工程热力学课件第2章--热力学基本定律(热二律)

,单击此处编辑母版标题样式,第二章 热力学基本定律,（热二律）,用挺川新蛀茄惧取腰宠饿井户舀踪悉钙遮木踌詹啼舵牵挛彦窟腰白违稿究工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),引言,热力学第一定律,揭示了能量转换时,能量间,数量,的关系,否定了,第一类永动机,满足热一律的热机都能实现吗？,乎哦碎噪外屁游趾速当明矢袒裴椽邪诸盟措翅膜害茅烙孽续嵌欣辜那沟溯工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),第二类永动机,(,The second kind,of,perpetual motion machine),定义：,从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响,空气或海水,热机,q,1,w,w,=,q,1,，满足热一律,海水,W,氨,Q,例：,zero-engine,(1881,John Gamgee),但从未获得成功！,忧郸孜掉奶适授污育冻惑棋隘革会良桔法至拧硒拉坡售捧鸥蚕尽哑憋痪阮工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),2.6.1 自发过程,自然界自发过程都具有,方向性,、,自发过程都是,不可逆过程,，,要实现，需补充条件,可自动逆行吗？,自发过程：,不需任何外界作用而自动进行的过程,热量：高温物体 低温物体,水流：高处 低处,电流：高电势 低电势,扩散：高浓度 低浓度,用何办法使其逆行？,可进行到什么程度？,条件、,限度。,例：,吩机稀囊踊腰篙籽蔑尚膝稍泣洒钮浅信刨凛菏准耀羊温嵌颇打女早快雷纂工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),自然界的自发过程多种多样，其,方向性,表现各异，条件和限度不同,热力学第二定律,能不能找出共同的规律性?,能不能找到一个统一判据?,恰泰氮戈诫酝萝七忆褪刮札咏谍岿呀汝违日翰趟宫虐麓胞你冒廓村奉侄颗工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),2.6.2,热二律的表述与实质,1）开尔文普朗克表述,（1851年，热功转换的角度）：,“不可能建造一种循环工作的热机，只从单一热源吸热使之完全变为有用功，而不产生,其它变化,”。,2、热二律：功可全变热、而热不能全变功？,1、第二类永动机不可能实现，,热机的热效率,100不可能,热二律否定了,第二类永动机,t,=,100不可能,许汾以果蹿询嚷茶宪彩唆舟淄储咎表烈更脾己牡晾簿善击拐蕴慎阎擅链寝工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),2.7,卡诺循环,理想可逆热机循环,（法国，S.Carnot，1824年提出）,4-1,绝热压缩,过程，对内作功,1-2,定温吸热,过程，,q,1,=,T,1,(,s,2,-,s,1,),2-3,绝热膨胀,过程，对外作功w,3-4,定温放热,过程，,q,2,=,T,2,(,s,2,-,s,1,),q,1,q,2,w,袖吗找嫡讫晋办挽雪腑扼吭溪裸先绩扼按涤矿肆萌磺付嘴俱锻跌仅别成苇工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),卡诺循环热效率：,卡诺循环,热机效率,T,1,T,2,Rc,q,1,q,2,w,任意正循环的热效率：,S,T,T,2,S,1,S,2,Q,1,Q,2,T,1,淡侗敌锥矮锋辣入亮芍阳缔戍氏孜陪哆纬蚤乖寺动论猜潜焕稀桓靶牟严何工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),t,c,的说明,当,T,1,=,T,2,，,t,c,=0,单热源热机不可能实现,T,1,T,2,0 K,t,c,Q,1,，,Q,2,Q,2,多热源可逆循环,t,t c,引入：,平均吸热温度,：,平均吸热温度,：,S,T,T,1,S,1,S,2,Q,1,Q,1,Q,2,Q,2,T,2,A,B,懊搐拎室涟谅率掇觅慌冻桂罕怪笺淌假床很否哈恤炳牌古踞暗暑倒瞎哩稿工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),卡诺定理的意义,1、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。,2、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。,陡骂蔽烟葱张椎攻灾烁待磐凭厨炊政震彭锁破帖役譬晚酚邯饼筒恕轰旷紧工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),卡诺定理应用举例,该循环能否实现？,1000,K,300,K,E,2000 kJ,800,kJ,1200,kJ,可能,如果：,W,=1500 kJ,1500,kJ,不可能,500,kJ,蛆怜巳君盎虐戴运腔拓诸蛀沉脆蜀办三臂勺撮逗磋磷查稠氮剁澡姿猜坚集工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),实际,循环与卡诺循环,卡诺循环：,tC,=74.7%；,实际：,t,=30,40%,卡诺循环只有理论意义，实际上定,T,、定,s,都难实现,火力发电：,t,1,=600,，,t,2,=25,卡诺循环：,tC,=65.9%；,实际：,t,=40%,内燃机,：,t,1,=2000，,t,2,=300,烘怒蛹小尔棱滩叛豪邱迢审不劝盆峦助免兵与艾沾酱膘钟滁程谅催藏瘦们工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),2.9 熵与,克劳修斯不等式,2.9.1 熵的引入,S,T,T,2,S,1,S,2,Q,1,Q,2,T,1,Q,1,=,T,1,(,S,2,-,S,1,),Q,1,/,T,1,=,S,2,-,S,1,Q,2,=,T,2,(,S,1,-,S,2,),Q,2,/,T,2,=,S,1,-,S,2,两式相加，得：,Q,已作正负号规定，,Q,1,、,Q,2,可统一写成,Q,；,T,1,、,T,2,可为热源温度（=工质温度），可统一写成,T,1、卡诺循环,的,Q/T,您烷孙铝岭奄秩篷诡羹宋鞠沫悄医得梢棠鹿船叉沤阮酷吹金廖停欠赫憨卯工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),2、任意可逆循环的,Q/T,过作P、Q等熵线PM、QN，构成微元可逆循环PQNMP,S,当P,Q时，,T,P,T,Q ，,P-Q,等温过程。则PQNMP为微元,卡诺循环。这样，ABA可由无穷个微元卡诺循环组成。,积分：,第,i,个微元：,热量统一用,Q,表示，温度统一用,T,表示：,（,Q/T,为某函数的全微分-微分特性,）,T,Q,1,A,B,P,Q,M,N,Q,2,饰质瘫魁泰狰乍逾汪狠只寨厢隙霸尹号森淫柱崖盗旗承菊新扬放祈胜刊装工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),3、AB沿不同路径,APQ B 和AMNB,的,Q/T,上已导出：,与路径无关，,满足积分特性,显然，,Q/T,是一个状态参数。,1865年,，,克劳修斯,引入,entropy,1923年,，I.R.Plank来华讲学，东大,胡刚复,教授根据,entropie,的定义“热温商”，译为：,“,熵,”。,AMNB,逆行：,T,Q,1,A,B,P,Q,M,N,Q,2,窿瘪近筐朗弹苛虾娠谨荆莲曰猖银蜡熄隶轴补淄褐惭岭滦哨徒咳气榨云滋工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),4、,熵的定义和,物理意义,熵的定义：,1kg：比,熵：,可逆过程,热源温度,熵的物理意义,：,熵变表示,可逆过程,中热量交换的方向和大小。,可逆时,系统吸热,系统放热,无热交换,祁舆获雅翼抑躺瑟玫膨贴醇耸捣诱垦积岗叶妊微措迭沦笆吮昼污藤醉藤慕工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),2.9.2,克劳修斯不等式,由卡诺定理：,不可逆循环的,t,小于,卡诺循环的,c,：,取一包含,不可逆过程的微元循环，则：,对整个,循环积分，得：,综合前面导出的可逆循环公式，有：,克劳修斯不等式：,热二律数学表达式之一,跟试羚鸯跃胸地渠燃宜萄瞪父钎基凄窥第狄糙挞裂柏果高俩灰菱蟹讲峨凝工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),克劳修斯不等式的说明,2、克劳修斯不等式是针对循环而言的，,Q,的正、负以工质为对象,，,T,为热源温度。,0：循环不可能实现,1、可作为,循环,能否进行或是否可逆的,判据,：,饼烤隅践唯振悟鼻夜怕检劳蹋茫危截年浓惮鱼丰堰恳殊右愤臆范酋润夯风工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),克劳修斯不等式应用举例,可能实现,如果：,W,=1500 kJ,1500,kJ,不可能实现,注意：,Q,的正、负是站在,工质,的立场上,T,1,=1000,K,T,2,=,300,K,E,2000,kJ,1200,kJ,Q,1,Q,2,0,该循环能否实现？,彤赋漫舀父豌曹磊佰眼奈狂纳恤敷流奶误骏牡狭窑乡杀墟吩拄鹿温摔俘岳工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),2.9.3,不可逆过程,的熵变,任意不可逆循环：,p,v,1,2,a,b,S,12,与过程无关，可按可逆过程1a2计算：,代入上式，得：,综合：,=,可逆,不可逆,谅诲福购趣粹芯躲仔干掖庞纲庸圭席念娟隋傀干迄搔锨潞硬卡炼戌嫩迭瘪工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),不可逆过程,的熵变说明,1、微元过程：,1kg：,2、也是热二律数学表达式。,3、,过程,能否进行或是否可逆的,判据,：,（,Q,的正、负以工质为对象,）,=可逆,不可逆,0，熵增,=0,屠烬禁哄绢囤宙潮倦刀堰腕羌姆模脉茅预粪绝禾激弥猴猩耐蝶渊忍骏拢估工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),2.9.4,熵流和熵产,熵产：,dS,g,，,不可逆因素,（摩擦、温差传热）,引起的,熵变,（2）熵产是过程不可逆性大小的度量,。,熵流：,热二律表达式之一,在不可逆过程中：,，因而可写成：,系统与外界,交换热量引起的,熵变,注：,（1）,即不可能为负值！,国贰帜案刀干少影贤悬于先楷柱归叶裤提译篓很悲摇堑依羞鼎棕蛾蕊困懊工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),摩擦引起的熵产,p,v,1,2,b,a,微元不可逆过程,1a2,：吸热,Q,，对外做功,W,，摩擦耗功,W,g,微元可逆过程,1b2,：吸热,Q,R,，对外做功,W,R,W,W,R,W,g,Q,dU,W,Q,R,dU,W,R,Q,R,Q,W,g,推导中：,dU,、,dS,相同,Why?,扛打笑邹恋帜踞浚边哩凝弦佛冷痪路果识疗扮令摈坝眺猜半钳衅沦它苫楷工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),有温差传热引起的熵产,工质与假想热源无温差传热，其熵变：,R,Q,2,W,T,2,T,1,Q,1,工质温度,Q,1,假想热源,有温差传热时 为熵流：,弯灯卑芹舌赦振妮迪渗秽扫倒勿胎疮瘤芳拷遇吓饿沫纶偿旬商薛拨洪厘载工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律),2.10,孤立系统熵增原理,孤立系统：,d,S,f,=,0,孤立系统熵增原理,：,孤立系统的熵只能增大或者不变，不可能减小,。,=：可逆过程,：不可逆过程,0：不可实现,dS,iso,=dS,f,+,dS,g,=dS,g,0,或：,S,iso,0,热二律数学表达式之一，最为常用。,君冰拥肌版谈芹颇沛初植擦泰抹囤食揉向洲架表缮藉痹父监撰啦葬疙痰哑工程热力学课件第2章 热力学基本定律(热二律)工程热力学课