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1、單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,重慶電力高等?？茖W校,熱工理論基礎,第四章,熱力學第二定律,第一篇 工程熱力學,遵循熱力學第一定律的過程是否一定都能夠發(fā)生呢？,第二類永動機：,從單一熱源吸熱并連續(xù)不斷地全部轉變?yōu)楣Φ臋C器。,無數(shù)實踐證明，第二類永動機是不可能制造成功的。,熱力學第二定律的任務：,揭示熱力過程進行的方向性、條件和限度等問題,。,2,4-1,熱力循環(huán),熱力循環(huán)的定義：,工質從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過一系列的狀態(tài)變化后又回到初態(tài)的熱力過程。,（在參數(shù)坐標圖上可用閉合曲線表示熱力循環(huán)）,循環(huán)分類：,（,2,）,按循環(huán)產(chǎn)生的效果分,正向循

2、環(huán)：,實現(xiàn)熱能轉換為機械能的循環(huán)，如電廠的蒸汽動力循環(huán)等。,逆向循環(huán)：,消耗機械能轉換為熱能的循環(huán)，如制冷循環(huán)等。,（,1,）,按循環(huán)的組成過程特點分,可逆循環(huán)：,如果組成循環(huán)的全部熱力過程都是可逆過程。,不可逆循環(huán)：,如果組成循環(huán)的熱力過程包含有不可逆過程。,3,一、正向循環(huán),1.,正向循環(huán)概念：,正向循環(huán)的效果是將熱能轉變?yōu)闄C械能，也稱為,熱機循環(huán),或,動力循環(huán),。,循環(huán)凈功：,W,0,=W,1a2,-W,2b1,0,=,在,P-V,圖中面積,1a2341-,面積,2b1432,p,v,0,2,1,T,0,3,4,a,b,2,1,3,4,a,b,s,W,0,Q,0,循環(huán)凈熱量：,Q,0,=

3、Q,1,-Q,2,0,=,在,T-S,圖中面積,1a,2341-,面積,2b,1432,對循環(huán),1a2b1,，由熱力學第一定律可得：,Q,0,=Q,1,-Q,2,=W,0,4,2.,循環(huán)熱效率：,正向循環(huán)中熱能轉變?yōu)闄C械能的有效程度，用,t,表示。（,經(jīng)濟性指標,）,熱機循環(huán),5,二、逆向循環(huán),逆向循環(huán)的效果不是產(chǎn)生功而是消耗外界的功，將熱量由低溫物體傳向高溫物體。,v,0,2,3,4,d,c,p,1,6,7,制冷機,制冷系數(shù)：,供熱系數(shù)：,熱泵,W,0,W,0,8,4-2,熱力學第二定律,一、自然過程的方向性,1.,自發(fā)過程：,不需任何外界作用而可以自動進行的過程。,2.,非自發(fā)過程：,沒有

4、外界作用的情況下不能自動進行的過程。,熱量由高溫物體傳向低溫物體,摩擦生熱（功,熱）,水自動地由高處流向低處,電流自動地由高電勢流向低電勢,9,功量,摩擦生熱,熱量,100%,熱量,火電廠,功量,40%,放熱,結論,：,自然界的一切過程總是朝著一個方向自發(fā)進行而不能自發(fā)地反向進行。這就是,過程的方向性,。,非自發(fā)過程可以進行，但其發(fā)生必須以一定的,補償條件,作為代價。,以熱功轉換為例,：,10,二、熱力學第二定律的實質及表述,2.,表述：,“,熱二律,”,有各種各樣的說法，最常見的兩種是：,1,）克勞修斯說法（,1850,）：,不可能把熱從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它任何變化,。（,從熱量

5、傳遞的角度來描述的,）,2,）開爾文說法（,1851,）：,不可能從單一熱源吸熱，并使之全部變?yōu)橛杏霉?，而不引起其它任何變?。（,從熱功轉換的角度來描述的,）,1.,實質：,闡明與熱現(xiàn)象有關的各種過程所進行的,方向性、條件及限度,等問題，其中,方向性,是根本內容。,11,三、熱過程的方向性和能量品質的變化,能量不僅有數(shù)量特性，也有質量特性；不同形式的能量具有不同的品位。,能量的品位：反映能量的轉換能力大小。,高品位能,機械能,電能,高溫熱能,低品位能,熱能,熱能,低溫熱能,自發(fā)進行,非自發(fā),12,熱力學第二定律的工程指導意義,：,1,、電能生產(chǎn)要遵守熱力學第二定律。,鍋爐、汽輪機、凝汽器缺一

6、不可，是條件。,2,、能量有質的好壞，即品位的高低。,如：,（,1,）機械能和電能可自發(fā)地全部轉化為其它形式的能量（如熱能），為高品位能；,（,2,）熱能不能連續(xù)地全部轉化為機械能，為低品位能。,3,、熱力學第二定律是指導合理用能的重要理論。,13,S.,卡諾,Nicolas Leonard,Sadi,Carnot,（,1796-1832,）,法國,卡諾循環(huán)和卡諾定理，熱二律奠基人,14,4-3,卡諾循環(huán)與卡諾定理,一、卡諾循環(huán)及其熱效率,1.,卡諾循環(huán)組成：,工作于兩個熱源間的，由兩個,可逆的定溫過程,和兩個,可逆的絕熱過程,組成的理想,可逆循環(huán),。,1-2,：定溫吸熱過程，,q,1,=T,

7、1,(s,2,-s,1,),2-3,：定熵膨脹過程，對外作功,3-4,：定溫放熱過程，,q,2,=T,2,(s,2,-s,1,),4-1,：定熵壓縮過程，消耗外功,T,1,工質的吸熱溫度（即熱源溫度）,T,2,工質的放熱溫度（即冷源溫度）,15,2.,卡諾循環(huán)的熱效率：,T,1,T,2,Rc,q,1,q,2,w,0,（,1,）,t,c,只取決于恒溫熱源,T,1,和,T,2,，而與工質的性質無關；,（,2,）,T,1,，,t,c,；,T,2,，,t,c,；即溫差越大，,t,c,越高；,（熱變功方向）,（,3,）,T,1,，,T,2,0K,t,c,t,c,，故此設計指標不能實現(xiàn)。,20,熱能轉換為

8、機械能的最大能力為多大？受什么限制？,熱量中的,可用能,和,不可用能,在兩熱源間工作的熱機，其循環(huán)熱效率的最大值等于卡諾循環(huán)的熱效率。在一定的環(huán)境中，低溫熱源可達到的最低溫度為環(huán)境溫度,T,0,，,因此當供熱熱源溫度為,T,1,，,從該熱源吸熱的熱機循環(huán)的最高熱效率為：,當吸熱量為,Q,時，通過熱機循環(huán)而轉換為功的最大限額，即,熱量轉變?yōu)楣Φ哪芰?為：,4-4,熱量的做功能力（熱能的可用性）,21,按照轉變?yōu)楣Φ目赡苄?，可以把能分為可用能和不可用能。所謂,可用能,，就是可以連續(xù)地全部轉變?yōu)楣Φ哪?；反之，不可能轉變?yōu)楣Φ哪芫褪?不可用能,。,電能、機械能,可用能；,大氣、海洋等環(huán)境物體的熱力學能

9、,不可用能。,熱能,不可用能,可用能,即熱量可分為可用能和不可用能兩部分。,在一定的環(huán)境溫度下，提供該熱量的熱源溫度越高，則熱量中的可用能就越多，而不可用能就越少,。,4-4,熱量的做功能力（熱能的可用性）,22,能量貶值現(xiàn)象,當系統(tǒng)內發(fā)生一不可逆過程時，盡管能量遵循熱力學第一定律在數(shù)量上并沒有損失（如在摩擦過程中使功變?yōu)闊幔Σ廉a(chǎn)生的熱仍留在系統(tǒng)內并未消失；又如熱從高溫物體傳向低溫物體，熱量在數(shù)量上并未消失），但造成了功的耗散和熱能的質量貶值。,能量的貶值,能量在數(shù)量上并沒有變化，而做功的可能性減少的現(xiàn)象。（即做功能力的損失）,試從能量的數(shù)量和質量出發(fā)，分析火電廠的熱能利用情況,。,23,本章小結,熱力循環(huán)的概念及熱機循環(huán)的熱效率計算,熱力學第二定律的實質及文字表述,卡諾循環(huán)的組成及熱效率計算，卡諾定理的結論及應用,24,課堂作業(yè),教材,P63.,習題,2-1(1),、,(2),2-9,、,2-11,25,