【正文】 d SQ R??? V d PW SR23 二 .熱功轉(zhuǎn)換與熱量傳遞的方向和限度 ? 高溫 低溫 自發(fā) 非自發(fā) 限度： Δt=0 ? 功 熱 100%非自發(fā) 100%自發(fā) 熱功轉(zhuǎn)化的限度要由卡諾循環(huán)的熱機效率來解決 24 —— 卡諾循環(huán) 卡諾循環(huán)： ? 熱機 ? 高溫熱源（恒 TH） ? 低溫熱源（恒 TL） 工質(zhì)從高溫熱源 TH吸收熱量，部分轉(zhuǎn)化為功，其余排至低溫熱源 TL。 TH TL QH QL WC 圖形 25 卡諾循環(huán)由四個過程組成。 ?可逆等溫膨脹 ?可逆絕熱膨脹 ?可逆等溫壓縮 ?可逆絕熱壓縮 T S P V 1 1 2 3 4 2 3 4 QH QH QL Wc Wc QL 26 工質(zhì)吸熱溫度大于工質(zhì)排熱溫度，產(chǎn)功過程 正卡諾循環(huán)的結(jié)果是熱部分地轉(zhuǎn)化為功，用熱效率來評價循環(huán)的經(jīng)濟性 熱效率 : 熱量輸入移走凈功???HSQW?熱效率的物理意義： 工質(zhì)從高溫熱源吸收的熱量轉(zhuǎn)化為凈功的比率。 正卡諾循環(huán)： 27 ∵ Δ H 為狀態(tài)函數(shù) ， 工質(zhì)通過一個循環(huán) SWQH ???據(jù)熱力學第一定律 : ∴ Δ H = 0 Q =QH+QL CS WW ?LHC W ???HLHHCC W ?????∴ 又 ∵ )( 12 SSTQ HH ??)()()( 122134 SSTSSTSSTQ LLLL ???????HLHLHHLHC TTTTTSSTSSTSST ????????? 1)()()(121212?由卡諾循環(huán)知 (525) T QH S 1 2 3 4 QL Wc 28 注意以下幾點： 1?? 1?? 1???? ??HT若使 或 TL=0 實際當中是不可能 (1) (2) η=f(TH?TC) , 若使 η↗ ， 則 TH ↗,T L↘ 工程上采用高溫高壓，提高吸熱溫度 TH ， 但又受到材質(zhì)影響 . (3) 若 TH=TL， η=0, W=0 這就說明了單一熱源不能轉(zhuǎn)換為功，必須有兩個熱源。 (4) 卡諾循環(huán)， η 可逆 最大，相同 TH ,TL無論經(jīng)過何種過程， η 可逆 是相同的，實際熱機只能接近，不能達到 29 三．熵函數(shù)與熵增原理 ? 通過研究熱機效率推導出熵函數(shù)的定義式 對于可逆熱機有 HLHHLHC TTTQ ?????HLHLTT ??? 110??LLHHTQTQ 0?? TQR?也即 TQdS R?? 熵定義 0??LLHHTQTQ ??30 ?２ .熱力學第二定律的數(shù)學表達式 可逆? 不可逆?不可逆可逆可逆可 )Q()TTT()(HHLH LHHLH Q ??????對不可逆過程： 對可逆過程： TQdS 可逆??TQdS 不可逆??熱力學第二定律的數(shù)學表達式 ： TQdS ?? 不可逆 =可逆 31 注意： ? 熵狀態(tài)函數(shù) 。 只要初 ， 終態(tài)相同 ， 不可逆可逆 SS ????對于不可逆過程應設(shè)計一個可逆過程，利用可逆過程的熱溫熵積分計算熵變． 32 ３ . 熵增原理 對于孤立體系 （ 或絕熱體系 ） OQ ??TQdS ?? 0?dS0?? tS由 熵增原理表達式。 0 不可能進行的過程 0 不可逆過程 0?? tS=0 可逆過程 33 結(jié)論： ? 自然界的一切自發(fā)進行的過程都是熵增大的過程； oSt ??oSt ??s urs ys S????? SS t?同時滿足熱一律，熱二律的過程，實際當中才能實現(xiàn)，違背其中任一定律，其過程就不可能實現(xiàn)。 ?總熵變?yōu)? ?自發(fā)進行的限度 ?自發(fā)進行的方向 34 四 熵變的計算 ? TQTQdS R?? ?? 可?據(jù)熱一律 SWQdH ?? ?? SRR WQdH ?? ??可逆過程 同除 T 得： TWTQTdH SRR ?? ??TWTdHTQdS SRR ?? ???又 ∵ VdPWSR ??對理想氣體 : dH=nCpdT PnRTV ?∴ dPdTndS p ?? ?? PnRTTC1212 lnlnPPnRTTnCpS ???35 ２．相變化熵變 QH ??VVTHS ???∴ 相變化的熵變 相變化皆屬于可逆過程， 并且相變化的熱量，據(jù)能量平衡方程知： ３ . 環(huán)境熵變 熱力學環(huán)境：一般指周圍大自然 （ 可視為恒溫熱源 ） 00rTQTQS sy ssusur????36 ４ 應用舉例 ? [陳顧版教材 P111－ P112 (例 5－ 3， 5－ 4)] 自看 37 5． 3 熵平衡和熵產(chǎn)生 ? １ 熵平衡方程 將容量性質(zhì)衡算通式用于熵 ， 得 : ?i 入S ?i 出S 產(chǎn)生S? 積累S?= + iiSm?產(chǎn)生S?TQ/?iiSm?入 出 敞開體系的熵平衡 38 T — 限制表面上熱流通過處的溫度 , T’ 代表始態(tài)溫度 , T’’ 代表終態(tài)溫度 物料 熱量 ? 39。39。39。TT TQ? S — 單位質(zhì)量物料的熵； 熵攜帶者 功與熵變化無關(guān)，功不攜帶熵 。 物料攜帶的熵 = mS 熱流攜帶的熵 = 式中 : m — 物料的質(zhì)量； 39 是代數(shù)值 ， 以體系收入者為正 ， 體系支出者為負 于是 : ?? 入S入)( iism? ??39。39。39。TT TQ??? 出S 出)( iism?熵平衡方程為 : ?? 體系S ?? 入（ )ii sm ?? 產(chǎn)生S 出)( iism?將此整理 ,得 : ??體系S ?? ? )( ii sm 產(chǎn)生S?(533) 熵平衡方程 注意： iism?? 39。39。39。TT TQ??? 39。39。39。TT TQ??? 39。39。39。TT TQ?40 體系S?)( iism??產(chǎn)生S?上式中： — 體系總的熵變； — 因物流流進，流出限定容積而引起的熵變化； — 因熱流流進或流出限定容積而引起的熵變化； — 因體系的內(nèi)在原因引起的熵變化，與環(huán)境無關(guān)， 屬于內(nèi)因熵變。 引起熵產(chǎn)生的內(nèi)在原因?qū)嶋H上是由于體系內(nèi)部不可逆性而引起的熵變化。這可以用孤立體系的熵平衡方程來證實。 ? 39。39。39。TT TQ?41 對孤立體系：因與環(huán)境沒有質(zhì)量交換，也沒有能量交換 0?iism?0S ?? ? 入 0S ??出代入熵平衡方程中 產(chǎn)S?體系S?孤S?= = 由熱二律知 : 可逆過程 0S ??孤0S ?? 產(chǎn)不可逆過程 0S ?? 孤 0S ?? 產(chǎn)039。39。39。 ??TT TQ?42 結(jié)論： ? 熵產(chǎn)生可以用作判斷過程方向的準則 0 時 ， 體系內(nèi)部的過程非自發(fā) 。 產(chǎn)生S?0 時，體系內(nèi)部的過程不可逆或自發(fā)； =0 時，體系內(nèi)部的過程可逆或平衡； 43 3. 熵平衡方程的特殊形式 ? TQ?? TQ?絕熱過程 0??TQ? ?? ? )( ii sm ?? 產(chǎn)