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5工程热力学第五章lm2.ppt

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工程热力学 Engineering Thermodynamics,北京航空航天大学,第五章 热力学第二定律,§5.1 热力学第二定律的实质与表述 §5.2 卡诺循环与卡诺定理 §5.3 状态参数熵及熵方程 §5.4 孤立系统熵增原理及做功能力损失 §5.5 火用与火无 §5.6 火用分析与火用方程,热力过程的方向性,自发过程:不需要任何附加条件就可以自然地进行的过程,称为自发过程。其反向过程不可能自发地进行,称为非自发过程。,非自发过程必须有另一自发过程作补偿条件才能实现。,自发过程:热量自高温物体传递给低温物体,摩擦生热,高压气体膨胀为低压气体,不同种类气体混合等。,非自发过程: 热力循环,热能转换为机械能,需向冷源放热 制冷或热泵循环,热量从低温物体传递至高温物体,需耗功,§5-1 热力学第二定律的表述,传 热,热工转换,热二律的表述有 60-70 种,1851年 开尔文-普朗克表述热功转换的角度,1850年克劳修斯表述热量传递的角度,1)开尔文-普朗克的表述 Kelvin-Planck Statement,不可能从单一热源取热,并使之完全转变为机械能而不产生其它影响。,It is impossible for any device that operates on a cycle to receive heat from a single reservoir and produce a net amount of work.,非自发过程, 必须有补偿.,2)克劳休斯表述Clausius statement,不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。,It is impossible to construct a device that operates in a cycle and produces no effect other than the transfer of heat from a lower-temperature body to a higher-temperature body.,克劳休斯表述Clausius statement,不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。,非自发过程, 必须有补偿.,3)两种表述的关系,克劳休斯表述,开尔文-浦朗克表述,完全等效!!!,违反一种表述, 必违反另一种表述!!!,开:不可能从单一热源取热,并使之完全转变为机械能而不产生其它影响。,克:不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。,4)热力学第二定律的实质,1.任何涉及热现象的宏观过程(有热能参与的过程)都具有方向性,都是不可逆的,若要使其逆向进行,必须付出某种代价,具备一定的补充条件。,2.热力学第二定律是对过程方向性的描述。由于自然界过程方向性的多样性,热二定律的描述也有多种,他们之间有内在联系,是等效的。,有序能可以完全地、无条件地转变为无序能 无序能转换为有序能则是有条件、不完全的,热一律与热二律,热一律否定第一类永动机,热机的热效率最大能达到多少? 又与哪些因素有关?,???,,t 100%不可能,热二律否定第二类永动机,,t =100%不可能,§5-2卡诺循环与卡诺定理,T,,T,,s,,s,,卡诺循环Carnot cycle,4-1绝热压缩过程,对内作功,1-2定温吸热过程, q1 = T1(s2-s1),2-3绝热膨胀过程,对外作功,3-4定温放热过程, q2 = T2(s2-s1),,三种卡诺循环,,,,T0,,,,,,,T2,T1,制冷,,,制热,T,s,,,,,,,,T1,T2,动力,2)卡诺定理Carnot principles,定理:在两个不同温度的恒温热源间工作的所有热机,以可逆热机的热效率为最高。,卡诺提出:卡诺循环效率最高,即在恒温T1、T2下,,结论正确,但推导过程是错误的,当时盛行“热质说”,,1850年开尔文,1851年克劳修斯分别重新证明,卡诺定理小结,1、在两个不同 T 的恒温热源间工作的一切可逆热机tR = tC,2、不可逆热机tIR 同热源间工作可逆热机tR tIR tR= tC,∴ 在给定的温度界限间工作的一切热机, tC最高 热机极限,,,定理:在两个不同温度的恒温热源间工作的所有热机,以可逆热机的热效率为最高。,§5-3 状态参数熵及熵方程,思考题:5-1,5-2,1)克劳修斯不等式,热二律推论之一卡诺定理给出热机的最高理想,热二律推论之二克劳修斯不等式反映方向性定义熵,克劳修斯不等式,克劳修斯不等式的研究对象是循环!方向性的判据,正循环:可逆、不可逆逆循环:可逆、不可逆,克劳修斯不等式的推导,,克劳修斯不等式的推导,(1)可逆循环,1、正循环(卡诺循环),,,,,T1,T2,R,,Q1,
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