【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 火 用與熱力學(xué)第二定律 2. 3. 3 熱力學(xué)第二定律的熵衡算方程式 ? 對(duì)開口系統(tǒng)（既有能量交換又有物質(zhì)交換） ? 對(duì)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)（系統(tǒng)參數(shù)不隨時(shí)間而變） ? 對(duì)單股穩(wěn)流系統(tǒng) （ min = mout = m）（對(duì)絕熱過程， ？） CVio utiinH dSmsdSmsTQ ???? ??? )()(/ ??? 產(chǎn)io utiinH msdSmsTQ )()(/ ??? ??? ??? 產(chǎn)0?CVdS 產(chǎn)STQSSH???? ? ? ?12ino ut msSmsS ?? 12 ,37 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 火 用與熱力學(xué)第二定律 2. 3. 3 熱力學(xué)第二定律的熵衡算方程式 ? T S 圖 （可逆過程熱量） ?? 21 Tdsq reT S 1 2 38 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 火 用與熱力學(xué)第二定律 2. 3. 4 能量和 火 用 ? 能量的轉(zhuǎn)換過程具有方向性或不可逆性 ? 能量的轉(zhuǎn)換能力（能量轉(zhuǎn)換為功的能力或做功能力） ? 能量的可利用性分為三類： (a). 具有完全轉(zhuǎn)換能力的能量，如機(jī)械能、電能等； (b). 具有部分轉(zhuǎn)換能力的能量，如熱能、內(nèi)能或焓等； (c). 完全不具有轉(zhuǎn)換能力的能量，如處于環(huán)境溫度下的熱能等 卡諾熱機(jī)的熱效率： η c = 1 T0 / T1 39 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 火 用與熱力學(xué)第二定律 2. 3. 4 能量和 火 用 ? 能量的 火 用 （有效能）：轉(zhuǎn)換為有用功的那部分能量； ? 能量的 火 無 （無效能）：不能轉(zhuǎn)換為有用功的那部分能量 ? 任何一種形式的能量可表示成 能量 = 火 用 + 火 無 分析第一類能量，第二類能量和第二類能量的 火 用 和 火 無 。 40 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 1 環(huán)境與物系的基準(zhǔn)狀態(tài) ? 自然環(huán)境是 火 用 的自然零點(diǎn) ? 自然環(huán)境是一種概念性的環(huán)境 ? 定環(huán)境模型：環(huán)境是確定不變的。 斯蔡古特的環(huán)境模型： (1). 環(huán)境溫度 T0 = K，環(huán)境壓力 P0 = 1atm (2). 環(huán)境由若干基準(zhǔn)物構(gòu)成。每一種元素都有其對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)物和基準(zhǔn)反應(yīng)。 (3). 基準(zhǔn)物的自由焓較小 龜山 吉田模型： (1). 氣態(tài)基準(zhǔn)物的組成 (2). 其他元素以在 T0, P0 下純態(tài)最穩(wěn)定的物質(zhì)作為基準(zhǔn)物 41 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 1 環(huán)境與物系的基準(zhǔn)狀態(tài) ? 系統(tǒng)與環(huán)境處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)， 火 用 值為零； ? 完全的熱力學(xué)平衡：熱平衡、力平衡和化學(xué)平衡 ? 不完全的熱力學(xué)平衡：熱平衡、力平衡 ? 物理 火 用 ：取不完全平衡環(huán)境狀態(tài)作為基準(zhǔn)態(tài)，一個(gè)系統(tǒng)的能量具有的 火 用 ? 物理 火 用 + 化學(xué) 火 用 ：取完全平衡環(huán)境狀態(tài)作為基準(zhǔn)態(tài) ? 化學(xué) 火 用 ：取完全平衡環(huán)境狀態(tài)作為基準(zhǔn)態(tài)，因化學(xué)不平衡所具有的 火 用 42 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 2 機(jī)械形式能量的 火 用 ? 動(dòng)能 火 用： c2 / 2 ? 位能 火 用： g z ? 封閉系統(tǒng)從狀態(tài) 1變化到狀態(tài) 2所做功 W12 的 火 用 為： Ew = W12 – p0 (V2 –V1) ? 封閉系統(tǒng)所做功的 火 無 為： Aw = p0 (V2 –V1) V1 V2 T0 , p0 43 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 3 熱量 火 用 ? 熱量 火 用：系統(tǒng)所傳遞的熱量用可逆方式所能作出的最大有用功 ? 可逆熱機(jī) T T0 δQ δWA δQ0 能量衡算式 ： δQ = δQ 0 + δWA 熵平衡方程式 ： δQ / T + dS產(chǎn) = δQ0 / T 44 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 3 熱量 火 用 ? 熱量 火 用：系統(tǒng)所傳遞的熱量用可逆方式所能作出的最大有用功 ? 能量衡算式 ： δQ = δQ 0 + δWA 熵平衡方程式 ： δQ / T + dS產(chǎn) = δQ0 / T 產(chǎn)STTQTQW A ???? ? 00 /?可逆過程 ： dS產(chǎn) = 0 ? ? QTTTQTQWE AQ ??? ? ????? /1/ 00ma x,熱量 火 用 ???? TQTEQA /0 ?熱量 火 無 45 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 3 熱量 火 用 ? 熱量 火 用：系統(tǒng)所傳遞的熱量用可逆方式所能作出的最大有用功 ? ? ? QTTTQTQWE AQ ??? ? ????? /1/ 00ma x,熱量 火 用 ???? TQTEQA /0 ?)120 SSTQE Q ??? （ )(120 SSTA Q ??S 熱量 火 無 S1 S2 1 2 4 3 T T0 EQ AQ 46 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 3 熱量 火 用 ? 溫度恒定熱源 ? ? 變溫?zé)嵩? ? ? QTTQTTE Q )/1(/1 00 ???? ? ?熱量 火 用 TQTTQTA Q // 00 ?? ? ?dTmcQ p??熱量 火 無 ? ? )1(/1 00mpQ TTQTTTmc ???? ? ?熱量 火 無 ？ )/ln(/)( 1212 TTTTT m ??熱力學(xué)平均溫度 47 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 3 熱量 火 用 ? 例 2 2 把 100 kPa、 127 ℃ 的 1kg 空氣可逆定壓加熱到 427 ℃ ，試求所 加熱量 中的火用 和 火無 ?？諝獾钠骄▔罕葻崛? cp = kJ/(kg K)。設(shè)環(huán)境大氣溫度為 27 ℃ 。 48 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 3 熱量 火 用 ? T T0 相同熱量的情況下，熱量的溫度越高，熱量中的 火 用 值越大； ? T T0 EQ 與 Q 的方向相反。說明：系統(tǒng)得到熱量時(shí)，系統(tǒng)的 火 用 減少；放 出熱量時(shí)，系統(tǒng)的 火 用 增加。 ? 單位熱量的 火 用 ： Ω = EQ /Q S S1 S2 T T0 4 3 1 2 EQ Q 49 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 3 熱量 火 用 ? T T0 熱量 火 用 總是小于熱量； ? T T0 冷量 火 用 可以大于熱量； ? ? QTTTQTQWE AQ ??? ? ????? /1/ 00ma x,T /K 300 T0 Ω 1 0 50 第 2 章 節(jié)能的熱力學(xué) 能量的 火 用 計(jì)算 2. 4. 3 熱量 火 用 ? 在溫差相同、傳熱量相同的條件下，低溫時(shí)的 火 用 損失比高溫時(shí)大得多； ? 例 23 在某一低溫裝置中將空氣自 600kPa 和 27℃ 定壓預(yù)冷至 100 ℃ ，試 求 1 kg空氣所獲冷量的 火 用 和 火 無 ?？諝獾钠骄▔罕葻崛轂? kJ /(kg K)。設(shè)環(huán)境大氣