内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教豪第5章热力学第二定律本章基本要求理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统增原理，深刻理解摘的定义式及其物理意义。熟练应用摘方程，计算任意过程摘的变化，以及作功能力损失的计算，了解、炕的概念。基本知识点：5.1自然过程的方向性一、磨擦过程功可以自发转为热，但热不能自发转为功二、传热过程热量只能自发从高温传向低温三、自由膨胀过程绝热自由膨胀为无阻膨胀，但压缩过程却不能自发进行四、混合过程两种气体混合为混合气体是常见的自发过程五、燃烧过程燃料燃烧变为燃烧产物（烟气等）只要达到燃烧条件即可自发进行结论：自然的过程是不可逆的5.2热力学第二定律的实质一、热力学第二定律的实质39
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 39 第 5 章 热力学第二定律 本章基本要求 理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理， 深刻理解熵的定义式及其物理意义。 熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了 解火用、火无 的概念。 基本知识点： 5．1 自然过程的方向性 一、磨擦过程 功可以自发转为热,但热不能自发转为功 二、传热过程 热量只能自发从高温传向低温 三、.自由膨胀过程 绝热自由膨胀为无阻膨胀,但压缩过程却不能自发进行 四、混合过程 两种气体混合为混合气体是常见的自发过程 五、燃烧过程 燃料燃烧变为燃烧产物(烟气等),只要达到燃烧条件即可自发进行 结论:自然的过程是不可逆的 5．2 热力学第二定律的实质 一、.热力学第二定律的实质
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教豪克劳修斯说法：热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其它变化开尔文说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变为机械能，而不引起其它变化的循环发动机。二、热力学第二定律各种说法的一致性反证法：（了解）5.3卡诺循环与卡诺定理意义：解决了热变功最大限度的转换效率的问题一卡诺循环：1、正循环组成：两个可逆定温过程、两个可逆绝热过程热源T热源T冷源T冷源T过程a-b：工质从热源(T1)可逆定温吸热b-c：工质可逆绝热(定)膨胀C-d：工质向冷源(T2)可逆定温放热d-a：工质可逆绝热（定熵)压缩回复到初始状态。循环热效率：Wo=1-92n,=q1q140
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 40 克劳修斯说法：热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其它变化 开尔文说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变为机械能，而不引起 其它变化的循环发动机。 二、热力学第二定律各种说法的一致性 反证法:（了解） 5.3 卡诺循环与卡诺定理 意义：解决了热变功最大限度的转换效率的问题 一.卡诺循环: 1、正循环 组成：两个可逆定温过程、两个可逆绝热过程 过程 a-b：工质从热源(T1)可逆定温吸热 b-c：工质可逆绝热(定'熵)膨胀 c-d：工质向冷源(T2)可逆定温放热 d-a：工质可逆绝热(定熵)压缩回复到初始状态。 循环热效率： 1 2 1 0 1 q q q w t = = −
内兼古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教童q,=T(s,-S)=面积abefa92=T,(s。-Sa)=面积cdfec因为(s, -Sa)=(s,-Sa)n, =1-Z得到T分析：1、热效率取决于两热源温度，T1、T2，与工质性质无关。2、由于T1≠8T2±0，因此热效率不能为13、若T1=T2，热效率为零，即单一热源，热机不能实现。逆循环：包括：绝热压缩、定温放热。定温吸热、绝热膨胀。T,致冷系数：61=2=2T, - T2Woq1-q2T.供热系数。==T-Two91-92关系：82=81。+1所以：分析：通常T2>T1-T26le >1卡诺定理：1、所有工作于同温热源、同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高。2.在同温热源与同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等5.4炳与增原理一、摘的导出41
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 41 ( ) 1 1 b a q = T s − s =面积abefa ( ) 2 2 c d q = T s − s =面积cdfec 因为 ( ) ( ) b a c d s − s = s − s 得到 1 2 1 T T t = − 分析： 1、热效率取决于两热源温度，T1、T2，与工质性质无关。 2、由于T1 , T2 0，因此热效率不能为1 3、若T1=T2，热效率为零，即单一热源，热机不能实现。 逆循环： 包括：绝热压缩、定温放热。 定温吸热、绝热膨胀。 致冷系数： 1 2 2 1 2 2 0 2 1 T T T q q q w q c − = − = = 供热系数 1 2 1 1 2 1 0 1 2 T T T q q q w q c − = − = = 关系： 2c = 1c +1 分析：通常T2>T1-T2 所以： 1c 1 卡诺定理： 1、所有工作于同温热源、同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为 最高。 2.在同温热源与同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等. 5.4 熵与熵增原理 一、熵的导出
内兼古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教童1865年克劳修斯依据卡诺循环和卡诺定理分析可逆循环，假设用许多定熔线分割该循环，并相应地配合上定温线，构成一系列微元卡诺循环。则有02=1-2n, =1-&qT0因为&2<0，有T,"T,ds=得到一新的状态参数不可逆过程焰：S2 -S2二、焰增原理：Asisol ≥ 0意义：1.可判断过程进行的方向。2.焰达最大时，系统处于平衡态。3.系统不可逆程度越大，熵增越大。4．可作为热力学第二定律的数学表达式5.4摘产与作功能力损失一、建立焰方程一般形式为：（输入焰一输出焰）+摘产=系统变或焰产=（输出熵一输入焰）+系统焰变得到：Ass= As, +Asg42
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 42 1865 年克劳修斯依据卡诺循环和卡诺定理分析可逆循环，假设用许多定熵 线分割该循环，并相应地配合上定温线，构成一系列微元卡诺循环。则有 1 2 1 2 1 1 T T q q t = − = − 因为 q2 0 ，有 0 2 2 1 1 + = T q T q 得到一新的状态参数 re T q ds ( ) = 不可逆过程熵： − 2 1 2 2 ( ) IRR T q s s 二、熵增原理： sisol 0 意义： 1．可判断过程进行的方向。 2．熵达最大时，系统处于平衡态。 3．系统不可逆程度越大，熵增越大。 4．可作为热力学第二定律的数学表达式 5．4 熵产与作功能力损失 一、建立熵方程 一般形式为：(输入熵一输出熵)+熵产=系统熵变 或熵产=(输出熵一输入熵)+系统熵变 得到： sys f g s = s + s
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教称△s，为摘流，其符号视热流方向而定，系统吸热为正，系统放热为负，绝热为零)。称△s。为焰产，其符号：不可逆过程为正，可逆过程为0。注意：焰是系统的状态参数，因此系统焰变仅取决于系统的初、终状态，与过程的性质及途径无关。然而焰流与摘产均取决于过程的特性。开口系统焰方程：(som-s,om,)+ds,+dsg=ds二、作功能力损失孤立系统边界热源T孤立系统边界热源7热源T冷源T。冷源T，作功能力损失：Asisol=T.As例题精要：例1刚性容器中贮有空气2kg，初态参数P=0.1MPa，T=293K，内装搅拌器，输入轴功率W=0.2kW，而通过容器壁向环境放热速率为O=0.1kW。求：工作1小时后孤立系统焰增。解：取刚性容器中空气为系统，由闭系能量方程：W：=Q+AU经1小时，3600W，=3600Q+mC,(T2-T)43
内蒙古科技大学能源与环境学院《工程热力学》教案 43 称 f s 为熵流，其符号视热流方向而定，系统吸热为正，系统放热为负，绝 热为零)。 称 g s 为熵产，其符号：不可逆过程为正，可逆过程为0。 注意：熵是系统的状态参数，因此系统熵变仅取决于系统的初、终状态，与 过程的性质及途径无关。然而熵流与熵产均取决于过程的特性。 开口系统熵方程： f g dscv (s1m1 − s2m2 ) +s +s = 二、作功能力损失 作功能力损失： isol g s = T s 0 例题精要： 例 1 刚性容器中贮有空气 2kg，初态参数 P1=0.1MPa，T1=293K，内装搅拌器， 输入轴功率 WS=0.2kW，而通过容器壁向环境放热速率为 Q 0.1kW . = 。求：工作 1 小时后孤立系统熵增。 解：取刚性容器中空气为系统，由闭系能量方程： W s = Q+ U . . 经 1 小时， ( ) 2 1 . . 3600W s = 3600Q+ mCv T −T