沈維道-工程熱力學(xué)配套多媒體-第5章熱力學(xué)第二定律ppt課件

1、1第五章第五章 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律The second law of thermodynamics5-1 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律5-2 卡諾循環(huán)和卡諾定理卡諾循環(huán)和卡諾定理53 熵和熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式熵和熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式54 熵方程與孤立系統(tǒng)熵增原理熵方程與孤立系統(tǒng)熵增原理5-5 系統(tǒng)的作功能力火用及熵產(chǎn)與作功能力損失系統(tǒng)的作功能力火用及熵產(chǎn)與作功能力損失5-6 火用平衡方程及火用損失火用平衡方程及火用損失251 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律一、自發(fā)過(guò)程的方向性一、自發(fā)過(guò)程的方向性只要只要Q不大于不大于Q，并不違反第一定律，并不違反第一定律QQ?3重物下落，水

2、溫升高重物下落，水溫升高;水溫下降，重物升高？水溫下降，重物升高？只要重物位能增加小于等于水降內(nèi)能只要重物位能增加小于等于水降內(nèi)能減少，不違反第一定律。減少，不違反第一定律。電流通過(guò)電阻，產(chǎn)生熱量電流通過(guò)電阻，產(chǎn)生熱量對(duì)電阻加熱，電阻內(nèi)產(chǎn)生反向?qū)﹄娮杓訜?，電阻?nèi)產(chǎn)生反向電流？電流？只要電能不大于加入熱能，不只要電能不大于加入熱能，不違反第一定律。違反第一定律。4歸納：歸納：1自發(fā)過(guò)程有方向性；自發(fā)過(guò)程有方向性； 2自發(fā)過(guò)程的反方向過(guò)程并非不可進(jìn)行，而是自發(fā)過(guò)程的反方向過(guò)程并非不可進(jìn)行，而是 要有附加條件；要有附加條件； 3并非所有不違反第一定律的過(guò)程均可進(jìn)行。并非所有不違反第一定律的過(guò)程均可進(jìn)

3、行。能量轉(zhuǎn)換方向性的能量轉(zhuǎn)換方向性的實(shí)質(zhì)是能質(zhì)有差異實(shí)質(zhì)是能質(zhì)有差異無(wú)限可轉(zhuǎn)換能無(wú)限可轉(zhuǎn)換能機(jī)械能，電能機(jī)械能，電能部分可轉(zhuǎn)換能部分可轉(zhuǎn)換能熱能熱能0TT 不可轉(zhuǎn)換能不可轉(zhuǎn)換能環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能5 能質(zhì)降低的過(guò)程可自發(fā)進(jìn)行，反之需一定條件能質(zhì)降低的過(guò)程可自發(fā)進(jìn)行，反之需一定條件補(bǔ)償過(guò)補(bǔ)償過(guò)程，其總效果是總體能質(zhì)降低。程，其總效果是總體能質(zhì)降低。12netqqw代價(jià)代價(jià)12TT 2q21TT 2qnet12wqq代價(jià)代價(jià)7二、第二定律的兩種典型表述二、第二定律的兩種典型表述1.克勞修斯敘述克勞修斯敘述熱量不可能自發(fā)地不花代價(jià)地從低溫?zé)崃坎豢赡茏园l(fā)地不花代價(jià)地從低溫 物體傳向高溫

4、物體。物體傳向高溫物體。2.開(kāi)爾文開(kāi)爾文-普朗克敘述普朗克敘述不可能制造循環(huán)熱機(jī)，只從一不可能制造循環(huán)熱機(jī)，只從一 個(gè)熱源吸熱，將之全部轉(zhuǎn)化為功，而個(gè)熱源吸熱，將之全部轉(zhuǎn)化為功，而 不在外界留下任何影響。不在外界留下任何影響。3.第二定律各種表述的等效性第二定律各種表述的等效性T1 失去失去Q1 Q2T2 無(wú)得失無(wú)得失熱機(jī)凈輸出功熱機(jī)凈輸出功Wnet= Q1 Q28理想氣體可逆等溫膨脹理想氣體可逆等溫膨脹TtQWW環(huán)境一個(gè)熱源環(huán)境一個(gè)熱源? ?吸收熱量全部轉(zhuǎn)變成功吸收熱量全部轉(zhuǎn)變成功? ?例例例例A344155證明證明1 1、違反開(kāi)表述導(dǎo)致違反克表述、違反開(kāi)表述導(dǎo)致違反克表述 Q1 = WA

5、+ Q2反證法：假定違反開(kāi)表述反證法：假定違反開(kāi)表述 熱機(jī)熱機(jī)A從單熱源吸熱全部作功從單熱源吸熱全部作功Q1 = WA 用熱機(jī)用熱機(jī)A帶動(dòng)可逆制冷機(jī)帶動(dòng)可逆制冷機(jī)B 取絕對(duì)值取絕對(duì)值 Q1 -Q2= WA = Q1 Q1 -Q1 = Q2 違反克表述 T1 熱源AB冷源冷源 T2 T1 Q2Q1WAQ1證明證明2 2、違反克表述導(dǎo)致違反開(kāi)表述、違反克表述導(dǎo)致違反開(kāi)表述 WA = Q1 - Q2反證法：假定違反克表述反證法：假定違反克表述 Q2熱量無(wú)償從冷源送到熱源熱量無(wú)償從冷源送到熱源假定熱機(jī)假定熱機(jī)A從熱源吸熱從熱源吸熱Q1 冷源無(wú)變化 從熱源吸收Q1-Q2全變成功WA 違反開(kāi)表述 T1 熱

6、源A冷源冷源 T2 100不可能t =100不可能1352 卡諾循環(huán)和卡諾定理卡諾循環(huán)和卡諾定理一、卡諾循環(huán)及其熱效率一、卡諾循環(huán)及其熱效率 1. 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)21絕熱壓縮是兩個(gè)熱源的可逆循環(huán)是兩個(gè)熱源的可逆循環(huán)32等溫吸熱43絕熱膨脹14等溫放熱142. 卡諾循環(huán)熱效率卡諾循環(huán)熱效率nett1wqnet1 22 33 44 1wwwww1g 121 2111R Tpwp?32 3g22lnvwR Tv1524 1L14qqqTss放HL23LcH23H1TTsTTsT 12 3H32qqqTss 吸net12qqqHL23netTTsw16討論：討論：cHL,f T T2）LH0,TT

7、3）LHc,0TT若第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。 4實(shí)際循環(huán)不可能實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)，緣由： a一切過(guò)程不可逆； b氣體實(shí)施等溫吸熱，等溫放熱困難； c氣體卡諾循環(huán)wnet太小，若考慮摩擦， 輸出凈功極微。 5卡諾循環(huán)指明了一切熱機(jī)提高熱卡諾循環(huán)指明了一切熱機(jī)提高熱 效率的方向。效率的方向。LcH1TT 1）cnet1wqHL,TTc1即即循環(huán)凈功小于吸熱量，必有放熱循環(huán)凈功小于吸熱量，必有放熱q2?？ㄖZ熱機(jī)只有理論意義，最高理想卡諾熱機(jī)只有理論意義，最高理想實(shí)際上實(shí)際上 T s 很難實(shí)現(xiàn)很難實(shí)現(xiàn) 回?zé)峄責(zé)醫(yī) 可達(dá)可達(dá)50%18二、逆向卡諾循環(huán)二、逆向卡諾循環(huán) 制冷系數(shù)：制冷系數(shù)

8、：cccnet0cqqwqqc23c0c230cTsTTTsTT1c可大于，小于，或等于TcT-Tc c19供暖系數(shù)：供暖系數(shù)：11cnet12qqwqqR41RR041R0TsTTTsTTc1TRTR-T0 c20三、概括性卡諾循環(huán)三、概括性卡諾循環(huán) 1. 回?zé)岷蜆O限回?zé)峄責(zé)岷蜆O限回?zé)?2L1212qmnTs面積net122t1111wqqqqqq 2. 概括性卡諾循環(huán)及其熱效率概括性卡諾循環(huán)及其熱效率1H34343qopTs面積L12LH34H11TsTTsT c21四、多熱源可逆循環(huán)四、多熱源可逆循環(huán) 1. 平均吸放熱溫度平均吸放熱溫度2m211dqT sTss留意：留意：1Tm 僅在可

9、逆過(guò)程中有意義僅在可逆過(guò)程中有意義12m2TTT2. 多熱源可逆循環(huán)多熱源可逆循環(huán)2t11 21111 21qB mnqA mn 面積面積21m21dT sTssmLLmHH111TTqrmnqopmnoTT 面積面積2)22五、卡諾定理五、卡諾定理 定理定理1：在相同溫度的高溫?zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)幔涸谙嗤瑴囟鹊母邷責(zé)嵩春拖嗤牡蜏責(zé)嵩丛?之間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都之間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相相 等，與可逆循環(huán)的種類無(wú)關(guān)，與采用哪等，與可逆循環(huán)的種類無(wú)關(guān)，與采用哪種種 工質(zhì)也無(wú)關(guān)。工質(zhì)也無(wú)關(guān)。 定理定理2：在同為溫度：在同為溫度T1的熱源和同為溫度的熱源和同為溫度T2的冷的冷源源

10、 間工作的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必間工作的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小小 于可逆循環(huán)熱效率。于可逆循環(huán)熱效率。 理論意義：理論意義： 1提高熱機(jī)效率的途徑：可逆、提高提高熱機(jī)效率的途徑：可逆、提高T1，降，降低低T2； 2提高熱機(jī)效率的極限。提高熱機(jī)效率的極限。例例A44015523循環(huán)熱效率歸納：循環(huán)熱效率歸納：net2t111wqqq mm1TT 放吸LH1TT 討論：熱效率討論：熱效率適用于一切工質(zhì)，任意循環(huán)適用于一切工質(zhì)，任意循環(huán)適用于多熱源可逆循環(huán)，任意工質(zhì)適用于多熱源可逆循環(huán)，任意工質(zhì)適用于卡諾循環(huán)，概括性卡諾循環(huán)適用于卡諾循環(huán)，概括性卡諾循環(huán),任意工質(zhì)任意工質(zhì)2453 熵和熱力

11、學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式熵和熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式一、熵是狀態(tài)參數(shù)一、熵是狀態(tài)參數(shù) 證明：任意可逆過(guò)程可用一組證明：任意可逆過(guò)程可用一組 初、終態(tài)相同的由可初、終態(tài)相同的由可逆逆 絕熱及等溫過(guò)程組成絕熱及等溫過(guò)程組成的的 過(guò)程替代。過(guò)程替代。如圖，如圖，1-2可用可用1-a，a-b-c及及c-2代替。代替。需證明：需證明： 1-a及及1-a-b-c-2的功和熱量的功和熱量分別相等。分別相等。BDFAwa1DECw21GECABwcaGFwc2令面積令面積251212a caa ccwwww 1212acuu )()(GFGECABAFECFDFECB21wECD12121 212a cquw

12、q 1212aca cuw 又又所以所以262. 熵參數(shù)的導(dǎo)出熵參數(shù)的導(dǎo)出L,2t,H,111iiiiiTqTq 12H,L,0iiiiqqTT令分割循環(huán)的可逆絕熱線令分割循環(huán)的可逆絕熱線無(wú)窮大，且任意兩線間距離無(wú)窮大，且任意兩線間距離0 那么那么21L,H,iiiiqqTT,0ir iqT0rTq27r00qqTTdRqsT 討論：討論： 1因證明中僅利用卡諾循環(huán)，故與工質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)；因證明中僅利用卡諾循環(huán)，故與工質(zhì)性質(zhì)無(wú)關(guān)； 2因因s是狀態(tài)參數(shù)，故是狀態(tài)參數(shù)，故s12=s2-s1與過(guò)程無(wú)關(guān)；與過(guò)程無(wú)關(guān)； r0qT克勞修斯積分等式，克勞修斯積分等式， （Tr熱源溫度）熱源溫度）s是狀態(tài)參數(shù)令令

13、3）28二、克勞修斯積分不等式二、克勞修斯積分不等式用一組等熵線分割循環(huán)用一組等熵線分割循環(huán)可逆小循環(huán)可逆小循環(huán)不可逆小循環(huán)不可逆小循環(huán)可逆小循環(huán)部分：可逆小循環(huán)部分：r0qT不可逆小循環(huán)部分：不可逆小循環(huán)部分：2,L,1,H,11iiiiqTqT 2,L,1,2,1,H,H,L,0iiiiiiiiqTqqqTTTr0qT 29可逆部分可逆部分+不可逆部分不可逆部分r0qT可逆可逆 “=”不可逆不可逆“s2可逆達(dá)可逆達(dá)終態(tài)），如：終態(tài)），如：22gg11lnlnln2VTvscRRTv gln2sR 0sTqq=03)2211rqssT并不意味著并不意味著IRRss,12,12由于：由于：33

14、3由克氏不等式由克氏不等式1 22 1rr0ABIRRqqTT與第二定律表達(dá)式相反??？與第二定律表達(dá)式相反?。? 12 1rr0ABIRRqqTT2 12 1rrBARIRqqTT122 1rAIRqssT34四、不可逆過(guò)程熵差計(jì)算四、不可逆過(guò)程熵差計(jì)算421432132121ssssssBA 即設(shè)計(jì)一組或一個(gè)初、終態(tài)與不可逆過(guò)程相同的可逆過(guò)程，計(jì)算該組可逆過(guò)程的熵差即可。3554 熵方程與孤立系統(tǒng)熵增原理熵方程與孤立系統(tǒng)熵增原理一、熵方程一、熵方程1. 熵流和熵產(chǎn)熵流和熵產(chǎn)rdqsT其中其中2f1rqsT吸熱吸熱 “+”放熱放熱 “”系統(tǒng)與外界系統(tǒng)與外界換熱造成系換熱造成系統(tǒng)熵的變化。統(tǒng)熵的

15、變化。grdqssTfgssfgsss （熱熵流（熱熵流36sg熵產(chǎn)，非負(fù)熵產(chǎn)，非負(fù)不可逆不可逆 “+”可逆可逆 “0”系統(tǒng)進(jìn)行不可逆過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行不可逆過(guò)程造成系統(tǒng)熵的增加造成系統(tǒng)熵的增加例：例：若若TA = TB，可逆，取，可逆，取A為系統(tǒng)為系統(tǒng)21AAARQQSTT 22f11rBBAQQQQSTTTT g0S 37取取B為系統(tǒng)為系統(tǒng)21BBBRQQSTT若若TATB，不可逆，取，不可逆，取A為系統(tǒng)為系統(tǒng)21AAARQQSTT 22f11rAABQQQQSTTTTg0S 22f11rBBQQQSTTT gf110ABBAQQSSSQTTTT 38 所以，單純傳熱，若可逆，系統(tǒng)熵變等于熵流；

16、若不可逆系統(tǒng)熵變大于熵流，差額部分由不可逆熵產(chǎn)提供。 2. 熵方程熵方程 考慮系統(tǒng)與外界發(fā)生質(zhì)量交換，系統(tǒng)熵變除熱）考慮系統(tǒng)與外界發(fā)生質(zhì)量交換，系統(tǒng)熵變除熱）熵流，熵產(chǎn)外，還應(yīng)有質(zhì)量遷移引起的質(zhì)熵流，所以熵流，熵產(chǎn)外，還應(yīng)有質(zhì)量遷移引起的質(zhì)熵流，所以熵方程應(yīng)為：熵方程應(yīng)為： 流入系統(tǒng)熵流入系統(tǒng)熵-流出系統(tǒng)熵流出系統(tǒng)熵+熵產(chǎn)熵產(chǎn)=系統(tǒng)熵增系統(tǒng)熵增其中其中流入流入流出流出熱遷移熱遷移質(zhì)遷移質(zhì)遷移造成的造成的熱熱質(zhì)質(zhì)熵流熵流例例A4221441例例A4412553例例A44226539r,li ilQm sTgr,dli ijjlQmsm sSSTjjm sgSf ,g()iijjlSsmsmSSi

17、 im sjjm srllQTWdS流入流入流出流出熵產(chǎn)熵產(chǎn)熵增熵增40 熵方程核心：熵方程核心： 熵可隨熱量和質(zhì)量遷移而轉(zhuǎn)移；可在不可逆過(guò)程中自熵可隨熱量和質(zhì)量遷移而轉(zhuǎn)移；可在不可逆過(guò)程中自發(fā)產(chǎn)生。由于一切實(shí)際過(guò)程不可逆，所以熵在能量轉(zhuǎn)移發(fā)產(chǎn)生。由于一切實(shí)際過(guò)程不可逆，所以熵在能量轉(zhuǎn)移過(guò)程中自發(fā)產(chǎn)生熵產(chǎn)），因此熵是不守恒的，熵產(chǎn)是過(guò)程中自發(fā)產(chǎn)生熵產(chǎn)），因此熵是不守恒的，熵產(chǎn)是熵方程的核心。熵方程的核心。閉口系熵方程：閉口系熵方程：fg00ijmmsss 閉口絕熱系：閉口絕熱系：g00qss 可逆可逆“=”不可逆不可逆“”f ,g( )iijjlSs msmSS閉口系：閉口系：41絕熱穩(wěn)流開(kāi)系

18、：絕熱穩(wěn)流開(kāi)系：f21g00ssssCV2100Sss12CVd0mmmS穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系熵方程僅考慮一股流出，一股流進(jìn)）穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系熵方程僅考慮一股流出，一股流進(jìn)）穩(wěn)流開(kāi)系：穩(wěn)流開(kāi)系：矛盾矛盾?12fg0ssmSS21fgssssf,g( )iijjlSs ms mSS 例例A140155例例A44427742二、孤立系統(tǒng)熵增原理二、孤立系統(tǒng)熵增原理 由熵方程由熵方程fgiijjSs ms mSS因?yàn)槭枪铝⑾狄驗(yàn)槭枪铝⑾礷0000ijlmmQSisogd0SS可逆取可逆取 “=”不可逆取不可逆取“” 孤立系統(tǒng)熵增原理：孤立系統(tǒng)熵增原理： 孤立系內(nèi)一切過(guò)程均使孤立系統(tǒng)熵增加，其極限孤立系內(nèi)一切

19、過(guò)程均使孤立系統(tǒng)熵增加，其極限一切過(guò)程均可逆時(shí)系統(tǒng)熵保持不變。一切過(guò)程均可逆時(shí)系統(tǒng)熵保持不變。43 3一切實(shí)際過(guò)程都不可逆，所以可根據(jù)熵增原理判 別過(guò)程進(jìn)行的方向；討論：討論： 1孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)熵增原理Siso=Sg 0，可作為第二定律，可作為第二定律 的又一數(shù)學(xué)表達(dá)式，而且是更基本的一種表達(dá)式；的又一數(shù)學(xué)表達(dá)式，而且是更基本的一種表達(dá)式； 2孤立系統(tǒng)的熵增原理可推廣到閉口絕熱系；孤立系統(tǒng)的熵增原理可推廣到閉口絕熱系；4孤立系統(tǒng)中一切過(guò)程均不改變其總內(nèi)部?jī)?chǔ)能，即孤立系統(tǒng)中一切過(guò)程均不改變其總內(nèi)部?jī)?chǔ)能，即 任意過(guò)程中能量守恒。但各種不可逆過(guò)程均可任意過(guò)程中能量守恒。但各種不可逆過(guò)程均可

20、 造成機(jī)械能損失，而任何不可逆過(guò)程均是造成機(jī)械能損失，而任何不可逆過(guò)程均是Siso0， 所以熵可反映某種物質(zhì)的共同屬性。例所以熵可反映某種物質(zhì)的共同屬性。例44nTqsq11熱熱源：失12isoHL12HL00qqsTTqqTT R “=”IR “”1,net,net,qt Rt IRRIRww 同樣不可逆使孤立系熵增大造成后果是機(jī)械能功減少不可逆使孤立系熵增大造成后果是機(jī)械能功減少a) 熱能熱能機(jī)械能機(jī)械能LTqsq22冷冷源：得net0ws 熱機(jī)：輸出45 熱量高溫低溫b)AATqsqA失:iso110BAsqTTR “=” IR “” 若不可逆，TATB,，以A為熱源B為冷源，利用熱機(jī)可

21、使一部分熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，所以孤立系熵增大這里也意味著機(jī)械能損失。BBTqsqB得:46 c) 機(jī)械功或電能轉(zhuǎn)化為熱能機(jī)械功或電能轉(zhuǎn)化為熱能輸入輸入WsQ（=Ws），氣體由），氣體由T1 上升到上升到T2，v1=v2。工質(zhì)熵變工質(zhì)熵變2211ln0VRTQSmcTT工質(zhì)外界外界 S外外=0 由于熱能不可能由于熱能不可能100%轉(zhuǎn)變成機(jī)械能而不留任何影響，故轉(zhuǎn)變成機(jī)械能而不留任何影響，故這里這里Siso0還是意味機(jī)械能損失。還是意味機(jī)械能損失。iso0SSSS 外工質(zhì)工質(zhì)47d) 有壓差的膨脹如自由膨脹）有壓差的膨脹如自由膨脹）2g1ln0vsRv iso0ss 2g01lnvQR Tviso0

22、s孤立系熵增意味機(jī)械能損失孤立系熵增意味機(jī)械能損失0外界s0W12lnvvRsg120lnvvRTQsg外界QW 例例A340133例例A4402334855 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 系統(tǒng)與外界有不平衡存在，即具備作功能力，作功能系統(tǒng)與外界有不平衡存在，即具備作功能力，作功能力也可稱為有效能，可用能等。力也可稱為有效能，可用能等。一一. 熱源熱量的可用能熱源熱量的可用能因因T0基本恒定，故基本恒定，故quns1201un1a10012mhmhTqqqqqTTsTTa1012qqTs熱源傳出的熱量中理論上可轉(zhuǎn)化為最大有用功的熱量。熱源傳

23、出的熱量中理論上可轉(zhuǎn)化為最大有用功的熱量。0a1mh1TqqT49討論：討論： 1qa是環(huán)境條件下熱源傳出熱量中可轉(zhuǎn)化為功的最高是環(huán)境條件下熱源傳出熱量中可轉(zhuǎn)化為功的最高 分額份額，稱為熱量火用分額份額，稱為熱量火用 ； 2qun是理想狀況下熱量中仍不能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠郑鞘抢硐霠顩r下熱量中仍不能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠?，?熱能的一種屬性，環(huán)境條件和熱源確定后不能消除熱能的一種屬性，環(huán)境條件和熱源確定后不能消除 減少，稱為熱量火用減少，稱為熱量火用 ； 3與環(huán)境有溫差的熱源傳出的熱量具備作功能力，但與環(huán)境有溫差的熱源傳出的熱量具備作功能力，但 循環(huán)中排向低溫?zé)嵩吹臒崃课幢厥菑U熱，而環(huán)境介循環(huán)中排向低溫?zé)?/p>

24、源的熱量未必是廢熱，而環(huán)境介 質(zhì)中的內(nèi)熱能全部是廢熱。質(zhì)中的內(nèi)熱能全部是廢熱。 4qa與熱源放熱過(guò)程特征有關(guān)，因此與熱源放熱過(guò)程特征有關(guān)，因此qa從嚴(yán)格意義上從嚴(yán)格意義上 講不是狀態(tài)參數(shù)。講不是狀態(tài)參數(shù)。50 二、冷量的作功能力二、冷量的作功能力 冷量冷量低于環(huán)境溫度傳遞的熱量。低于環(huán)境溫度傳遞的熱量。 01aTqqT01 acTqqT2011 acTqqT01caTqqT201ccqTqTcaqsTq120整理整理51討論：討論： 1熱量的可用能和冷量的可用能計(jì)算式差一負(fù)號(hào)。熱量的可用能和冷量的可用能計(jì)算式差一負(fù)號(hào)。 2物體吸熱，熱量中可用能使物體作功能力增大；物體吸熱，熱量中可用能使物體作

25、功能力增大； 但物體吸冷，使物體的作功能力下降，即但物體吸冷，使物體的作功能力下降，即 “熱流與熱量可用能同向；冷量與可用能反向。熱流與熱量可用能同向；冷量與可用能反向?！?3熱冷量可用能與熱冷量可用能與T的關(guān)系。的關(guān)系。1201sTqqacaqsTq120熱量可用能冷量可用能52x,12341112561QEQ面積面積cx,c12341, , 112651QEQ 面積面積53 三、定質(zhì)量物系的作功能力三、定質(zhì)量物系的作功能力 工質(zhì)的作功能力工質(zhì)的作功能力工質(zhì)因其狀態(tài)不同于環(huán)境而具工質(zhì)因其狀態(tài)不同于環(huán)境而具備的作功備的作功才干。通常是指系統(tǒng)只與環(huán)境交換熱量可逆過(guò)渡到與環(huán)才干。通常是指系統(tǒng)只與環(huán)

26、境交換熱量可逆過(guò)渡到與環(huán)境平衡狀境平衡狀態(tài)作出的最大理論有用功。態(tài)作出的最大理論有用功。54氣體從初態(tài)氣體從初態(tài)p，T）（p0，T0）據(jù)據(jù)u,10dddquwwquwqupv 微卡諾機(jī)微卡諾機(jī)0net01TqwqTqTTuu,1netwww00ddqqupvTqT00ddduT spv u,max00000wuuTsspvv55討論：討論： 1相對(duì)于相對(duì)于p0，T0， wu,max是狀態(tài)參數(shù)，稱之為是狀態(tài)參數(shù)，稱之為 熱力學(xué)能熱力學(xué)能 火用火用，用，用Ex,Uex,U表示。表示。 2從狀態(tài)從狀態(tài)1狀態(tài)狀態(tài)2，閉口系的最大有用功。，閉口系的最大有用功。12u,max,1 2x,x,1201201

27、2UUweeuuTsspvv3pp0,TT0時(shí)物系的作功能力時(shí)物系的作功能力4因?yàn)槭亲畲笥杏霉Γ砸驗(yàn)槭亲畲笥杏霉?，所?必須一切過(guò)程可逆；最終必須一切過(guò)程可逆；最終 向環(huán)境排熱。向環(huán)境排熱。 如：真空系統(tǒng)作功能力如：真空系統(tǒng)作功能力= p0V56四、穩(wěn)流工質(zhì)的作功能力四、穩(wěn)流工質(zhì)的作功能力tqhw u,maxc01001swwwqhhqTssu,max10012whhTss01swqhqhh 0cc,net1iTwwqT0000111iTqq T ssT 572從狀態(tài)從狀態(tài)12，穩(wěn)流工質(zhì)可作出的最大有用功，穩(wěn)流工質(zhì)可作出的最大有用功12u,max,1 2x,x,12021HHweehhTs

28、s3若考慮動(dòng)能，則稱之為物流火用若考慮動(dòng)能，則稱之為物流火用，用，用Exex表示表示2u,maxx10010f112wehhTssc討論：討論： 1對(duì)于對(duì)于 p0 、T0，wu,max僅取決于狀態(tài)，稱之僅取決于狀態(tài)，稱之為焓火用為焓火用，用，用Ex,Hex,H表示。表示。584焓火用焓火用在在T-s圖上表示圖上表示x,10010HehhTss,100111p fqTssaomnf 面積59* 5焓火用焓火用在在h-s圖上表示圖上表示dddqT shv p000,tgp ThTsdddhT sv pphTs001tgbaobTss0100111ssThhbaba60注：點(diǎn)在點(diǎn)注：點(diǎn)在點(diǎn)1左側(cè)同樣

29、左側(cè)同樣61五、熵產(chǎn)與系統(tǒng)作功能力火用五、熵產(chǎn)與系統(tǒng)作功能力火用 ）損失）損失 1.兩個(gè)特例兩個(gè)特例據(jù)熱力學(xué)第一定律：面積據(jù)熱力學(xué)第一定律：面積1211091 =面積面積348103qAa=面積面積16721qAun=面積面積691076=T0(s1s2)qBa=面積面積45734qBun=面積面積581075=T0(s4s3) BunBAunABaAaqqqqqqI21340ssTqqAunBun0iso0 gTsT s62循環(huán)循環(huán)123 41比循環(huán)比循環(huán)12341少輸出的凈少輸出的凈功即為不可逆絕熱功即為不可逆絕熱膨脹過(guò)程膨脹過(guò)程2-3呵斥呵斥的作功能力損失。的作功能力損失。0230iso

30、0 gITsTsT s632.閉口系作功能力火用閉口系作功能力火用 ）損失）損失可逆微元過(guò)程中可逆微元過(guò)程中,max00ddduwup vT s 不可逆微元過(guò)程中不可逆微元過(guò)程中0dduwqupv,maxuuIww0dT sq00dqTsT0f0gdTssT s0 gIT s643.穩(wěn)流開(kāi)系作功能力火用穩(wěn)流開(kāi)系作功能力火用 ）損失）損失u,max0ddwhT s 微元不可逆過(guò)程：微元不可逆過(guò)程：utdwqhqhw u,maxuIww0 gIT s歸納：歸納：0g0isoIT STS微元可逆過(guò)程：微元可逆過(guò)程：000ddqT sqTsT0f0gdTssT s65留意：留意：losIW可逆等溫可逆等溫2g 11lnvwR Tv不可逆絕熱不可逆絕熱2gg10lnwvssRv 20g1lnvIT RvloswwwI例例A4402551 例例A4402552例例A9442776656 火用火用平衡方程及火用平衡方程及火用損失損失一、火用一、火用概念推廣概念推廣 機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械火用機(jī)械火用 用用Ex,wex,w表示表示 熱冷量的可用能熱冷量的可用能熱量火用熱