沈维道工程热力学配套多媒体讲义第5章热力学第二定律.ppt

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1、第五章热力学第二定律Thesecondlawofthermodynamics5-1热力学第二定律5-2卡诺循环和卡诺定理5–3熵和热力学第二定律的数学表达式5–4熵方程与孤立系统熵增原理5-5系统的作功能力（火用）及熵产与作功能力损失5-6火用平衡方程及火用损失15–1热力学第二定律一、自发过程的方向性只要Q'不大于Q，并不违反第一定律QQ'?2重物下落，水温升高;水温下降，重物升高？只要重物位能增加小于等于水降内能减少，不违反第一定律。电流通过电阻，产生热量对电阻加热，电阻内产生反向电流？只要电能不大于加入热能，不违反第一定律。3归纳：1）自发过程有方

2、向性；2）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是要有附加条件；3）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。能量转换方向性的实质是能质有差异无限可转换能—机械能，电能部分可转换能—热能不可转换能—环境介质的热力学能4能质降低的过程可自发进行，反之需一定条件—补偿过程，其总效果是总体能质降低。代价代价5热二律的表述与实质热功转换传热热二律的表述有60-70种1851年开尔文－普朗克表述热功转换的角度1850年克劳修斯表述热量传递的角度二、第二定律的两种典型表述1.克劳修斯叙述——热量不可能自发地不花代价地从低温物体传向高温物体。2.开尔文-普朗克叙述——不可能

3、制造循环热机，只从一个热源吸热，将之全部转化为功，而不在外界留下任何影响。3.第二定律各种表述的等效性T1失去Q1–Q2T2无得失热机净输出功Wnet=Q1–Q27理想气体可逆等温膨胀环境一个热源?吸收热量全部转变成功?例例A3441558证明1、违反开表述导致违反克表述Q1’=WA+Q2’反证法：假定违反开表述热机A从单热源吸热全部作功Q1=WA用热机A带动可逆制冷机B取绝对值Q1’-Q2’=WA=Q1Q1’-Q1=Q2’违反克表述T1热源AB冷源T2

4、量无偿从冷源送到热源假定热机A从热源吸热Q1冷源无变化从热源吸收Q1-Q2全变成功WA违反开表述T1热源A冷源T2100％不可能热二律否定第

5、二类永动机t=100％不可能5–2卡诺循环和卡诺定理一、卡诺循环及其热效率1.卡诺循环是两个热源的可逆循环132.卡诺循环热效率??1415讨论：2）3）第二类永动机不可能制成。4）实际循环不可能实现卡诺循环，原因：a）一切过程不可逆；b）气体实施等温吸热，等温放热困难；c）气体卡诺循环wnet太小，若考虑摩擦，输出净功极微。5）卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向。1）即循环净功小于吸热量，必有放热q2。16实际循环与卡诺循环内燃机t1=2000oC，t2=300oCtC=74.7%实际t=40%卡诺热机只有理论意义，最高理想实际上Ts很难实现

6、火力发电t1=600oC，t2=25oCtC=65.9%实际t=40%回热t可达50%二、逆向卡诺循环制冷系数：Tc↑T-Tc↓↑18供暖系数：TR↓TR-T0↓↑19三、概括性卡诺循环1.回热和极限回热2.概括性卡诺循环及其热效率20四、多热源可逆循环1.平均吸（放）热温度注意：1）Tm仅在可逆过程中有意义2.多热源可逆循环2)21五、卡诺定理定理1：在相同温度的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪种工质也无关。定理2：在同为温度T1的热源和同为温度T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效

7、率必小于可逆循环热效率。理论意义：1）提高热机效率的途径：可逆、提高T1，降低T2；2）提高热机效率的极限。例A44015522循环热效率归纳：讨论：热效率适用于一切工质，任意循环适用于多热源可逆循环，任意工质适用于卡诺循环，概括性卡诺循环,任意工质235–3熵和热力学第二定律的数学表达式一、熵是状态参数证明：任意可逆过程可用一组初、终态相同的由可逆绝热及等温过程组成的过程替代。如图，1-2可用1-a，a-b-c及c-2代替。需证明：1-a及1-a-b-c-2的功和热量分别相等。令面积24又所以252.熵参数的导出令分割循环的可逆绝热线无穷大，且任意两

8、线间距离0则26讨论：1）因证明中仅利用卡诺循环，故与工质性质无关；2）因s是