1、复习与总结复习与总结绪论绪论一一工程热力学工程热力学 从工程技术观点出发，一门研究热能有效利用，及热能和其它形式能量转换规律的学科。二二能源能源 能源是提供各种有效能量的物质资源，是人类社会不可缺少的物质基础之一。三三工程热力学的研究对象与内容工程热力学的研究对象与内容 研究对象研究对象 与与热现象热现象有关的能量利用与转换规律有关的能量利用与转换规律 研究内容研究内容(1)研究能量转换的客观规律，即热力学第研究能量转换的客观规律，即热力学第一一与与 第第二二定律；定律；(2)研究研究工质工质的基本热力性质；的基本热力性质；(3)研究各种热工设备中的工作研究各种热工设备中的工作过程过程；(4)
2、研究与热工设备工作过程直接有关的一些化学研究与热工设备工作过程直接有关的一些化学 和物理化学问题。和物理化学问题。1、宏观方法宏观方法连续体连续体(continuum)，用宏观物理量描述其状态，用宏观物理量描述其状态，其基本规律是无数经验的总结。其基本规律是无数经验的总结。经典经典（宏观宏观,平衡平衡）热力学热力学。四四工程热力学研究方法工程热力学研究方法2、微观方法微观方法从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象从微观粒子的运动及相互作用角度研究热现象及规律。揭示本质，模型近似。及规律。揭示本质，模型近似。微观微观（统计统计）热力学热力学。第一章第一章 基本概念基本概念掌握重点掌握重点热力系
3、统热力系统平衡状态及状态参数平衡状态及状态参数状态方程与状态参数坐标图状态方程与状态参数坐标图准平衡过程与可逆过程准平衡过程与可逆过程功量与热量功量与热量基本概念：基本概念：热力系热力系 平衡态平衡态 准静态、可逆准静态、可逆 过程量、状态量、状态参数过程量、状态量、状态参数 功量、热量、熵功量、热量、熵 p-V图、图、T-S图图 循环、评价指标循环、评价指标一一名词定义名词定义 工质工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。实现热能和机械能相互转化的媒介物质。热源（高温热源）热源（高温热源）：工质从中吸取热能的物系。工质从中吸取热能的物系。冷源（低温热源）冷源（低温热源）：接受工质排出热能的
4、物系。接受工质排出热能的物系。1.热力系统（热力系）热力系统（热力系）人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。边界：边界：系统与外界之间的分界面外界：外界：热力系统以外的部分热力系统以外的部分边界可以是实在的，也可以是假想的；边界可以是实在的，也可以是假想的；可以是固定的，也可以是移动的可以是固定的，也可以是移动的二二热力系及相关概念热力系及相关概念2.热力系统的分类热力系统的分类根据系统与外界物质交换、热量交换的情况根据系统与外界物质交换、热量交换的情况开口系统：开口系统：系统与外界有物质交换，系统系统与外界有物质交换，系统被划定在一定容积范围内，也称被划定在一定容积范围内，也称控制容
5、积控制容积。闭口系统：闭口系统：系统与外界无物质交换，系统系统与外界无物质交换，系统内质量恒定不变，也称内质量恒定不变，也称控制质量控制质量。绝热系统：绝热系统：系统与外界系统与外界无热量交换无热量交换。孤立系统：孤立系统：系统与外界既系统与外界既无能量无能量交换，也交换，也无无物质物质交换，一切相互作用发生在系统内部。交换，一切相互作用发生在系统内部。热力系统分类热力系统分类以系统与外界之间能量和物质交换情况划分：以系统与外界之间能量和物质交换情况划分：有有 无无是否传质是否传质 开口系开口系 闭口系闭口系是否传热是否传热 非绝热系非绝热系 绝热系绝热系是否传功是否传功 非绝功系非绝功系 绝
6、功系绝功系是否传热、功、质是否传热、功、质 非孤立系非孤立系 孤立系孤立系最重要的最重要的系统系统 只交换只交换热量热量和和一种一种准静态的准静态的容积变化功容积变化功容积变化功容积变化功压缩功压缩功膨胀功膨胀功3.简单可压缩系统简单可压缩系统二二热力学状态与状态参数热力学状态与状态参数状态：状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观物理状况某一瞬间热力系所呈现的宏观物理状况状态参数：状态参数：描述热力系状态的宏观物理量描述热力系状态的宏观物理量状态参数的状态参数的特征特征：（1）状态确定，则状态参数也确定，反之亦然）状态确定，则状态参数也确定，反之亦然（2）状态参数的积分特征状态参数的积分特征：状态参
7、数的变化量：状态参数的变化量 与路径无关，只与初终态有关与路径无关，只与初终态有关 （3）状态参数的微分特征状态参数的微分特征：全微分：全微分 状态与状态参数状态与状态参数 强度参数与广延参数强度参数与广延参数强度参数：与物质的量无关的参数强度参数：与物质的量无关的参数 如如压力压力 p、温度温度T广延参数：与物质的量有关的参数广延参数：与物质的量有关的参数可加性可加性 如如 质量质量m、容积容积 V、内能内能 U、焓焓 H、熵熵S比参数：比参数：比比容容VvmUum比比内能内能Hhm比比焓焓Ssm比比熵熵具有强度参数的性质，不可加性具有强度参数的性质，不可加性2.基本状态参数基本状态参数压力
8、压力 p、温度、温度 T、比容、比容 v （容易测量）（容易测量）（1 1）温度）温度 T (Temperature)（2）压力压力 p (Pressure)（3）比体积比体积v和密度和密度温度是描述热力学平衡系统的一个状态温度是描述热力学平衡系统的一个状态参数，是参数，是强度量强度量。传递传递方向方向：高温物体传向低温物体：高温物体传向低温物体测量温度的仪器称做测量温度的仪器称做温度计温度计，选作温度，选作温度计的感应元件的物体应具备特定的物理计的感应元件的物体应具备特定的物理性质：随物体的冷热程度不同有显著的性质：随物体的冷热程度不同有显著的变化。变化。（1）温度温度温标温标Tempera
9、ture scale 热力学温标（绝对温标）热力学温标（绝对温标）符号为符号为T，单位为，单位为K（开尔文）（开尔文）规定水的三相点为基准点，并规定此点温度为规定水的三相点为基准点，并规定此点温度为 273.16K。摄氏温标摄氏温标 一个大气压下纯水的冰点取为一个大气压下纯水的冰点取为0度度 符号符号t、单位、单位。0273.15K，t()=T(K)-273.15 热力学摄氏温标热力学摄氏温标（2）压力压力 p (pressure)定义：定义：单位面积上所受的垂直作用力称为单位面积上所受的垂直作用力称为压力（即压强）。压力（即压强）。分子运动学说：气体的压力是大量气体分子运动学说：气体的压力是
10、大量气体分子撞击器壁的平均结果。分子撞击器壁的平均结果。常用单位常用单位Units物理中物理中压强压强，单位单位:Pa(Pascal),N/m21 kPa=103 Pa(我国法定计量单位)1 bar=105 Pa1 MPa=106 Pa1 atm=760 mmHg=1.013105 Pa1 mmHg=133.3 Pa1 at=1 kgf/cm2=9.80665104 Pa压力压力p测量测量绝对压力绝对压力与与环境压力环境压力的的相对值相对值 相对压力相对压力注意：注意：只有只有绝对压力绝对压力 p 才才是是状态参数状态参数U-tube manometerBourdon Tube绝对压力与相对压
11、力绝对压力与相对压力当当 p pb表压力表压力 peebppp当当 p 有足够时间恢复新平衡有足够时间恢复新平衡 准静态过程准静态过程Relaxation time6.可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程可逆过程的定义可逆过程的定义 系统经历某一过程后，如果能使系统经历某一过程后，如果能使系系统统与与外界外界同时同时恢复到初始状态，而不留恢复到初始状态，而不留下任何痕迹，则此过程为下任何痕迹，则此过程为可逆过程可逆过程。可逆过程的实现可逆过程的实现准静态过程准静态过程 +无耗散效应无耗散效应 =可逆过程可逆过程无不平衡势差无不平衡势差通过摩擦使功通过摩擦使功变热的效应变热的效应(摩阻，电阻
12、，摩阻，电阻，非弹性变性，非弹性变性，磁阻等）磁阻等）不平衡势差不平衡势差不可逆根源不可逆根源 耗散效应耗散效应 耗散效应耗散效应完全可逆、内可逆与外可逆完全可逆、内可逆与外可逆 完全可逆完全可逆可逆可逆 内部可逆，外部不可逆内部可逆，外部不可逆 外部可逆，内部不可逆外部可逆，内部不可逆 常见常见90 0 例：例：内可逆内可逆外不可逆外不可逆例题例题1-2 判断下列过程中哪些是可逆的、不可逆的、可判断下列过程中哪些是可逆的、不可逆的、可以是可逆的，并扼要说明不可逆原因。以是可逆的，并扼要说明不可逆原因。(1)对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发。对刚性容器内的水加热使其在恒温下蒸发。(2)对刚
13、性容器内的水作功使其在恒温下蒸发。对刚性容器内的水作功使其在恒温下蒸发。(3)对刚性容器内的空气缓慢加热使其从对刚性容器内的空气缓慢加热使其从50升温升温到到100。解答：解答：(1)可以是可逆过程，也可以是不可逆过程，取可以是可逆过程，也可以是不可逆过程，取决于热源温度与水温是否相等。若两者不等，决于热源温度与水温是否相等。若两者不等，则存在外部的传热不可逆因素，便是不可逆过则存在外部的传热不可逆因素，便是不可逆过程。程。(2)对刚性容器内的水作功，只可能是搅拌功，对刚性容器内的水作功，只可能是搅拌功，伴有摩擦扰动，因而有内不可逆因素，是不可伴有摩擦扰动，因而有内不可逆因素，是不可逆过程。逆
14、过程。(3)可以是可逆的，也可以是不可逆的，取决于可以是可逆的，也可以是不可逆的，取决于热源温度与空气温度是否随时相等或随时保持热源温度与空气温度是否随时相等或随时保持无限小的温差。无限小的温差。7.过程功过程功（1）功量）功量 力学定义力学定义:力力 在力方向上的位移在力方向上的位移 热力学定义：热力学定义：a、当热力系与外界发生能量传递时，如当热力系与外界发生能量传递时，如果对外界的唯一效果可归结为取起重物，此果对外界的唯一效果可归结为取起重物，此即为热力系对外作功。即为热力系对外作功。b、功是系统与外界相互作用的一种方式，功是系统与外界相互作用的一种方式，在力的推动下，通过有序运动方式传
15、递的能在力的推动下，通过有序运动方式传递的能量量。功的表达式功的表达式功功的一般表达式的一般表达式Fdxw Fdxw热力学最常见的功热力学最常见的功 容积变化功容积变化功 pdvwpdvw其他准静态功：其他准静态功：拉伸功拉伸功，表面张力功表面张力功，电功电功等等 功的正负功的正负热力学中约定：系统对外界作功取为正，热力学中约定：系统对外界作功取为正，外界对系统作功取为负。外界对系统作功取为负。功的单位功的单位焦耳（焦耳（J）mNJ11 比功与功率比功与功率比功：单位质量物质所作的功，单位：比功：单位质量物质所作的功，单位：J/kg功率：单位时间内完成的功，单位：功率：单位时间内完成的功，单位
16、：W（瓦）（瓦）mWw sJW/11设有质量为设有质量为m的气体在气缸中进行可逆膨胀，如的气体在气缸中进行可逆膨胀，如图过程线图过程线12。过程中所作的膨胀功为：。过程中所作的膨胀功为：2121pdVWpdVpAdxFdxdxFWext21211pdvwpdvpdVmw如果工质为如果工质为1kg，所作的功为：，所作的功为：可逆过程的功的计算可逆过程的功的计算可逆过程的功可逆过程的功示功图示功图准静态过程的膨胀功和压缩功准静态过程的膨胀功和压缩功(1)只适用与只适用与准静态过程准静态过程，如过程是非准静态的，则不，如过程是非准静态的，则不能用此式计算。能用此式计算。(2)适用于适用于任何工质任何
17、工质。流动工质在准静态过程中所作膨。流动工质在准静态过程中所作膨胀功也可用此式计算。胀功也可用此式计算。(3)准静态过程的膨胀功和压缩功，可用系统内部的参准静态过程的膨胀功和压缩功，可用系统内部的参数描述，无须考虑外界的情况（是否有摩擦等），数描述，无须考虑外界的情况（是否有摩擦等），但必须知道系统内部参数但必须知道系统内部参数p和和V间的函数关系。间的函数关系。p和和V的函数关系可根据所研究的具体过程方程或实验的函数关系可根据所研究的具体过程方程或实验数据确定。数据确定。21vvpdvW 功的数值不仅决定于工质的初、终态，而且功的数值不仅决定于工质的初、终态，而且还和过程的中间途径有关，因此
18、功不是状态还和过程的中间途径有关，因此功不是状态参数，是参数，是过程量过程量。微元过程作出过程量用微元过程作出过程量用 表示，如微表示，如微功量用功量用 w（状态参数为微增量，用（状态参数为微增量，用d表示，如表示，如dp、dv、dT）膨胀功、压缩功均是通过工质体积变化与外膨胀功、压缩功均是通过工质体积变化与外界交换的功，统称为界交换的功，统称为体积变化功体积变化功。体积变化。体积变化功只与气体的压力及体积的变化量有关，与功只与气体的压力及体积的变化量有关，与形状无关。形状无关。有关功的说明有关功的说明有用功有用功系统在膨胀过程中所作出的功，可能一部分系统在膨胀过程中所作出的功，可能一部分被摩
19、擦耗散，一部用以排斥大气、反抗大气压力被摩擦耗散，一部用以排斥大气、反抗大气压力作用，余下的才是可被利用的功，称为作用，余下的才是可被利用的功，称为有用功有用功。lruWWWWVpVVpWr0120)()(12021,VVppdVWreu（有用功膨胀功排斥大气功耗散功）（有用功膨胀功排斥大气功耗散功）其中排斥大气功：其中排斥大气功：对于可逆过程，有用功为：对于可逆过程，有用功为：例题例题1-3o 如图所示，如图所示，1理想气理想气体，自状态体，自状态1（）变化状态变化状态2（），），若第一次变化过程沿若第一次变化过程沿132进行，第二次进行，第二次沿沿12进行，分别计算进行，分别计算这两个过程
20、中，气体所这两个过程中，气体所作的膨胀功。作的膨胀功。11,vp22,vp解答解答(1)计算计算132过程的膨胀功过程的膨胀功 由于该过程可以图示在由于该过程可以图示在 图上，说明图上，说明此过程必是准静态过程此过程必是准静态过程(2)计算计算12过程的膨胀功过程的膨胀功 解法一解法一:先求出先求出 与与 的函数关系，即直线的函数关系，即直线12的的方程：方程：)(0)(1211331231132vvpvvppdvpdvwvp pv111212pvvvvpppdvpvvvvpppdvw212111121212122121vvpp解法二：计算图上过程线解法二：计算图上过程线12下的面积下的面积
21、三角形三角形123的面积的面积+矩形矩形1345的面积的面积 12w121121221vvpppvv122121vvpp说明说明(1)判断准静态过程。判断准静态过程。凡能在图上用实线表示的过程必为准凡能在图上用实线表示的过程必为准静态过程。静态过程。(2)计算准静态过程的膨胀功不仅可计算准静态过程的膨胀功不仅可用用 ，还可通过计算图上过，还可通过计算图上过程线下的面积来求得。对于规则图形，程线下的面积来求得。对于规则图形，此法常常更为简便。此法常常更为简便。21vvpdvW8.热量与熵热量与熵（1）热量热量的的定义：定义：热力系统与外界之间仅仅由于温度不同则通热力系统与外界之间仅仅由于温度不同
22、则通过边界传递的能量，用过边界传递的能量，用Q表示表示(比热量为比热量为q)（2）热量的正负热量的正负 热力学中约定：系统吸热为正，放热为负热力学中约定：系统吸热为正，放热为负（3）热量的单位热量的单位 国际单位：国际单位：J（焦耳）（焦耳）工程单位：工程单位：kJ（千焦）（千焦）可逆过程中热量的计算：可逆过程中热量的计算：2121TdsqTdsq示热图示热图热量与容积变化功热量与容积变化功能量传递方式能量传递方式 容积变化功容积变化功 传热量传热量性质性质 过程量过程量 过程量过程量推动力推动力 压力压力 p 温度温度 T标志标志 dV,dv dS,ds公式公式pdvw Tdsq pdvw
23、Tdsq条件条件 准静态或可逆准静态或可逆 可逆可逆熵（熵（Entropy）的定义的定义revQdSTreversiblerevqdsT比参数比参数 kJ/kg.Kds:可逆过程可逆过程 qrev除以传热时的除以传热时的T所得的所得的商商 广延量广延量 kJ/K熵的说明熵的说明1 1、熵熵是是状态参数状态参数 3、熵熵的物理意义：的物理意义：熵熵体现了体现了可逆过程可逆过程 传热的传热的大小大小与与方向方向2、符号、符号规定规定系统系统吸热吸热时时为为正正 Q 0 dS 0系统系统放热放热时时为为负负 Q 0 dS 0 u0 h0 h0w0w0wt0wt0q0u,h(T)w(v)wt(p)q(
24、s)q00n p-v,T-s图图练习（练习（1）sTvp0n n n 1n 1n nknk压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？压缩、升温、放热的过程，终态在哪个区域？0n p-v,T-s图图练习（练习（2）sTvp0n n n 1n 1n nknk膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？膨胀、降温、放热的过程，终态在哪个区域？0n p-v,T-s图图练习（练习（3）sTvp0n n n 1n 1n nknk膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？膨胀、升温、吸热的过程，终态在哪个区域？重点掌握重点掌握：热力学第二定律的热力学第二定律的实质实质；正向循环、逆向循环、热机效率、工作系数等正向循
25、环、逆向循环、热机效率、工作系数等基本概念；基本概念；卡诺循环与卡诺定理卡诺循环与卡诺定理；不可逆过程的熵变、熵流与熵产；不可逆过程的熵变、熵流与熵产；孤立系统的熵增原理孤立系统的熵增原理及其与做功能力损失之间及其与做功能力损失之间的关系。的关系。第五章第五章 热力学第二定律热力学第二定律1.开尔文普朗克表述开尔文普朗克表述 不可能从不可能从单一热源单一热源取热，并使之完全转变为取热，并使之完全转变为有有用功用功而不产生其它影响而不产生其它影响。一一热力学第二定律热力学第二定律2.克劳修斯表述克劳修斯表述 不可能将热从低温物体传至高温物体而不不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化引起
26、其它变化。证明证明1 1、违反、违反开表述开表述导致违反导致违反克表述克表述 Q1=WA+Q2反证法：反证法：假定违反假定违反开表述开表述 热机热机A从单热源吸热全部作功从单热源吸热全部作功Q1=WA 用热机用热机A带动可逆制冷机带动可逆制冷机B 取绝对值取绝对值 Q1-Q2=WA=Q1 Q1-Q1=Q2 违反违反克表述克表述 T1 热源热源AB冷源冷源 T2 T1 Q2Q1WAQ1证明证明2 2、违反、违反克表述克表述导致违反导致违反开表述开表述 WA=Q1-Q2反证法：反证法：假定违反假定违反克表述克表述 Q2热量无偿从冷源送到热源热量无偿从冷源送到热源假定热机假定热机A从热源吸热从热源吸
27、热Q1 冷源无变化冷源无变化 从热源吸收从热源吸收Q1-Q2全变成功全变成功WA 违反违反开表述开表述 T1 热源热源A冷源冷源 T2 tR T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIRIRRWWWIR-WR=Q2-Q2 0T1无变化无变化从从T2吸热吸热Q2-Q2违反开表述，单热源热机违反开表述，单热源热机WR假定假定Q1=Q1 要证明要证明tIRtR把把R逆转逆转-WRWIR=Q1-Q2WR=Q1-Q2 对外作功对外作功WIR-WR 克劳修斯的证明克劳修斯的证明反证法反证法假定：假定：WIR=WR若若 tIR tRT1T2IRRQ1Q2Q2WIRIRR11WWQQ Q1 0从从T2吸热吸热Q2-Q
28、2向向T1放热放热Q1-Q1不付代价不付代价违反克表述违反克表述 要证明要证明tIRtR Q1-Q2=Q1-Q2 WR把把R逆转逆转例题例题5-1(1)一可逆热机在热源一可逆热机在热源 和环境之间工作，和环境之间工作，从热源从热源 传给热机的热量为传给热机的热量为 ，热机，热机作出的功作出的功 为多少？为多少？(2)根据卡诺定理，降低根据卡诺定理，降低 会使热机效率增会使热机效率增高，有人设想将高，有人设想将 降至降至 ，使，使 ，用一可逆制冷机维持用一可逆制冷机维持 ，以便用此热机，以便用此热机-制冷机联合循环方式得到更多的功，你制冷机联合循环方式得到更多的功，你认为此种设想是否有效？认为此
29、种设想是否有效？1T1T1QW2T2T2T02TT 2T解答：解答：(1)根据卡诺定理，相同恒温热源间工作的可逆根据卡诺定理，相同恒温热源间工作的可逆机效率相同，所以，此热机效率为机效率相同，所以，此热机效率为 作出的功作出的功 101TTQWt1011TTQW(2)根据题意，得到如图所示的原则方案，根据题意，得到如图所示的原则方案，A为为 和和 热源间工作的可逆热机；热源间工作的可逆热机；C为为 与与 间工作的可逆制冷机。间工作的可逆制冷机。为了维持冷源温度为了维持冷源温度 不变，制冷机不变，制冷机C从从 带带走的热量走的热量 应满足应满足：1T2T0T2T2T2TcQ222QQc2022T
30、TTWQcc因此因此可逆热机在循环中作出的功可逆热机在循环中作出的功因此，制冷因此，制冷-热机联合工作的结果，输出功热机联合工作的结果，输出功由于由于 120222022TTQTTTQQWcccc1211TTQWA11202121TTQTTQWWWcCA12122TTQQQc所以所以 这时的这时的 与与(1)相同，所以此方案并无效果。在实相同，所以此方案并无效果。在实际循环中际循环中 将比可逆时的更小，而将比可逆时的更小，而 要更大些，要更大些，因而联合循环输出净功因而联合循环输出净功 还将更小，由此可以得还将更小，由此可以得出结论，企图利用耗功制冷的办法降低低温热源温出结论，企图利用耗功制冷
31、的办法降低低温热源温度来提高热机的效率，是行不通的。度来提高热机的效率，是行不通的。1120121121TTTTQTTQW1011TTQWAWCWW热力学第二定律数学表达式热力学第二定律数学表达式0rTQQST iso0Siso0Sad循环过程循环过程闭口系统闭口系统绝热闭口系绝热闭口系孤立系统孤立系统三三过程方向性的特征和判据过程方向性的特征和判据克劳修斯不等式克劳修斯不等式=可逆循环可逆循环 不可逆不可逆212112QSSST12针对过程针对过程0giso dSdS=：可逆过程：可逆过程：不可逆过程：不可逆过程例题例题5-2o 某循环在某循环在700K的热源及的热源及400K的冷源之间工的
32、冷源之间工作。如图所示。试判断是热机循环？还是制作。如图所示。试判断是热机循环？还是制冷循环？是可逆循环？还是不可逆循环？冷循环？是可逆循环？还是不可逆循环？根据热力学第一定律，无论是热机循环，还是根据热力学第一定律，无论是热机循环，还是制冷循环；无论可逆与否，都有制冷循环；无论可逆与否，都有方法方法1：用克劳修斯积分判断用克劳修斯积分判断设如图设如图(b)所示的是热机循环，所示的是热机循环，所以热机循环不可能。所以热机循环不可能。o 设如图设如图(c)所示的是制冷循环所示的是制冷循环根据克劳修斯不等式根据克劳修斯不等式 为不可逆循环，为不可逆循环，所以此循环应为如图所以此循环应为如图(c)所
33、示的不可逆制冷循所示的不可逆制冷循环。环。方法方法2：用孤立系熵增原理判断用孤立系熵增原理判断 o 取热源、冷源及循环工质为孤立系，设如图取热源、冷源及循环工质为孤立系，设如图(b)所示热机循环，则所示热机循环，则 热源熵变热源熵变 kJ/K（热源放热，（热源放热，为负值）为负值）冷源熵变冷源熵变 1Qo 根据孤立系统熵增原理，此热机循环不可能。根据孤立系统熵增原理，此热机循环不可能。因此，此循环为不可逆制冷循环。因此，此循环为不可逆制冷循环。说明：说明：(1)方法方法1中利用克劳修斯积分，其系统应取为循环工中利用克劳修斯积分，其系统应取为循环工质，工质得到热量为质，工质得到热量为“+”，放出
34、热量为，放出热量为“-”。克劳。克劳修斯积分中在不可逆过程中修斯积分中在不可逆过程中 不是工质熵的变不是工质熵的变化。化。(2)方法方法2用孤立系熵增原理，其对象为孤立系，即组用孤立系熵增原理，其对象为孤立系，即组成孤立系的各部分都是对象之一。分别求出各自的成孤立系的各部分都是对象之一。分别求出各自的熵变，利用熵是广延量，具有可加性的特点，得到熵变，利用熵是广延量，具有可加性的特点，得到孤立系的熵变。因此，其中的孤立系的熵变。因此，其中的 和和 分别是热、分别是热、冷源的熵变，而热机熵变为冷源的熵变，而热机熵变为0。(3)上述两法中，都有上述两法中，都有 和和 的表达式，数值大小各的表达式，数
35、值大小各自相同，符号相反，原因正如自相同，符号相反，原因正如(1)、(2)中所述，由中所述，由于对象不同，传热方向不同所致。于对象不同，传热方向不同所致。(4)判断方法不仅限于上述两种。例如，此题还可以用判断方法不仅限于上述两种。例如，此题还可以用卡诺定理进行判断，但这两种方法概念清晰。卡诺定理进行判断，但这两种方法概念清晰。题型题型3 最大功、最小功的计算最大功、最小功的计算 o 即在一定条件下求解理想情况功的问题，对于热机即在一定条件下求解理想情况功的问题，对于热机(或或膨胀机膨胀机)。相同条件下可逆情况作出的功总比实际。相同条件下可逆情况作出的功总比实际(不可不可逆逆)情况的大，因而理想
36、情况下的功就称之为最大功；情况的大，因而理想情况下的功就称之为最大功；而制冷机而制冷机(或压缩机等或压缩机等)却与此相反，理想情况消耗的功却与此相反，理想情况消耗的功要小于相同条件下实际情况的消耗的功，所以理想情况要小于相同条件下实际情况的消耗的功，所以理想情况消耗的功称之为最小功。最大功、最小功的计算有多种消耗的功称之为最小功。最大功、最小功的计算有多种方法，例如，当恒温热源情况时，可利用卡诺定理求得；方法，例如，当恒温热源情况时，可利用卡诺定理求得；一般情况下，可以利用熵分析，即利用孤立系熵增原理一般情况下，可以利用熵分析，即利用孤立系熵增原理求解；同时，也可利用其它分析法求解。求解；同时
37、，也可利用其它分析法求解。o 根据孤立系熵增原理，孤立系的熵变根据孤立系熵增原理，孤立系的熵变 。所谓最大。所谓最大功（或最小功），就是在满足功（或最小功），就是在满足 的条件（即可的条件（即可逆条件）下，依据热力学第一定律所确定的功。逆条件）下，依据热力学第一定律所确定的功。0isoS0isoS题型题型4 作功能力损失的计算作功能力损失的计算 o 根据热力学第二定律：当体系中存在热、力不平衡时，体根据热力学第二定律：当体系中存在热、力不平衡时，体系具有作出有用功的能力，在理想的可逆情况下，各种能系具有作出有用功的能力，在理想的可逆情况下，各种能量可以互相转化而不存在作功能力的损失。当系统中发
38、生量可以互相转化而不存在作功能力的损失。当系统中发生了任何不可逆变化，例如，有温差传热、摩擦、压差膨胀、了任何不可逆变化，例如，有温差传热、摩擦、压差膨胀、混合等，体系作功能力都会减小，即存在作功能力的损失。混合等，体系作功能力都会减小，即存在作功能力的损失。另一方面，由热力学第二定律又知，与此同时，孤立系统另一方面，由热力学第二定律又知，与此同时，孤立系统的熵一定增大。因此孤立系熵的增大，可以作为过程不可的熵一定增大。因此孤立系熵的增大，可以作为过程不可逆性的度量，用来衡量作功能力的损失。逆性的度量，用来衡量作功能力的损失。o 所谓系统的作功能力，是指系统可能作出的最大有用功。所谓系统的作功
39、能力，是指系统可能作出的最大有用功。“作出最大有用功作出最大有用功”意味着过程的终了应与环境达到热、意味着过程的终了应与环境达到热、力平衡，因而通常取力平衡，因而通常取环境温度环境温度作为计量作功能力的基准。作为计量作功能力的基准。用孤立系熵增量求解作功能力损失（即不可逆性）的计算用孤立系熵增量求解作功能力损失（即不可逆性）的计算式为式为isoST 0第四章第第四章第7节节 水蒸气的基本过程水蒸气的基本过程重点掌握重点掌握：水蒸气的产生过程水蒸气的产生过程 水蒸气的定压生成过程水蒸气的定压生成过程水的定压加热汽化过程水的定压加热汽化过程t tsv vv=vv=vv v v未饱和水未饱和水饱和水
40、饱和水 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽饱和干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽h hh=hh=hh h hs ss=ss=ss s s水预热水预热汽化汽化过热过热cpcTcTABCACBcTTcTT cppcpp3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTsp-v图，图，T-s图上的水蒸气定压加热过程图上的水蒸气定压加热过程pvcp一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态第八章第八章 压气机的热力过程压气机的热力过程 重点掌握重点掌握：压气机的热力过程；压气机的热力过程；有余隙容积的压气机热力过程；有余隙容积的压气机热力过
41、程；多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却；不可逆过程的熵变、熵流与熵产；不可逆过程的熵变、熵流与熵产；孤立系统的熵增原理及其与做功能力损失孤立系统的熵增原理及其与做功能力损失之间的关系。之间的关系。12gp1fOp2Vp一一压气机工作过程压气机工作过程o 进气进气 f1 非热力过程非热力过程o 压缩压缩 12 热力过程热力过程o 排气排气 2g 非热力过程非热力过程其中进气与排气过程，气缸内气体的数量发其中进气与排气过程，气缸内气体的数量发生变化，而热力状态不变。生变化，而热力状态不变。二二有余隙的活塞式压气机热力过程有余隙的活塞式压气机热力过程避免活塞与进排气避免活塞与进排气阀碰撞，留有阀碰
42、撞，留有空隙空隙pV1234CV余隙容积余隙容积12压缩过程压缩过程23排气，状态未变排气，状态未变34残留气体膨胀残留气体膨胀41进新气，状态未变进新气，状态未变活塞式压气机工作过程活塞式压气机工作过程 三三多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却储气罐冷却水高高压压缸缸低压缸进气口intercooler两级压缩中间冷却分析两级压缩中间冷却分析12pp有一个最佳增压比有一个最佳增压比123454p1ppv 省功省功2pefg1424111pp ppppppp终初m级压缩级压缩mpp终初最佳增压比最佳增压比多级压缩例题多级压缩例题已知：已知：空气空气初态初态：p p1 10.1MPa,t0.1MP
43、a,t1 1=20=20，三级三级压缩，压缩，p p4 4=12.5MPa,=12.5MPa,进各级气缸温进各级气缸温度相同，压缩过程度相同，压缩过程n n1.251.25，且按最佳，且按最佳压比安排。压比安排。求：求：生产生产1kg1kg压缩空气的压缩空气的耗功量耗功量和各级和各级的的排气温度排气温度。若若n n1.251.25，单级压缩如何，单级压缩如何解：51.05.123314ppKppTTTTnn404112143214p1ppv234三级压缩各级压比三级压缩各级压比排气温度排气温度耗功耗功kgkJppTRnnwwnngtt/479113311211单级压缩时单级压缩时CKppTTo
44、nn6.4966.7691141 4kgkJppTRnnwnngt/683111141温度温度耗功耗功404 K479kJ/kg四四 压气机的评价指标压气机的评价指标定温效率和绝热压缩效率定温效率和绝热压缩效率,CsCwwsc 相应的相应的可逆绝热压缩过程消耗的功可逆绝热压缩过程消耗的功 不可逆（实际）绝热压缩过程消耗的功不可逆（实际）绝热压缩过程消耗的功相应的相应的定温压缩过程消耗的功定温压缩过程消耗的功 实际压缩过程消耗的功实际压缩过程消耗的功活塞式活塞式叶轮式叶轮式,CTCTCww第九、十章第九、十章动力装置循环动力装置循环动力循环动力循环：工质连续不断地将从高：工质连续不断地将从高温热
45、源取得的温热源取得的热量热量的一部分转换成的一部分转换成对外的对外的净功净功。第九章第九章 气体动力循环气体动力循环 重点掌握重点掌握：四冲程柴油机工作原理和工作过程；四冲程柴油机工作原理和工作过程；“空气标准空气标准”假设理想化的柴油机过程；假设理想化的柴油机过程；混合加热循环；混合加热循环；定压加热循环；定压加热循环；定容加热循环。定容加热循环。1 1、四冲程柴油机工作原理、四冲程柴油机工作原理空气空气废气废气吸气吸气压缩压缩膨胀膨胀排气排气IntakeCompressionExpansionExhaustExhaust gasAirIntake valveExhaust valve油油F
46、uel2、四冲程高速柴油机工作过程、四冲程高速柴油机工作过程上止点上止点Top dead center下止点下止点Bottom dead center四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程12301 吸空气吸空气pVp02012 多变压缩多变压缩2 喷柴油喷柴油2 开始燃烧开始燃烧23 迅速燃烧，近似迅速燃烧，近似 V四冲程高速柴油机工作过程四冲程高速柴油机工作过程1234534 边喷油，边膨胀边喷油，边膨胀pVp01204 停止喷柴油停止喷柴油45 多变膨胀多变膨胀V近似近似 膨胀膨胀p51 开阀排气，开阀排气，降压降压10 活塞推排气活塞推排气,完成循环完成循环3、四冲程高速柴油
47、机的理想化、四冲程高速柴油机的理想化123451.工质工质pVp0120工质数量不变工质数量不变定比热理想气体定比热理想气体P-V图图p-v图图2.0-1和和1-0抵消抵消开口开口闭口循环闭口循环3.燃烧燃烧外界加热外界加热4.排气排气向向外界放热外界放热5.多变多变绝绝热热6.不可逆不可逆可逆可逆4 4、理想、理想混合加热混合加热循环循环(萨巴德循环萨巴德循环)1234512345pvTs5 5、定压加热定压加热循环（狄塞尔循环（狄塞尔Diesel循环循环)1234pv1234Ts6 6、定容加热定容加热循环（奥托循环（奥托OTTO循环循环)1234pv1234Ts第十章第十章 蒸气动力循环
48、蒸气动力循环 重点掌握重点掌握：蒸汽动力装置的工作原理蒸汽动力装置的工作原理循环热效率的循环热效率的主要影响因素主要影响因素。一一水蒸气动力循环系统水蒸气动力循环系统锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器朗肯循环朗肯循环1234简化（理想化）：简化（理想化）：12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热1342pv朗肯循环朗肯循环p-v图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热4321Tshs1324朗肯循环朗肯
49、循环T-s和和h-s图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热hs1324朗肯循环功和热的朗肯循环功和热的计算计算 汽轮机作功：汽轮机作功：2121,hhws凝汽器中的定压放热量：凝汽器中的定压放热量：322hhq水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功：3443,hhws锅炉中的定压吸热量：锅炉中的定压吸热量：411hhqhs1324朗肯循环热效率的朗肯循环热效率的计算计算,1 2,3 4nett11sswwwqq一般很小，一般很小，占占0.81%，忽略泵功忽略泵功 1213thhhh提高循环热效率的途径提高循环
50、热效率的途径改变循环参数改变循环参数提高初温度提高初温度提高初压力提高初压力降低乏汽压力降低乏汽压力改变循环形式改变循环形式回热循环回热循环再热循环再热循环联合循环联合循环热电联产热电联产燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环新型动力循环新型动力循环IGCCPFBC-CC.ReheatRegenerativeCogenerationsp1 t1 p2654321二二如何提高如何提高朗肯循环朗肯循环的热效率的热效率1213thhhh影响热效 率 的影响热效 率 的参数？参数？TsT654321 1 6 5 4 21.1.蒸汽初压对蒸汽初压对朗肯循环朗肯循环热效率的影响热效率的影响t1,p2不变不变，
