《清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(5)第四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(5)第四章（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第四章 热力学第二定律,41 自发过程的方向性 与热力学第二定律的表述,热力学第一定律阐明了热能和机械能以及其它形式的能量在传递和转换过程中数量上的守恒关系。热力学第二定律揭示了热力过程发生的方向、条件和限度。,1. 自发过程的方向性,自发过程：,不需要任何外界作用而自动进行的过程。,2,2热力学第二定律的表述,自发过程是不可逆的 。,要想使自发过程逆向进行，就必须付出某种代价，或者说给外界留下某种变化。,随自然界中热过程的种类不同，热力学第二定律有多种表述方式，并且彼此是等效的。,克劳修斯表述：,不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。,开尔文普朗克表述：,不可能从单一热源取热
2、，并使之完全转变为功而不产生其它影响。,第二类永动机是不可能制造成功的。,3,42 卡诺循环与卡诺定理,1. 热力循环,热力循环：,工质经过一系列的状态变化，重新回复到原来状态的全部过程。,可逆循环：,全部由可逆过程组成的循环称为可逆循环。,不可逆循环：,循环中有部分过程或全部过程是不可逆过程的循环。,(1) 正向循环：,将热能转变为机械能的循环，也称为动力循环或热机循环。,4,正向循环示意图：,在p-v与T-s图上，正向循环按顺时针方向进行。,5,经过一个正向循环，,根据热力学第一定律，,循环热效率 ：,循环热效率t用来评价正向循环的热经济性。显然， t 1。,6,(2) 逆向循环：,消耗功
3、将热量从低温热源转移到高温热源的循环，如制冷装置循环或热泵循环。,在p-v与T-s图上，逆向循环按逆时针方向进行。,7,根据热力学第一定律，,通常用工作系数评价逆向循环的热经济性。,制冷系数 ：,制冷装置工作系数,供热系数 ：,热泵工作系数,8,2卡诺循环,卡诺循环是法国工程师卡诺（S. Carnot）于1824年提出的一种理想热机工作循环，它由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成。,卡诺循环热效率：,9,对于理想气体：,10,结论：,(1) 卡诺循环的热效率只取决于高温热源的温度与低温热源的温度，而与工质的性质无关;,(2) 卡诺循环的热效率总是小于1，不可能等于1，因为T1 或T20K都
4、是不可能的。这说明通过热机循环不可能将热能全部转变为机械能;,(3) 当T1=T2时，卡诺循环的热效率等于零，这说明没有温差是不可能连续地将热能转变为机械能，只有一个热源的热机（第二类永动机）是不可能的。,11,3卡诺定理,逆向卡诺循环：,（1）卡诺制冷循环：,制冷系数：,（2）卡诺热泵循环：,供热系数：,定理一：,在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，与工质的性质无关。,12,单一热源热机，违背热力学第二定律,假如t,R1t,R2,R1带动R2逆向运行,R1带动R2逆向运行,t,R1t,R2、 t,R1不可逆）,20,对于微元过程，,可判断过程能否进行、是否可逆、不
5、可逆性大小。,热力学第二定律表达式,根据上式，可以将熵的变化分成两部分：,，dSf 称为熵流。,吸热：dSf 0；,放热：dSf T0），传出的热量为Q，则其热量等于在该热源与环境之间工作的卡诺热机所能作出的功，即,如果热源温度随热量的传递而变化，可假想在热源与环境之间有无穷多个微卡诺循环，,28,3. 稳定流动工质的,在除环境之外没有其它热源的情况下，稳定流动工质由所处的状态可逆地变化到与环境相平衡的状态时所能作出的最大有用功称为该工质在所处状态的。,进口状态： A (T、p、h、s）,出口状态：,A-a ：可逆绝热膨胀,a-0 ：可逆定温膨胀,0 (T0、p0、h0、 s0）,29,工质由
6、状态A经状态a变化到状态0的全过程为可逆过程，可作出最大有用功。对于单位质量工质，最大有用功为,根据热力学第一定律，,ws,max就是单位质量稳定流动工质的，也称为比焓，ex,H,30,单位质量工质从状态1稳定流动到状态2，理论上所能作出的最大有用功等于两状态的比焓之差,如果在状态变化过程中还从环境以外的热源吸收了热量，则这一过程中理论上所能作出的最大有用功还应包括比热量ex,Q ，即,可见，如果环境恒定不变，则稳定流动工质的比焓只与工质的热力状态有关。,31,将上式改写成损失的表达式,该式为不可逆稳定流动过程的平衡方程式。,热工系统的热能利用程度可以通过列出其平衡方程式来加以分析（分析），因
7、为分析可以清楚地揭示出导致作功能力损失的原因和部位，从而为系统的改进提供有力的依据。分析对合理用能及节能具有重要的指导意义。,实际过程是不可逆的，必然有作功能力损失，即损失,用ex,I 表示，则实际对外输出的功为,32,第四章 小结,重点掌握以下内容：,（1）热力学第二定律的实质及表述；,（2）热力循环、制冷（热泵）循环的定义及循环经济性的描述方法；,（3）卡诺循环的定义及循环经济性的描述方法；,（4）卡诺定理的内容及实际意义；,（5）理解熵的导出方法，掌握克劳修斯不等式的形式及其物理意义；,（6）不可逆过程熵的变化特点，任意过程熵变的计算方法，熵流与熵产的定义；,33,（7）孤立系统熵增原理的内容与实际意义；,（8）作功能力损失与孤立系统熵增之间的关系；,（9） 、比热量、比焓的定义；,（10） 分析及其实际意义。,
