化工热力学第三版课件教学课件 作者 朱自强 吴有庭 编著第5章 热力循环———热力学第二定律及其应用.ppt

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1、第5章热力循环———热力学第二定律及其应用1热力学第二定律2熵3热力学图表及其应用4水蒸气动力循环5制冷6热泵化工热力学5.1热力学第二定律常用的表述有如下三种：（１）有关热流方向的表述，常用的是Clausius的说法：热不可能自动地从低温物体传给高温物体。（２）有关循环过程的表述，常用的是Kelvin的说法：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功，而不引起其他方面的变化。（３）有关熵的表述，常用的是：孤立系统的熵只能增加，或者到达极限时保持恒定。其数学表达式为化工热力学5.2熵1热力学第二定律用于闭系2孤立系统熵平衡式3

2、开系熵平衡式化工热力学5.2熵化工热力学5.2.1热力学第二定律用于闭系由式（5-3）可导出闭系热力学第二定律的数学表达式。先将式（5-3）写成微分式（１）熵流（２）熵产（３）闭系的熵平衡式化工热力学5.2.2孤立系统熵平衡式将熵产引入式（5-3），则可建立起孤立系统的熵平衡式，即此式与式（5-2）对照，可得显然，熵产量等于孤立系统总熵变（即孤立系统的总熵增量）。由此可见，应包括闭系与外界环境热源两部分产生的熵。倘若外界环境热源中进行的是可逆过程，那么外界环境热源的熵产量为零，这时即为闭系内部产生的熵。化工热力学5.2.3

3、开系熵平衡式图5-3是一个有多股物流进出的开系，其熵变应写成若有K股恒温热流与开系交换，则式（5-13）可简化成化工热力学5.2.3开系熵平衡式对于稳流过程，，式（5-12）变成对于绝热过程，，式（5-15）变成化工热力学5.3热力学图表及其应用1T-S图的构成和性质2焓熵图（h-s图）3压焓图（p-h图）化工热力学5.3热力学图表及其应用化工热力学5.3.1T-S图的构成和性质化工热力学5.3.1T-S图的构成和性质同样，对于湿蒸气的熵也可按下式计算化工热力学5.3.1T-S图的构成和性质（１）等压加热和冷却过程（２）节

4、流膨胀过程化工热力学5.3.1T-S图的构成和性质（３）等熵膨胀或压缩过程如图，1→2为可逆绝热压缩过程；1→2′为不可逆绝热压缩过程。压缩过程的等熵效率为化工热力学5.3.2焓熵图（h-s图）（图2-12(b)见教材P131）化工热力学5.3.3压焓图（p-h图）在液相区内等温线几乎是垂直的，这是因为压力对焓的影响很小。在过热蒸气区，等温线陡峭下降，在低压区又接近于垂直，这同样是由于压力对稀薄蒸气焓的影响很小的缘故。化工热力学5.4水蒸气动力循环1卡诺循环2朗肯（Rankine）循环3朗肯循环的改进化工热力学5.4.1卡

5、诺循环循环过程作出的净功为根据热力学第一定律，取热机为开系，则有循环过程的，故化工热力学5.4.1卡诺循环化工热力学5.4.2朗肯(Rankine)循环若忽略动能和位能的变化，根据式（4-9）和式（4-17），上述两种情况下能量的关系可简化为化工热力学5.4.3朗肯循环的改进（１）提高水蒸气的过热温度（２）提高水蒸气的压力化工热力学5.4.3朗肯循环的改进（３）采用再热循环再热循环的热效率为化工热力学5.5制冷1制冷原理与逆卡诺循环2蒸气压缩制冷循环3吸收式制冷循环4制冷工质的选择化工热力学5.5.1制冷原理与逆卡诺循环循

6、环过程的，循环过程需要的净功为，根据热力学第一定律，应有或化工热力学5.5.1制冷原理与逆卡诺循环衡量制冷机效能的参数称制冷系数（效能系数）ξ，其定义为倘若制冷温度为5℃，环境温度为30℃，则逆卡诺循环的制冷系数为化工热力学5.5.2蒸气压缩制冷循环实际循环的制冷系数ξ为m可通过蒸发器的热量衡算求出，即化工热力学5.5.2蒸气压缩制冷循环化工热力学5.5.3吸收式制冷循环吸收式制冷装置运行的经济指标称为热力系数ε，ε的定义为化工热力学5.5.4制冷工质的选择从工作原理和生产上的安全性、经济性等方面考虑，对制冷工质的性质提出

7、如下要求。（１）汽化潜热要大（２）有关温度下的蒸气压要合适（３）制冷工质应具有化学稳定性（４）为了安全操作，制冷工质不应有易燃性和爆炸性（５）价格要低化工热力学5.6热泵热泵的操作费用取决于驱动压缩机的机械能或者电能的费用，因此热泵的经济性能是以消耗单位功量所得到的供热量来衡量，称为制热系数ω，即可逆热泵（逆卡诺循环）的制热系数为根据式（5-27a）可以导出制热系数与制冷系数的关系式，即化工热力学Thankyou化工热力学