PDF《第六章 流动系统的热力学原理及应用》

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第六章 流动系统的热力学原理及应用 §6.

1 热力学第一定律

一、 热力学第一定律的实质 热力学第一定律的实质就是能量在数量上是守恒的基本形式为: Δ (体系的能量)+Δ (环境的能量)=0 或Δ(体系的能量)=-Δ (环境的能量) 体系的能量的增加等于环境的能量的减少.

二、能量平衡方程

1、一般形式 进入体系的能量-离开体系的能量=体系积累的能量 式中:E-单位质量流体的总能量,它包含有热力学能、动能和位能. PV―流动功,表示单位质量流体对环境或环境对流体所作的功 功=力*距离=P*S*V/A=PV P1V1―输入流动功,环境对体系作功 P2V2―输出流动功,体系对环境作功. Ws―单位流体通过系统时所作的轴功 轴功:流体流经设备的运动机构时通过轴传递的功. 将 代入 ,得 考虑到 H=U+PV ,则 能量平衡方程适合任意系统

2、能量平衡方程的应用 (1)封闭系统:无质量交换,限定质量体系 δ m1=δ m2=dm=0 若忽略动能、位能的变化,且封闭体系不存在流动功 δ Ws=δ W,所以有 封闭系统能量平衡方程积分形式 体积功: 若过程可逆,则: (2)稳定流动系统

2 稳定流动过程,表现在流动过程中系统内: (1)每点状态不随时间变化;

(2)没有质量和能量的积累. δ m1=δ m2 dm=0 可得到稳流系统的一般能量平衡方程为 若忽略动能、位能的变化,即 稳定流动系统的能量平衡方程 若过程可逆,则可逆轴功: 证明:对于可逆总功 所以 例题 6-1 将90℃的热水,以12m3 ・h-1 的速率从储罐

1 送到高度为 15m 的储罐 2,热水泵的 电动机功率为 1.5kW,并且热水经过一个冷却器,放出热量的速率为 2.5*106 kJ・h-1 ,试问:储罐2的水温度是多少? 解:由附录 C 水性质表中查得,90℃的热水的密度为

965 .3kg・m-3 水的质量流率为

965 .3*12= 11583.6kg・h-1 得到放出的热量 轴功 从饱和水蒸汽表中查得 90℃饱和液体的焓 则 从水蒸汽表中查得,储罐

2 的水温度是 38.5℃. §6.2 热力学第二定律和熵平衡

一、热力学第二定律 常见的两种表述:

1、克劳修斯说法:热不可能从自动从低温物体传给高温物体.

2、开尔文说法:不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功而不引起其它变化. 实质:自发过程都是不可逆的. 热量传递的方向和限度 热功转化的方向 高温 低温 自发 非自发 限度:Δ T=0 热功100%自发 100%非自发

3 热功转化的限度要由卡诺循环的热机效率来解决 实质:规定过程进行的方向和限度,自发过程都是不可逆的.

二、熵及熵增原理

1、卡诺定律:所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机,以可逆热机效率最高.工作于同温热 源和同温冷源之间的可逆热机,其效率相等,并与工作介质无关.

2、熵的定义: 即: 熵的微观物理意义:是系统的混乱程度大小的度量.单位 J・ K-1

3、热力学第二定律的数学表达式: 对于孤立系统(或绝热系统) : 系统+环境=孤立系统,则总熵变为 熵增原理:自发进行的不可逆过程只能向着总熵增加的方向进行,最终趋向平衡状态.此时总熵变 达到最大值,即 达到了过程的终点. 结论: 自然界的一切自发进行的过程都是熵增大的过程;

自发进行的方向 自发进行的限度 同时满足热力学第和第二定律的过程,实际当中才能实现,违背其中任一定律,其过程就不可 能实现.