守恒量生成熵熵流可正可负使系统熵增或熵减熵产是不可逆性的度量，表明实际过程的本质特征熵增原理孤立系绝热系 ad

6、iabatic systemisolated system 孤立系边界系统外界不可逆可逆不可能终止于平衡态熵增原理包含了开尔文表述孤立系功源功源：只交换功的可逆系统不可能循环热源循环系统熵增原理包含了克劳修斯表述热源1热源2孤立系热平衡不可能不传热传热熵增原理的意义阐明了第二定律本质: 自发过程不可逆，自发过程有限度可能不可能 终止于平衡态可逆过程是不能超越的最优过程适用与更为普遍更为复杂的系统熵增原理的意义分析计算更加方便为不可能过程变可能过程指明方向自发逆过程（熵减）补偿过程（熵增）制冷循环熵增原理的意义分析计算更加方便为不可能过程变可能过程指明方向自发逆过程（熵减）补偿过程（熵增）动力循

7、环 利用孤立系统熵增原理证明下述循环发动机是不可能制成的: 它从167 的热源吸热1 000 kJ向7 的冷源放热568 kJ，输出循环净功432 kJ。证明：所以该热机是不可能制成的A340133取热机、热源、冷源组成闭口绝热系返回5-6-3.开口系熵方程时段质熵流热熵流5-6-3.开口系熵方程时段质熵流热熵流稳定单进出口 气缸内储有1 kg空气，分别经可逆等温及不可逆等温，由初态p1= 0.1 MPa，t1= 27 压缩到p2= 0.2MPa，若不可逆等温压缩过程中耗功为可逆压缩的120%，确定两种过程中空气的熵增及过程的熵流及熵产。（空气取定比热容， t 0 = 27 ）解：可逆等温压缩

8、A4412553不可逆等温压缩由于初终态与可逆等温压缩相同返回 试判断下列各情况的熵变是： a）正；b）负；c）可正可负；d）零1）闭口系经历一可逆变化过程，系统与外界交换功量10kJ，热量 -10kJ，系统熵变 。“-”2）闭口系经历一不可逆变化过程，系统与外界交换功量10 kJ，热量-10kJ，系统熵变 。“-”or”+”3）在一稳态稳流装置内工作的流体经历一不可逆过程,装置作 功20kJ，与外界交换热量-15kJ，流体进出口熵变。“+”or”-”4）在一稳态稳流装置内工作的流体流，经历一可逆过程，装 置作功20kJ，与外界交换热量-15kJ，流体进出口熵变。“-”5）流体在稳态稳流的情况下按不可逆绝热变化，系统对外作 功10kJ，此开口系统的熵变。+A140155返回 有一稳态稳流系统，系统与外界交换功量-10 kJ，向环境散热5 kJ，问过程能否实现，已知环境t0 = 21 取系统如图，设1 kg 空气流入，x1 kg 热空气；x2 kg 冷空气流出：解：A444277流入系统之熵流出系统之熵稳态稳流熵方程：流入系统熵-流出系统熵+熵产=系统熵增0质量守恒：代入,整理：时可能实现返回37判断正误2. 实际孤立系最终状态的熵微分等于零1. 孤立系的自发过程熵总是增大的压3. 实际循环过程熵变大于零4. 熵减过程只有加熵过程后才能实现5. 功源的熵产等于