第5章 热力循环---热力学第二定律及其应用(3版)

《第5章 热力循环---热力学第二定律及其应用(3版)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第五章热力循环---热力学第二定律及其应用广东工业大学三大问题热力学分析---以热力学第一、第二定律为基础，导出各种关系，从而对化工过程进行分析与评价，以求实现合理利用能源。相平衡关系计算。对传质设备的设计和操作必不可少。化学平衡计算。研究化学反应动力学以及设计反应器和操作分析计算的前提。热力学第二定律三种表达：有关热流方向的表述，克劳修斯说法：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，开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功，而不引起其他变化。有关熵的表述：孤立体系的熵只能

2、增加，或者到达极限时保持恒定，其数学表达为△St≥0。克劳修斯的说法：指出热传导过程的不可逆性。开尔文说法：则指出了功转化为热这一过程的不可逆性。热力学第二定律说明过程按照特定方向，而不是按照任意方向进行。自然界中的物理过程能够自发地向平衡方向进行。水往低处流气体由高压向低压膨胀热由高温物体传向低温物体我们可以使这些过程按照相反方向进行，但是需要消耗功。第一定律没有说明过程发生的方向，它告诉我们能量必须守恒。第二定律告诉我们过程发生的方向。热源是一个具有很大热容量的物质。可作取出热量的热源，也可作投入

3、热量的热阱，且放热或取热时温度不变，因此热源里进行的过程视为可逆。功源是一种可作出功或接受功的装置，与外界只有功的交换而无热量和质量交换。功源里进行的过程也可以设想为可逆过程。热机是一种产生功并将高温热源的热量传递给低温热源的一种机械装置。热效率表示热转化为功的效率，即过程获得的功除以投入此过程的热量。熵内能是与体系内部微观粒子运动的能量发生联系的热力学性质；熵是与体系内部分子运动混乱程度发生联系的热力学性质。熵值较小的状态对应于比较有序的状态，熵值较大的状态对应于比较无序的状态。物理意义孤立体系的熵

4、只能增加永不减少，即熵增原理。上述的推导证明：克劳修斯的说法是正确的。热力学第二定律用于闭系熵流熵产熵产生的原因是有序的能量耗散为热能，并被系统吸收，这样必然导致体系熵的增加。熵产不是体系的性质，而仅与过程的的不可逆程度相联系。过程的不可逆程度越大，熵产生的量越大，只有可逆过程无熵产生。封闭体系的熵平衡式体系的熵变可正、可负、可零。孤立体系熵平衡式熵产是孤立系统总熵变。熵产应包括封闭体系与外界环境热源两部分产生的熵。若外界环境热源中进行的是可逆过程，则外界环境熵产为零，这时的熵产全部是封闭系统内部产生

5、。敞开系统熵平衡式绝热过程热力学性质图表及其应用热力学性质图都是根据实验所得的PVT数据、气化潜热和热容数据，经过一系列微分、积分等运算绘制而成。这些性质图表可用最简单的形式提供不同温度、压力下物质的热力学性质数据。常用的热力学性质图表有T-S图（温－熵图）、h-S图（焓熵图）、P－h图（压－焓图）等。温度压力体积熵焓干度六种热力学性质。干度：湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量百分数。等压线：左高右低。等比容：为斜线，因为蒸汽的比容比液体的大。等焓线：可求湿蒸汽的焓。压力不高时，等焓线从左上方往右下方偏斜。压

6、力很高时，分子间以排斥力为主，等焓线从左下方向右上方偏斜。由干度计算湿蒸汽的焓或熵汽液相对量：蒸汽量/液体量＝2m线段/3m线段物质状态一定，T-S图中P、T、h、s等均为定值。无论可逆与否，只要已知物系变化的途径和初终状态，其过程均可由T-S图来描述，同时状态函数的变化值可由T-S图求得。等压加热和冷却过程节流膨胀过程等熵膨胀过程焓熵图即莫理耳图（Mollier图）等温线和等压线在两相区内是倾斜的，因为饱和蒸汽的焓大于饱和液体的焓。莫理耳图在计算等焓和等熵过程时最方便。压焓图制冷循环中很有用。汽化潜

7、热随着压力的升高而变小。等温线在液相区或过热蒸汽区近乎垂直。蒸汽动力循环矿物燃料燃烧化学反应热蒸汽动力装置能源驱动压缩机、泵、发电机整个动力装置产出的净功是锅炉吸热和冷凝器放热的绝对值之差。朗肯循环卡诺循环缺点2至3：透平出口点3饱和水过多，不能超过10％。4至1：水泵入口点4为汽水混合物，不能泵送。朗肯循环加热1至2：水在汽化后继续加热，至过热蒸汽。冷凝3至4：完全冷凝，进入水泵的全是饱和水。1→2：恒压加热，水加热至沸，平衡汽化，至过热蒸汽。2→3：可逆绝热膨胀至冷凝压力。乏汽含水不多。3→4：乏

8、汽冷凝变饱和液体。4→1：可逆绝热压缩至锅炉压力。不可逆：往熵增变化朗肯循环的改进整个吸热过程的平均温度与高温燃烧气温度相差很大，是朗肯循环最主要问题(见133页5-5式)。提高朗肯循环热效应的主要措施是设法减小传热的温差。关键是设法提高吸热过程的平均温度。提高蒸汽的过热温度：一般不超过600℃，否则造价昂贵。提高蒸汽压力：平均吸热温度提高，但压力影响有限，且乏汽干度下降，设备贵。采用再热循环：高温环境低温环境制冷制冷将物系的温度降低至大气或天然水源的温