工程热力学课件：第5章 热力学第二定律3

第五章热力学第二定律The second law of thermodynamics 引言1：哪个参数才能正确评价能的价值热量500K293K100kJ1000K100kJ293K 引言2：哪个参数才能正确评价能的价值焓h1=h2p1p2w1w2w1>w2 引言3：哪个参数才能正确评价能的价值内能u1=u2p0p0w1w2w1>w2 三种不同品位的能量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（Ex）（An）（Ex+An）质量统一尺度 §5–5系统的作功能力（火用）exergy及熵产与作功能力损失系统与外界有不平衡存在，即具备作功能力，作功能力也可称为（火用），有效能，可用能等。*体系的（火用）是指其处于环境条件下经完全可逆过程过渡到与环境平衡时所作出的有用功，这时它的作功能力最大。 一.热量（火用）Ex,Q热源传出的热量中理论上可转化为有用功的最大值因T0基本恒定，故qunΔs12面积 8讨论：1）qa是环境条件下热源传出热量中可转化为功的最高分额，称为热量火用；2）qun是理想状况下热量中仍不能转变为功的部分，是热能的一种属性，环境条件和热源确定后不能消除或减少，称为热量火无；3）与环境有温差的热源传出的热量具备作功能力，但循环中排向低温热源的热量未必是废热，而环境介质中的内热能全部是废热。 二、孤立系统的熵产与系统作功能力（火用）损失完全可逆作功能力最大孤立系不可逆过程体系作功能力降低（火用损失）孤立系不可逆过程熵增大 特例p154不可逆传热据第一定律：面积121091=面积348103qAa=面积16721qAun=面积691076=T0(s1–s2)qBa=面积45734qBun=面积581075=T0(s4–s3) 环境温度T0一定时，孤立系统的火用损失（作功能力损失）与其熵增成正比G-S公式孤立系开口系统闭口系统* 定质量物系的作功能力工质火用稳流工质的作功能力 二.稳流工质的作功能力 2）从状态12，稳流工质可作出的最大有用功讨论：1）对于p0、T0，wu,max仅取决于状态，称之为焓火用，用Ex,H（ex,H）表示。 火用代表作功能力，火用损失是真正意义上的损失。有限度地减少火用损失是合理用能及节能的指导方向。凝汽器例 热力学第二定律的实质卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向。熵增原理，透彻地揭示了热过程进行的方向、条件及限度。结合热力学第一定律和第二定律的热系统佣分析法，同时考虑了能量的“质”和“量”，因此比由热力学第一定律得出的能量平衡方法更科学、更合理，减少佣损失（有限度地）是合理用能及节能指导方向。 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 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（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s1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STp1p2122’ 判断题（4）•理想气体绝热自由膨胀，熵变？典型的不可逆过程AB真空 例：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TA=300K,TB=350K,TC=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Tmax,A和B温度下降到T’热一律，热平衡 热二律,取孤立系 热一律热二律 例：某人提出了一个利用温度为600℃，压力为0.1MPa的废气资源发电的方案，方案称若废气流量为每小时200kg，可发电14.59kW，问此方案是否可行？（设p0=0.1MPa，t0=20℃，废气定压比热容cp=1.01kJ/kg·K）解：分析：为充分利用废气的热能，设废气定压放热到环境温度。在废气和环境大气之间放置可逆热机，其可能的最佳循环为图示。1到2为热机可逆等压吸热(废气放热为2到1)，3到1为热机等温放热。 废气热量：因实际过程必存在不可逆性，所以此方案不可能实现方法1：循环1231是多热源循环，先求 取废气和大气为系统，则表明废气最充分利用仅有14.59kW，若机器全部可逆方案可实现，但由于必存在不可逆性，因此方案不可实现方法2 方法3根据焓佣的概念废气的焓佣即为可以从废气得到的最大有用功。由于存在不可逆性实际机器W