工程热力学与传热学_第4章_热力学第二定律(1).ppt

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1、工程热力学与传热学工程热力学第四章热力学第二定律第四章热力学第二定律内容要求在深刻理解热力学第二定律的基础上，认识能量不仅有“量”的多少，还有“质”的高低;掌握卡诺循环和卡诺定理;掌握熵参数,热过程方向的判据;4-2-3卡诺定理定理一：在相同的高温热源和相同的低温热源之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。证明高温热源T1Ａ低温热源T2Q1Q2AwBＢQ1Q2BwA高温热源T1Ａ低温热源T2Q1Q2ＡwＢＢQ1Q2ＢwＡ定理二：在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机的热效率都小于可逆热机的热效率。非理想气体为工质的可逆循环与理想气体的

2、可逆循环热效率相等。4-2-3逆向卡诺循环（制冷循环和热泵循环）（CarnotrefrigeratorandCarnotheatpump)高温热源T1热机低温热源T2q1q2wnet=q1-q2正向循环wnet=q1-q2高温热源T1制冷机低温热源T2q1q2逆向循环p210v43q1q=0q2q=0214T0s3ΔsT1T2卡诺循环p210v43q1q=0q2q=0214T0s3ΔsT1T2逆向卡诺循环卡诺制冷循环的制冷系数：卡诺热泵循环的供热系数：wnet=q1-q2高温热源T1制冷机低温热源T2q1q2逆向循环wnet=q1-q2高温热源T1热泵低温热源T2q1q

3、2逆向循环1.制冷循环为逆向循环，而热泵循环为正向循环。2.一切可逆热机的热效率都相等。1.欲设计一热机，使之能从温度为973K的高温热源吸热2000kJ，并向温度为303K的冷源放热800kJ。问此循环能否实现？例　题例4-11kg某种工质在2000K的高温热源与300K的低温热源间进行热力循环。循环中工质从高温热源吸收热量100kJ，求：（1）此热量最多可转变成多少功？热效率为多少？（2）若该工质虽然在T1、T2下可逆吸热、放热，但在膨胀过程中内部存在摩擦，使循环功减少2kJ，此时热效率为多少？（3）若工质在高温热源吸热过程存在125K的温差，循环中的其他过程与（1

4、）相同，则次循环中100kJ的热量可转变为多少功？热效率为多少？4—3熵（Entropy）4-3-1状态参数熵的导出1.熵的导出卡诺循环的热效率：整理：Q1，Q2为绝对值Q1，Q2改为代数值：在卡诺循环中，工质与热源交换的热量除以热源的热力学温度所得商的代数和等于零。适用：任何可逆热机（T1，T2）。对任意可逆循环：abscdp21vBA0用一组可逆绝热线分割成许多个微元循环。对微元循环abcda—微元卡诺循环：对全部微元卡诺循环积分求和：δQ1，δQ2工质与热源间交换的热量，T1，T2为换热时的热源温度。统一符号：p21vBA0积分与路径无关——克劳修斯积分等式。表明

5、工质经历一个任意可逆循环后，沿整个循环的积分为零。2.熵的定义可逆过程中：对1kg工质：对热力过程1-2：对循环：熵单位J/K，比熵单位J/(kg.K)。1865年，克劳修斯定义为熵。熵是状态参数。3.理想气体熵变的计算式4.熵的物理意义熵是描述分子热运动混乱程度的量度例：冰——水——蒸汽4-3-2克劳修斯不等式（ClausiusInequality）1.克劳修斯不等式卡诺定理：在相同的高温热源T1和相同的低温热源T2之间工作的一切不可逆热机的热效率都小于可逆热机的热效率。整理：Q1，Q2改为代数值：abscdp21vBA0对任意不可逆循环：用一组可逆绝热线分割成许多个

6、微元不可逆循环。对微元不可逆循环abcda：对全部不可逆循环积分：统一符号：——克劳修斯积分不等式。表明工质经历一个不可逆循环后，沿整个循环的积分小于零。综合：是热力学第二定律的数学表达式之一。可以判断一个循环是否可能进行，可逆进行或不可逆进行：不可逆循环可逆循环不能进行的循环2.不可逆过程熵的变化21AB4T0s3考察一个不可逆循环1A2B1依据克劳修斯积分不等式：即：对可逆过程2-B-1：代入得：或对微元过程：或：是热力学第二定律的数学表达式之一。可以判断一个热力过程（微元过程）能否进行，可逆进行或不可逆进行：不可逆过程可逆过程不能进行的过程综合：综合：可逆过程中：

7、两状态间的熵变等于系统与热源的换热量与热源温度比值的积分。不可逆过程：两状态间的熵变大于系统与热源的换热量与热源温度比值的积分。若过程为绝热过程：可逆绝热：不可逆绝热：4-3-3闭口系统的熵方程不可逆过程中的熵变：令：因此：——闭口系统的熵方程。适用：闭口系统的各种过程和循环。熵流熵流完全是由于系统和外界之间交换热量而引起的熵变。吸热时：放热时：绝热时：熵产熵产是由于过程中存在不可逆性引起的熵增。可逆过程：不可逆过程：熵产是过程不可逆性的量度。4-3-4孤立系统的熵增原理（TheIncreaseofEntropyPrinciple）1.孤