热力学第四章.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第五章 热力学第二定律,Second Law of Thermodynamics,能量之间,数量,的关系,热力学第一定律,能量守恒与转换定律,所有满足能量守恒与转换定律的过程是否都能,自发,进行,请仔细观察下面现象！,温差传热,Why,？,重物下降，水温升高；,水温下降，重物上升！,电流通过电阻产生热量。,对电阻加热，电阻产生反向电流。,自发过程的方向性,自发过程：不需要任何外界作用而自动进,行的过程。,自然界自发过程都具有方向性,热量由高温物体传向低温物体,摩擦生热,水自动地由高处向低处流动,电流自动地由高电势流向低电势,绝热膨胀、混合过程,自发过程的方向性,功量,自发过程具有方向性、条件、限度,摩擦生热,热量,100%,热量,发电厂,功量,40%,放热,Spontaneous process,自发过程,自发过程有方向性；,自发过程的反过程并非不可进行，而是要有附加条件；,并非所有不违反第一定律的过程均可进行。,热力学第二定律的实质,能不能找出,共同,的规律性,?,能不能找到一个,判据,?,自然界过程的,方向性,表现在不同的方面,热力学第二定律,5-1,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,开尔文普朗克表述,不可能制造出从,单一热源,取热,，并使之完全转变为,有用功,而不产生其它影响的热力发动机,。,开尔文普朗克表述,不可能制作出从,单一热源,取热,，并使之完全转变为,有用功,而不产生其它影响的热力发动机,。,热机不可能将从,热源,吸收的热量全部转变为有用功，而必须将某一部分传给,冷源,。,理想气体,T,过程,q,=,w,开尔文普朗克表述,It is impossible for any device that,operates on a cycle,to receive heat from a single reservoir and produce a net amount of work.,不可能制作出从,单一热源取热,，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响的热力发动机,。,理想气体,T,过程,q,=,w,T,s,p,v,1,2,热机：连续作功,构成循环,1,2,有吸热，有放热,Heat reservoirs,Thermal Energy,Source,Heat,Thermal Energy,Sink,冷热源,:,容量无限大，取、放热其温度不变,但违反了热,力学第二定律,第二类永动机：设想的从单一热源,取热并,使之完全变为功的热机。,这类永动机,并不违反热力,学第一定律,第二类永动机是不可能制造成功的,单热源热机是不存在的；,热效率是,100%,的热机是不存在的；,Perpetual motion machine of the second kind,锅,炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,W,net,Q,out,Q,第二类永动机,?,如果三峡水电站用降温法发电，使水,温降低,5,C,，,发电能力可提高,11.7,倍。,设水位差为,180,米,重力势能转化为电能：,m,kg,水降低,5,C,放热,：,第二类永动机,?,单,热源热机,水面,制冷系统,耗功,水,发电机,蒸汽,克劳修斯表述,不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化,。,克劳修斯表述,不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化,。,热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体,。,空调,制冷,代价：耗功,两种表述的关系,开尔文普朗克,表述,完全等效,!,克劳修斯表述,：,违反一种表述,必违反另一种表述,!,证明,1,、违反,开尔文表述,导致违反,克劳休斯表述,反证法：,假定违反,开尔文表述,热机,A,从单热源吸热全部作功,Q,1,=,W,A,用热机,A,带动可逆制冷机,B,取绝对值,违反,克劳休斯表述,T,1,热源,A,B,冷源,T,2,T,1,Q,2,Q,1,+Q,2,W,A,Q,1,证明,2,、违反,克劳休斯表述,导致违反,开尔文表述,W,A,=,Q,1,-,Q,2,反证法：,假定违反,克劳休斯表述,Q,2,热量无偿从冷源送到热源,假定热机,A,从热源吸热,Q,1,冷源无变化,从热源吸收,Q,1,-Q,2,全变成功,W,A,违反,开尔文表述,T,1,热源,A,冷源,T,2,100,不可能,热二律否定第二类永动机,t,=,100,不可能,试证明等熵线与同一条等温线不可能有两个交点。,证明：设等熵线,S,与同一条,等温线,T,有两个交点,A,和,B,。,令工质从,A,经等温线到,B,，再经等熵线返回,A,，完成循环。,此循环中工质在等温过程中从单一热源吸热，并将之转换为循环净功输出。,这是违反热力学第二定律的，故原假设不成立。,5-2,卡诺循环与卡诺定理,法国工程师卡诺,(,S.,Carnot,),，,1824,年提出,卡诺循环,热二律奠基人,效率最高,卡诺循环,理想可逆热机循环,卡诺,循环,示意,图,4-1,绝热压缩,过程，对内作功,1-2,定温吸热,过程，,q,1,=,T,1,(,s,2,-,s,1,),2-3,绝热膨胀,过程，对外作功,3-4,定温放热,过程，,q,2,=,T,2,(,s,2,-,s,1,),卡诺循环,热机效率,卡诺循环,热机效率,T,1,T,2,Rc,q,1,q,2,w,t,c,只取决于,恒温热源,T,1,和,T,2,而与工质的性质无关；,卡诺循环,热机效率的说明,T,1,t,c,T,2,c,，,温差越大，,t,c,越高,当,T,1,=,T,2,，,t,c,=0,单热源热机不可能,T,1,=,K,T,2,=0 K,t,c,100%,，,热二律,T,0,c,卡诺,逆,循环,卡诺制冷循环,T,0,T,2,制冷,T,0,T,2,Rc,q,1,q,2,w,T,s,s,2,s,1,T,2,c,T,1,卡诺,逆,循环,卡诺制热循环,T,0,T,1,制热,T,s,T,1,T,0,Rc,q,1,q,2,w,s,2,s,1,T,0,三种,卡诺循环,T,0,T,2,T,1,制冷,制热,T,s,T,1,T,2,动力,有一卡诺热机,从,T,1,热源吸热,Q,1,向,T,0,环境放热,Q,2,对外作功,W,带动另一卡诺逆循环,从,T,2,冷源吸热,Q,2,向,T,0,放热,Q,1,例 题,T,1,T,2,(,T,0,则,例 题,T,1,T,2,(,T,0,解：,例 题,T,1,T,2,(,T,0,解：,0,卡诺定理一,热二律的推论之一,定理：在两个不同温度的,恒温热源,间工作的,所有热机，以,可逆热机,的热效率为,最高,。,卡诺提出：,卡诺循环,效率最高,即在恒温,T,1,、,T,2,下,结论正确，但推导过程是错误的,当时盛行,“,热质说,”,1850,年开尔文，,1851,年克劳修斯分别重新证明,卡诺,的证明,反证法,假定,Q,1,=,Q,1要证明,T,1,T,2,IR,R,R,W,Q,1,Q,2,Q,2,Q,2,Q,1,Q,1,W,如果,Q,1,=,Q,1,W,W,“,热质说”，水,高位到低位，作功，流量不变,热经过热机作功，高温到低温，热量不变,Q,2,=,Q,1,Q,2,=,Q,1,Q,2,=,Q,2,T,1,和,T,2,无,变化，作出净功,W,-,W,违反热一律,把,R,逆转,Q,1,Q,2,R,开尔文的证明,反证法,若,t,IR,tR,T,1,T,2,IR,R,Q,1,Q,1,Q,2,Q,2,W,IR,W,IR,-,W,R,=,Q,2,-,Q,2,0,T,1,无变化,从,T,2,吸热,Q,2,-,Q,2,违反开表述，单热源热机,W,R,假定,Q,1,=,Q,1,要证明,把,R,逆转,-,W,R,W,IR,=,Q,1,-,Q,2,W,R,=,Q,1,-,Q,2,对外作功,W,IR,-,W,R,卡诺定理二,在两个不同温度的,恒温热源,间工作的一切,可逆热机,，具有,相同,的,热效率,，且与工质的性质无关。,T,1,T,2,R,1,R,2,Q,1,Q,1,Q,2,Q,2,W,R1,求证：,t,R1,=,tR2,由卡诺定理,t,R1,tR2,t,R2,tR1,W,R2,只有：,t,R1,=,tR2,t,R1,=,tR2,=,tC,与工质无关,卡诺定理三,在两个不同温度的,恒温热源,间工作的任何,不可逆热机,，其热效率,总小于,这两个热源间工作的,可逆热机,的效率。,T,1,T,2,IR,R,Q,1,Q,1,Q,2,Q,2,W,IR,已证：,tI,R,tR,证明,tI,R,=,tR,反证法,假定：,tI,R,=,tR,令,Q,1,=,Q,1,则,W,I,R,=,W,R,工质循环、冷热源均恢复原状，外界无痕迹，只有可逆才行,，,与原假定矛盾。,Q,1,-,Q,1,=,Q,2,-,Q,2,=,0,W,R,概括性卡诺热机,如果,吸热,和,放热,的多变指数相同,b,c,d,a,f,e,T,1,T,2,完全回热,T,s,n,n,ab,=,cd,=,ef,这个结论提供了一个提高热效率的途径,卡诺定理小结,1,、,在两个不同,T,的,恒温热源,间工作的一切,可逆,热机,tR,=,tC,2,、,不可逆,热机,tIR,同热源间工作,可逆,热机,tR,tIR,tR,=,tC,在给定的温度界限间,工作的,一切热机,，,tC,最高,热机极限,卡诺定理的意义,从理论上确定了通过热机循环,实现热能转变为机械能的条件，指,出了提高热机热效率的方向，是研,究热机性能不可缺少的准绳。,对热力学第二定律的建立具有,重大意义。,某专利申请书提出一种热机：它从,167,的热源接受热,量，向,7,冷源排热，热机每接受,1000kJ,热量，能发出,0.12kW.h,的电力。,请判定专利局是否受理其申请，,why?,解：从申请是否违反自然界普遍规律着手,故并不违反热力学第一定律。,根据卡诺定理，两个恒温热源之间，卡诺机的热,效率最高：,卡诺定理举例,A,热机是否能实现,1000,K,300,K,A,2000 kJ,800,kJ,1200,kJ,可能,如果：,W,=1500 kJ,1500,kJ,不可能,500,kJ,实际,循环与卡诺循环,内燃机,t,1,=2000,o,C,，,t,2,=300,o,C,tC,=74.7%,实际,t,=30,40%,卡诺热机,只有,理论,意义，,最高理想,实际上,T,s,很难实现,火力发电,t,1,=600,o,C,，,t,2,=25,o,C,tC,=65.9%,实际,t,=40%,回热和联合循环,t,可达,50%,5-3,克劳修斯不等式,5-3,、,5-4,熵,、,5-5,孤立系熵增原理,围绕方向性问题，,不等式,热二律推论之一,卡诺定理,给出热机的,最高理想,热二律推论之二,克劳修斯不等式,反映,方向性,定义,熵,克劳修斯不等式,克劳修斯不等式的研究对象是,循环,方向性的,判据,正,循环,逆,循环,可逆,循环,不可逆,循环,克劳修斯不等式的推导,克劳修斯不等式,（,1,）,可逆循环,1,、,正循环（,卡诺循环,）,T,1,T,2,R,Q,1,Q,2,W,克劳修斯不等式的推导,（,2,）,不可逆循环,1,、,正循环（,卡诺循环,）,T,1,T,2,R,Q,1,Q,2,W,吸热,假定Q,1,=,Q,1,，,tI,R,tR,，,W,W,可逆时,IR,W,Q,1,Q,2,克劳修斯不等式推导总结,可逆,=,不可逆,正循环（可逆、不可逆）,吸热,反循环（可逆、不可逆）,放热,仅卡诺循环,?,克劳修斯不等式,对任意循环,克劳修斯,不等式,将循环用无数组,s,线细分，,abfga,近似可看成卡诺循环,=,可逆循环,不可能,热源温度,热二律表达式之一,克劳修斯不等式,例题,A,热机是否能实现,1000,K,300,K,A,2000,kJ,800,kJ,1200,kJ,可能,如果：,W,=,1500 kJ,1500,kJ,不可能,500,kJ,5-4,熵Entropy,热二律推论之一,卡诺定理,给出热机的,最高理想,热二律推论之二,克劳修斯不等式,反映,方向性,热二律推论之三,熵,反映,方向性,熵的导出,定义：,熵,于,19,世纪中叶首先克劳修斯,(,R.Clausius,),引入，式中,S,从,1865,年起称为,entropy,，由,清华刘仙洲,教授译成为“,熵,”。,小知识,克劳修斯不等式,可逆过程，代表某一,状态函数,。,=,可逆循环,不可逆,S,与传热量,的关系,=,可逆,不可逆,：不可逆过程,定义,熵产：纯粹由不可逆因素引起,结论：,熵产是过程不可逆性大小的度量,。,熵流：,永远,热二律表达式之一,熵流、熵产和熵变,任意不可逆过程,可逆过程,不可逆绝热过程,可逆绝热过程,不易求,熵变的计算方法,理想气体,仅可逆过程适用,T,s,1,2,3,4,任何过程,熵,变的计算方法,非理想气体：,查图表,固体和液体：,通常,常数,例：水,熵变与过程无关，假定可逆：,熵,变的计算方法,热源（蓄热器）：,与外界交换热量，,T,几乎不变,假想蓄热器,R,Q,1,Q,2,W,T,2,T,1,T,1,热源的熵变,熵,变的计算方法,功源（蓄功器）：,与只外界交换功,功源的熵变,理想弹簧,无,耗散,5-5,孤立系统熵增原理,孤立系统,无质量交换,结论：,孤立系统的熵只能增大，或者不变，,绝不能减小,，,这一规律称为,孤立系统,熵增原理,。,无热量交换,无功量交换,=,：可逆过程,：不可逆过程,热二律表达式之一,孤立系统熵增原理,：,孤立系统的熵只能增大，或者不变，绝不能减小,。,为什么用,孤立系统？,孤立系统,=,非孤立系统,+,相关外界,=,：可逆过程,reversible,：,不可逆过程,irreversible,T,2,),Q,T,2,T,1,用,用,用,没有循环,不好用,不知道,克劳休斯不等式,孤立系熵增原理举例,(1),Q,T,2,T,1,取,热源,T,1,和,T,2,为孤立系,当,T,1,T,2,可,自发传热,当,T,1,T,2,不能传热,当,T,1,=,T,2,可逆传热,孤立系熵增原理举例,(1),Q,T,2,T,1,取,热源,T,1,和,T,2,为孤立系,S,T,T,1,T,2,孤立系熵增原理举例,(2),两恒温热源间工作的可逆热机,Q,2,T,2,T,1,R,W,Q,1,功源,孤立系熵增原理举例,(2),Q,2,T,2,T,1,R,W,Q,1,功源,S,T,T,1,T,2,两恒温热源间工作的可逆热机,孤立系熵增原理举例,(3),T,1,T,2,R,Q,1,Q,2,W,假定,Q,1,=,Q,1,，,tI,R,tR,，,W,tI,R,可逆,T,1,T,0,IR,W,IR,Q,1,Q,2,作功能力,:,以环境为基准,系统可能作出的最大功,假定,Q,1,=,Q,1,，,W,R,W,IR,作功能力损失,作功能力损失,T,1,T,0,R,Q,1,Q,2,W,IR,W,Q,1,Q,2,假定,Q,1,=,Q,1,，,W,R,W,IR,作功能力损失,5-6,熵方程,闭口系,开口系,out(2),in(1),S,cv,Q,W,稳定流动,熵的性质和计算,不可逆过程的熵变可以在给定的初、终 态之间任选一可逆过程进行计算。,熵是状态参数，状态一定，熵有确定的值；,熵的变化只与初、终态有关，与过程的路,径无关,熵是广延量,熵的表达式的联系,可逆过程传热的大小和方向,不可逆程度的量度,作功能力损失,孤立系,过程进行的方向,循环,克劳修斯不等式,熵的问答题,任何过程，熵只增不减,若从某一初态经可逆与不可逆两条路径到 达同一终点，则不可逆途径的,S,必大于可逆过程的,S,可逆循环,S,为零，不可逆循环,S,大于零,不可逆过程,S,永远,大于可逆过程,S,判断题（,1,）,若工质从同一初态，分别经可逆和不可逆过程，到达同一终态，已知两过程热源相同，问传热量是否相同？,相同,初终态，,s,相同,=,：可逆过程,：不可逆过程,热源,T,相同,相同,判断题（,2,）,若工质从同一初态出发，从相同热源吸收相同热量，问末态熵可逆与不可逆谁大？,相同热量，热源,T,相同,=,：可逆过程,：不可逆过程,相同,初态,s,1,相同,判断题（,3,）,若工质从同一初态出发，一个可逆绝热过程与一个不可逆绝热过程，能否达到相同终点？,可逆绝热,不可逆绝热,S,T,p,1p,2,1,2,2,判断题（,4,）,理想气体绝热自由膨胀，熵变？,典型的不可逆过程,A,B,真空,可逆与不可逆讨论,(,例,1),可逆热机,2000,K,300,K,100,kJ,15,kJ,85,kJ,可逆与不可逆讨论,(,例,1),可逆热机,2000,K,300,K,100,kJ,15,kJ,85,kJ,S,cycle,=0,S,iso,=0,S,T,2000,K,300,K,可逆与不可逆讨论,(,例,2),2000,K,300,K,100,kJ,15,kJ,85,kJ,不可逆热机,83,kJ,17,kJ,由于膨胀时摩擦,摩擦耗功,2kJ,当,T,0,=300K,作功能力损失,=,T,0,S,iso,=,2kJ,可逆与不可逆讨论,(,例,2),2000,K,300,K,100,kJ,15,kJ,85,kJ,不可逆热机,83,kJ,17,kJ,由于膨胀时摩擦,=,2kJ,S,cycle,=0,T,0,S,T,2000,K,300,K,S,iso,=0.0067,可逆与不可逆讨论,(,例,3),有温差传热的可逆热机,2000,K,300,K,100,kJ,16,kJ,84,kJ,100,kJ,1875,K,可逆与不可逆讨论,(,例,3),有温差传热的可逆热机,2000,K,300,K,100,kJ,16,kJ,84,kJ,100,kJ,1875,K,S,T,2000,K,300K,1875,K,S,iso,=0.0033,S,cycle,=0,T,0,S,热源温差,可逆与不可逆讨论,(,例,4),某热机工作于,T,1,=800K,和,T,2,=285K,两个热源之间，,q,1,=600kJ/kg,，,环境温度为,285K,，,试求：,（,1,）,热机为卡诺机时，循环的作功量及热效率,（,2,）,若高温热源传热存在,50K,温差，绝热膨胀不可逆性引起熵增,0.25kJ/kg.K,，,低温热源传热存在,15K,温差，这时循环作功量、热效率、孤立系熵增和作功能力损失。,可逆与不可逆讨论,(,例,4),（,1,）卡诺热机,800,K,S,T,285,K,可逆与不可逆讨论,例,4),800,K,285,K,q,1,q,2,w,q,1,750,K,300,K,q,2,高温热源传热存在,50K,温差,绝热膨胀不可逆性引起熵增,0.25kJ/kg.K,低温热源传热存在,15K,温差,（2）,可逆与不可逆讨论,(,例,4)(2),800,K,s,T,285,K,750,K,300,K,s,1,800,K,285,K,q,1,q,2,w,q,1,=600,750,K,300,K,q,2,s,不可,=0.25,可逆与不可逆讨论,(,例,4),某热机工作于,T,1,=800K,和,T,2,=285K,两个热源之间，,q,1,=600kJ/kg,，,环境温度为,285K,，试求：,（,1,）,热机为卡诺机时，循环的作功量及热效率,（,2,）,若高温热源传热存在,50K,温差，绝热膨胀不可逆性引起熵增,0.25kJ/kg.K,，,低温热源传热存在,15K,温差，这时,循环作功量,、,热效率,、,孤立系熵增,和,作功能力损失,。,可逆与不可逆讨论,(,例,4)(2),800,K,s,T,285,K,750,K,300,K,s,1,s,不可逆,=0.25,可逆与不可逆讨论,(,例,4)(2),800,K,s,T,285,K,750,K,300,K,s,1,s,不可逆,s,iso,可逆与不可逆讨论,(,例,4)(2),800,K,s,T,285,K,750,K,300K,可逆与不可逆的深层含义,不可逆,必然有熵产,对应于作功能力损失,热二律讨论,热二律表述,(,思考题,1,),“,功可以全部转换为热,而热不能全部转换为功,”,温度界限相同的一切可逆机的效率都相等,?,一切不可逆机的效率都小于可逆机的效率,?,理想,T,(1),体积膨胀,对外界有影响,(2),不能连续不断地转换为功,第五章 习题课,例,1,：,设有一个能同时产生冷空气和热空气的装置，参数如图所示，判断此装置是否可能？,如果不可能，在维持各处原摩尔数和,t,0,不变,的情况下，,改变哪一个参数就能实现,。,a,2,kmol,1,atm,25,b,1,kmol,1,atm,1,kmol,1,atm,-15,60,c,热二律,例,1,a,2,kmol,1,atm,25,b,1,kmol,1,atm,1,kmol,1,atm,-15,60,c,不可能,例,1,a,2,kmol,1,atm,25,b,1,kmol,1,atm,1,kmol,1,atm,-15,60,c,热一律,向环境放热,若吸热，无热源，不可能,t,0,Q,例,1,a,2,kmol,1,atm,25,b,1,kmol,1,atm,1,kmol,1,atm,-15,60,c,t,0,Q,不可能,注意：,热一律与热二律同时满足,孤立系选取,例,1,例,1,设有一个能同时产生冷空气和热空气的装置，参数如图所示，判断此装置是否可能？,如果不可能，在维持各处原摩尔数和,t,0,不变,的情况下，,改变哪一个参数就能实现,。,a,2,kmol,1,atm,25,b,1,kmol,1,atm,1,kmol,1,atm,-15,60,c,t,0,p,a,T,a,T,c,p,c,T,b,p,b,例,1,a,2,kmol,p,a,b,1,kmol,p,b,1,kmol,p,c,c,t,0,Q,T,a,T,c,T,b,热一律,例,1,教材（,4-7,）,a,2,kmol,p,a,b,1,kmol,p,b,1,kmol,p,c,c,t,0,Q,T,a,T,c,T,b,热二律,例,1,教材（,4-7,）,1),当,T,a,T,b,T,c不变,当,p,b,、,p,c,不变,p,a,当,p,a,不变,p,b,p,c,真空不易实现,1),当,p,a,p,b,p,c,不变,T,b,T,c,不变,T,a,1.026atm,316.35K,43.2,(25,),例,2,有,人声称已设计成功一种热工设备,不消耗外功,可将,65,的热水中的,20%,提高到,95,而其余,80%,的,65,的热水则降到环境温度,15,分析是否可能,?,若能实现,则,65,热水变成,95,水的极限比率为多少,?,已知水的比热容为,4.1868kJ/kg.K,解：热一律,热平衡,设有,1kg,65,的热水,0.2kg,从,65,提高到,95,吸热,0.8kg,从,65,降低到,15,放热,如果,吸热量,放热量,不满足热一律,例,2,0.8kg,从,65,降低到,15,放热量,0.2kg,从,65,提高到,95,吸热量,吸热量,w,2,哪个参数才能正确评价能的价值,内能,u,1,=,u,2,p,0,p,0,w,1,w,2,w,1,w,2,三种不同品质的能量,1,、,可无限转换的能量,如：,机械能、电能、水能、风能,理论上可以完全转换为功的能量 高级能量,2,、,不能转换的能量,理论上不能转换为功的能量,如：,环境（大气、海洋）,3,、,可有限转换的能量,理论上不能完全转换为功的能量 低级能量,如：,热能、焓、内能,（,Ex,）,（,An,）,（,ExAn,）,Ex,与,An,Ex,的定义,当系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换,为任何其它能量形式的那部分能量，称为,Ex,100%,相互转换,功,能量中除了,Ex,的部分，就是,An,Ex,作功能力,Ex,作功能力,环境一定，能量中最大可能转换为功的部分,500,K,100,kJ,1000,K,100,kJ,T,0,=293,K,T,0,=293,K,热一律和,热二律的,Ex,含义,一切过程，,Ex,+,An,总量恒定,热一律：,热二律：,在可逆过程中，,Ex,保持不变,在不可逆过程中，部分,Ex,转换为,An,Ex,损失、作功能力损失、,能量贬值,任何一孤立系，,Ex,只能,不变或减少，,不能增加,孤立系,Ex,减,原理,由,An,转换为,Ex,不可能,Degradation of energy,任何一孤立系，,Ex,只能,不变或减少，,不能增加,孤立系,Ex,减,原理,能量贬值原理,热量的,Ex,与,An,1,、,恒温热源,T,下的,Q,Ex,Q,:,Q,中最大可能转换为功的部分,T,S,T,0,Ex,Q,An,Q,卡,诺循环的功,T,热量的,Ex,与,An,2,、,变温热源,下的,Q,T,S,T,0,Ex,Q,An,Q,微元卡诺循环的功,热量的,Ex,与,An,的,说明,1,、,Q,中最大可能转换为功的部分，就是,Ex,Q,T,S,T,0,Ex,Q,An,Q,2,、,Ex,Q,=,Q,-,T,0,S,=,f,(,Q,T,T,0,),Ex,损失,3,、,单热源热机不能作功,T,=,T,0,Ex,Q,=0,4,、,Q,一定，不同,T,传热,Ex,损失，作功能力损失,Q,T,0,一定，,T,Ex,Q,T,一定，,Q,Ex,Q,冷量的,Ex,与,An,T,T,0,的冷量,Q,2,有没有,Ex,卡,诺循环的功,T,0,T,T,0,Q,1,W,max,Q,2,冷量的,Ex,与,An,的说明,实际上，只要系统状态与环境的状态有差别，,就有可能对外作功，就有,Ex,T,S,T,0,T,Ex,Q2,Q,2,冷量,Ex,可理解为,:,T,需,Ex,可能,S,T,S,T,Ex,1,Ex,2,例,2,Ex,解法,65,95,15,65,15,S,T,S,T,Ex,1,Ex,2,(1-,m,)kg,从,65,降低到,15,放出,Ex,m,kg,从,65,提高到,95,需,Ex,放出,Ex,=,需,Ex,解得,m,例,3,有三个热容,(cm),相同的刚性物体组成一个系统，其温度分别为,T,A,=300K,T,B,=350K,T,C,=400K,若要使其中一个物体温度升高，另外两个物体达到相同温度，问该物体能上升的,最高温度,？并说明使三个物体中任何一个物体温度上升，其最高温度相同。,解：设,C,上升最高温度为,T,max,A,和,B,温度下降到,T,热一律，热平衡,例,3,热一律,热平衡,热,二律,取孤立系,例,3,热一律,热,二律,例,4,空气流经某些可逆过程后分成两股,如下图,设在这些过程中,可以与空气流进行热量交换的,热源只有一个,。试确定这些过程中空气流与热源之间的净传热量,Q,net,以及与外界之间传递的净功量,W,net,。,为了实现上述方案，具体过程应该怎样安排？,m,1,=4kg/s,p,1,=2atm,T,1,=500K,m,2,=3kg/s,p,2,=2atm,T,2,=800K,p,3,=4atm,T,3,=400K,T,Q,net,W,net,例,4,解：质量守恒,p,1,=2atm,T,1,=500K,m,2,=3kg/s,p,2,=2atm,T,2,=800K,p,3,=4atm,T,3,=400K,m,1,=4kg/s,热一律,热平衡,m,3,=1kg/s,T,Q,net,W,net,例,4,p,1,=2atm,T,1,=500K,m,2,=3kg/s,p,2,=2atm,T,2,=800K,p,3,=4atm,T,3,=400K,m,1,=4kg/s,热,二律,取孤立系,m,3,=1kg/s,T,Q,net,W,net,例,4,p,1,=2atm,T,1,=500K,m,2,=3kg/s,p,2,=2atm,T,2,=800K,p,3,=4atm,T,3,=400K,m,1,=4kg/s,热,二律,m,3,=1kg/s,T,Q,net,W,net,热一律,随热源温度,T,不同，无穷多解,例,5,空气流经某些可逆过程后分成两股,如下图,设在这些过程中,可以与空气流进行热量交换的,热源只有一个,。试确定这些过程中空气流与热源之间的净传热量,Q,net,以及与外界之间传递的净功量,W,net,。,为了实现上述方案，具体过程应该怎样安排？,m,1,=4kg/s,p,1,=2atm,T,1,=500K,m,2,=3kg/s,p,2,=2atm,T,2,=800K,p,3,=4atm,T,3,=400K,T,Q,net,W,net,例,5(,T,=500K,),p,1,=2atm,T,1,=500K,m,2,=3kg/s,p,2,=2atm,T,2,=800K,p,3,=4atm,T,3,=400K,m,1,=4kg/s,m,3,=1kg/s,T,Q,net,W,net,s,T,v,p,1,p,v,多热源,可能的过程,T,s,2,500K,800K,400K,3,2,3,2atm,4atm,1,2,2,3,3,例,5(,T,=400K,),p,1,=2atm,T,1,=500K,m,2,=3kg/s,p,2,=2atm,T,2,=800K,p,3,=4atm,T,3,=400K,m,1,=4kg/s,m,3,=1kg/s,T,Q,net,W,net,s,T,v,p,1,2,500K,800K,400K,3,2,2atm,4atm,1,2,2,3,2,2,热二律的表述,热二律的表达式,熵,孤立系熵增原理,Ex,第五章,小 结,Summary,重点,一般了解,