1、22023年3月22日第五章 热力学第二定律 热机循环、制冷循环及其评价指标热机循环、制冷循环及其评价指标 热力学第二定律的典型说法热力学第二定律的典型说法知识回顾：1210t1qqqw 1101 RHPwq00202 wqwqR32023年3月22日第五章 热力学第二定律 卡诺循环、卡诺定理、卡诺循环热效率卡诺循环、卡诺定理、卡诺循环热效率、等效卡诺循环、等效卡诺循环 克劳修斯不等式克劳修斯不等式 状态参数熵及熵变状态参数熵及熵变0r Tq任意闭口系统任意闭口系统gfdsss 卡诺定理卡诺定理：在两个给定的热源之间工作的所有热机，：在两个给定的热源之间工作的所有热机，不可能具有比可逆热机更高
2、的热效率。不可能具有比可逆热机更高的热效率。m1m212t11TTqq12t1qq r1r21TT 等效卡诺循环等效卡诺循环Tqsf 任意过程任意过程rdTqs 42023年3月22日第五章 热力学第二定律系统熵变系统熵变 0dTQS 周围物质的熵变周围物质的熵变 00dTQS 则则 或表示为或表示为 孤立系统熵增原理可以作为过程能否实现的判据。孤立系统熵增原理可以作为过程能否实现的判据。0dddS0iso SSSiso0 把系统和有关周围物质一起作为一个孤立系统，把系统和有关周围物质一起作为一个孤立系统，当系统和温度为当系统和温度为T0的周围物质交换热量时的周围物质交换热量时,孤立系统熵增原
3、理孤立系统熵增原理52023年3月22日第五章 热力学第二定律某过程能否实现及可逆与否的一个判别：某过程能否实现及可逆与否的一个判别：利用利用克劳修斯积分克劳修斯积分 与与0的关系的关系rTq0r Tq 利用利用ds与与 的关系的关系rTqrdTqs Siso0 利用卡诺定理利用卡诺定理Ctt,利用熵产的正负性利用熵产的正负性 利用熵变与热熵流的大小关系利用熵变与热熵流的大小关系,尤其绝热过程尤其绝热过程gfsss 0g sfss Tqsf 利用利用“能质衰贬能质衰贬”原理原理 利用利用 损的正负性损的正负性62023年3月22日第五章 热力学第二定律例例5-2（p100）有一台燃气轮机装置，
4、其燃烧产生的高温燃气有一台燃气轮机装置，其燃烧产生的高温燃气的温度为的温度为900，压力为，压力为0.85MPa，已知燃气的气体常数，已知燃气的气体常数Rg0.2874kJ/(kg.K)。设燃气在燃气轮机中进行绝热膨胀时其压。设燃气在燃气轮机中进行绝热膨胀时其压力降低到力降低到0.103MPa。若比热容。若比热容cp01.10kJ/(kg.K)，燃气轮机，燃气轮机进口处燃气的流动动能及重力位能与出口处基本相同。进口处燃气的流动动能及重力位能与出口处基本相同。试求：试求：(1)膨胀为可逆过程时燃气所作的轴功；膨胀为可逆过程时燃气所作的轴功；(2)膨胀过程为不可逆过程而膨胀终了温度为膨胀过程为不可
5、逆过程而膨胀终了温度为477时，时，燃气轮机作的轴功及燃气的熵的变化。燃气轮机作的轴功及燃气的熵的变化。72023年3月22日第五章 热力学第二定律 (1)(1)可逆绝热膨胀过程可逆绝热膨胀过程1-2s1-2s，即定熵过程，即定熵过程 /)1(1212)(ppTTsK676)85.0103.0()900273(353.1353.0 解：解：燃气可看作理想气体燃气可看作理想气体 353.12874.010.110.10000 gppvpRcccc)(210spsTTchw kJ/kg7.546)6761173(10.1 82023年3月22日第五章 热力学第二定律(2)(2)不可逆绝热膨胀过程不
6、可逆绝热膨胀过程1-21-2)(210TTchwps 12120lnlnppRTTcsgp K)kJ/(kg115.085.0103.0ln2874.01173750ln10.1 kJ/kg3.465)7501173(10.1 92023年3月22日第五章 热力学第二定律)lnln(12120ppRTTcmgp 0kJ/K01922.05.04.0ln2871.03.0 例例5-3（p101）有一个绝热的刚性容器，中间有隔板把容器分有一个绝热的刚性容器，中间有隔板把容器分为两部分。一室中充有为两部分。一室中充有0.3kg、压力为、压力为0.5MPa、温度为、温度为17的的空气。另一部分为真空。
7、设抽去隔板后容器内压力为空气。另一部分为真空。设抽去隔板后容器内压力为0.4MPa，而温度仍为而温度仍为17。试证明该过程为不可逆过程。试证明该过程为不可逆过程。解解 0gfSSS 熵产大于零，证明该过程为不可逆过程。熵产大于零，证明该过程为不可逆过程。0法法1，利用熵产大于零证明，利用熵产大于零证明 102023年3月22日第五章 热力学第二定律)lnln(12120ppRTTcmSgp kJ/K01922.05.04.0ln2871.03.0 000 S 0kJ/kg01922.00 SSSiso 证明该过程为不可逆过程。证明该过程为不可逆过程。法法2，利用孤立系统熵增原理证明。，利用孤立
8、系统熵增原理证明。112023年3月22日第五章 热力学第二定律12,1rrCtTT 在相同的热源条件下，卡诺循环的热效率与其它可逆循环的热在相同的热源条件下，卡诺循环的热效率与其它可逆循环的热效率相等，而高于不可逆循环的热效率。效率相等，而高于不可逆循环的热效率。卡诺循环的热效率代表了两相同热源间循环热效率的最高极限。卡诺循环的热效率代表了两相同热源间循环热效率的最高极限。Tr1及及Tr2均可使均可使tc。卡诺循环的热效率卡诺循环的热效率1210t1qqqw 任意热机的循环热效率任意热机的循环热效率思考题思考题5-45-4 卡诺定理是否能表述为卡诺定理是否能表述为:一切循环的热效率不可能大于
9、可逆循环的热效率？一切循环的热效率不可能大于可逆循环的热效率？分析：122023年3月22日第五章 热力学第二定律 例：例：有一台柴油机，在稳定工况下工作时工质的最高温度为有一台柴油机，在稳定工况下工作时工质的最高温度为1500K1500K，最低温度为，最低温度为360K 360K。如果规定该柴油机作出。如果规定该柴油机作出500kWh500kWh功的功的耗油量分别为：耗油量分别为：40kg40kg；70kg70kg；100kg100kg，请判断上述耗油，请判断上述耗油指标能否实现，如果可以实现，则在该耗油量下柴油机的实际指标能否实现，如果可以实现，则在该耗油量下柴油机的实际热效率是多少？（已
10、知柴油的热值为热效率是多少？（已知柴油的热值为42705kJ/kg42705kJ/kg。）。）132023年3月22日第五章 热力学第二定律 例：例：某某可逆可逆热机与三个恒温热库交换热量并输热机与三个恒温热库交换热量并输出出800kJ800kJ的功量。其中热库的功量。其中热库A A的温度为的温度为500K500K并向热机供热并向热机供热3000kJ3000kJ，而热库，而热库B B和和C C的温度的温度分别为分别为400 K400 K与与300K300K。试计算热机分别与热。试计算热机分别与热库库B B和和C C交换热量的数值和方向。交换热量的数值和方向。142023年3月22日第五章 热力
11、学第二定律 例：例：证明热量从高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。证明热量从高温物体向低温物体传递的过程是不可逆的。或说：温差传热过程是不可逆的。或说：温差传热过程是不可逆的。或说：由低物体向高温物体的传热过程不能自发实现。或说：由低物体向高温物体的传热过程不能自发实现。152023年3月22日第五章 热力学第二定律 思考题思考题5-75-7 指出下列说法的错误所在：指出下列说法的错误所在：(1)(1)不可逆过程中系统的熵只能增大不能减小；不可逆过程中系统的熵只能增大不能减小；(2)(2)系统经过一个不可逆循环后，系统的熵必定增大；系统经过一个不可逆循环后，系统的熵必定增大；(3)(3)若系统由若系统由A A至至B B进行一个可逆过程时系统的熵变为进行一个可逆过程时系统的熵变为S SABAB，则由则由A A至至B B进行一个不可逆过程时系统熵的变化必大于进行一个不可逆过程时系统熵的变化必大于S SABAB。思考题思考题5-1 5-1 是否热机循环的循环净功愈大则循环的热效率也就愈高？是否热机循环的循环净功愈大则循环的热效率也就愈高？
