工程热力学16

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,工程热力学,注册公用设备工程师考试专业基础课辅导,2013.5,1,考试大纲,1.1 基本概念,热力学系统 状态平衡 状态参数 状态公理 状态方程式,热力参数及坐标图 功和热量 热力过程 热力循环 单位制,1.2 准静态过程、可逆过程和不可逆过程,1.3 热力学第一定律,热力学第一定律的实质 内能 焓 热力学第一定律在开口系,统和闭口系统表达式 储存能 稳定流动能量方程及其应用,1.4 气体性质,理想气体模型及其状态方程 实际气体模型及其状态方程,压缩因子临界参数 对比态及其定律 理想气体比热 混合气,体的性质,1.5 理想气体基本热力过程及气体压缩,定压 定容 定温和绝热过程 多变过程气体压缩轴功 余隙,多级压缩和中间冷却,2,1.6 热力学第二定律,热力学第二定律的实质及表述 卡诺循环和卡诺定理,熵 孤立系统 熵增原理,1.7 水蒸气和湿空气,蒸发 冷凝 沸腾 汽化 定压发生过程 水蒸气图表,水蒸气基本热力过程 湿空气性质 湿空气焓湿图,湿空气基本热力过程,1.8 气体和蒸汽的流动,喷管和扩压管 流动的基本特性和基本方程 流速 音速,流量 临界状态 绝热节流,1.9 动力循环,朗肯循环 回热和再热循环 热电循环 内燃机循环,1.10 制冷循环,空气压缩制冷循环 蒸汽压缩制冷循环,吸收式制冷循环 热泵 气体的液化,3,第一部分 基本概念,工程热力学,是一门研究,热能,有效利用及,热能,和其它形式,能量,转换规律,的科学,4,1、热力学系统（热力系统、热力系、系统）,人为选取一定范围内的物质作为研究对象。,外界（或环境）,系统以外的所有物质。,边界,系统与外界的分界面。,系统,与,外界,的作用都通过,边界,5,外界（或环境）的定义是指( )。,A与系统发生热交换的热源,B与系统发生功交换的功源,C与系统发生质量交换的物源,D系统边界之外与系统发生联系的一切物体,答案： D系统边界之外与系统发生联系的一切物体,6,边界特性,真实、假想,固定、运动,7,热力系统分类,以系统与外界关系划分：,有 无,是否传质,开口系 闭口系,是否传热 非绝热系,绝热系,是否传功 非绝功系 绝功系,是否传热、功、质 非孤立系,孤立系,8,1,2,3,4,m,Q,W,1,开口系,非孤立系相关外界,孤立系,1+2,闭口系,1+2+3,绝热闭口系,1+2+3+4,孤立系,9,无热交换的热力系统称为( )。,A孤立系统 B闭口系统 C绝热系统,D开口系统,答案： C绝热系统,10,2、状态,某一瞬间热力系统所呈现的宏观物理状态。,3、状态参数,描述热力系状态的物理量,特征,：,是宏观量，是大量粒子的平均效应,状态的单值函数,变化量与路径无关，只与初终态有关,11,4、平衡状态,在不受外界影响的条件下（重力场除,外），系统的状态参数不随时间变化。,热平衡,力平衡,相平衡,化学平衡,温差,热不平衡势,压差,力不平衡势,相变,相不平衡势,化学反应,化学不平衡势,平衡的,本质,：不存在不平衡势,12,平衡与稳定,稳定：,参数不随时间变化,稳定,但存在,不平衡势差,去掉,外界影响，,则,状态变化,稳定不一定平衡，但平衡一定稳定,13,平衡与均匀,平衡,：时间上,均匀,：空间上,平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的,14,平衡状态,可用,一组,状态参数描述其状态,状态公理：确定热力系统平衡态所需的独立参数数目的经验规则。,想确切描述某个热力系，是否需要所有状态参数？,15,5、状态公理,闭口系：,而,不平衡势差彼此独立, 独立参数数目,N,=,不平衡势差数,=能量转换方式的数目,=各种功的方式,+,热量=,n,+1,n,容积变化功、电功、拉伸功、表面张力功,等,不平衡势差,状态变化 能量传递,16,简单可压缩系统的独立变量数,简单可压缩系统：,N,=,n,+ 1 =,2,只交换,热量,和,一种,准静态的,容积变化功,可以选取可测量参数p,v和T中的任意两个独立参数,作为自变量，其余参数（u,h,s等）则为p,v和T的因变量,17,6、状态方程式,简单可压缩系统：,N,= 2,基本状态参数（,p,v,T,)之间的关系,理想气体的状态方程,具体形式：取决于工质的性质,18,7、热力参数及坐标图,强度参数：,与系统内所含工质的数量无关,如,压力,p,、,温度,T,广延参数：,与系统内所含工质的数量有关,可加性,如,质量,m,、,容积,V,、,内能,U,、,焓,H,、,熵,S,比参数：,比,容,比,内能,比,焓,比,熵,基本状态参数：,直接用仪表测定,压力,p,、温度,T,、比容,v,19,大气气压力为B，系统中工质真空表压力读数为P,l,时，系统的真实压力为( )。,A P,1,BB+P,1,CB-P,1, D. P,1,B,答案： CB-P,1,某容器中气体的表压力为0.04MPa，当地大气压力为0.1MPa，则该气体的绝对压强为（ ）MPa。,A. 0.06 B. 0.04 C. 0.14 D. 0.05,答案： C0.14,压力表测量的压力是( )。,A绝对压力 B. 标准大气压 C真空度,D相对压力,答案： D相对压力,20,座标图,简单可压缩系统,N,=2,，,平面,坐标图,p,v,1）,系统任何平衡态可,表示在坐标图上,说明：,2）,过程线中任意一点,为平衡态,3）,不平衡态无法在图,上用实线表示,常见,p,-,v,图和,T,-,s,图,2,1,21,8、功和热量,功,在,力,的推动下，通过,有序,运动方式传递,的能量。,能量转换的两种方式：做功和传热,热量,在,温度,的推动下，以微观,无序,运动方,式传递的,能量。,功和热量是过程量，其大小与过程初终态以及过程性质有关,热力学中规定：,系统对外界作功取为正，,而外界对系统作功取为负。,22,9、热力过程,处于平衡状态的热力学系统，当外界条件变化，在外界和系统间形成热或力的不平衡时，受该不平衡势的作用，在系统内部造成不平衡，使系统的平衡状态遭到破坏，从而引起系统状态的变化，向新的平衡状态过渡。可见，热力过程中系统所经历的是一系列不平衡状态。因为只有平衡状态才有确定的状态参数，才能用状态方程表示状态参数间的关系，为此，热力学引入一种理想的热力过程，即,准静态过程,。,热力系统从一个状态向另一个状态变化时所经历的全部状态的总和。,当完成了某一过程之后，若有可能使工质沿相同的路径逆行而恢复到原来状态，并使相互作用中所涉及的外界也恢复到原来的状态，而不留下改变，则这一过程就称为,可逆过程,。,不满足上述条件的过程称为,不可逆过程,。,23,若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，且其初态和终态相同，则两过程中与外界交换的热量( ),A相同 B不相同 C不确定,D与状态无关,答案： C不确定,24,10、热力循环,热力系统经过一系列变化回到初态的封,闭热力过程称为热力循环。,可逆循环：全部由可逆过程组成的循环,不可逆循环：循环中由部分过程或全部过程是不可逆的循环,正向循环：将热能转化为机械能的循环,逆向循环：将热量从低温热源传给高温热源的循环,性质,目的,热效率,制冷系数,供热系数,25,11、单位制,国际单位制和工程单位制。,26,第二部分 准静态过程、 可逆过程、 不可逆过程,27,平衡状态,状态不变化,能量不能转换,非平衡状态,无法简单描述,热力学引入,准静态,（,准平衡,）,过程,1、准静态过程,28,若过程进行的相对缓慢，工质在平衡被破坏之后自动回复平衡所需的时间，即,弛豫时间,又很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不至于显著的偏离平衡状态。,准静态过程的工程条件,破坏平衡所需时间,（外部作用时间）,恢复平衡所需时间,（驰豫时间）,有足够时间恢复新平衡,准静态过程,29,准静态是一种热力参数和作用力都有变化的过程，具有特性( ),A内部和边界一起快速变化,B边界上已经达到平衡,C内部状态参数随时处于均匀,D内部参数,变化,远快于外部作用力,变化,(恢复平衡？),答案： C内部状态参数随时处于均匀,准静态过程中，系统经过的所有的状态都接近( )。,A相邻状态 B初状态 C低能级状态,D平衡状态,答案： D平衡状态,30,实际过程可以作为准静态过程来处理？,既是平衡，又是变化,既可以用状态参数描述,，在坐标图上用一条连续曲线表示过程，,又可进行热功转换,疑问：,理论上,准静态,应无限缓慢，表示,工程上,怎样处理？,31,准静态过程的工程应用,例：,活塞式内燃机,2000,转/分,曲柄,2,冲程/转，,0.15,米/冲程,活塞运动速度=,2000,2,0.15,/,60,=,10,m/s,压力波恢复平衡速度（声速）,350,m/s,破坏平衡所需时间,（外部作用时间）,恢复平衡所需时间,（驰豫时间）,一般的工程过程都可认为是,准静态过程,32,系统经历某一过程后，如果能使,系统,与,外界,同时,恢复到初始状态，而不留下任何痕迹。,注意,可逆过程只是指可能性，并不,是指必须要回到初态的过程。,2、可逆过程和不可逆过程,33,练习题,：,温度为100的热源，非常缓慢地把热量加给处于平衡状态下的0的冰水混合物，试问：1、冰水混合物经历的是准静态过程吗？2、加热过程是否可逆？A 是，是 B 是 , 否 C 否, 是 D 否, 否,B,解,： 1. 此热力过程可近似为准静态过程，因为此过程的弛豫时间很短，冰水混合物重建热力平衡的时间远远小于传热过程对冰水混合物平衡状态的破坏;,2. 此过程冰水混合物和外界热源之间存有温差，100的高质能通过传热过程转换为0的低质能，有能量耗散，为不可逆过程。,34,可逆过程的实现,准静态过程 + 无耗散效应 = 可逆过程,无不平衡势差,通过摩擦使功,变热的效应,(摩阻，电阻，非弹性变性，磁阻等）,不平衡势差,不可逆根源,耗散效应,耗散效应,35,常见的不可逆过程,不等温传热,T,1,T,2,T,1,T,2,Q,节流过程,(阀门）,p,1,p,2,p,1,p,2,36,混合过程,自由膨胀,真空,37,判断后选择正确答案是( )。,无约束的自由膨胀为一可逆过程,混合过程是一不可逆过程,C,准平衡过程就是可逆过程,D,可逆过程是不可实现过程,答案： B混合过程是一不可逆过程,38,引入可逆过程的意义,准静态过程是实际过程的,理想化,过程，,但并非,最优,过程，可逆过程是,最优,过程。,可逆过程的功与热,完全,可用,系统内,工质,的,状态参数,表达，可不考虑系统与外界,的复杂关系，易分析。,实际过程不是可逆过程，但为了研究方,便，先按,理想,情况（,可逆过程,）处理，,用系统参数加以分析，然后考虑不可逆,因素加以,修正。,39,第三部分 热力学第一定律,40,1、热力学第一定律的本质,表述：,自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量的总量保持不变。,本质：能量转换与守恒定律在热力学中的应用，它确定了热力过程中各种能量在数量上的相互关系。,能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一。,进入系统的能量离开系统的能量,系统储存能的变化,关系式：,41,2、内能,内能的组成,分子动能（热运动）,分子位能（分子间相互作用）,化学能,维持一定分子结构 原子能,电磁能,内能,移动,转动,振动,储存于系统内部的能量。,42,内能的说明,内能,是状态量,U,:,广延参数, kJ ,u,:,比参数,kJ/kg,内能,总以变化量出现，内能的变化只与初终态有关，而与过程路径无关。,43,定义：,h,=,u,+,pv, kJ/kg ,H,=,U,+,pV, kJ ,1、,焓,是状态量,2、,H,为广延参数,H,=,U,+,pV,=,m,(,u,+,pv,),=,m,h,h,为比参数,3、,对流动工质，,焓,代表能量(,内能,+,推进功,),对静止工质，,焓,不代表,能量,4、,物理意义：开口系中随工质,流动而携带,的、取决,于热力状态的,能量,。,3、焓,44,某理想气体经历了一个内能不变的热力过程，则该过程中工质的焓变（ ）。,A大于零 B. 等于零 C. 小于零,D不确定,答案： B等于零,45,闭口系统热一律表达式,W,Q,一般式,Q,=,d,U,+,W,Q,=,U,+,W,q,=,d,u,+,w,q,=,u,+,w,单位工质,适用条件：,1）任何工质,2) 任何过程,4、,热一律在闭口系统和开口系统的表达式,46,热力学第一定律是关于热能与其他形式的能量相互转换的定律，适用于( ),A一切工质和一切热力过程,B量子级微观粒子的运动过程,C工质的可逆或准静态过程,D热机循环的一切过程,答案： A一切工质和一切热力过程,理想气体定温膨胀，必然有( )。,AQ=W BQW C. Q0,C. S0,答案： D. T=0 S0,76,第四部分 气体性质,77,工程热力学的两大类工质,1,、,理想气体,可用简单的式子描述，如空调中的湿空气等,2、实际气体,不能用简单的式子描述，真实工质,火力发电的水和水蒸气、制冷空调中制冷工质等,78,1.,分子之间没有作用力,2.,分子本身不占容积,但是, 当实际气体,p,很小,V,很大,T,不太低时, 即处于,远离液态,的,稀薄,状态时, 可视为,理想气体,。,理想气体模型,现实中没有理想气体,1、理想气体模型及其状态方程,79,当实际气体,p,很小,V,很大,T,不太低时, 即处于,远离液态,的,稀薄,状态时, 可视为,理想气体,。,哪些气体可当作理想气体,T,常温,，,p,7MPa,的,双原子,分子,理想气体,O,2, N,2, Air, CO, H,2,如汽车发动机和航空发动机以空气为主的,燃气,等,三原子,分子（,H,2,O, CO,2,)一般,不能,当作,理想气体,特殊可以，如空调的,湿空气,，高温烟气的,CO,2,80,理想气体,定义：,是一种假想的气体，即气体分子是一些弹性的，忽略分子相互作用力，不占有体积的质点；当实际气体p0，v的极限状态时的气体。,注意:,R,m,与,R,摩尔容积,V,m,状态方程,81,摩尔容积 (,V,m,),阿伏伽德罗,假说:,相同,p,和,T,下各理想气体的摩尔容积,V,m,相同,标准状况下,82,R,m,与,R,的区别,R,m,通用,气体常数,R,气体常数,例如,与气体种类无关,与气体种类有关,83,计算时注意事项,1,、,绝对压力,2,、,温度,单位,K,3,、,统一单位（最好均用,国际单位,）,84,计算时注意事项实例,V,=1m,3,的容器有,N,2,，温度为,20,，压力表读数,1000mmHg,，,p,b,=1atm,，求,N,2,质量,。,1）,2）,3）,4）,85,1.,分子间作用力不可忽略,2.,分子本身容积不可忽略,范德瓦尔斯 (Vander Waals) 方程:,实际气体模型,实际气体是真实气体,2、实际气体模型及其状态方程,86,引入压缩因子，实际气体方程:,实际气体的体积与,同温度,下理想气体的体积之比。,3、压缩因子,说明:,z是气体温度和压力的函数，是状态函数，通常采用对比态定律建立的通用性图表压缩因子图来确定。,87,z压缩因子法是依据理想气体计算参数修正后得出实际气体近似参数，下列说法中不正确的是（ ）,Az=f(p，t),Bz是状态的函数，可能大于1或小于1,Cz表明实际气体偏离理想气体的程度,Dz是,同样压力,下实际气体体积与理想气体体积的比值,答案： Dz是同样压力下实际气体体积与理想气体体积的比值,88,5、对比态定律,在气、液相变时存在临界状态，此时相应的热力学参数。,4、临界参数,对比态定律：对于满足同一对比态方程式的各种气体，对比参数中若有两个相等，则第三个对比参数就一定相等，物质也就处于对应状态中。,对比参数：各状态参数与临界状态的同名参数的比值。,对比态方程：用对比参数表示的状态方程。,范德瓦尔斯 对比态方程:,89,6、理想气体的比热容、内能及焓,比热（比热容）,：单位物量的物体，当其温度变化1K,或1,o,C时，物体与外界交换的热量。,比热容,c,:,质量比热容,C,m,:,摩尔比热容,C,:,容积比热容,C,m,=M,c,=22.414,C,90,T,s,(1),(2),1,K,比热容是过程量还是状态量?,c,1,c,2,用的最多的某些特定过程的比热容,定容比热容,定压比热容,91,c,v,和c,p,的说明,1、,c,v,和,c,p,，过程已定, 可当作,状态量,。,2、,推导,没有,用到,理想气体,性质,3、,h,、,u,、,s,的计算要用,c,v,和,c,p,。,适用于,任何气体,。,c,v,物理意义,：,v,时,1kg,工质升高,1K,内能的增加量,c,p,物理意义,：,p,时,1kg,工质升高,1K,焓的增加量,92,理想气体内能的计算,理想气体，任何过程,理想气体,实际气体,理想气体或实际气体定容此项0,理想气体一切过程或者实际气体定容过程：,93,定值比热容,当气体温度不太高且变化范围不大，或计算精度要求不高时，可将比热容近似看作不随温度而变的定值。,气体种类,c,v,J/(kg.K),c,p,J/(kg.K),k,单原子,双原子,多原子,3R/2,5R/2,7R/2,5R/2,7R/2,9R/2,1.67,1.40,1.30,答案：空气视为双原子理想气体,C. 1010J/(kg.K),把空气作为理想气体，当其中0,2,的质量分数为21%，N,2,的质量分数为78%，其他气体的质量分数为1%，则其定压比热容c,p,为（ )。,A. 707J/ (kg K) B. 910J/ (kg K),C. 1010J/ (kg . K) D. 1023J/(kg K),94,理想气体焓的计算,理想气体，任何过程,理想气体,实际气体,理想气体或实际气体定压此项0,理想气体一切过程或者实际气体定压过程：,95,6、混合气体,由相互不发生化学反应的理想气体组成，其中每一组元的性质如同它们单独存在一样，因此整个混合气体也具有理想气体的性质。混合气体的性质取决于各组元的性质与份额。如燃气，空气,等,1.质量分数,2. 体积分数,3. 摩尔分数,96,混合物的折合摩尔质量与折合气体常数,1、由摩尔质量定义，混合物折合摩尔质量为：,2、混合物的折合气体常数为：,97,分压定律,P=p,i,Gas 1,V, T,+,+,p,1,Gas 2,V, T,p,2,Gas i,V, T,p,i,=,Gas mixture,V, T,P=,p,i,道尔顿定律,理想气体混合物的压力等,于各组成气体分压力之和,98,分体积定律,V=V,i,Gas 1,p, T,+,+,V,1,Gas 2,p, T,V,2,Gas i,p, T,V,i,=,Gas 1,p, T,V,1,Gas 2,p, T,V,2,Gas i,p, T,V,i,Gas mixture,p, T,V=,V,i,亚美格定律,理想气体混合物的体积等,于各组成气体分体积之和,99,第五部分 理想气体基本热力 过程及气体压缩,100,研究热力学过程的目的与方法,目的,提高热力学过程的热功转换效率,热力学过程受外部条件影响,主要研究外部条件对热功转换的影响,利用外部条件, 合理安排,过程,，形成最佳,循环,对已确定的,过程,，进行,热力计算,101,研究热力学过程的对象与方法,对象,1) 参数 (,p,T,v,u,h,s,) 变化,2) 能量转换关系,q,w,w,t,方法,抽象分类,2) 可逆过程 (不可逆再修正),基本过程,102,研究热力学过程的依据,2) 理想气体,3)可逆过程,1) 热一律,稳流,103,研究热力学过程的步骤,1) 确定,过程方程,-该过程中参数变化关系,5) 计算,w,w,t,q,4) 求,3) 用,T,-,s,与,p,-,v,图表示,2) 根据已知参数及,过程方程,求,未知,参数,104,1、定容、定压、定温和定熵过程,工质比体积保持不变的过程,过程方程：,v,常量,由：,得：,定容过程,105,斜率,理想气体 过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,v,v,v,106,过程中能量转换关系,加给气体的热量并未转变为机械能，全部用于增加气体的内能。,107,定压过程,工质压力保持不变的过程,过程方程：,p,常量,由：,得：,108,v,v,斜率,理想气体 过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,p,109,定压过程中能量转换关系,加入（或放出）的热量等于初、终状态的焓差。,110,定温过程,工质温度保持不变的过程,过程方程：,T,常量,由：,得：,111,斜率,理想气体 过程的p-v,T-s图,上凸?下凹？,s,T,v,p,p,p,T,v,v,T,T,112,定温过程中能量转换关系,定温膨胀时吸热量全部转换为膨胀功；定温压缩时消耗的压缩功全部转换为放热量。,113,定熵过程,工质与外界没有热交换的过程，称为绝热过程，可逆绝热过程即为定熵过程。,过程方程：,s,常量,由：,得：,114,三个条件:,(1)理想气体 (2)可逆过程 (3),k,为常数,理想气体 s 的过程方程,当,理想气体,115,p,v,T关系式,空气进行可逆绝热压缩，压缩比为6. 5，初始温度为27，则终了时气体温度可达( ),A. 512K B. 450K C. 168 D. 46,答案：,D. 46,116,理想气体 过程的,p,-,v,T,-,s,图,s,T,v,p,p,p,s,v,v,T,T,s,s,117,定熵过程中能量转换关系,定熵膨胀时，膨胀功等于工质内能的减量；定熵压缩时，消耗的压缩功等于工质内能的增量。,118,过程方程,n,是常量，,每一过程有一,n,值,n,n = k,s,2、多变过程,119,s,T,v,p,p,p,v,v,T,T,s,s,1,2,2,1,2,2,1-2多变膨胀、吸热降温；1-2多变压缩、放热升温,理想气体多变过程的,p,-,v,T,-,s,图,120,工质进行了一个吸热、升温、压力下降的多变过程，则多变指数( )。,A. 0k D. n,答案： A. 0nW * BWsW* CWs=Ws D三种情况均可,答案： B.,WsW*,127,(1)、,特别快，来不及换热。,(2)、,特别慢，热全散走。,(3)、,实际压气过程是,可能的压气过程,s,T,n,128,三种压气过程的参数关系,129,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,130,避免活塞与进排气阀碰撞，留有,空隙,余隙容积,压缩过程,排气，状态未变,残留气体膨胀,进新气，状态未变,4、余隙,131,活塞式压气机的余隙影响,活塞排量,研究,V,C,对,耗功,和,产气量,的影响,新气量,产气量,有效吸气容积,132,余隙容积对理论压气功的影响,设,1,2,和,43,两过程,n,相同,功,面积,12341,面积,12561,面积,43564,133,余隙容积对理论压气功的影响,余隙对单位产气量耗功不影响,134,余隙容积对产气量的影响,定义,容积效率,令,余隙比,工程上一般,0.03,0.08,135,活塞式压气机余隙的存在会使( ),A容积效率降低，单位质量工质所消耗的理论功减小,B容积效率不变，单位质量工质所消耗的理论功减小,C容积效率降低，单位质量工质所消耗的理论功不变,D容积效率不变，单位质量工质所消耗的理论功也不变,答案： C.,容积效率降低，单位质量工质所消耗的理论功不变,136,5、两级压缩中间冷却分析,有一个最佳增压比,省功,137,最佳增压比的推导,省功,138,最佳增压比的推导,省功,欲求,w,分级,最小值，,可证明,若m级,最佳增压比,139,压气机采用三级压缩，pl是压气机第一级进口压力，p4是最后一级的出口压力，则最佳压力比为( )。,A. B. C. D.,答案： B.,140,分级压缩的其它好处,润滑油要求,t,100不可能,热二律否定第二类永动机,t,=,100不可能,148,2、卡诺循环与卡诺定理,法国工程师卡诺 (,S. Carnot,)，,1824年提出,卡诺循环,热二律奠基人,效率最高,149,1）卡诺循环 理想可逆热机循环,卡诺,循环,示意,图,4-1,定熵压缩,过程，对内作功,1-2,定温吸热,过程，,q,1,=,T,1,(,s,2,-,s,1,),2-3,定熵膨胀,过程，对外作功,3-4,定温放热,过程，,q,2,=,T,2,(,s,2,-,s,1,),150,卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，过程的条件是( ),A绝热过程必须可逆，而等温过程可以任意,B所有过程均是可逆的,C所有过程均可以是不可逆的,D等温过程必须可逆，而绝热过程可以任意,答案： B所有过程均是可逆的,一热机按某种循环工作，自热力学温度为T1 =2000K的热源吸收热量1000kJ，向热力学温度为T2 =300K的冷源放出热量l00kJ，则该热机是( )。,A可逆热机 B.不可逆热机 C不可能热机 D三者均可,答案： C不可能热机,151,卡诺循环,热机效率,卡诺循环热机效率,T,1,T,2,Rc,q,1,q,2,w,152,t,c,只取决于,恒温热源,T,1,和,T,2,，与工质性质无关；,卡诺循环热机效率的说明,T,1,t,c,T,2,c,，,温差越大，,t,c,越高,当,T,1,=,T,2,，,t,c,= 0, 单热源热机不可能,T,1,=, K,T,2,= 0 K,t,c, 100%， 热二律,153,某理想气体在高温热源T1和低温热源T2之间进行卡诺循环，若T1 =nT2，则此循环放给低温热源的热量是从高温热源吸热量的( )。,An倍 Bn-1倍 C.(n+1)n倍 D. 1n倍,答案： B1/n倍,154,T,0,c,卡诺逆循环,卡诺制冷循环,T,0,T,2,制冷,T,0,T,2,Rc,q,1,q,2,w,T,s,s,2,s,1,T,2,c,155,T,1,卡诺逆循环,卡诺制热循环,T,0,T,1,制热,T,s,T,1,T,0,Rc,q,1,q,2,w,s,2,s,1,T,0,156,三种,卡诺循环,T,0,T,2,T,1,制冷,制热,T,s,T,1,T,2,动力,157,一卡诺机，当它被作为热机使用时，两热源的温差越大对热变功就越有利。当被作制冷机使用时，两热源的温差越大，则制冷系数( )。,A. 越大 B越小 C. 不变 D不确定,答案： B越小,一热泵从温度为-13的周围环境向用户提供95的热水，其最大供热系数为( )。,A. 1.16 B. 2.41 C. 2.16 D. 3.41,答案： D3.41,158,2）卡诺定理 热二律的推论之一,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,T,1,、,T,2,下,159,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,、,多,热源间工作的一切可逆热机,tR,多, 同温限间工作卡诺机,tC,3,、,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,160,卡诺定理的意义,从理论上确定了通过热机循环,实现热能转变为机械能的,条件,，指,出了提高热机热效率的,方向,，是研,究热机性能不可缺少的准绳。,对热力学第二定律的建立具有,重大意义。,161,某制冷循环中，工质从温度为-73的冷源吸热l00kJ，并将热量220kJ传给温度27的热源，则此循环为( )。,A可逆循环 B.不可逆循环 C不能实现的循环 D均有可能,答案： B不可逆循环,162,练习题,若热机工作在 T,1,=2000K ,T,2,=300K两热源间。,判断下列1.2.3各条件下，各热机的工作是可逆、不可逆或不可能。,Q,1,=1000J,W,=900J,Q,1,=2000J,Q,2,=300J,Q,2,=500J,W,=1500J,1 2 3,不可能 可逆 不可逆,计 算,结 果,结 论,卡 诺 定 理,已 知 条 件,163,3、熵,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,热二律推论之三,熵,反映,方向性,164,熵的导出,定义：,熵,于19世纪中叶首先克劳修斯(R.Clausius)引入，式中,S,从,1865年起称为,entropy,，由,清华刘仙洲,教授译成为“,熵,”。,小知识,克劳修斯不等式,可逆过程， ， 代表某一,状态函数,。,=,可逆循环,不可逆,：不可逆过程,定义,熵产：纯粹由不可逆因素引起,结论：,熵产是过程不可逆性大小的度量,。,熵流：,永远,热二律表达式之一,167,熵流、熵产和熵变,任意不可逆过程,可逆过程,不可逆绝热过程,可逆绝热过程,不易求,168,熵变的计算方法,理想气体,仅可逆过程适用,任何过程,169,对于理想气体，下列参数中( )不是温度的单值函数：,A内能 B.焓 C. 比热 D熵,答案： D熵,170,熵变的计算方法,非理想气体：,查图表,固体和液体：,通常,常数,例：水,熵变与过程无关，假定可逆：,171,某封闭热力系，经历了一个可逆过程，热力系对外做功20kJ，外界对热力系加热5kJ，热力系的熵变为( )。,A0 B正 C. 负 D. 无法确定,答案： B正,172,4、孤立系统熵增原理,孤立系统,无质量交换,结论：,孤立系统的熵只能增大，或者不变，,绝不能减小,，,这一规律称为,孤立系统,熵增原理,。,无热量交换,无功量交换,=：可逆过程,：不可逆过程,热二律表达式之一,173,为什么用孤立系统？,孤立系统,=,非孤立系统,+,相关外界,=：可逆过程,：不可逆过程,：不可能过程,最常用的,热二律表达式,174,一齿轮箱在温度T=370K的稳定状态下工作，周围环境为270K。每分钟内齿轮箱中传向环境的热Q为300kJ。现取齿轮箱及其环境为一孤立系统，每分钟内系统的熵增为（ ）kJ/K。,A. 00.1 B. 0.10.2 C. 0.20.4 D. 0.40.6,答案： C0.20.4,判断后选择正确答案是( )。,A孤立系统熵增越大，说明不可逆性越严重,B孤立系统熵只能增加不能减少,C. 绝热过程的熵变一定为零,D. 不可逆热力循环中熵变大于零,答案：A孤立系统熵增越大，说明不可逆性越严重,175,