《热力学定律》PPT课件.ppt

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1、第5章热力学第二定律举例TsT1T2ABC例5-1右图所示为3个可逆的热机循环A、B、C，试分析比较它们的热效率大小关系。所给三个循环的平均吸热温度和平均放热温度分别为：解：因此，它们的热效率分别为：由于所以有(有人错误理解了卡诺定理，认为3个循环的热效率是相等的。)例5.1C例5.2刚性绝热容器内有两个无摩擦、可导热的活塞，初始位置如图示。AB部分组别ukJ/kgskJ/(kgK)Aa10001.5b11001.7Bc800.65d1000.73容器被分成为三个部分，其中A、B部分内有气体，现放开活塞任其自由运动，经足够长时间后系统达到平衡。已知a、b、c、d分别为

2、A、B部分气体的初、终态参数组（如附表所列），但不知其中哪两组是初参数，哪两组是终参数，试通过论证给以确认。而中间部分C则为真空。解：取容器内全部气体为系统。按题给，对所定义的系统应有Q=0,W=0,U=UA+UB=0若UA据此，UB反之，若UAUB表中所列数据的可能组合只能是：(a,d)为初参数，(b,c)为终参数；或相反(b,c)为初参数，(a,d)为终参数部分组别ukJ/kgskJ/(kgK)Aa10001.5b11001.7Bc800.65d1000.73具体情况可作如下分析：由于过程不可逆S>0；S2S1若设(a,d)为初参数组，(b,c)为终

3、参数组，则系统的熵：不成立！只有(b,c)为初参数组，(a,d)为终参数组才是可能的根据可能的组合情况，无论先后，由系统的能量平衡有.例5.3设想有如图所示的循环1-2-3-1，Pv132可逆定温可逆绝热不可逆绝热解：由图v2>v1其中1-2为可逆定温过程；2-3为可逆绝热过程；3-1为不可逆绝热过程。试论证此循环能否实现。由熵产原理又知，对可逆绝热过程23应有对不可逆绝热过程31应有由此，有与熵s作为状态参数的态函数性质相矛盾![另解：对定温过程12有此循环不可能实现按题给又有q23=0，及q31=0对循环1231有与克劳修斯不等式相矛盾！]例5.4已知室内温度为20℃，

4、电冰箱内恒定地保持为15℃，如果为此每分钟需从冰箱内排除热量221kJ的热量，问该电冰箱的压缩机功率至少需有多少kW？解：当电冰箱按逆卡诺循环工作时耗功最少卡诺电冰箱的制冷系数应为电冰箱每分钟的功耗电冰箱压缩机所需的功率至少为N=w/60=29.98/60=0.5kW[另解：给定的两个恒温热源间可逆制冷机耗功最少由克劳修斯原理因此电冰箱所需的最小功率N=29.98/60=0.5kW]Q1=Q2·T1/T2=221293258=250.98kJW=Q1Q2=250.98221=29.98kJ/min例5-5（习题5-19）100kg、温度为0℃的冰，在大气环境中融化

5、为0℃的水。已知冰的熔解热为335kJ/kg。设环境温度T0=293K，求冰化为水的熵变、过程中的熵流、熵产及火用损失。解：⑴冰化为水的熵变冰的熔解热Q2=miri=100335=3.35104kJ冰的熵变：⑵过程的热熵流（入）⑶过程的熵产Sg=SiSf=122.7106114.3345=8.3762kJ/K⑷火用损失T0·Sg=2938.3762=2454.2117kJ大气T0冰→水t=0℃Q1Q2WE例5-6（习题5-20）100kg、温度为0℃的冰，在20℃的环境中融化为水后升温至20℃。已知冰的熔解热为335kJ/kg，水的比热容cw=4.187kJ/

6、(kg·K)，求:(1)冰融化为水并升温到20℃的熵变量；(2)包括相关环境在内的孤立系统的熵变；(3)火用损失，并将其示于T-s图上。解：⑴冰融化为水并升温到20℃的熵变Q=mr+mcwT=100335+1004.187(200)=41874kJ⑵相关孤立系统的熵变环境的熵变孤立系统的熵变，即过程的熵产⑶火用损失TsSwS0Sg可用能损失T0Tw15324冰熔解吸热过程(12)水升温吸热过程(23)环境大气放热过程(45)例5.7（习题5-27）空气稳定流经绝热气轮机，P1=0.4MPa、Tl=450K、cf,1=30m/s膨胀到P2=0.1MPa、T2=33

7、0K、cf,2=130m/s，不计位能变化，这时环境参数t0=20℃、P0=0.1MPa。设空气的Rg=0.287kJ/(kg·K)，cp=1.004kJ/(kg·K)，求：⑴工质稳定流经气轮机时进、出口处的比焓火用ex,h1、ex,h2以及比物流火用ex1、ex2；⑵每千克空气从状态1到2的最大有用功；⑶实际有用功。⑴工质流经气轮机进口处的比焓火用：解：工质流经气轮机出口处的比焓火用：工质流经气轮机进口处的比物流火用：工质流经气轮机出口处的比物流火用：⑵从状态1稳流到状态2时所能作出的最大有用功：⑶由稳态稳流的能