热工学基础 第3版

普通高等教育“十一五”国家级规划教材
热源 T
T1
热源 T
T2
冷源 T
冷源 T
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卡诺循环的热效率：
q2 t 1 q1
t ,c
T2 1 T1
结论：1、卡诺循环的热效率取决于高温热源和低温冷源的 温度。 2、卡诺循环的热效率总小于1。 3、当T1=T2时，卡诺循环的热效率等于0。 4、卡诺循环的热效率与工质的性质无关。
总是熵增
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熵的计算
理想气体 任何过程
dT v2 S21 cv R ln 1 T v1 2 dT p2 S21 cp R ln 1 T p1 2 dv 2 dp S21 cp cv 1 v 1 p
2
仅 可 逆 过 程 适 用
T2 1 T1 T2
T1 2 T1 T2
逆卡诺循环的供热系数：
1、逆卡诺循环的性能系数取决于高温热源和低温冷 源的温度。
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2、逆卡诺循环的制冷系数可能小于、等于、大于1。逆卡 诺循环的供热系数大于1。 3、逆卡诺循环的制冷系数通常大于1。
4、逆卡诺循环可以用于供热和制冷。供热时叫做热泵。
Q2
T2
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热力循环的评价指标 逆循环：净效应（对内作功，放热）
制冷循环：制冷系数
T0 Q1 W
Q2
T2
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热力循环的评价指标
逆循环：净效应（对内作功，放热）
制热循环：制热系数 T1
Q1 W
Q2
T0
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孤立系统熵增原理
无质量交换
孤立系统
无热量交换
无功量交换
dSf 0
dSiso dSg 0
热二律表达式之一
=：可逆过程 >：不可逆过程
结论：孤立系统的熵只能增大，或者不变， 绝不能减小，这 一规律称为孤立系统 熵增原理。
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4.1 热力循环
要实现连续作功，必须构成循环
定义：
热力系统经过一系列变化回到初态，这一系列变化 过程称为热力循环。 分类： 可逆 过程 不可逆 循环 不可逆循环
可逆循环
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热工学基础 第3版
• 书名：热工学基础 第3 版 • 书号：978-7-11150311-8 • 作者：刘春泽 李国斌 • 出版社：机械工业出 版社
4.2 热力学第二定律的实质及表述
一、自然过程的方向性 经验告诉我们，自然界发生的许多过程是有方向性的。 例如： （1）热工转化 焦耳的功转换成热的试验，重物下降，搅动量热 器中的水使水温升高，但不能让水自动冷却而产生动 力把重物举起。即重物下降能使水温升高，但水温降 低不能使重物上升
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（2）有限温差传热 热可以自发地从高温物体传到低温物体，但却不能自 发地从低温物体传到高温 （3）自由膨胀 气体自发向真空膨胀，但却不能自发压缩，空出一个 空间 （4）混合过程 两种气体可自发地混合，却不可自发地分离
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二、热力学第二定律的表述 由于人们分析问题的出发点不同，所以“热二”有各 种各样的说法，但无论有多少种不同的说法，它们都反映 了客观事物的一个共同本质，即自然界的一切自发过程有 方向性。
S21可逆 S21不可逆
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不可逆过程的熵
任意不可逆循环

12
Q
1a 2
T

Q
1b 2
T
S21
S21 S 2 S1
Q
T
= 可逆 > 不可逆 除了传热,还有其它因素影响熵
S
Q
T
不可逆绝热过程 不可逆因素会引起熵变化
Q 0 dS 0
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正循环：顺时针方向 p T 2
1
2 V 净效应：对外作功
1 S 净效应：吸热
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逆循环：逆时针方向 p T 2
1
2 V 净效应：对内作功
1 S 净效应：放热
源自文库
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热力循环的评价指标
正循环：净效应（对外作功，吸热） 动力循环：热效率 T1 Q1 W
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克劳修斯说法： 不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它 变化。 开尔文说法： 不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功，而 不引起其它变化。 “克氏”是从传热的角度出发，“开氏”是从功热 转换的角度出发。
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4.3 卡诺循环与卡诺定理 热功转换的最大效率的求取方法 一、卡诺循环（属可逆循环） 组成： a-b工质从高温热源可逆定温吸热 c-d工质低温冷源可逆定温放热 b-c工质可逆定熵膨胀 d-a工质可逆定熵压缩
2 1 1
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三、卡诺定理 卡诺定理表达： 1、所有工作于同温冷源与同温热源之间的一切热机， 以可逆热机的效率为最高。 2、在工作于同温冷源与同温热源之间的一切可逆热机， 其效率均相等。
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4.4 熵及孤立系统的熵增原理
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二、逆卡诺循环（属可逆循环）
组成：
c-b 工质可逆定熵压缩
a-d工质可逆定熵膨胀
b-a工质向高温热源可逆定温放热
d-c工质从低温冷源可逆定温吸热
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热源 T
T1
热源 T
T2
冷源 T
冷源 T
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逆卡诺循环的制冷系数：
可逆过程，
Q q
， 代表某一状态函数。 T T
定义：熵
dS
Qre
T
比熵 ds
qre
T
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可逆时
dS 0 dS 0 dS 0
Q 0 Q 0 Q 0
熵的物理意义
熵变表示可逆过程中 热交换的方向和大小
熵是状态量
熵变与路径无关,只与初终态有关