《工程热力学》第五章 热力学第二定律.ppt

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1、第五章热力学第二定律(8学时）基本内容：热力过程的方向性；热机循环与制冷循环；热力学第二定律及其表述；可逆与不可逆过程；卡喏循环与卡喏定理；概括性卡喏循环；熵的性质及导出；不可逆过程熵的变化；熵增原理与不可逆过程作功能力的损失，最大有用功；火用简介基本要求：掌握热力学第二定律的本质及其对生产实践的指导意义；掌握可逆过程的内涵；区别可逆过程与准静态过程；理解卡喏循环内涵及卡喏定理的证明；理解提高循环热效率的一般原则综述1ξ5.0热机（力）循环与制冷循环一、热机（力）循环--热动力循环，正向循环二、制冷循环（逆向循环）2一、热机（力）循环1、定义

2、：将热能转变为机械能的循环为热机循环，亦称动力循环；正向循环2、正向循环的性质:膨胀功绝对值大于压缩功绝对值；吸热量绝对值大于放热量绝对值3、p-v图，T-s图4、功、热交换特点：高温热源放出热量Q1低温热源获得热量Q2将Q1-∣Q2∣=Q0全部转变为功W05、结论：6、经济性评价指标-循环热效率ηtηt=W0/Q1=（Q1-Q2）/Q1=1-Q2/Q13PVTS循环净功W0=Q0>0abcdabcd将热能转变为机械能的循环为热机循环，亦称动力循环；正向循环；顺时针方向热机循环4二、制冷循环（逆向循环）1、定义：消耗外界提供的功将热量从低温热

3、源传递到高温热源的循环；或将机械能转变为热能的循环2、逆向循环的性质3、逆向循环p-v图，T-s图4、功、热交换特点低温热源放出热量Q2消耗机械功W0，转化为热量W0=Q0高温热源获得热量Q1，∣Q1∣=Q2+W05、结论6、经济性评价指标--制冷系数ε；热泵系数ε制冷系数ε=Q2/W0=Q2/（Q1-Q2）可大于1，可小于1，不能为无穷热泵系数ε´=Q1/W0=Q1/（Q1-Q2）总大于1，不能为无穷5PVTS循环净功W0=Q0<0abcdabcd消耗外界提供的功将热量从低温热源传递到高温热源的循环；或将机械能转变为热能的循环；反时针方向制

4、冷循环67土壤源热泵用于建筑空调供暖Becausethegroundstoresthesun’sheatforratherlongperiodsoftime,thetemperatureofthecoolingsourcestaysconstant,therebyensuringhighefficiencyallyearlong.上庄基地实验室应用8蒸汽压缩制冷Cpu散热9ξ5.1热力学第二定律一、概述二、开尔文-普朗克表述三、克劳修斯表述四、两类表述等效性证明五、关于自发过程与非自发过程10二、开尔文-普朗克表述1、叙述：不可能建造一种循环

5、工作的机器，其作用只是从单一热源取热并全部转变为功理解：1）循环2）单一热源2、等价描述：使热能全部而且连续转变为机械功是不可能的第二类永动机是不可能存在的热机的热效率不可能达到100%判断正误：将热量全部转变为功是不可能的11三、克劳修斯表述1、叙述：不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起任何变化理解：对制冷循环的解释2、等价表述热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体12四、两类表述等效性证明证明：违反克劳修斯说法必违背开尔文说法EW0Q1Q2Q213五、关于自发过程与非自发过程1、自发过程：自发实现的过程。EG：热量总是自发的

6、从高温物体传向低温物体而不能反向自发进行；两种气体可自发混合而不能自发地分离2、非自发过程：自发过程的逆向；非自发过程不能自发地实现。即使利用热机、制冷机或其他任何方法，使非自发过程得以实现，总需要另一种自发过程伴随进行3、结论：自发过程是不可复逆的4、热力学第二定律可概括为：一切自发实现的涉及热现象的过程都是不可复逆的14ξ5.2可逆过程与不可逆过程一、概述：关于无耗散准静态过程与可逆过程的等价性二、可逆过程三、不可逆过程及衡量指标四、理解“作功能力”15二、可逆过程1、定义：系统完成某一过程后，沿着原路逆行而回复到原来状态，外界随之回到原

7、来状态，不流下任何变化。否则为不可逆过程2、可逆过程基本特征：1）必须是准静态过程：系统内部、系统与外界满足：力平衡；热平衡2）不存在耗散效应：过程不存在摩擦、粘性流动、温差传热或其他潜在作功能力损失的耗散16三、不可逆过程及衡量指标1、定义：热力过程存在任何自发的变化，从而产生不可复逆的影响2、衡量指标涡轮机效率ηT：涡轮机不可逆绝热膨胀轴功（Ws）T与可逆绝热膨胀轴功Ws之比值即：ηT=（Ws）T/Ws压气机绝热效率ηC：压气机可逆绝热消耗轴功Ws与不可逆绝热消耗轴功（Ws）c之比即ηT=Ws/（Ws）C17四、理解“作功能力”1、高温热

8、源具有“作功能力”，但高温热源直接自发地向低温热源传热是不可逆过程，如高温热源与低温冷源温度一致，失去作功的能力，造成“作功能力”的损失2、发生功耗散，“作功能力”