工程热力学第5讲.pptVIP

第三章 熵和热力学第二定律 开尔文－普朗克表述 不可能从单一热源取热，并使之完全转变为有用功而不产生其它影响。 不可能制造一部机器，它在循环动作中把重物升高而同时使一热库冷却 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。 卡诺定理 卡诺定理的结论 1、不能制造出在两个温度不同的热源间工作的热机，而使其效率超过同样热源见工作的可逆热机 2、在两个热源间工作的一切可逆热机具有相同的效率 结论一：可逆热机效率最高 结论： 在同样两个温度不等的热源间工作的一切热机，其效率不可能大于可逆热机，不可逆热机的效率小于可逆热机的效率，而一切可逆热机的效率相等。 热力学温度标尺 温度测量 传感器 特性变化 热力学推论1： 可以定义一个与测温物质性质无关的温度标尺 热力学温度标尺 热力学温标：与物质个性无关的温度标尺 逆卡诺循环的COP 制冷系数？ 供暖系数？ COP: Coeffient Of Performance 装置的性能系数 卡诺循环结论 ? ?t,c只取决于恒温热源T1和T2 而与工质的性质无关； 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。 例题 克劳修斯不等式 致力于寻找一个判断热过程方向的判据 复合循环 等号适用于可逆循环 不等式适用于不可逆循环 一切循环过程的共性 例题 某热机从T1=973K热源吸热2000kJ，向T2=303K的冷源放热800kJ，此循环满足克劳修斯不等式吗？是可逆还是不可逆循环？若将此热机作制冷机用，从T2冷源吸热800kJ时，是否可能向T1热源放热2000kJ? 状态参数：熵 熵增原理 不可逆过程中的熵变化 孤立体系熵增原理 结论：在任意不可逆过程中，熵的变化量大于该过程中加入系统的热量除以热源温度所得的熵 * * 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 环境是个大热源 空调,制冷 代价：耗功 热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。 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!!! 等效性证明 Thigh Tlow R Q1 Q2 W=Q1-Q2 Q2 开尔文说法成立，证明克劳修斯说法也成立 C 反证法 开成立，克不成立 Thigh Tlow R E 克劳修斯说法成立，证明开尔文说法也成立 反证法 克成立，开不成立 Q1+ Q2 Q2 Q1 W 法国工程师卡诺 (S. Carnot)， 1824年提出 卡诺循环 既然 ?t =100％不可能 热机能达到的最高效率有多少？ 效率最高 T1 T2 E R Q1 Q1 Q2E Q2R WR △W 假设： 热源：不变 热机： 冷源： T1 T2 R1 R2 Q1 Q1’ Q2 Q2’ WR1 WR2 结论一：一切可逆热机效率相等 T1 T2 R Q1 Q2 W=Q1-Q2 可逆热机 水的三相点温度273.16K，即0.01 卡诺循环 T1 T2 Rc q1 q2 w T1 T0 Rc q1 q2 w 卡诺 循环 示意 图 4-1绝热压缩过程 1-2定温吸热过程 2-3绝热膨胀过程 3-4定温放热过程 ? T1 T2 ，温差越大，?t,c越高 ? 当T1=T2， ?t,c = 0, 单热源热机不可能 ? T1 = ? K, T2 = 0 K, ? ?t,c 100%， 热二律 1000 K 300 K 2000 kJ 800 kJ 1200 kJ 1500 kJ 500 kJ A A热机能否实现这两个过程？ 复合循环 根据热力学第二定律： 依靠单一热源绝不可能使复合循环完成有用功，即必有： 因为： 克劳修斯积分式： T表示向系统提供热量的热源温度 反映方向性 定义熵 (适用于任意循环) 定义：熵 比熵 尺度量 T-S图 可逆过程： T-S图 可逆过程中，用函数熵的增减来判断过程中系统与外界热交换的方向 可逆循环 p v b 1 2 a 熵变与路径无关,只与初终态有关 熵 不可逆过程中的熵变化 = 可逆 不可逆 不可逆