工程熱力學(xué)（52學(xué)時(shí)） 第五章 熱力學(xué)第二定律(3)

1、Ex Ex 與與AnAn火用火無(wú)5-7 系統(tǒng)的作功能力（火用）系統(tǒng)的作功能力（火用） 及熵產(chǎn)與作功能力損失及熵產(chǎn)與作功能力損失“熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律”說(shuō)明了不同形式的能量說(shuō)明了不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換，且在轉(zhuǎn)換中可以相互轉(zhuǎn)換，且在轉(zhuǎn)換中數(shù)量守恒數(shù)量守恒。 “ “熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律”進(jìn)一步指出，不同形式進(jìn)一步指出，不同形式能量的品質(zhì)是不相同的，表現(xiàn)為能量的品質(zhì)是不相同的，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)換為功的能轉(zhuǎn)換為功的能力不同力不同。 YongYong正是一個(gè)可單獨(dú)評(píng)價(jià)能量品質(zhì)的物理正是一個(gè)可單獨(dú)評(píng)價(jià)能量品質(zhì)的物理量量。在給定環(huán)境條件下，任一形式的能量中，在給定環(huán)境條件下，任一形式的能量中，理論

2、上理論上最大可能地轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉ψ畲罂赡艿剞D(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰康哪遣糠帜芰糠Q(chēng)為該能量的稱(chēng)為該能量的YongYong，或稱(chēng)為有效能、可用能。，或稱(chēng)為有效能、可用能。能量中能量中不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Σ荒苻D(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰糠Q(chēng)為的那部分能量稱(chēng)為WuWu或無(wú)效能?；驘o(wú)效能。nxAEE任何一種形式的能量任何一種形式的能量E E 都可以看成由都可以看成由YongYong（E Ex x）和）和WuWu（A An n）所組成：）所組成：nxAEEmax293110050041.4WkJmax2931100100070.7WkJ熱一律：熱一律：由由An轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為Ex不可能不可能00001QTTTExQT S

3、TTTTSQTS 0QQAnQExTSQQQExAn0001QTExQTQQTQTST0QAnTSQQQExAnQ ,T0一定，一定，T ExQT一定，一定，Q ExQ0max21TWQT220Qmax20201QTExWQTSQT max1max20011TTWQWQTT02max22011CTQWQQTTTT2Q02ExTSQ 2Q0AnTS冷量冷量Ex可理解為可理解為: TT0,肯定是對(duì)其作功才形肯定是對(duì)其作功才形成的，而這個(gè)功（就是成的，而這個(gè)功（就是Ex）就）就儲(chǔ)存在冷量里了。儲(chǔ)存在冷量里了。qqexu=?經(jīng)某可逆過(guò)程，經(jīng)某可逆過(guò)程，與與環(huán)境達(dá)到平環(huán)境達(dá)到平衡，狀態(tài)為衡，狀態(tài)為u0,

4、 s0, T0, p0, v0，過(guò)過(guò)程中放熱程中放熱 ,對(duì)外作功為對(duì)外作功為w q假定假定 通過(guò)可逆熱機(jī)作功通過(guò)可逆熱機(jī)作功 wqqq01quuwiso0100qsssT001qTss 10010wuuTssqq10010wuuTssu001exwpvvu10010010exuuTsspvvu1, s1, T1, p1, v1u010010anTsspvvmaxu1u212012012wexexuuTsspvvu10010010exuuTsspvvu110010010exuuTsspvv求：該膨脹過(guò)程對(duì)外界的最大有用功求：該膨脹過(guò)程對(duì)外界的最大有用功01110p0001001001lnlnln

5、1244/RTTpRTTcRpTpppppRTkJ kgpp maxu1u2wexex01u1001ln1244/ppexRTkJ kgppmaxu1u218kJ/kgwexex02u2002ln1226/ppexRTkJ kgpp求：該膨脹過(guò)程對(duì)外界的最大有用功求：該膨脹過(guò)程對(duì)外界的最大有用功qq流量流量1kg的工質(zhì)，初態(tài)為的工質(zhì)，初態(tài)為h1, s1, c1, z1exh=?經(jīng)穩(wěn)定經(jīng)穩(wěn)定可逆可逆流動(dòng)，與環(huán)境流動(dòng)，與環(huán)境達(dá)到平衡，狀態(tài)為達(dá)到平衡，狀態(tài)為h0, s0, c0, z0，過(guò)程中放熱為過(guò)程中放熱為 ,對(duì)外對(duì)外作功為作功為wsqqqq22010101s12qhhccg zzwiso010

6、0qsssThs10010exwhhTssmaxh1h212012wexexhhTssh10010exhhTss壓氣機(jī)壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒室t1=900p1=8.5bart2=477p2=1.03bart0=25p0=1.0barR=0.287kJ/kg.Kcp=1.10kJ/kg.K求求:exh1, exh2燃?xì)廨啓C(jī)最大功燃?xì)廨啓C(jī)最大功maxh1h2499.2kJ/kgwexexh110010exhhTss11p100p00lnln696.4kJ/kgTpcTTTcRTph220020exhhTss22p200p00lnln197.2kJ/kgTpcTTTcRTp可逆功可逆功ex

7、ExEx有效的輸出輸入的ExEx進(jìn)出熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)Ex效率效率Ex平衡平衡動(dòng)力裝置動(dòng)力裝置exinoutWExExnett1WQnet耗功裝置耗功裝置outinexExExW換熱設(shè)備換熱設(shè)備exExEx冷流體得到的熱流體放出的加熱加熱Ex. balance、 Ex. efficiency、 Ex. destroyedEx1Ex212sExExWI 21sQHHW1201221()()IHHT SSHHQ012()T SSQ Q0210()QTSST0isoTS12()mhh熱43()mhh冷h1h3h2h4Im exm exm exm ex熱冷熱冷h1h2h3h4()()mexexmexex

8、熱冷021043()()T SST SSm熱熱1234m冷冷1201234034()()mhhT ssmhhT ss熱冷0isoTSmaxh1h21201212()wexexhhT sshhTsT0122h1h212012()exexhhT sswEx損失損失max22wwhh歸納： Ex損失即作功能力損失. 均可以T0Sg（=T0Siso）計(jì)算。 剛性容器內(nèi)貯有剛性容器內(nèi)貯有4kg4kg空氣，現(xiàn)分別采空氣，現(xiàn)分別采用有溫度為用有溫度為200200o oC C的熱源來(lái)供熱的方法以及在絕的熱源來(lái)供熱的方法以及在絕熱條件下輸入功量的方法，使空氣的溫度從熱條件下輸入功量的方法，使空氣的溫度從5050

9、o oC C升高到升高到100100o oC C。(1)(1)空氣的熱力學(xué)能、熵在兩種條空氣的熱力學(xué)能、熵在兩種條件下的變化？件下的變化？(2)(2)所需的熱量和功量？所需的熱量和功量？(3)(3)如果環(huán)如果環(huán)境溫度為境溫度為2525o oC C，比較這兩種方法，比較這兩種方法 yongyong變化的大變化的大小小m=4kgm=4kgT1T2Q1T1T2W2Th=473KT0=298K 初、終狀態(tài)之間的狀態(tài)參數(shù)變化量和初、終狀態(tài)之間的狀態(tài)參數(shù)變化量和過(guò)程的性質(zhì)和途徑?jīng)]有關(guān)系。過(guò)程的性質(zhì)和途徑?jīng)]有關(guān)系。12TTmcTmcUvvKJ2 04 初、終狀態(tài)之間的狀態(tài)參數(shù)變化

10、初、終狀態(tài)之間的狀態(tài)參數(shù)變化量和過(guò)程的性質(zhì)和途徑?jīng)]有關(guān)系。量和過(guò)程的性質(zhì)和途徑?jīng)]有關(guān)系。12lnTTmcSvKKJ412. 0323373ln716. 04 熱力學(xué)第一定律，第一種情況熱力學(xué)第一定律，第一種情況KJTmcUQv2 .1431 熱力學(xué)第一定律，第二種情況熱力學(xué)第一定律，第二種情況KJUW2 .1432 計(jì)算Yong損,先利用熵方程求出熵產(chǎn)，然后再乘以環(huán)境溫度T0，方式一pinMwQtotSSSSSKKJTQSh109. 04732 .143412. 0KJSTItot56.32109. 02980 計(jì)算計(jì)算yongyong損損, ,先利用熵方程求出熵產(chǎn)，先利用熵方程求出熵產(chǎn)，然后

11、再乘以環(huán)境溫度然后再乘以環(huán)境溫度T T0 0，方式二，方式二pinMwQtotSSSSSKJSTIpin78.122412. 02980 兩物體質(zhì)量相等、比熱容相同（都為常數(shù)），其中A物體初溫為T(mén)A，B物體初溫為T(mén)B。用它們作熱源和冷源，使可逆熱機(jī)在其同工作，直至兩物體溫度相等時(shí)為止。（1）試證明平衡時(shí)的溫度為（2）求可逆熱機(jī)作出的總功量；（3）如果兩物體直接接觸進(jìn)行熱交換，直至溫度相等，求此時(shí)的平衡溫度及兩物體的總熵增。BAmTTT 取A、B物體及熱機(jī)共同組成孤立系統(tǒng)BAmBAmTTTTBAisoRRBAisoTTTTTTTdTmcTdTmcSSSSSSSSmBmA0ln0002熱機(jī)為可逆熱

12、機(jī)時(shí)，其做功量最大BmmATTmcTTmcQQW21maxQ1為物體A在該過(guò)程中釋放的熱量Q2為物體B在該過(guò)程中吸收的熱量平衡溫度由能量平衡方程式求得2/BAmBmmATTTTTmcTTmc兩物體組成系統(tǒng)的熵變化量為BABATTTTBATTTTmcSTdTmcTdTmcSSSmBmA4ln2/ 兩個(gè)容器通過(guò)閥門(mén)可以連通。初態(tài)時(shí)，在兩個(gè)容器通過(guò)閥門(mén)可以連通。初態(tài)時(shí)，在容積為容積為3m3m3 3的容器的容器A A中，空氣的壓力為中，空氣的壓力為0.8MPa0.8MPa，溫，溫度為度為1717o oC C。容積為。容積為1m1m3 3的容器的容器B B則為真空。閥門(mén)打開(kāi)則為真空。閥門(mén)打開(kāi)后，空氣由后，空氣由A A流入流入B B，當(dāng)兩個(gè)容器內(nèi)壓力相等時(shí)關(guān)，當(dāng)兩個(gè)容器內(nèi)壓力相等時(shí)關(guān)閉閥門(mén)。若整個(gè)過(guò)程中兩個(gè)容器均為絕熱，計(jì)算閉閥門(mén)。若整個(gè)過(guò)程中兩個(gè)容器均為絕熱，計(jì)算連通過(guò)程中的熵產(chǎn)？連通過(guò)程中的熵產(chǎn)？ 從整體考慮：和外界無(wú)熱量、功量交換從整體考慮：和外界無(wú)熱量、功量交換 內(nèi)能變化為內(nèi)能變化為0 01112222221221220AAABABBAAABvBAAvATmTmmTmTmTTcmTTcmTmRpVg11222112222AABAAABBAAVpVVpVpVpVp 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程KgRTVpmAAA83.28290287. 0380011MPapVVVpABAA