【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 dSdS gfg?? ?????Q?W?gW?RQ?RW?gR WWW ??? ??dUWq ?? ??dUWQ RR ?? ??② 有限溫差傳熱引起的熵產(chǎn) 熱源溫度分別為 T、 T1（ T1為工質(zhì)溫度， T1T）時(shí)， 過程的熵變分別為： 得： 結(jié)論：不可逆性使熵產(chǎn)大于 0，意味著什么呢？ 1TQdS ??TQdSf??0111 ??????? ????TTQdSdSdS fg ?能量的蛻變 ——降低品位！ 熵平衡方程 目的：求熵產(chǎn)！ 平衡方程： ? 穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng) ? 絕熱穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng) ? 封閉系統(tǒng) 0???? ? ? fo ut iniiiig SsmsmS系統(tǒng) (m1。s1)in (m2。s2)in (mi。si)in (m1。s1)out (m2。s2)out (mi。si)out 熵產(chǎn) Sg 系統(tǒng)內(nèi)存熵增量 Sv 吸熱熵流 Sf fo ut iniiiivg SsmsmSS ???? ? ?0??? fvg SSS0??? ? ?out iniiiig smsmS例 2－ 8： 空氣熵變： 焓變： 問： 該絕熱穩(wěn)定流動(dòng)過程能否實(shí)現(xiàn)？ 解：①過程是否滿足熱力學(xué)第一定律？ ②過程是否滿足熱力學(xué)第二定律？ ?CM PasKg 0。/?CM PasKg 50。/?CM PasKg 20。/2系統(tǒng) )./(122 KKgKJppTTs ???)/( KgKJTh ???QH ????????? 0)200()2050(滿足！ 0/ ???? ? ? KKJsmsmSo ut iniiiig滿足！ 過程可以實(shí)現(xiàn)！ 孤立系統(tǒng)的熵增原理 問題： 如何判斷一個(gè)過程能否進(jìn)行？ ? 過程是否滿足熱力學(xué)第一定律？ 能量不能被創(chuàng)造、也不能被消亡，能量是守恒的，任何過程都遵守此規(guī)律！ ? 過程是否滿足熱力學(xué)第二定律？ 第一定律并不能回答過程進(jìn)行的方向問題，而實(shí)際過程往往只能朝某一個(gè)方向進(jìn)行。熱力學(xué)第二定律能夠回答過程的方向的問題并指明了過程進(jìn)行的方向，因此也是過程必須遵守的規(guī)律！ 例 2－ 9: 將 65?C的水中的 20％變?yōu)? 100?C的水，其余的水將 熱量傳遞給 15?C的大氣， 最終水溫也為 15?C，能否 用熱力設(shè)備實(shí)現(xiàn)該過程？ 解：必須注意：不能通過外加能量的方式實(shí)現(xiàn)此過程！ 方法 1：把 80％水當(dāng)中的能量傳遞給另外 20％的水！如 何辦？多熱源循環(huán)？ 方法 2：利用孤立系統(tǒng)的熵增原理進(jìn)行判斷！ 水 T1 R1 環(huán)境 T0 Q1 Q2 W1 水 T2 Q4 W2 Q3 R2 復(fù)習(xí)：可逆過程 系統(tǒng)中發(fā)生的過程對(duì)環(huán)境有影響嗎？什么樣的系統(tǒng)對(duì)環(huán)境無影響？ 與外界無能量和物質(zhì)交換的系統(tǒng)！ 不要給環(huán)境留下任何痕跡！ 孤立系統(tǒng)！ 基本思路：把待分析系統(tǒng)和環(huán)境視為一個(gè)系統(tǒng)，則 該系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，通過分析該系統(tǒng)的 熱力學(xué)特性，進(jìn)而得到待分析系統(tǒng)的特 性。該方法有廣泛的適用意義。 對(duì)可以實(shí)際存在的熱力系統(tǒng)，有： 此即為孤立系統(tǒng)的熵增原理 ,只有可逆過程與環(huán)境構(gòu) 成的系統(tǒng)才能保持熵不變。違背此原理的熱力系統(tǒng)是 不可能客觀存在的。 環(huán)境系統(tǒng) ＋ SSSSdSdSdSdSi s oi s oggfi s o??????????00例 2－ 9 環(huán)境系統(tǒng) ＋ SSS is o ????228338373338????? ??TdTCTdTCS pp系統(tǒng) )65100()1565(0????????? pp CCTQS 環(huán)境00 2 7 9 5 3 ????????? 環(huán)境系統(tǒng) ＋ SSS i s o說明： ? 熵增原理只適用于孤立系統(tǒng)； ? 對(duì)復(fù)雜的孤立系統(tǒng)，熵增原理不一定適用于其子系統(tǒng)，除非該子系統(tǒng)也是一個(gè)孤立系統(tǒng)； ? 由孤立系統(tǒng)的熵變可以判斷孤立系統(tǒng)熱力過程的發(fā)生方向： 自發(fā)過程 可逆過程 不可能的過程 ? 要使 的過程得以實(shí)現(xiàn)，必須配置一個(gè)熵增的過程，使二者組成的系統(tǒng)熵變大于零。 環(huán)境系統(tǒng) ＋ SSS is o ????0?? isoS0?? isoS0?? isoS0?? isoS問題：熵增原理的意義？ ? 判斷孤立系統(tǒng)熱力過程的方向。 ? 節(jié)約能源和一切資源！ ① 熱寂 ② 節(jié)能和廣義節(jié)能 熱寂 過程的推動(dòng)力 ——?jiǎng)莶? 如：重力場(chǎng)勢(shì)差 熱力場(chǎng)溫差 壓力場(chǎng)壓差 物質(zhì)場(chǎng)濃度差 有效能（ exergy） 不可逆因素 ——?jiǎng)莸膿p耗 可逆過程 不可逆因素 如： 有限溫差傳熱 摩擦 質(zhì)量擴(kuò)散 化學(xué)反應(yīng) p p0 熵增原理與熱寂 孤立系統(tǒng)：與外界無任何物質(zhì)、能量、信 息交流的系統(tǒng)。 Stodola公式： △ E=－ T0△ S 對(duì)孤立系統(tǒng)，熵只增不減，即系統(tǒng)的 序降低，有效能單向減少。 演化 系統(tǒng)的對(duì)稱性高，有序度低 熱寂?。?Clausius） 與環(huán)境的徹底平衡！ （物理的和化學(xué)的平衡） 孤立系統(tǒng) 習(xí)題 3： 下列說法是否正確？為什么？ ① 機(jī)械能可完全轉(zhuǎn)化為熱能，而熱能卻不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 ② 熱機(jī)的熱效率一定小于 1。 ③ 循環(huán)功越大，熱效率越高。 ④ 一切可逆熱機(jī)的熱效率都相等。 ⑤ 系統(tǒng)溫度升高的過程一定是吸熱過程。 ⑥ 系統(tǒng)經(jīng)歷不可逆過程后，熵一定增大。 ⑦ 系統(tǒng)吸熱，其熵一定增大；系統(tǒng)放熱，其熵一定減小。 ⑧ 熵產(chǎn)大于 0的過程必為不可逆過程。 循環(huán)熱效率公式 與 是否完全相同？ 121qqq ???121TTT ???3 氣體與蒸氣的熱力性質(zhì) 問題 1：氣體形態(tài)的物質(zhì)在熱力系統(tǒng)中的普遍性。 問題 2：角色扮演 熱力狀態(tài) A 熱力狀態(tài) B 熱力過程 1 熱力過程 2 狀態(tài)參數(shù)之間的定量關(guān)系？ ——熱力性質(zhì) 理想氣體及其狀態(tài)方程 ? 理想氣體（理想液體、理想葉輪）的概念和思想 方法。 ? 什么樣的實(shí)際氣體可以按照理想氣體來處理？ ? 理想氣體狀態(tài)方程 對(duì)一定量的理想氣體： pV=nRT、或 pV=mRT； 特別提示：式中符號(hào)的物理意義和單位及數(shù)值。 熱容、內(nèi)能和焓 熱容和比熱容 ? 熱容：物質(zhì)溫升（或溫降） 1C176。 (或 1K）所吸收 （或釋放）的熱量。 ? 比熱容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)溫升（或溫降） 1C176。 (或 1K）所吸收（或釋放）的熱量。一般習(xí)慣 稱為熱容。 比定容熱容和比等壓熱容 ? 比定容熱容 vvv TudTqc ???????????????? ?熱量是過程量！ ? 比等壓熱容 ? 比熱容比 也稱為氣體的絕熱指數(shù)，如空氣的絕熱指數(shù)為 。 ppp ThdTqc ???????????????? ?vpcck ? 理想氣體比熱容、內(nèi)能、焓的計(jì)算 比熱容計(jì)算 說明：許多教材上的回歸計(jì)算公式都存在較大的誤差，而按 MATLAB回歸得到的結(jié)果更準(zhǔn)確。 .. .( 2210 ???? TaTaaTfc p ）＝氣體種類，T（ K） 計(jì)算 Cp值 查表 Cp值 殘差 373 473 573 673 773 873 973 1073 1173 1273 1373 1473 由文獻(xiàn) [1]計(jì)算出 H2定壓比熱容 Cp值與查表 Cp值（ KJ/kmolK） 氣體 文獻(xiàn) [1]方差 文獻(xiàn) [2]方差 文獻(xiàn) [3]方差 文獻(xiàn) [4]方差 文獻(xiàn) [6]方差 回歸公式方差 H2 103 O2 103 6 103 103 N2 103 103 6 103 103 CO 103 103 103 CO2 103 103 氣體 比熱容， KJ/（ kgK) 相關(guān)系數(shù) R 方差 H2 103 O2 103 N2 1 103 CO 1 103 CO2 103 H2O 1 103 SO2 103 空氣 1 103 NO 1 106 TC p 0 0 0 4 6 ??TC p 0 0 0 8 3 ??TC p 0 0 0 9 8 ??TC p 0 0 0 9 7 ??TC p 0 0 0 0 1 ??TC p 0 0 0 4 2 ??TC p 0 0 0 0 3 ??TC p 0 0 0 6 5 ??TC p 0 0 0 5 3 ?? 內(nèi)能、焓計(jì)算 ? 實(shí)際物質(zhì)： 對(duì)定容過程： 對(duì)定壓過程： ? 理想氣體： 對(duì)一切熱力過程： ),( Tvfu ?)(Tfu ?dTcdu v?dTcdu v?),( Tvfh ?dTcdh p?)(Tfh ?dTcdh p?Rcc vp ??理想氣體的內(nèi)能和焓的計(jì)算方法： 方式 1：比熱容按定性溫度取定值； 方式 2：比熱容按回歸公式帶入計(jì)算； 或： 方式 3： 熱容也可以按定值或回歸公式計(jì)算。 ? ?????2121。 dTchdTcu pv???TTv dTcuu00 ???TTp dTchh00說明： ? 物質(zhì)的內(nèi)能和焓是利用熱力學(xué)第一定律對(duì)系統(tǒng)的能量進(jìn)行衡算時(shí)常用的熱力學(xué)函數(shù)，都屬于廣度參數(shù)，具有加和性。 ? 物質(zhì)的內(nèi)能、焓、熱容的理論計(jì)算復(fù)雜且耗時(shí)，故可能的話一般不通過此途徑求取，而是利用他人整理、計(jì)算得到的圖表和公式計(jì)算。（如附錄、手冊(cè)） ? 一般來說，過程工業(yè)涉及到的物質(zhì)以液體和氣體為主，其中的一部分可以按理想液體或理想氣體處理，其它的只能按實(shí)際的特殊個(gè)案處理，尤其對(duì)混合氣體的計(jì)算，一定要特別小心！ 理想氣體的熵 考慮到有： 得： 計(jì)算方式 1：比熱容按定值帶入 計(jì)算方式 2：比熱容按回歸公式帶入 vdvcTdTcpdpRTdTcTpdvduTqdSpvv ??????