1、0S STWQ ()0tWSS lnSkS S SHQW0SW HQ12QQ：12QQ=12QQ 120QQQ0H0tsyssurSSS 0sysS12111212tsurQQQQSSTTTT 11211surSQTT12111tsurSSQTT 121110QTT12QQ：T S RHQW (）0H S RQW(）()HLS RQQQW HLQQ：+：0tsyssurSSS 0sysS0surS()()()surHLWSSSS ()()()0HLHLWHLQQSSSTT00HLsurHLQQSTT0HLHLQQTTLLHHQTQT ()()1S RHLLT RHHHWQQTQQT ()1LH
2、T RTT()01LHT RTOR T 0syssurdSdSsurQWdSdSdSsyssurQsursurQQdSTT 0WdS 即封闭体系热力学第二定律的数学表达式即封闭体系热力学第二定律的数学表达式克劳修克劳修斯不等式。斯不等式。RQT QT RsysQdST RsurQdST RQ RQT RQ RfQdST fS gS gS0gS0gS0gS0gSsysQdST gdSsysgQdSdST 封闭体系熵平衡式封闭体系熵平衡式sysfgdSdSdS0QsysgQSST syssurgSSS tgSS gS fS()iiinim S()jjoutjm S 0kQfkkQST kfkkQS
3、T 0OPsysdSdt()()0fgiiinjjoutijSSm Sm S ()()gjjoutiiinfjiSm Sm SS 敞开体系稳流过程熵平衡式0fS ()()gjjoutiiinjiSm Sm S 1ijijmmm ()gjiSm SSm S 节流过程0gS ()()jjoutiiinjim Sm S 0gS ()()jjoutiiinjim Sm S 1ijijmmm jiSS 150的饱和水蒸汽以5kg/s 的流量通过一冷凝器，离开冷凝器是150的饱和水，冷凝热传给20的大气，求此冷凝过程中产生的熵。饱和蒸汽1饱和水2冷凝器大气20例5-2 解：由敞开体系熵平衡关系式：()()
4、OPsysfgiiinjjoutijdSSSm Sm Sdt 以冷凝器为体系，该过程为稳流过程，且有：1125ijijmmmkg sSSSS 21()gfSm SSS （1）计算12SS、由附录查得：150饱和蒸汽：1116.8379SkJ kgK 150 饱和水：1121.8418SkJ kgK （2）计算fS fQST Q为体系放出的热量，T为大气温度293K。（3）计算Q将能量平衡方程式用于冷凝器：21()QHm hh 由附录查得：150饱和蒸汽：112746.5hkJ kg 150 饱和水：12632.2hkJ kg 15(632.22746.5)10572QkJ s （4）计算gS
5、105725(1.84186.8375)293gS 1111.10gSkJ Ks 0gS 冷凝过程为不可逆过程。设有温度T1=500K，压力P1=0.1MPa的空气，其质量流量为m1=10kgs-1，与T2=300K，P2=0.1MPa，m2=5kgs-1的空气流在绝热下相互混合，求混合过程的熵产生量。设有关温度范围内空气的平均等压热容相等，且：*111.01pmhpmsCCkJ kgK 1111mTPS、2222mTPS、3333mTPS、0Q 混合器解：以混合器为体系（敞开稳流）质量衡算：00dMMdt 312mmm 能量衡算：210(0000)2SHWQug z 、331122m hm
6、hm h 设空气为理想气体，根据热力学性质计算式：*0*1110*0*2220*0*3330()()()pmhpmhpmhhhCTThhCTThhCTT 例5-35.2.3 敞开体系熵平衡式*112211223*33pmhpmhpmhm CTm CTm Tm TTm Cm 310 5005 300433.315TK 稳流过程熵衡算：()()OPsysfgiiinjjoutijdSSSm Sm Sdt 000OPsysfdSQSdt 由：()()gjjoutiiinjiSm Sm S 331122gSm Sm Sm S 1231122()gSmmSm Sm S 例5-3131232()()gSm
7、 SSmSS *333311221122lnlnlnlngpmspmsTPTPSm Cm Rm Cm RTPTP 其中：123PPP 433.3433.310 1.01 ln5 1.01 ln500300gS 110.411gSkJ Ks 即混合过程为不可逆过程。例5-3 常见热力学图表：T-S图，h-S图，p-h图，都是根据实验所得的PVT数据，汽化潜热和热容数据，经过一系列微分积分等运算绘制而成。全部依靠实验数据绘制的图表，是最精确可靠的，但往往实验数据不是完整的，通常采用状态方程等计算方法来补充和引申，对于完全没有实验数据的物质，也可以通过状态方程的计算来制作热力学图表。优点：使用方便，
8、并容易看出变化趋势。图中常有等压、等容、等熵、等焓线。热力学数据表：精确，但用起来麻烦，需要采用内插的方式。氨的TS图5.3.1 TS图的构成与性质一、三区域液相区：OACDO气相区：DCB以上汽液共存区：ACB以下二、五线饱和液体线：AC饱和蒸汽线：BC等压线：P3 PC P2 P1等干度线：x1 x2 x3 H2 H3图图5-7 T-S示意图示意图三、有关计算1、汽化热QT S TSQ 临界点时：00SQ 2、两相区混合物湿蒸汽的焓和熵(1)mglhh xx h (1)mglSS xx S 四、用TS图描述不同过程21SPSQHTdS 即12341的面积。1、等压加热和冷却过程2、节流膨胀
9、过程12：膨胀前温度较高34：膨胀前温度较低0H 3、等熵膨胀或压缩过程可逆绝热：0S ()12()S RSWHHH 不可逆绝热：/1212SWHHhh 等熵膨胀效率：/1212()1212SSS RWHHhhWHHhh ()SSS RWW 等熵压缩效率：()1212/1212S RSSWHHhhWHHhh 例例5-4 氨气体压缩机入口温度为-8，压力为3atm，绝热压缩后终压为14atm，已知压缩机的等熵效率为0.8，试求：（1）每千克氨气的可逆压缩功；（2）每千克氨气的不可逆绝热压缩功；（3）每千克氨气经不可逆绝热压缩产生的熵。解：解：查图5-6（b）得：h1=1443.5kJkg-1，h
10、2=1665.2kJkg-1，s1=s2=5.5438kJkg-1K-1T2=382.15K（1）根据热力学第一定律，可逆绝热压缩功耗为：-1()12121443.5-1665.2-221.7s Rw=-h=h-h=kJ kg（2）根据压缩过程等熵效率的定义有：s-1()-221.7-277.10.8s Rsww=kJ kg（3）实际压缩终态时的焓值为：-1/12121212-1720.9ssh-hh-h=h=h-kJ kgh-h例例5-4根据h2/和P2由温熵图可查得s2/和T2/：-1/-1225.6484.9401.15skJ kgKTK根据熵平衡关系式，绝热过程稳流过程的熵产生为：-1
11、/-1225.6484.9-5.5438=0.1046gs=sskJ kgK 结论：不可逆绝热过程功耗比可逆绝热过程功耗大有一部分机械功耗散为热，同时这部分热被氨气本身吸收，导致温度上升，熵值增大。例例5-4hSPh5.4 蒸汽动力循环 蒸汽动力循环的意义：利用余热作为蒸汽动力装置的能源，用来产生动力和提供热量，对于节能和降低成本非常重要。1、卡诺循环取热机为体系（敞开）：NHQW 其中：组成：两个等温过程和两个等熵过程,NS TurS PumpWWW TSHTLT123465TS图上的卡诺循环循环过程：0H NQW HLQQQ NHLHLWQQQQ 1NHLLCHHHWQQQQQQ 对可逆热
12、机：LLHHQTQT 1LCHTT 卡诺热机的效率与工作介质性质无关，只与吸热和排热的温度有关，在两个热源温度之间，卡诺热机的效率最高；且存在下面关系：HLCTT 实际热机为不可逆过程，其效率与吸热和排热的平均温度有关，在两个热源温度之间，其效率也存在下面关系：HLTT 2、蒸汽动力循环装置工作介质：水锅炉冷凝器透平1432水泵,S TurW,S PumpWHQLQ简单蒸汽动力装置TSHTLT123465TS图上的卡诺循环12：等温吸热 23：可逆绝热膨胀0T 0S 34：等温排热（冷凝）0T 41：可逆绝热压缩0S 12341125611LNCHHSTWTQS TS图上的卡诺循环：5.4.1
13、 卡诺循环卡诺循环存在的问题：1、23：3为湿蒸汽，其对应透平机出口点，将造成透平机侵蚀现象，一般要求0.9x 2、41：4点在两相区，汽水混合物无法用泵输送。卡诺热机优点：效率最高。卡诺热机作用：是一个理想的，但不能实现的热机，其效率可为实际热机效率提供一个比较的最高标准。TSHTLT123465TS图上的卡诺循环具有实践意义的蒸汽动力循环朗肯循环1、理想朗肯循环（1）组成：锅炉、透平机、冷凝器、水泵。1/2：不饱和水等压加热为过热蒸汽；2 3/：可逆绝热膨胀至冷凝压力；3/4：等温等压冷凝为饱和水；4 1/：饱和水可逆绝热压缩为过冷水；锅炉冷凝器透平1 432水泵,S TurW,S Pum
14、pWHQLQ蒸汽动力装置TS/1234/31（2）能量衡算：1/2 和3/4：QH 2 3/：S RWH （）4 1/：SPumpWv P ，TS/1234/315.4.2 朗肯循环（1）组成：锅炉、透平机、冷凝器、水泵。12：不饱和水等压加热为过热蒸汽；23：绝热膨胀至冷凝压力；34：等温等压冷凝为饱和水；41：饱和水绝热压缩为过冷水。2、实际蒸汽朗肯循环（2）能量衡算：12 和3 4：QH 2 3：()STurSS RWW ，/SPumpSWv P ，4 1：5.4.2 朗肯循环例5-5 某蒸汽动力循环装置产生过热蒸汽压力为：8600kPa、500蒸汽进入透平机绝热膨胀作功，透平排出的乏汽
15、压力为10kPa，乏汽进入冷凝器全部冷凝为饱和液态水，然后泵入锅炉。试求：1、理想的朗肯循环的热效率。2、已知透平和水泵的等熵效率为0.75，实际动力循环热效率。3、设计要求实际动力循环输出的轴功率为80000kW，试求蒸 汽流量以及锅炉和冷凝器的传热速率。5.4.2 朗肯循环例5-5锅炉冷凝器透平1 432水泵,S TurW,S PumpWHQLQ蒸汽动力装置8600500 CkPa 10kPa10kPa饱和水湿蒸气5.4.2 朗肯循环例5-5解：查取各状态点的参数8600500kPaC 过热蒸汽：111223390.96.6858hkJ kgSkJ kgK 10kPa（饱和温度 ）45.8
16、3 C 1111113312584.78.1502191.830.64931.01 10gglllhkJ kgSkJ kgKhkJ kgSkJ kgKvmkg 1、求理想朗肯循环热效率，以1kg蒸汽为计算基准。理想朗肯循环蒸汽通过透平机为绝热可逆膨胀过程过程：/11326.6858SSkJ kgK 例5-55.4.2 朗肯循环（1）计算乏汽的干度X/3(1)glSS xx S /0.80467x （2）计算乏汽的焓/3h/3(1)glhh xx h /132117.3hkJ kg （3）计算饱和水的焓4h14191.83lhhkJ kg （4）计算过冷水的焓1h以水泵为体系，由能量平衡方程式：
17、(),S Rpumphw 14(),S Rpumphhw 例5-55.4.2 朗肯循环33(),1.01 10(860010)10S Rpumpwv P 1(),8.676S RpumpwkJ kg 114(),200.5s RpumphhwkJ kg （5）计算锅炉提供的热Hq1213190.4HqhhkJ kg （6）计算透平机输出的功/1()231273.6S RwhhkJ kg Nw1()(),1273.68.6761264.9NS RS RpumpwwwkJ kg （7）计算热效率1264.90.39653190.4NTHwq T 例5-55.4.2 朗肯循环2、求实际动力循环热效率
18、，以1kg蒸汽为计算基准。Sw（1）透平机的实际输出功/23()SSwhhh /2310.75()0.75(3390.92117.3)955.2SwhhkJ kg 23Swhhh 1323390.9955.22435.7ShhwkJ kg （2）冷凝器放出的热143191.832435.72243.87LqhhkJ kg Lq5.4.2 朗肯循环例5-5（3）水泵的实际耗功,S pumpw(),1,8.67611.570.75S RpumpS pumpswwkJ kg 114,191.8311.57203.4S pumphhwkJ kg （4）锅炉吸热Hq1213390.9203.43187.
19、5HqhhkJ kg （5）透平机输出净功Nw1,955.211.57943.36NSS pumpwwwkJ kg （6）实际循环热效率T 943.360.29603187.5NTHwq 5.4.2 朗肯循环例5-53、蒸汽流量、锅炉、冷凝器传热速率1800008000084.779943.36Nmkg sw 184.7793187.5270233HHQmqkJ s 184.779(2243.87)190233LLQmqkJ s 5.4.3 朗肯循环的改进卡诺循环：两个传热过程为无温差的可逆传热过程。朗肯循环：传热是有温差，特别是冷凝水加热到沸点，非常明显，吸热过程的平均温度与高温燃烧气体温差
20、很大，这是过程的不可逆性增大的原因，也就是导致朗肯循环热效率低的重要原因。因此节约能源的措施就是提高平均吸热温度，或降低冷凝温度（受冷凝条件的限制）。（1）提高过热蒸汽的温度：压力一定时，提高蒸汽的过热温度，可提高平均吸热温度，同时可 提高乏汽的干度，但此时温度又受金属材料性能限制，温度高于600，设备成本剧增。朗肯循环改进的措施：TS5.4.3 朗肯循环的改进TS提高蒸汽压力 （2）提高过热蒸汽的压力：压力的升高以临界压力为极限，同时压力的升高对锅炉、透平机的材料强度要求提高。5.4.3 朗肯循环的改进再热循环（3）采用再热循环SHSLs pumpSTHRHWWWWQQQ ST1624358
21、75.5 制冷1、概念：使物系的温度降低到周围环境物质的温度以下 的过程。2、实质：利用外功将热从低温物体传给高温环境介质。3、用途：空气调节，食品冷藏、制冷、气体脱水干燥、结晶、汽液分离等4、方法：蒸汽压缩制冷、吸收制冷、喷射制冷等。5.5.1 制冷原理与逆卡诺循环（1）工质在低温下不断吸热（液态工质汽化吸热实现）；（2）蒸汽压缩过程（升温过程）；（3）蒸汽冷凝 向大气放热，成为常温高压液体；（4）高压液体绝热膨胀降温，重新汽化。节流膨胀结构简单、调节方便、但降温有一定限制作功膨胀结构复杂、不允许气体在膨胀机中有液体，润滑油作用较困难。温度降低无限制，而且可回收轴功。1、理想的制冷循环逆卡诺
22、循环逆卡诺循环两个等熵两个等温过程。逆卡诺循环TS12345.5.1 制冷原理与逆卡诺循环HHQT、冷凝器蒸发器压缩机1 43 2LLQT、膨胀机大气环境制冷环境工作介质完成一个循环：0H 则：SQW HLNQQW 或：NHLWQQ 衡量制冷机运行的经济指标：制冷系数 LNQW QL：制冷量，制冷机的制冷能力。1NHLLWQQQ HHLLQTQT 1NHLLWTQT LLNHLQTWTT 制冷系数只与温度有关，与工质无关，逆卡诺循环的制冷系数最大。5.5.1 制冷原理与逆卡诺循环5.5.2蒸汽压缩制冷循环 逆卡诺循环与卡诺循环一样无法实现，实际的制冷循环是在逆卡诺循环的基础上进行改进实现。21
23、/243TS蒸汽压缩制冷循环逆卡诺循环TS12345.5.2蒸汽压缩 制冷循环 1、组成：实际压缩过程/12：12：/23：可逆绝热压缩过程冷却冷凝过程（等压）34：节流膨胀过程（等焓）41：蒸发过程（等压）4点处于两相，无法用膨胀机操作，因此用节流阀代替，存在摩擦，有熵产生S4S3。压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器21/243TS蒸汽压缩制冷循环 2、能量恒算蒸发器中吸热：1441Lqhhh 冷凝器中放热：/3(2)22(2)3Hqhhh 压缩机消耗功：/12(2)12(2)Swhhh /1412(2)Lsqhhwhh 制冷系数：工质循环速率：14LQmhh 5.5.2蒸汽压缩 制冷循环蒸发器
24、234 1冷凝器压缩机节流阀HQLQSW被冷物料大气环境1、逆卡诺循环的制冷系数。2、假定压缩为等熵过程，工质的循环速率，压缩功率，冷凝器 放热量和制冷系数。3、压缩为非等熵过程时的上述各参数。5.5.2蒸汽压缩 制冷循环414.180 10 kJ h 例5-7 某空气调节装置的制冷能力（制冷量）为 ，采用氨蒸汽压缩制冷循环，夏天室内温度维持在15C，冷却水温度为35C，蒸发器与冷凝器的传热温差均为5C，已知压缩机的等熵效率为0.80。试求：解：35540HTC 蒸发温度为：1、冷凝温度为：15510LTC 逆卡诺循环的制冷系数：283.159.44313.15283.15LHLTTT 5.5
25、.2蒸汽压缩 制冷循环2、由已知条件，查氨的TS图得：10C的饱和液体：111452hkJ kg 40C的饱和液体：134368.2hhkJ kg 由10C及相应的饱和蒸汽压查与3点的熵值相等时的焓值为：121573hkJ kg 氨的循环速率：44141214.180 104.180 101452368.238.571.0714 10LLQmqhhkg hkg s 压缩机的功率：212()1.0714 10(14521573)1.296SWm hhkW 例5-75.5.2蒸汽压缩 制冷循环冷凝器放出热：2132()1.0714 10(368.2 1573)12.91HQm hhkJ s 制冷系
26、数：14211452368.28.95715731452LSqhhwhh 3、由等熵效率：/12121212sshhhhhhhh 11452157314521603.250.8kJ kg 氨的循环速率：44141214.180 104.180 101452368.238.571.0714 10LLQmqhhkg hkg s 例5-7例5-75.5.2蒸汽压缩 制冷循环压缩机的功率：/212()1.0714 10(14521603.25)1.62SWm hhkW 冷凝器放出热：/3221()1.0714 10(368.21603.25)13.23HQm hhkJ s 制冷系数：/14121452
27、368.27.1661603.251452LSqhhwhh 5.5.2蒸汽压缩 制冷循环3、制冷系数提高措施（1）降低冷凝温度和冷凝器传热温差；（2）提高蒸发温度和蒸发器的传热温差；（3）降低过冷温度。211243TS1314212433345.5.3 制冷介质的选择 实际制冷循环的制冷能力、压缩机功耗、设备的操作压力、结构尺寸、使用的材质都与工作介质有密切的关系。对制冷剂的要求：汽化潜热要大；蒸汽压要合适；具有化学稳定性；不具有易燃易爆性；价格低廉。常使用的制冷剂：工业上：氨家庭用：氟里昂-125.5.4 热泵热泵的工作原理与制冷相同，但是目的不同。是在高温热源吸热，低温热源放热，实现制热。在低温热源放出的热为：HLSQQW 评价热泵的技术经济指标：制热系数HHLTTT 11LSHLSSSQWQQWWW 可逆热泵实际热泵5-1、5-2、5-4、5-55-11、5-12、5-14
