第二章 熱力學(xué)基本定律

1、第二章 熱力學(xué)基本定律錢中Phone-mail：石油工程學(xué)院2015-03-16工程熱力學(xué)課程工程熱力學(xué)課程22.1 熱力學(xué)第一定律n熱力學(xué)第一定律的表述（工程熱力學(xué)研究范圍內(nèi)）q熱是能的一種，機械能變熱能，或熱能變機械能的時候，它們之間的比值是一定的；q熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?；一定量的熱消失時必定產(chǎn)生相應(yīng)量的功；消耗一定量的功時，必出現(xiàn)與之相應(yīng)量的熱；q第一類永動機是不可能制造成功的。n熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)：能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。32.1.1 熱力系統(tǒng)的能量儲存能n熱力學(xué)能Uq指組成熱力系統(tǒng)的大量微觀粒子本身具有的能量。單位質(zhì)量工質(zhì)具有的熱力學(xué)能

2、用u表示；分子熱運動形成的內(nèi)動能（平動、轉(zhuǎn)動、振動動能），與溫度相關(guān)；分子間相互作用力形成的內(nèi)位能，與工質(zhì)的比體積相關(guān)；構(gòu)成分子的化學(xué)能和構(gòu)成原子的原子能。q工質(zhì)的熱力學(xué)能取決于工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)，是狀態(tài)參數(shù)。42.1.1 熱力系統(tǒng)的能量儲存能n熱力系統(tǒng)的總能量EkpEUEE熱力學(xué)能宏觀動能宏觀勢能內(nèi)部儲存能外部儲存能kpeuee52.1.2 功和熱量遷移能n體積功（膨脹功，容積功）：系統(tǒng)體積膨脹或被壓縮時與外界交換的功量；n軸功：熱力系統(tǒng)通過葉輪機械的軸與外界交換的功量；6推動功：Wp AHpVmpv pvp1v11推動功的圖示系統(tǒng)引進或排除工質(zhì)傳遞的功量。7流動功：開口系中，物質(zhì)進入或離開控

3、制體積也需作功，系統(tǒng)維持流動所花費的代價；流動功的圖示221 1()fWp VpVpV 8有用功：可用于提升重物的功，反之，為無用功。0duWWpV0uWWpV0duWppV201duWp VpV92.1.3 熱力學(xué)第一定律的一般表達式流入能量iiQm e流出能量00Wme系統(tǒng)貯能增量= =進入熱力系的能量離開熱力系的能量熱力系能量的變化iim eWEE+dE00medQdE10 2100iitotQEememW 00ddtotmimiEQe qeqW 00diitotQEememW上式還可以寫成以下幾種形式112.1.4 閉口系的能量方程根據(jù) 2100iitotQEememW ddQUWQU

4、Wquwquw 上式即為第一定律解析式，適用于任何過程。000imm 對閉口系， 忽略宏觀動能Ek和位能Ep，可得可得：,EU 12討論：討論： 1）對于可逆過程ddQUp VddQUWQUWquwquw 2）對于循環(huán)dnetnetQUWQW蜒03）物理意義：系統(tǒng)接受的熱量，一部分用于對外輸出軸功和靜推動功，另一部分用于使流體工質(zhì)增加熱力學(xué)能。13思考題一剛性絕熱容器，中間用絕熱隔板分成兩部分，A中存在有高壓空氣，B中保持真空。若將隔板抽去，分析空氣的熱力學(xué)能將如何變化？若在隔板上有一小孔，氣體泄漏入B，分析當(dāng)A、B兩部分壓力相同時，兩部分氣體熱力學(xué)能將如何變化？AB對A+B組成的系統(tǒng)內(nèi)空氣，

5、由Q=U+W，可知，Q=0，W=0，故U=0，即空氣熱力學(xué)能不變。A部分空氣熱力學(xué)能減少U，B部分空氣熱力學(xué)能增加U。14例2-1 一立式活塞氣缸裝置如圖所示。其活塞用銷釘固定，上有重物，可產(chǎn)生200kPa的壓力。氣缸內(nèi)有0.025kg氣體，初始壓力為200kPa，容積為0.01m3。大氣壓力為p0=100kPa。若拔去銷釘并對氣缸內(nèi)的氣體進行加熱，直到容積變?yōu)?.03m3時達到平衡。這時氣體的熱力學(xué)能增加了100kJ/kg。問：1）氣體對外界作功多少？2）對氣體加熱多少？3）用于提升重物的功為多少？15解：取氣缸內(nèi)氣體為控制質(zhì)量，氣體進行的過程為不可逆過程，膨脹功不能用 計算。但外界施加于系

6、統(tǒng)的壓力為定值，外界得到的功就是系統(tǒng)對外界所做的功。dp V外界施加于系統(tǒng)的壓力0200100300 kPaexppp故氣體對外界作功為213000.030.016 kJexWpVV氣體吸熱量1000.02568.5kJQUW 提升重物作功212000.030.014 kJWp VV162.1.4 開口系的能量方程穩(wěn)定流動系統(tǒng)穩(wěn)定流動系統(tǒng)n穩(wěn)定流動系統(tǒng)：熱力系統(tǒng)內(nèi)空間各點上工質(zhì)的熱力參數(shù)及運動參數(shù)都不隨時間變化的流動系統(tǒng)；n穩(wěn)定流動系統(tǒng)空間各點參數(shù)通常是不同的，系統(tǒng)可與外界進行能量與質(zhì)量交換；n為達到穩(wěn)流系統(tǒng)，必須滿足如下充要條件q進出口截面上工質(zhì)的參數(shù)不隨時間變化；q單位時間內(nèi)系統(tǒng)與外界的功

7、和熱量交換不隨時間變化；q系統(tǒng)與外界進行的質(zhì)量交換不隨時間變化，且進口質(zhì)量流量與出口質(zhì)量流量相等。172.1.4 開口系的能量方程穩(wěn)定流動系統(tǒng)穩(wěn)定流動系統(tǒng)n穩(wěn)定流動的功量q維持流動所需的流動功q輸出的軸功n焓：引進或排出工質(zhì)而輸入或排出系統(tǒng)的總能量（熱力學(xué)能+推動功），為狀態(tài)參數(shù)；q定義式HUpVhupv18m1，U1，cf1，z1，m2，U2，cf2，z2，流入系統(tǒng)的總能量21111112fEmeUmcmgz22222212fEmeUmcmgz流出系統(tǒng)的總能量1911 12220sEQpVEWp V221111 12222211022ffsUmcmgzQpVUmcmgzWp V2221212

8、1221 112ffsQUUm ccmg zzp VpVW2221212112ffsQHHm ccmg zzW2221212112ffsqhhccg zzw由穩(wěn)定流動系統(tǒng)條件，可知即移項整理后得代入焓關(guān)系式，得20對于微元過程21ddd2fsQHm cmg zW21ddd2fsqhcg zw技術(shù)功技術(shù)上可資利用的功212tfsWm cmg zW 212tfswcg zw 21dd2tfswcg zw21dd2tfsWm cmg zWtqhw dtqhw對于開口系，熱力學(xué)第一定律可寫為212122221 12112sffquwp vp vccg zz Q221 1tquwp vp v 221 1

9、twwp vp vdtwwpv技術(shù)功求解 vdppvdpdvwt:對可逆過程quw 222.1.5 穩(wěn)定流動能量方程式的應(yīng)用1.動力機械：蒸汽輪機、燃氣輪機 流進系統(tǒng)1111hvpu 流出系統(tǒng)Swhvpu,2222內(nèi)部儲能增量： 0tSwwhh21232、壓縮機械：壓氣機，水泵類流入sfwgZch,2,1211流出qgZchf,2,2222內(nèi)能增：0qhhwwtc12243、換熱器換熱器25管殼式換熱器26板式換熱器27翅片管換熱器28 流入：11232112331212mfmfqhcgZqhcgZ流出：12242222441212mfmfqhcgZqhcgZ內(nèi)增： 0若忽略動能差、位能差21

10、3421hhqqhhmm294、管內(nèi)流動流入：流出：內(nèi)增： 012111 112fucgzp v22222212fucgzp v21d02fpucgz305、節(jié)流：工質(zhì)流經(jīng)閥門等設(shè)備時流動截面突然收縮，壓力下降的現(xiàn)象。流入：流出：內(nèi)增： 011 11up vh2222up vh12hh112231例2-2 0.1MPa，20C空氣在壓氣機中絕熱壓縮，升壓升溫后導(dǎo)入換熱器排走部分熱量后再進入噴管膨脹到0.1MPa,20C。噴管出口截面積A=0.0324m2 ,氣體流速cf2=300m/s已知壓氣機耗功率710kW，問換熱器中空氣散失的熱量。黑箱技術(shù)32TRVpqgm解：對C.V.列能量方程流入：

11、WgZchqfm121121流出：QgZchqfm222221內(nèi)增： 0TRAcpgf2260.1 103000.0324kg11.56s28729333忽略位能差212121hhTTpp222312111.56300107102189.8 kWmfQqcW 或穩(wěn)定流動能量方程2221212mfmmfQHqcq g ZWWq c 1222112211022mfmfqhcgZWqhcgZQ據(jù)題義，34本題說明： 1） 同一問題，取不同熱力系，能量方程形式不同，但結(jié)果應(yīng)一致； 2） 黑箱技術(shù)不必考慮內(nèi)部細節(jié)，只考慮邊界上能量交換及工質(zhì)狀況； 3） 不必死記能量方程，可從第一定律基本表達式出發(fā)求解。

12、35例2-3 有一臺穩(wěn)定工況下運行的水冷式壓縮機，運行參數(shù)如圖所示。設(shè)空氣的比熱cp=1.003kJ/kgK, 水的比熱cw=4.187kJ/kgK。若不計壓氣機向環(huán)境的散熱損失以及動能差及位能差，試確定驅(qū)動該壓氣機所需的功率。已知空氣的焓差h2-h1=cp（T2-T1）36取(壓氣機+水冷部分)為熱力系統(tǒng)，忽略動能差及位能差，則有：流出：1324mmq hq h內(nèi)增： 0流入：1313mmWq hq h132143mmWqhhqhh&查水蒸氣表得43125.68kJ/kg62.95kJ/kg200.2kWhhW37例2-4 充氣問題解：取A為控制體 (非穩(wěn)定開口系非穩(wěn)定開口系)221

13、1d22CVfoutfinsoutinQEhcgZmhcgZmW忽略動能差及位能差，則有若容器A為剛性絕熱初態(tài)為真空，打開閥門充氣，使壓力p2=4MPa時截止。若空氣u=0.72T2求容器A內(nèi)達平衡后溫度T2及充入氣體量m。Q容器剛性絕熱000outmWQs0dCVininEhm38dddininhmEmu由氣體狀態(tài)方程540 10132.87 kg287423.99gpVmR Tddininhmmu221122ininh mm umum u2inmmQ222305.30.72423.99K0.72150.84 CinhuTT即39例2-5 充氣問題（延伸）解法一： 取儲氣罐為系統(tǒng)。考慮有一股

14、流體流入，無流出21d2CVinfsQEmhcgZW已知儲氣罐中原有氣體質(zhì)量m1，內(nèi)能u1，壓力p1，溫度T1。充氣后，儲氣罐內(nèi)氣體質(zhì)量為m2，內(nèi)能u2 ，忽略動能差與位能差，且容器為剛性絕熱。導(dǎo)出u2與h的關(guān)系式 。400,0,ddsCVininQWEh mUh m忽略動能差和位能差Q221 121211 122inm umum hmm hmm hmuum積分21d2CVinfsQEmhcgZW41解法二：將終態(tài)時儲氣罐內(nèi)的質(zhì)量為m2 氣體取為閉口系。初態(tài)質(zhì)量為m1 的氣體在儲氣罐，質(zhì)量為m2-m1的氣體在充氣管道中，如右圖所示。對系統(tǒng)列出能量方程221 121Um umumm u此系統(tǒng)邊界

15、有變形，外界對其作功21Wmmpv 系統(tǒng)與外界無熱交換，即Q=0故能量方程為221 121210m umumm ummpv211 122mm hmuum解得42討論：1）非穩(wěn)態(tài)流動問題可用一般能量方程式解決 2）對開口系統(tǒng)，能量方程中輸入物質(zhì)能量用h， 對閉口系統(tǒng)，能量方程中物質(zhì)能量用u。 輸入系統(tǒng)的能量總和輸出系統(tǒng)的能量總和 = 熱力系總儲存能的增量432.2 熱力學(xué)第二定律n熱過程的方向性與熱力學(xué)第二定律的表述n卡諾循環(huán)與卡諾定理n熵的導(dǎo)出與孤立系熵增原理n能量的品質(zhì)與能量貶值*442.2.1 熱力過程的方向性與熱力學(xué)第二定律的表述n熱過程的方向性q自然界一切熱過程都具有方向性；q源于能量

16、不僅有“量”，更有“質(zhì)”。1000 K 200 K452.2.1 熱力過程的方向性與熱力學(xué)第二定律的表述n熱力學(xué)第二定律的表述q克勞修斯表述：不可能把熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其他變化；q開爾文表述：不可能從單一熱源取熱，并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓研究過程進行的方向、條件和限度是熱力學(xué)第二定律的任務(wù)。462.2.2 卡諾循環(huán)和卡諾定理n卡諾循環(huán)：兩等溫+兩絕熱471221111nettWQQQQQQ 211tTT n 卡諾定理定理一：在相同的高溫和低溫?zé)嵩撮g工作的一切可逆熱機具有相同的熱效率，與工質(zhì)的性質(zhì)及循環(huán)形式無關(guān)。定理二：在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩撮g工作的一切不可逆熱機

17、的熱效率，都小于可逆熱機的熱效率。48假定熱機A的效率大于B，則WA=Q1-Q2AQ1-Q2B=WBT1AT2BWAWBQ1Q2AQ2BQ1T1AT2BWA-WBQ1Q2AQ2BQ1WB令B按原路線反向運行，則B成為制冷機，將從T2吸熱，向T1放熱，消耗的凈功WB由熱機A提供。A、B聯(lián)合循環(huán)，低溫?zé)嵩磧魮p失熱量Q2B-Q2A，系統(tǒng)對外作功WA-WB，高溫?zé)嵩礋o得失。違反熱力學(xué)第二定律，假設(shè)不成立。反之，B的效率也不能大于A。兩者的效率必相等。49幾點結(jié)論n卡諾循環(huán)的熱效率只決定于高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩礈囟萒1 、T2 , 即工質(zhì)吸熱和放熱時的溫度。提高T1 , 降低T2 （即增大溫差）, 可提高熱

18、效率；n卡諾循環(huán)的熱效率只能小于1。在循環(huán)發(fā)動機中即使在理想情況下, 也不可能將熱能全部轉(zhuǎn)化為機械能；n當(dāng)T1 = T2 時, 循環(huán)熱效率c = 0。它表明, 在溫度平衡的體系中, 熱能不可能轉(zhuǎn)化為機械能, 熱能產(chǎn)生動力一定要有溫度差作為熱力學(xué)條件, 從而驗證了借助單一熱源連續(xù)作功的機器是制造不出的或第二類永動機是不存在的。50卡諾定理未獲得實際應(yīng)用的原因n要求T1、T2相差很大，因而需要很大的壓力差和容積壓縮比，造成要求循環(huán)具有高壓和很大的氣缸，導(dǎo)致材料浪費、機械功損失大、摩擦損失大及機械負荷大等；n同時造成循環(huán)功量不大，輸出功率不理想；n氣體定溫吸放熱過程不易實現(xiàn)，難以控制。51概括性卡諾

19、循環(huán)極限回?zé)嵫h(huán)211tTT TT可逆可逆52逆卡諾循環(huán)2212cnetqTwTT1112cnetqTwTT制冷系數(shù)供暖系數(shù)53多熱源的可逆循環(huán)211tTT 平均吸熱溫度平均放熱溫度54例2-6 設(shè)工質(zhì)TH=1000K的恒溫?zé)嵩春蚑L=300K的恒溫冷源間按熱力循環(huán)工作，已知吸熱量為100kJ，求循環(huán)熱效率和凈功。（1）理想情況無任何不可逆損失；（2）吸熱時有200K溫差，放熱時有100K溫差。55解：（1）兩個熱源間工作的可逆循環(huán)熱效率與卡諾循環(huán)相同3001170%1000LcHTT 10.7 10070nettWQkJ最大循環(huán)凈功（2）此時T1=800K，T2=400K，簡化為內(nèi)可逆循環(huán)2

20、14001150%800cTT 10.5 10050nettWQkJ計算結(jié)果表明，不可逆循環(huán)熱效率低于可逆循環(huán)，也驗證了卡諾定理。56討論n欲提高卡諾循環(huán)的熱效率是保持T2不變升高T1為好，還是保持T1，降低T2為好？n在溫度為T0的環(huán)境中，溫度為T的熱源放出的熱量Q最多能作出的功為多少？572.2.3 熵的導(dǎo)出及孤立系熵增原理n熵：狀態(tài)參數(shù) 定義式dreqsTdreQST熵的變化表征了可逆過程中熱交換的方向和大小。系統(tǒng)可逆地從外界吸收熱量，0Q，系統(tǒng)熵增大系統(tǒng)可逆地向外界放出熱量，0Q，系統(tǒng)熵減小可逆絕熱過程中，系統(tǒng)熵不變。0reQT 58n狀態(tài)參數(shù)熵的導(dǎo)出1、借助一組絕熱線將任意可逆循環(huán)（

21、1A2B1），分割成若干微小可逆循環(huán)（abfga）。2、組成多個微元卡諾循環(huán)（abfga），借助卡諾定理推導(dǎo)。3、對任一微卡諾循環(huán)12120QQTT121 22 1120ABQQTT0QT 狀態(tài)參數(shù)59n克勞修斯不等式221111tQTQT 1212QQTT12120QQTT0QT 0rQT 結(jié)合可逆過程60n 熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達式另一個表達式drQST2211rQSST0rQT 61思考由克勞修斯不等式0QT 適用于任何循環(huán)，則對圖示不可逆循環(huán)有1 2 10b aQT 因211 2bQssT2 11 2aaQQTT 故211 20aQssT即211 2aQssT1 22 10baQQT

22、T12abTS不成立62n 孤立系統(tǒng)熵增原理ddgrQSSTdrQSTd0gS 熵產(chǎn)不可逆因素對任何一個微元不可逆過程63Sub.n閉口系熵方程dddfgSSSfgSSS 系統(tǒng)熵變熵流熵產(chǎn)dfQST熵流：系統(tǒng)與外界之間傳熱引起，熵產(chǎn)：不可逆因素引起，可正可負64Sub.n開口系統(tǒng)的熵方程dddCVfginoutSSSs ms m進入系統(tǒng)的熵離開系統(tǒng)的熵65孤立系統(tǒng)熵增原理 孤立系中，一切實際過程都朝著使系統(tǒng)熵增加的方向進行，或在極限情況下（可逆過程）維持系統(tǒng)的熵不變。dd0isogSS0isogSS 66討論：試判斷下列各情況的熵變是：a）正；b）負；c）可正可負；d）零1）閉口系經(jīng)歷一可逆過

23、程，系統(tǒng)與外界交換功量10kJ，熱量 -10kJ，系統(tǒng)熵變 ?！?”2）閉口系經(jīng)歷一不可逆變化過程，系統(tǒng)與外界交換功量10 kJ，熱量-10kJ，系統(tǒng)熵變 ?！?”or”+”3）在一穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流裝置內(nèi)工作的流體經(jīng)歷一不可逆過程,裝置作 功20kJ，與外界交換熱量-15kJ，流體進出口熵變?！?”or”-”4）在一穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流裝置內(nèi)工作的流體，經(jīng)歷一可逆過程，裝 置作功20kJ，與外界交換熱量-15kJ，流體進出口熵變。 “-”5）流體在穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的情況下按不可逆絕熱變化，系統(tǒng)對外作 功10kJ，此開口系統(tǒng)的熵變。067例2-7 1kg工質(zhì)經(jīng)歷一循環(huán)，如圖假定經(jīng)過水泵和汽輪機中的過程為絕熱的。鍋爐和冷凝器

24、內(nèi)的吸熱和放熱過程都是可逆的，問此循環(huán)是否可能？可逆還是不可逆？鍋爐冷凝器水泵干飽和蒸汽h2=2764 kJ/kg 飽和水h1=697.2 kJ/kgt1=165 oC2143wth4=457.7 kJ/kgp4=p3 t4=52.6 oC濕飽和蒸汽h3=2358.4 kJ/kg68解：由克勞修斯不等式311224BoilerTurbineCondenserPumpqqqqqTTTTT21431400hhhhTT2764697.2457.72358.41.1188kJ / kg438325.6 故此循環(huán)可能實現(xiàn)，但為不可逆循環(huán)。69例2-8 欲設(shè)計一熱機，使之能從溫度為973K的高溫?zé)嵩次鼰?

25、000kJ，并向溫度為303K的低溫?zé)嵩捶艧?00kJ。（1）此熱機循環(huán)能否實現(xiàn)？（2）若把此熱機當(dāng)制冷機用，從冷源吸熱800kJ，能否向熱源放熱2000kJ？若能，則至少需要多少功？70方法2，利用孤立系統(tǒng)熵增原理進行判斷。isoHLfluidSSSS 1120002.055kJ / K973HQST 228002.640 kJ / K303LQST0fluidS2.0552.64000.585 kJ / K0isoS 故循環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)。解：方法1，利用克勞修斯關(guān)系式判斷故循環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)，且為不可逆過程。121220008000.585kJ / KT0）所提出的熱量Q中可轉(zhuǎn)化為有用功的最大值是熱

26、量火用；,0 x QEQTS,0n QATS0,1x QTEQT0,n Qx QTAQEQT0,1x QTEQT0,n Qx QTAQEQT79冷量火用（冷量火用（Ex,Q0）n定義：溫度低于環(huán)境溫度T0的系統(tǒng)，吸入熱量Q0（即冷量）時作出的最大有用功稱為冷量火用；80（a）恒溫系統(tǒng)吸熱00,000011x QTTEQQTSQTT 0,0n QATS（b）變溫系統(tǒng)20,011x QTEQT冷量火用數(shù)值上可能大于冷量本身。81孤立系統(tǒng)熵增與火用損失，能量貶值原理孤立系統(tǒng)熵增與火用損失，能量貶值原理820, ,max,1x Q AAATEWQT0,max,1x Q BBBTEWQT不可逆?zhèn)鳠岬幕鹩?/p>

27、損為,011x Q Ax Q BBAIEETQTT由不可逆?zhèn)鳠岫鸬牡墓铝⑾到y(tǒng)熵增為110isoBABABAQQSSSQTTTT 故00isogITST S83小結(jié)小結(jié)n熱量有A傳入B，數(shù)量并沒有減少，但火用減少了，熱量的“質(zhì)量”降低了，即能量貶值；n孤立系統(tǒng)中進行熱力過程的火用只會減少，不會增大，極限情況下保持不變，這就是能量貶值原理；n減少火用損失是合理用能及節(jié)能的指導(dǎo)方向。84工質(zhì)火用及系統(tǒng)火用平衡方程工質(zhì)火用及系統(tǒng)火用平衡方程n閉口系工質(zhì)的熱力學(xué)能火用,Ex,Uq定義：閉口系只與環(huán)境作用下，從給定狀態(tài)以可逆方式變化到與環(huán)境平衡的狀態(tài)，所能作出的最大有用功。,max00000 x Uu

28、EWUUTSSp VV,00000 x UAUTSSpVV1 2,max,12012012x UWEUUTSSpVV 85工質(zhì)火用及系統(tǒng)火用平衡方程工質(zhì)火用及系統(tǒng)火用平衡方程n穩(wěn)定流動系統(tǒng)工質(zhì)焓火用，Ex，Hq定義：穩(wěn)流工質(zhì)只與環(huán)境作用下，從給定狀態(tài)以可逆方式變化到環(huán)境狀態(tài)，所能作出的最大有用功。,000 x HEHHTSS,000n HAHTSS121 2,max,12012x Hx Hx HWEEEHHTSS 86火用平衡方程火用平衡方程閉口系, 1,2x Qx Ux UuIEEEW開口系,1,2x Qx Hx HuIEEEW輸入系統(tǒng)的火用輸出系統(tǒng)的火用系統(tǒng)火用增火用損失基本思路Ex,UE

29、 x,QWuIEx,H1Ex,H2Ex,QWuI87例2-10 氣體在汽缸中被壓縮，其熵和熱力學(xué)能的變化分別為-0.289 kJ/kgK和45 kJ/kg，外界對氣體作功165 kJ/kg。過程中氣體只與環(huán)境大氣交換熱量，環(huán)境溫度為300 K，問該過程能否實現(xiàn)？解：氣缸內(nèi)氣體與環(huán)境組成一個孤立系。運用熱力學(xué)第一定律得氣體與環(huán)境的換熱量為 q為負表明，工質(zhì)放熱、環(huán)境吸熱，且qsur =120 kJ/kg，故 孤立系熵增 該過程可以實現(xiàn)，且為不可逆過程。88例2-11 1 kg壓力 p = 0.1 MPa，t1= 20的水定壓加熱到90 ，若熱源R溫度Tr恒為500 K，環(huán)境溫度T0=293 K，

30、求： （1）水的熵變; （2）分別以水和熱源R為系統(tǒng)求此加熱過程的熵流和熵產(chǎn)。4.186 8 kJ/(kg K)ppchct 、解：解：ptqhwh 21214.18689020C293.0 kJ/kgpqhhctt水已知水已知水（1）定壓加熱）定壓加熱89（2）取水為系統(tǒng)）取水為系統(tǒng)fgsss水閉口系閉口系2f1rr293.00.586 kJ/(kg K)500qqsTTgf0.8970.5860.311 kJ/(kg K)sss 水m293.0326.64 K0.897qTs222111dln(90273)4.186 8ln0.897 kJ/(kg K)(20273)pRRpcTTqscT

31、TT水9021r293.00.586 kJ/(kg K)500RqqsTT 熱源gf0.5860.8970.311 kJ/(kg K)sss 熱源取熱源取熱源R為系統(tǒng)為系統(tǒng)fgsss熱源閉口系閉口系2rf1qsT水rqq 水rmqTr/qqs水水f0.897 kJ/(kg K)ss 水91討論討論： 傳熱過程的傳熱過程的熵產(chǎn)熵產(chǎn)可任取吸、放熱物體為系統(tǒng)計算?？扇稳∥?、放熱物體為系統(tǒng)計算。 在（在（1）中）中0.897 kJ/(kg K)s水2R1RR0.586 kJ/(kg K)qqsTT 即熱源熵減少，流向水，但即熱源熵減少，流向水，但ss R水所以在傳熱過程熵產(chǎn)生出來，補償差值所以在傳熱過

32、程熵產(chǎn)生出來，補償差值熵產(chǎn)。熵產(chǎn)。92例2-11 有m kg溫度為T1的水，在T2（T1)的大氣環(huán)境中吸熱變成溫度為T2的水，現(xiàn)在如果在大氣和水之間放入一個可逆機，求水的溫度從T1升高到T2時可逆機能作出的功。解：m kg水溫度從T1上升至T2，吸熱為21Qmc TT222111dlnQmc TTSmcTTT設(shè)可逆機整個過程中的做功量為W，則大氣環(huán)境中放熱量為Q+W因整個過程可逆，即0isoS故221ln0QWTmcTT22211lnTWmcTmc TTT解得93熱機吸熱2221lnTTST mcT TS放熱21mc TT凈功22211lnTmcTmc TTTT2T1 變溫問題可引入平均吸熱溫度 根據(jù)卡諾熱機求解94例2-12 1000 kg 0的冰在20 的大氣中融化成0 的水，求過程中作功能力損失。已知冰的融化熱=335 kJ/kg。解：ice51 000 kg 335 kJ/kg273 K3.35 10kJ/K273QST冰5a03.35 10kJ/K293QST isoicea83.76 kJ/KSSS 0i