热工基础与发动机原理 教学课件 作者 刘永峰 第1章 1.6.ppt

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1、热工基础与发动机原理第1章热工基础1.6热力学第二定律北京建筑工程学院2学习目标深刻理解热力学第二定律的实质，掌握卡诺循环、卡诺定理及其意义。掌握熵参数、克劳修斯不等式意义。重点卡诺循环和卡诺定理。难点熵的导出和克劳修斯不等式。1.6.1热力过程的方向性不违背热力学第一定律的过程是否都能发生呢？自发过程:自发过程都是不可逆过程;非自发过程图1-30热转换为功1.6.2热力学第二定律的表述克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。开尔文-普朗克表述：不可能从单一热源取热，并使之全部转化为功而不引起其他任何变化。“第二类永动机是不可能造成的”多种表述在本质上是一致的！1.6

2、.3卡诺循环最简单的热机必须至少有两个热源。那么具有两个热源的热机的热效率最高极限是多少呢？卡诺循环是工作在恒温的高低温热源间的理想可逆正循环。由四个过程组成a-b：工质从热源（T1）可逆定温吸热；b-c：工质可逆绝热膨胀c-d：工质向冷源可逆定温放热；d-a:工质可逆绝热压缩回复到初始状态。图1-31卡诺循环的p-v图和T-s图1.卡诺循环工质在整个循环中从热源吸热,向冷源放热，对外界作功,外界对系统作功。卡诺循环的热效率仅与高热源温度T1和冷源温度T2关例1-13有一卡诺机工作于500℃和30℃的两个热源之间，求卡诺机的热效率。2.逆向卡诺循环卡诺循环是可逆循环，如果使卡诺循环逆向就成为逆

3、向卡诺循环。逆向卡诺循环对外界的作用效果与卡诺循环正相反，工质的状态变化是沿逆时针方向进行的，总的效果是消耗外界的功，将热量由低温物体传向高温物体。根据作用不同，逆向卡诺循环可分为卡诺制冷循环和卡诺热泵循环。卡诺制冷循环制冷系数卡诺热泵循环供热系数a)卡诺制冷循环b）卡诺热泵循环图1-32卡诺制冷循环和卡诺热泵循环的T-s图3.概括性卡诺循环工作于两恒温热源间的可逆循环。除了卡诺循环外是否还可以有其他循环？双热源间的极限回热循环，称为概括性卡诺循环3.概括性卡诺循环它由两个可逆定温过程4-1、2-3以及两个同类型其他可逆过程1-2、3-4组成.热效率图1-33概括性卡诺循环1.6.4卡诺定理定

4、理一：在两个恒温热源之间工作的一切可逆热机具有相同的热效率，其热效率等于在同样热源间工作的卡诺循环热效率，与工质的性质无关。定理二：在两个恒温热源之间工作的任何不可逆热机的热效率都小于可逆热机的热效率。1.6.4卡诺定理证明图1-34卡诺定理证明1.6.4卡诺定理热效率结论：1）两个热源间工作的一切可逆循环，其热效率相同，与工质的性质无关，只取决于热源和冷源温度，热效率表示为；2）卡诺循环的热效率为最高，一切其他实际循环的热效率均低于卡诺循环，不可逆循环的热效率必定小于同样条件下的可逆循环。1.6.4卡诺定理多热源可逆循环图1-35多热源可逆循环例1-15设工质在恒温热源=800K和恒温冷源=

5、200K间按热力循环工作，视为理想情况无任何不可逆损失，已知吸热量为200kJ,求循环热效率和净功。1.6.5熵与克劳修斯不等式1．状态参数熵的导出图1-36以无穷多条等熵线分割一任意可逆循环的示意图1.6.5熵与克劳修斯不等式2.克劳修斯不等式克劳修斯积分含义一切可逆循环的克劳修斯积分等于零，一切不可逆循环的克劳修斯积分小于零，任何循环的克劳修斯积分都不会大于零。1.6.6不可逆过程的熵变闭口系统熵方程图1-37不可逆循环示意图1.6.7孤立系统的熵增原理孤立系统的熵只可能增大，不能减小，其极限状况是孤立系统内一切过程全部可逆，则系统熵保持不变。例1-16设两恒温物体A和B，温度分别为150

6、0K和500K。试根据熵增原理计算分析下面两种情况是否可行？若可行是否可逆？(1)B向A传递热量lOOOkJ。(2)A向B传递热量1000kJ。图1-381.6.8热量有效能及有效能损失当低温热源温度为环境温度时，温度为T的热源放出的热量Q中能转变为有用功的最大份额称为有效能，又称为热量的做功能力。热量Q中不能转变为有用功的那部分能量称为热量无效能，又称为热量的非做功能.例1-171kg空气经绝热节流，由状态pl＝0.6Mpa，t1=127℃变化到状态p2=0.1MPa。试确定有效能损失（大气温度T0=300K）。1.6.9能量的品质与能量贬值原理在孤立系统的能量传递与转换过程中，能量的数量保

7、持不变，但品质却只能下降，不能升高，极限条件下保持不变。这个表述称为“能量贬值原理”，它是热力学第二定律更一般、更概括性的说法。谢谢大家!