【正文】 iso 0S??孤立系熵增原理舉例 (1) Q T2 T1 i s o2111SQTT??? ? ?????取熱源 T1和 T2為孤立系 isoS?S T T1 T2 孤立系熵增原理舉例 (2) 兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī) Q2 T2 T1 12i s o T T RS S S S S? ? ? ? ? ? ? ? ? 功源R W Q1 功源 12120TT?? ? ?22t t , C1111QTQT?? ? ? ? ? ?孤立系熵增原理舉例 (2) Q2 T2 T1 R W Q1 功源 12i s o120STT?? ? ? ?S T T1 T2 兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆熱機(jī) 孤立系熵增原理舉例 (3) T1 T2 R Q1 Q2 W 假定 Q1=Q1’ ， ?tIR ?tR，W’ W 39。39。39。 39。WWQ Q Q Q? ??? ? ? ???可逆 T1 T0 IR WIR Q1’ Q2’ 作功能力 :以環(huán)境為基準(zhǔn) ,系統(tǒng)可能作出的最大功 假定 Q1=Q1’ ， WR WIR 作功能力損失 1 2 1 2 2 21 0 1 0 0 039。Q Q Q Q Q QT T T T T T??? ? ? ? ? ?作功能力損失 T1 T0 R Q1 Q2 W 2239。39。T??0 is oTS? 167。 ? 熵是狀態(tài)參數(shù)，狀態(tài)一定，熵有確定的值； ? 熵的變化只與初、終態(tài)有關(guān)，與過程的路 徑無關(guān) ? 熵是廣延量 熵的表達(dá)式的聯(lián)系 reqdsT??fgs s s? ? ? ? ?qsT??? ?0rqT? ??209。 可逆與不可逆討論 (例 4) （ 1）卡諾熱機(jī) 800 K S T 285 K t, C2851 0 .6 4 4800? ? ? ?C t, C 10 .6 4 4 6 0 03 8 6 .4 /wqk J k g?????可逆與不可逆討論 (例 4) 800 K 285 K q1’ q2 w q1 750 K 300 K q2’ 高溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?50K溫差 絕熱膨脹不可逆性引起熵增 低溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?15K溫差 （ 2） 可逆與不可逆討論 (例 4)(2) 800 K s T 285 K 1800q?750 K 300 K ? s1 1139。2 8 5 3 0 0qqs? ? ?低差? s不可 = 可逆與不可逆討論 (例 4) 某熱機(jī)工作于 T1=800K和 T2=285K兩個熱源之間， q1=600kJ/kg，環(huán)境溫度為 285K， 試求： （ 1） 熱機(jī)為卡諾機(jī)時，循環(huán)的作功量及熱效率 （ 2） 若高溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?50K溫差，絕熱膨脹不可逆性引起熵增 ，低溫?zé)嵩磦鳠岽嬖?15K溫差，這時 循環(huán)作功量 、熱效率 、 孤立系熵增 和 作功能力損失 。7 5 0 8 0 0qqs? ? ?高差2239。2 300ssqs? ? ???? ??????高差不可逆39。 a 2 kmol 1 atm 25℃ b 1 kmol 1 atm 1 kmol 1 atm 15 ℃ 60 ℃ c 熱二律 例 1 教材（ 47） a 2 kmol 1 atm 25℃ b 1 kmol 1 atm 1 kmol 1 atm 15 ℃ 60 ℃ c bbis o a b a c b pm mccc pm ml n l nl n l naaaaTpS S S n C RTpTpn C RTp??? ? ? ? ? ? ?????????????0 . 9 6 2 k J / K??bcb p m 2lnaTTnCT?不可能 例 1 教材（ 47） a 2 kmol 1 atm 25℃ b 1 kmol 1 atm 1 kmol 1 atm 15 ℃ 60 ℃ c t b caaQ H W H H? ? ? ? ? ? ?熱一律 向環(huán)境放熱 若吸熱，無熱源，不可能 ? ? ? ?b p m b c p m c 1 4 5 . 5aan C T T n C T T k J? ? ? ? ? ?t0 Q 例 1 教材（ 47） a 2 kmol 1 atm 25℃ b 1 kmol 1 atm 1 kmol 1 atm 15 ℃ 60 ℃ c t0 Q i s o a b a c0QS S ST?? ? ? ? ? ?0 . 4 2 9 k J / K?? 不可能 注意： 熱一律與熱二律同時滿足 孤立系選取 例 1 教材（ 47） 例 1：（ 47） 設(shè)有一個能同時產(chǎn)生冷空氣和熱空氣的裝置，參數(shù)如圖所示，判斷此裝置是否可能？ 如果不可能，在維持各處原摩爾數(shù)和 t0 不變的情況下，改變哪一個參數(shù)就能實現(xiàn)。小精靈可以 判斷分子運動速度， 他只允許左側(cè)運動速 度高的分子到右側(cè)， 這樣無需作功，經(jīng)過 一段時間可達(dá)到使左 側(cè)溫度降低并使右側(cè) 溫度升高的效果。 1929年，匈牙利物理學(xué)家西拉德 (L. Szilard)發(fā)現(xiàn)，小妖至少需要一 個溫度與環(huán)境不同的光源照亮分子， 才能獲得所需的分子速度信息，正 由于獲取信息時的能量付出，才達(dá) 到了系統(tǒng)熵減少的效果。 47 Ex及其計算 1956， I. Rant I. 郎特 Available Energy Energy Exergy 東南大學(xué)夏彥儒教授翻譯 如何評價能量價值 ??? Availability Anergy 可用能 可用度 火無 火用 Unavailable energy 哪個參數(shù)才能正確評價能的價值 熱量 500 K 293 K 100 kJ m a x2931 100500WkJ??????????m a x2931 1 0 01000WkJ??????????1000 K 100 kJ 293 K 哪個參數(shù)才能正確評價能的價值 焓 h1 = h2 p1 p2 w1 w2 w1 w2 哪個參數(shù)才能正確評價能的價值 內(nèi)能 u1 = u2 p0 p0 w1 w2 w1 w2 三種不同品質(zhì)的能量 可無限轉(zhuǎn)換的能量 如： 機(jī)械能、電能、水能、風(fēng)能 理論上可以完全轉(zhuǎn)換為功的能量 高級能量 不能轉(zhuǎn)換的能量 理論上不能轉(zhuǎn)換為功的能量 如： 環(huán)境（大氣、海洋） 可有限轉(zhuǎn)換的能量 理論上不能完全轉(zhuǎn)換為功的能量 低級能量 如： 熱能、焓、內(nèi)能 （ Ex） （ An） （ Ex+An） Ex與 An Ex的定義 當(dāng)系統(tǒng)由一任意狀態(tài)可逆地變化到與給定環(huán)境相平衡的狀態(tài)時，理論上可以無限轉(zhuǎn)換 為任何其它能量形式的那部分能量，稱為 Ex 100%相互轉(zhuǎn)換 功 能量中除了 Ex 的部分，就是 An Ex作功能力 Ex —— 作功能力 環(huán)境一定，能量中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分 500 K 100 kJ m a x2931 100500WkJ??????????m a x2931 1 0 01000WkJ??????????1000 K 100 kJ T0=293 K T0=293 K 熱一律和熱二律的 Ex含義 一切過程， Ex+An總量恒定 熱一律： 熱二律： 在可逆過程中， Ex保持不變 在不可逆過程中， 部分 Ex轉(zhuǎn)換為 An Ex損失、作功能力損失、 能量貶值 任何一孤立系， Ex只能不變或減少， 不能增加 —— 孤立系 Ex減原理 由 An轉(zhuǎn)換為 Ex不可能 Degradation of energy Decrease of exergy principle The exergy of an isolated system during a process always decrease or, in the limiting case of a reversible process, remains constant 任何一孤立系， Ex只能不變或減少， 不能增加 —— 孤立系 Ex減原理 In other words, it never increase and exergy is destroyed during an actual process 熱量的 Ex與 An 恒溫?zé)嵩? T 下的 Q ExQ: Q中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分 T S T0 ExQ AnQ 卡諾循環(huán)的功 ? ?00001QT T TE x Q T STTT T S Q T S?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?0A n Q E x T S? ? ? ?Q E x A n??T 熱量的 Ex與 An 變溫?zé)嵩聪碌? Q T S T0 ExQ AnQ 微元卡諾循環(huán)的功 0001QTE x QT T Q T ST?????? ? ?????? ? ? ? ????0QA n T S??Q E x A n??熱量的 Ex與 An的說明 Q中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分，就是 ExQ T S T0 ExQ AnQ ExQ = QT0?S = f (Q ,T,T0 ) Ex損失 單熱源熱機(jī)不能作功 T=T0, ExQ=0 Q 一定，不同 T 傳熱 , Ex 損失，作功能力損失 Q ,T0一定， T ExQ T一定， Q ExQ 冷量的 Ex與 An T T0 的冷量 Q2 ,有沒有 Ex 卡諾循環(huán)的功 0m a x 21TWQT??????????220Q m a x 2 0 20 1Q TE x W Q T S QT???? ? ? ? ? ??????T0 TT0 ?Q1 ?Wmax ?Q2 ? ?m a x 1 m a x 20011TTW Q W QTT? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?02m a x 2 2011CTQW Q QT TTT?? ? ????? ? ? ??????冷量的 Ex與 An的說明 實際上，只要系統(tǒng)狀態(tài)與環(huán)境的狀態(tài)有差別， 就有可能對外作功，就有 Ex 2Q 0 2E x T S Q? ? ?2Q0A n T S??T S T0 T ExQ2 Q2 冷量 Ex可理解為 : TT0,肯定是對其作功才形成的，而這個功（就是 Ex）就儲存在冷量里了。q??exu=? 經(jīng)某可逆過程，與環(huán)境達(dá)到平衡，狀態(tài)為 u0, s0, T0, p0, v0，過程中放熱 ,對外作功為w q??假定 通過可逆熱機(jī)作功 w’ q??exu = w ’’ = w + w ’ 閉口系統(tǒng)內(nèi)能的 Ex與 An q??w w ’ w ’’ T0 39。 39。q u u w? ? ? ?? 熱二律： ? ?is o 0 1039。q T s s? ???? ? ? ?1 0 0 1 039。w u u T s s? ? ? ?閉口系統(tǒng)內(nèi)能的 Ex與 An q??w w ’ w ’’ T0 39。3