清華大學工程熱力學課件 第4章01

1、作業(yè)3-113-133-143-19 在單級壓氣機中壓縮250m3/h空氣，若壓氣機缸套中流過465kg/h的冷卻水，在氣缸套中水溫升高14C，求壓氣機必需的功率,可能達到的最高壓力。溫馨提示1.本周為有工熱實驗課的最后一周。2.請各科代表將實驗說明復印頁 收齊，于下周二如數(shù)歸還。 I. 活塞無摩擦，完全導熱(續(xù))解：4） SA, SB, SA+B 討論：QA+B=0SA +B 0QA，WA無法求S可求S狀態(tài)參數(shù) II. 活塞有摩擦，導熱，準靜態(tài)等溫解：1）活塞移動距離LA、B的質量和T均未變I. II. 活塞移動距離L相等II. 活塞有摩擦，導熱,準靜態(tài)等溫 （續(xù)）解：2） QA，WA摩擦耗

2、功3）QA+BII. 活塞有摩擦，導熱,準靜態(tài)等溫 （續(xù)）解：4） SA, SA , SA+B 討論：并非巧合 SAB由摩擦不可逆引起計算練習題（2）教材313題氧氣瓶，V=3, p1= , t1=t0=20迅速放氣至 p2=求：此時T2，放出的質量mp2 ,V已知，求T2取氧氣瓶為開口系，試用開口系能量方程求T2m1m2m取氧氣瓶為開口系開口系能量方程f(T2)有無過程方程？Tpvs？是否可逆不能確定取氧氣瓶為開口系氣體減少u, h, m指瓶中氣體狀態(tài)對于理想氣體，且cv=Const取氧氣瓶為開口系絕熱鋼瓶放氣，瓶內氣體遵循此結論可直接用計算練習題（3）一小瓶氦氣，初溫為TA，小瓶絕熱，保溫

3、箱初為真空，由于小瓶漏氣，某時刻，小瓶內氦氣溫度為TA，箱內氦氣溫度為TB。氦氣為理想氣體，試分析TA，TA，TB的相對大小。TBTA解：預將TA，TA，TB 聯(lián)系起來 取保溫箱為系統(tǒng)較好計算練習題（3）（續(xù)）TBTA解：取保溫箱為系統(tǒng)小瓶內氣體遵循焓第三章 完End of Chapter Three第四章 熱力學第二定律Second Law of Thermodynamics13自發(fā)過程的方向性自發(fā)過程：不需要任何外界作用而自動進 行的過程。自然界自發(fā)過程都具有方向性 熱量由高溫物體傳向低溫物體 摩擦生熱 水自動地由高處向低處流動 電流自動地由高電勢流向低電勢Spontaneous proc

4、ess熱功轉換過程功量熱過程具有方向性、條件、限度摩擦生熱熱量100%熱量火力發(fā)電功量40%放熱4-1 熱二律的表述與實質 熱功轉換 傳 熱 熱二律的表述有 60-70 種 1851年 開爾文普朗克表述 熱功轉換的角度 1850年 克勞修斯表述 熱量傳遞的角度開爾文普朗克表述 (1851年 ) 不可能從單一熱源取熱，并使之完全轉變?yōu)橛杏霉Χ划a生其它影響。KelvinPlanck Statement It is impossible for any device that operates on a cycle to receive heat from a single reservoir a

5、nd produce a net amount of work.開爾文普朗克表述(1851年 ) 不可能從單一熱源取熱，并使之完全轉變?yōu)橛杏霉Χ划a生其它影響。 熱機不可能將從熱源吸收的熱量全部轉變?yōu)橛杏霉?，而必須將其中的一部分傳給冷源。理想氣體 T 膨脹 q = wKelvinPlanck Statement理想氣體 T 過程q = wT s p v 1 2 熱機：連續(xù)作功 構成循環(huán)1 2 有吸熱，有放熱Heat reservoirs Thermal Energy Source Heat Thermal Energy Sink熱源冷源:容量無限大，取、放熱其溫度不變 但違反熱力學第二定律Pe

6、rpetual-motion machine of the second kind第二類永動機：設想的從單一熱源取熱并 使之完全變?yōu)楣Φ臒釞C。這類永動機并不違反熱力 學第一定律第二類永動機是不可能制造成功的環(huán)境是個大熱源克勞修斯表述 (1850年 ) 不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其它變化。 It is impossible to construct a device that operates in a cycle and produces no effect other than the transfer of heat from a lower-temperature body

7、 to a higher-temperature body.Clausius statement克勞修斯表述 (1850年 ) 不可能將熱從低溫物體傳至高溫物體而不引起其它變化。 熱量不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳至高溫物體?？照{,制冷代價：耗功Clausius statement兩種表述的關系 開爾文普朗克 表述 完全等效!克勞修斯表述違反一種表述,必違反另一種表述!證明1、違反開表述導致違反克表述 Q1 = WA + Q2反證法：假定違反開氏表述 熱機A從單熱源吸熱全部作功Q1 = WA 用熱機A帶動制冷機B 對于制冷機B Q1 -Q2= WA = Q1 Q1 -Q1 = Q2 違反

8、克氏表述 T1 熱源AB冷源 T2 T1 Q2Q1WAQ1證明2、違反克表述導致違反開表述 WA = Q1 - Q2反證法：假定違反克氏表述 Q2熱量自發(fā)地從冷源傳到熱源熱機A從熱源吸熱Q1 冷源無變化 從熱源吸收Q1-Q2全變成功WA 違反開氏表述T1 熱源A 冷源 T2 100不可能熱二律否定第二類永動機t =100不可能卡諾循環(huán) 理想可逆熱機循環(huán)卡諾循環(huán)示意圖4-1絕熱壓縮過程，對內作功1-2定溫吸熱過程， q1 = T1(s2-s1)2-3絕熱膨脹過程，對外作功3-4定溫放熱過程， q2 = T2(s2-s1)Carnot cycleCarnot heat engine卡諾循環(huán)熱機效率卡諾循環(huán)熱機效率T1T2Rcq1q2wCarnot effi