第5章热力学第二定律.pptx

School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering1主要内容主要内容5-1 热力学第二定律热力学第二定律5-2 卡诺循环卡诺循环54 熵和热力学第二定律的数学表达式熵和热力学第二定律的数学表达式55 熵方程与孤立系统熵增原理熵方程与孤立系统熵增原理5-6 系统的作功能力（火用）及熵产与作功能力损失系统的作功能力（火用）及熵产与作功能力损失5-7 火用平衡方程及火用损失火用平衡方程及火用损失5-3 卡诺定理卡诺定理School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering2 热热力力学学第第二二定定律律是是热热力力学学原原理理的的重重要要基基础础，工工程程热力学中常用的热力学第二定律数学表达式有：热力学中常用的热力学第二定律数学表达式有：克劳修斯不等式克劳修斯不等式 系统熵变不等式系统熵变不等式 熵产原理熵产原理 孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理 重点回顾重点回顾School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering3闭口系熵方程闭口系熵方程吸热吸热“+”放热放热“”系统与外界系统与外界换热换热造成系造成系统熵的变化统熵的变化。（热）熵流（热）熵流重点回顾重点回顾sg熵产，熵产，不可逆不可逆“+”可逆可逆“0”系统进行系统进行不可逆过程不可逆过程造成系统熵的增加造成系统熵的增加闭口绝热系：闭口绝热系：可逆可逆“=”不可逆不可逆“”School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering4开口系熵方程开口系熵方程 流入流入系统熵系统熵-流出流出系统熵系统熵+熵产熵产=系统系统熵增熵增重点回顾重点回顾School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering5绝热稳流开系：绝热稳流开系：稳定流动开口系熵方程（仅考虑一股流出，一股流进）稳定流动开口系熵方程（仅考虑一股流出，一股流进）重点回顾重点回顾School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering65-7 火用参数的基本概念火用参数的基本概念 热量火用热量火用一、能量的可转换性、火用和火无一、能量的可转换性、火用和火无 火用（火用（exergy)：1、在环境条件下，能量中可转化为有用功的最 高份额称为火用；用Ex表示。2、热力系只与环境相互作用、从任意状态可逆地变化到与环境平衡时，作出的最大有用功。火无火无(anergy)：系统中不能转变为有用功的那部分能量称为火无；用An表示。School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering7 则：机械能、电能：An=0 Ex=E环境介质中的热能：Ex=0能平衡只讨论量，不讨论质。火用平衡即讨论量，还讨论质。5-7 火用参数的基本概念火用参数的基本概念 热量火用热量火用School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering8二、热量火用二、热量火用 系统温度高于环境温度所具有的火用称为热量火用。5-7 火用参数的基本概念火用参数的基本概念 热量火用热量火用School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering95-7 火用参数的基本概念火用参数的基本概念 热量火用热量火用School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering10二、冷量火用二、冷量火用系统温度低于环境温度所具有的火用称为冷量火用。5-7 火用参数的基本概念火用参数的基本概念 热量火用热量火用School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering11热量火用总小于1，冷量火用可以大于1环境点(300K)处火用为05-7 火用参数的基本概念火用参数的基本概念 热量火用热量火用School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering12三、三、孤立系统中熵增与火用损失，能量贬值原理孤立系统中熵增与火用损失，能量贬值原理不可逆过程的火用损失不可逆过程的火用损失5-7 火用参数的基本概念火用参数的基本概念 热量火用热量火用School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering13不可逆过程的熵增大了为：5-7 火用参数的基本概念火用参数的基本概念 热量火用热量火用School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering14则：由孤立系统熵增原理(dSiso=Sg0)可得：孤立系统中火用只会减少，不会增加，极限情况下(可逆过程)保持不变能量贬值原理能量贬值原理。dEx,iso 0 或或 I05-7 火用参数的基本概念火用参数的基本概念 热量火用热量火用P178:例例5-10School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering15School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering16本章本章-思考讨论思考讨论v热二律表述热二律表述(思考题思考题1)“功可以全部转换为热功可以全部转换为热,而热不能全部转换为功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一切不可逆机的效率都小于可逆机的效率?理想理想 T T (1)(1)体积膨胀体积膨胀,对外界有影响对外界有影响 (2)(2)不能连续不断地转换为功不能连续不断地转换为功School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering17熵的性质和计算熵的性质和计算 不可逆过程的熵变可以在给定的初、终不可逆过程的熵变可以在给定的初、终 态之间任态之间任选一可逆过程进行计算。选一可逆过程进行计算。l 熵是状态参数，状态一定，熵有确定的值；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的变化只与初、终态有关，与过程的路径无关 熵是广延量熵是广延量School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering18熵的表达式的联系 可逆过程传热的大小和方向可逆过程传热的大小和方向 不可逆程度的量度不可逆程度的量度作功能力损失作功能力损失 孤立系孤立系 过程进行的方向过程进行的方向 循环循环 克劳修斯不等式克劳修斯不等式rSchool of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering19熵的问答题 任何过程，熵只增不减任何过程，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，则不达同一终点，则不可逆途径的可逆途径的 S必大于可逆过程的必大于可逆过程的 S 可逆循环可逆循环 S为零，不可逆循环为零，不可逆循环 S大于零大于零 不可逆过程不可逆过程 S永远永远大于可逆过程大于可逆过程 S School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering20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？同一终态，已知两过程热源相同，问传热量是否相同？相同相同初终态，初终态，s相同相同=：可逆过程：可逆过程：不可逆过程：不可逆过程热源热源T相同相同相同相同 School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering21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，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？问末态熵可逆与不可逆谁大？相同热量，热源相同热量，热源T相同相同=：可逆过程：可逆过程：不可逆过程：不可逆过程相同相同初态初态s1相同相同School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering22判断题（判断题（3 3）若工质从同一初态出发，一个可逆绝热过程与一个不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？可逆绝热过程，能否达到相同终点？可逆绝热可逆绝热不可逆绝热不可逆绝热STp1p2122School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering23判断题（判断题（4 4）理想气体绝热自由膨胀，熵变？理想气体绝热自由膨胀，熵变？典型的不可逆过程典型的不可逆过程AB真空真空 School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering241.不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。（r）2.熵产的过程必为不可逆过程。（a）3.循环净功愈大则循环热效率愈高。（r）4.不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量就是熵产。（a）判断：判断：School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering25单选：单选：School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering26多选：多选：School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering27School of Chemical and Material EngineeringSchool of Chemical and Material Engineering28P159：例：例5-2,5-3