工程热力学word版第5章 热力学第二定律

《工程热力学word版第5章 热力学第二定律》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、长沙理工大学备课纸第5章热力学第二定律一、教案设计教学目标:使学生深刻认识热力学第二定律的实质-热过程的方向性，实际过程不可逆；了解第二定律的不同表述，掌握热力学的推论工具和推论方法，深刻理解卡诺定理、克劳修斯不等式、熵增原理等判据的重要意义及其应用方法。理解有效能、自由能、自由焓、热力学温标等概念。知识点：理解热力学第二定律的实质，自发过程，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无的概念。重点：热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理难点：卡诺定理、克劳修斯不等式

2、、熵增原理等判据的应用；作功能力损失的计算。教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计：提问+启发+讨论J问：还记得绪论中曾经提到的第二类永动机吗？谁能举出例子吗？J问：自发过程都不可逆？不可逆的过程一定是自发过程？为什么？J问：高温的汽车尾气经过过滤净化后能循环利用吗？节能吗？J问：火力发电厂为什么都要设置凝汽器？为什么？J问：有人说火力发电厂的热效率可达60%以上？可信吗？学时分配：8学时+2学时（习题课）二、基本知识第一节自然过程的方向性一、磨擦过程功可以自发转为热,但热不能自发转为功48长沙理工大学备课纸二、传热过程热量只能自发从高温传向低温三、.自由膨胀过程绝热自由膨胀为

3、无阻膨胀,但压缩过程却不能自发进行四、混合过程两种气体混合为混合气体是常见的自发过程五、燃烧过程燃料燃烧变为燃烧产物(烟气等),只要达到燃烧条件即可自发进行结论:自然的过程是不可逆的第二节热力学第二定律的实质一、.热力学第二定律的实质克劳修斯说法：热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其它变化开尔文说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变为机械能，而不引起其它变化的循环发动机。二、热力学第二定律各种说法的一致性反证法:（了解）第三节卡诺循环与卡诺定理意义：解决了热变功最大限度的转换效率的问题一.卡诺循环:1、正循环组成：两个可逆定温过程、两个可逆绝热过程48长沙理工大学备课纸过程a-

4、b：工质从热源(T1)可逆定温吸热b-c：工质可逆绝热(定'熵)膨胀c-d：工质向冷源(T2)可逆定温放热d-a：工质可逆绝热(定熵)压缩回复到初始状态。循环热效率：=面积abefa=面积cdfec因为得到分析：1、热效率取决于两热源温度，T1、T2，与工质性质无关。2、由于T1T20，因此热效率不能为13、若T1=T2，热效率为零，即单一热源，热机不能实现。逆循环：48长沙理工大学备课纸包括：绝热压缩、定温放热。定温吸热、绝热膨胀。致冷系数：供热系数关系：分析：通常T2>T1-T2所以：卡诺定理：1、所有工作于同温热源、同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高。2.在同温热源与

5、同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等.第四节熵与熵增原理一、熵的导出1865年克劳修斯依据卡诺循环和卡诺定理分析可逆循环，假设用许多定熵线分割该循环，并相应地配合上定温线，构成一系列微元卡诺循环。则有因为，有得到一新的状态参数不可逆过程熵：48长沙理工大学备课纸二、熵增原理：意义：1．可判断过程进行的方向。2．熵达最大时，系统处于平衡态。3．系统不可逆程度越大，熵增越大。4．可作为热力学第二定律的数学表达式第五节熵产与作功能力损失一、建立熵方程一般形式为：(输入熵一输出熵)+熵产=系统熵变或熵产=(输出熵一输入熵)+系统熵变得到：称为熵流，其符号视热流方向而定，系统吸热为正，系统放

6、热为负，绝热为零)。称为熵产，其符号：不可逆过程为正，可逆过程为0。注意：熵是系统的状态参数，因此系统熵变仅取决于系统的初、终状态，与过程的性质及途径无关。然而熵流与熵产均取决于过程的特性。开口系统熵方程：二、作功能力损失48长沙理工大学备课纸作功能力损失：例题精要：例1刚性容器中贮有空气2kg，初态参数P1=0.1MPa，T1=293K，内装搅拌器，输入轴功率WS=0.2kW，而通过容器壁向环境放热速率为。求：工作1小时后孤立系统熵增。解：取刚性容器中空气为系统，由闭系能量方程：经1小时，由定容过程：，取以上系统及相关外界构成孤立系统：48长沙理工大学备课纸例2气机空气由P1=100k

7、Pa，T1=400K，定温压缩到终态P2=1000kPa，过程中实际消耗功比可逆定温压缩消耗轴功多25%。设环境温度为T0=300K。求：压缩每kg气体的总熵变。解：取压气机为控制体。按可逆定温压缩消耗轴功：实际消耗轴功：由开口系统能量方程，忽略动能、位能变化：因为理想气体定温过程：h1=h2故：孤立系统熵增：稳态稳流：例3已知状态P1=0.2MPa，t1=27℃的空气，向真空容器作绝热自由膨胀，终态压力为P2=0.1MPa。求：作