热工基础第四章.ppt

文档介绍：第四章热力学第二定律
4-1 自发过程的方向性
与热力学第二定律的表述
热力学第一定律阐明了热能和机械能以及其它形式的能量在传递和转换过程中数量上的守恒关系。热力学第二定律揭示了热力过程发生的方向、条件和限度。
1. 自发过程的方向性
自发过程:
不需要任何外界作用而自动进行的过程。
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自发过程是不可逆的。
要想使自发过程逆向进行,就必须付出某种代价,或者说给外界留下某种变化。
随自然界中热过程的种类不同,热力学第二定律有多种表述方式,并且彼此是等效的。
克劳修斯表述:
不可能将热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。
开尔文-普朗克表述:
不可能从单一热源取热,并使之完全转变为功而不产生其它影响。
第二类永动机是不可能制造成功的。
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4-2 卡诺循环与卡诺定理
1. 热力循环
热力循环:
工质经过一系列的状态变化,重新回复到原来状态的全部过程。
可逆循环:
全部由可逆过程组成的循环称为可逆循环。
不可逆循环:
循环中有部分过程或全部过程是不可逆过程的循环。
(1) 正向循环:
将热能转变为机械能的循环,也称为动力循环或热机循环。
p
v
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正向循环示意图:
在p-v与T-s图上,正向循环按顺时针方向进行。
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高温热源
吸热Q1
热机
Wnet
放热Q2
低温热源
经过一个正向循环,
根据热力学第一定律,
循环热效率:
循环热效率t用来评价正向循环的热经济性。显然, t < 1。
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(2) 逆向循环:
消耗功将热量从低温热源转移到高温热源的循环,如制冷装置循环或热泵循环。
在p-v与T-s图上,逆向循环按逆时针方向进行。
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高温热源
放热Q1
热泵
Wnet
吸热Q2
低温热源
根据热力学第一定律,
通常用工作系数评价逆向循环的热经济性。
制冷系数:
制冷装置工作系数
供热系数:
热泵工作系数
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卡诺循环是法国工程师卡诺(S. Carnot)于1824年提出的一种理想热机工作循环,它由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成。
卡诺循环热效率:
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结论:
(1) 卡诺循环的热效率只取决于高温热源的温度与低温热源的温度,而与工质的性质无关;
(2) 卡诺循环的热效率总是小于1,不可能等于1,因为T1→∞或T2=0K都是不可能的。这说明通过热机循环不可能将热能全部转变为机械能;
(3) 当T1=T2时,卡诺循环的热效率等于零,这说明没有温差是不可能连续地将热能转变为机械能,只有一个热源的热机(第二类永动机)是不可能的。
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逆向卡诺循环:
(1)卡诺制冷循环:
制冷系数:
(2)卡诺热泵循环:
供热系数:
定理一:
在相同的高温热源和低温热源间工作的一切可逆热机具有相同的热效率,与工质的性质无关。
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