第四章 化工过程的能量分析1课件.ppt

第四章?化工过程的能量分析 4.4理想功和损失功 又 即 式中： ——体系对环境或环境对体系所作的可逆功。它包括理想功和抵抗大气压力P0所作的无法利用的功 P0（V2-V1）。 第四章?化工过程的能量分析 4.4理想功和损失功 所以 由以上讨论，对非流动体系我们可以得到下述结论： ⑴理想功决定于体系的始、终状态和环境的状态，与过程无关； ⑵体系发生状态变化的每一个实际过程都有其对应的理想功。 第四章?化工过程的能量分析 4.4理想功和损失功 ② 流动过程理想功的计算 对于稳流过程，热力学第一定律表达式为 忽略动能和势能变化 第四章?化工过程的能量分析 4.4理想功和损失功 若可逆传热 稳流过程理想功的定义式和计算式，由于 是状态函数，因此稳流过程理想功与途径无关。 第四章?化工过程的能量分析 4.4理想功和损失功 2 ）损失功 定义：体系完成相同状态变化时，理想功和实际功的差值，即 第四章?化工过程的能量分析 4.4理想功和损失功 对稳流体系 又 第四章?化工过程的能量分析 4.4理想功和损失功 结论： ⑴ 增大， 增大 ⑵ 升高， 增大 ⑶ 可逆过程： 实际过程： 第四章?化工过程的能量分析 4.4理想功和损失功 实际过程的能量利用情况可以通过损失功来衡量，也可以用热力学效率来衡量。 对产功过程： 对耗功过程： 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 3）熵函数与熵增原理 熵函数 前面我们已经讲过了熵函数，大家知道熵函数是抽象的难理解的概念，这里我们简单的复习一下。 我们可以通过研究热机的效率推导出熵函数的定义式。对于可逆热机有 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 3）熵函数与熵增原理 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 3）熵函数与熵增原理 熵定义: 熵变 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 3）熵函数与熵增原理 热力学第二定律的数学表达式 因为 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 3）熵函数与熵增原理 可逆过程： 不可逆过程： 这两个式子说明，可逆过程的熵变等于其热温商，不可逆过程的熵变则大于其热温熵。 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 3）熵函数与熵增原理 对可逆过程和不可逆过程用同一式子表示，就得到了热力学第二定律的表达式： 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 3）熵函数与熵增原理 注意： ⑴熵是状态函数。只要始态、终态相同， ⑵对于不可逆过程，可以设计一个可逆过程，利用可逆过程的热温商积分计算熵变。 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 3）熵函数与熵增原理 熵增原理 对于孤立体系（或绝热体系） 这个式子说明 熵增原理表达式 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 3）熵函数与熵增原理 自然界一切能够进行的过程都是向着熵增大的方向进行的。 通过以上讨论，我们可以得到以下结论： ⑴自然界一切自发进行的过程都是熵增大的过程； ⑵自发过程向着熵增大的方向进行； ⑶自发进行的限度 ； 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 3）熵函数与熵增原理 ⑷ 为总熵变 ⑸只有同时满足热力学第一定律和热力学第二定律的过程，在实际当中才能实现，违背其中任意一条，过程就不能实现。 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 1）基本概念 2）热功转换与热量传递的方向和限度 3）熵函数与熵增原理 4）熵变的计算 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 4）熵变的计算 ①由可逆过程的热温商计算（熵定义） 第一定律 可逆过程 两边同除T 即 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 4）熵变的计算 又 对于理想气体 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 4）熵变的计算 ②相变化熵变 相变化都属于可逆过程，并且相变化的热量根据能量平衡方程知 所以相变化的熵变为 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 4）熵变的计算 ③环境熵变 热力学环境一般指周围大自然，可视为恒温热源，因此 4.2热力学第二定律—热功转化与熵函数 4）应用举例 例：有人设计了一种热机，该机从温度为400k处吸收25000j/s热量，向温度为200k处放出12000j/s热量，并提供16000w的机械功。试问该机器设计是否合理？ 解：根据热力学第一定律，热机完成一个循环，△U=0，则 W=-Q=-(Q1+Q2)=-(25000-12000)=-13000J/S 而设计者提出可供W ′= -16000J/S ∣W ′∣＞ ∣W