上海交大工程热力学(第四版)课件-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

2、定律。3归纳：1）自发过程有方向性；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、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–Q26三.关于第二类永动机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A34415575–2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82.卡诺循环热效率??910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）

4、即循环净功小于吸热量，必有放热q2。11二、逆向卡诺循环制冷系数：Tc↑T-Tc↓↑12供暖系数：TR↓TR-T0↓↑13三、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14四、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A44015

5、515五、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)16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175–3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18又所以192.熵参数的导出令分割循环的可逆绝热线无穷大，

6、且任意两线间距离0则20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是状态参数，故Δs12=s2-s1与过程无关；克劳修斯积分等式，（Tr–热源温度）s是状态参数令3）21二、克劳修斯积分不等式用一组等熵线分割循环可逆小循环不可逆小循环可逆小循环部分：不可逆小循环部分：22可逆部分+不可逆部分可逆“=”不可逆“<”注意：1）Tr是热源温度；2）工质循环，故q的符号以工质考虑。结合克氏等式，有例A443233克劳修斯不等式23三、热力学第二定律的数学表达式24所以可逆“=”不可逆，不等号第二定律数学表达式讨论

7、：1)违反上述任一表达式就可导出违反第二定律；2）热力学第二定律数学表达式给出了热过程的方向判据。25a)b)若热源相同，则说明或热源相同，热量相同，但终态不同，经不可逆达终态s2'>s2（可逆达终态），如：q=03)并不意味着因为：263）由克氏不等式与第二定律表达式相反！？27四、不可逆过程熵差计算即设计一组或一个初、终态与不可逆过程相同的可逆过程，计算该组可逆过程的熵差即可。285–4熵方程与孤立系统熵增原理一、熵方程1.熵流和熵产其中吸热“+”放热“–”系统与外界换热造成系统熵的变化。（热）熵流29sg—熵产，非负不

8、可逆“+”可逆“0”系统进行不可逆过程造成系统熵的增加例：若TA=TB，可逆，取A为系统30取B为系统若TA>TB，不可逆，取A为系统31所以，单纯传热，若可逆，系统熵变等于熵流；若不可逆系统熵变大于熵流，差额部分由不可逆熵产提供。2.熵方程考虑系统与外界发生质量交换，系统熵变除（热）熵流