蒸汽动力系统：1.4&1.5 热力学第二定律.ppt

1.4 热力学第二定律•热力学第一定律：在热力学第一定律：在热力过程热力过程中，能中，能量不会凭空产生第一类永动机不可量不会凭空产生第一类永动机不可能造出•热力学第二定律：在热力学第二定律：在热力循环热力循环(热机）热机）中，热能不可能中，热能不可能100%转变为功效率转变为功效率100%的热机，第二类永动机不可能造的热机，第二类永动机不可能造出定律表述1.克劳修斯说法：克劳修斯说法：热不可能自发地、不付热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体代价地从低温物体传到高温物体2.开尔文开尔文-浦朗克说法：浦朗克说法：任何发动机都不任何发动机都不可能只从单一的热源吸热，并把它连续可能只从单一的热源吸热，并把它连续不断地转变为功不断地转变为功问题：•两热源之间，理想热机的效率（最高）能达到多少热力 循环•循环：循环：工质从某一状态出发，经过工质从某一状态出发，经过一连串的状态变化，而重新回到原一连串的状态变化，而重新回到原来的状态，工质所经历的这些热力来的状态，工质所经历的这些热力过程的综合，称为热力循环，简称过程的综合，称为热力循环，简称循环•若循环的膨胀功大于压缩功，则循若循环的膨胀功大于压缩功，则循环的效果是使热能在一定的条件下环的效果是使热能在一定的条件下连续不断地转变为机械能，这种循连续不断地转变为机械能，这种循环称为环称为“正向循环正向循环”或或“热力循环热力循环”。

每一个循环热机所作的净功为：每一个循环热机所作的净功为：•循环的热效率循环的热效率 若工质经过一个循环，从高温热若工质经过一个循环，从高温热源吸收的热量为源吸收的热量为q1而向低温热源而向低温热源放出的热量为︱放出的热量为︱q2︱，︱，则则 根据热力学第一定律：根据热力学第一定律： 则循环的热效率：则循环的热效率： 完成一个正向循环后的全部效果 n热能所以能连续不断地转变为机械能，则是以向热能所以能连续不断地转变为机械能，则是以向冷源放热为补充条件冷源放热为补充条件Ø完成一个正向循环后的全部效果完成一个正向循环后的全部效果: •(1) 高温热源放出了热量高温热源放出了热量q1，，•(2) 低温热源获得了热量低温热源获得了热量q2；；•(3) 将将(q1－－q2)＝＝q0的热量转化为功的热量转化为功逆向循环 p逆向循环的总效果是消耗外界的功，将机逆向循环的总效果是消耗外界的功，将机械能转变为热能，并使热量从低温物体传械能转变为热能，并使热量从低温物体传到高温物体到高温物体 p逆向循环应用于制冷，如冷藏库或冰箱逆向循环应用于制冷，如冷藏库或冰箱。

卡诺循环§卡诺循环是在一定温度界限内热效率最高的循环，卡诺循环是在一定温度界限内热效率最高的循环，它是由两个可逆的定温过程和两个可逆的绝热过它是由两个可逆的定温过程和两个可逆的绝热过程组成的程组成的 1→2 1→2：定温吸热过程；：定温吸热过程； 2→3 2→3：绝热膨胀作功过程；：绝热膨胀作功过程； 3→4 3→4：定温放热过程；：定温放热过程； 4→1 4→1：绝热压缩过程绝热压缩过程§卡诺循环的热效率卡诺循环的热效率 卡诺定理卡诺定理卡诺循环的热效率仅取决于热源温度卡诺循环的热效率仅取决于热源温度T1和冷和冷源温度源温度T2而与工质的性质无关，而与工质的性质无关，T1愈高、愈高、T2愈低时，热效率愈高；愈低时，热效率愈高；任何热能动力装置的循环效率都不可能达到任何热能动力装置的循环效率都不可能达到100%；；只有单一热源的热力发动机是不可能存在的只有单一热源的热力发动机是不可能存在的1.5 水蒸汽水蒸汽及其典型热力过程及其典型热力过程1.5.1 水蒸汽在定压下的形成过程 未饱和水未饱和水 饱和水饱和水 湿蒸汽湿蒸汽 干蒸汽干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽 其温度超过饱和温度之值，称为过热度。

其温度超过饱和温度之值，称为过热度 饱和温度饱和温度t ts s水蒸汽形成过程在p-v图和T-s图上的表示Mc ——饱和水线； Nc——干饱和蒸汽线； ——液体热； ——汽化潜热； ——过热热量 ； c ——临界点过热度：过热度：过热蒸汽的温度过热蒸汽的温度 t t 超过相应于同一超过相应于同一压力下的饱和温度压力下的饱和温度 t t s s 的数值干度：干度：湿蒸汽中所含干蒸汽的质量百分数湿蒸汽中所含干蒸汽的质量百分数水的临界点参数：水的临界点参数：tc=374.15℃ pc=22.129 M Pa vc=0.00326 m3/kg水蒸汽焓熵图（h-s 图）1.5.2 水蒸汽的典型热力过程 定压流动过程定压流动过程工质在设备中进行定压流动时所吸入（或放出的热量等于工质在设备中进行定压流动时所吸入（或放出的热量等于其焓的增加（或减小）其焓的增加（或减小） 绝热流动的作功过程绝热流动的作功过程水蒸汽在绝热情况下流经汽轮机时乃是依靠它的焓降转变水蒸汽在绝热情况下流经汽轮机时乃是依靠它的焓降转变为技术功。

为技术功 通过喷管的绝热流动•能量方程式： 工质流经喷管时，如果发生绝热膨胀，则其动能必将增大•喷管的型式 根据喷管截面形状的不同，喷管可分为两种型式：渐缩喷管和渐缩渐扩喷管 渐缩喷管渐缩喷管 渐缩渐扩喷管渐缩渐扩喷管 （拉伐尔喷管）（拉伐尔喷管）•喷管型式的选取： 当 p2/p1≥βc 时，采用渐缩喷管，喷管出口能获得亚音速或音速流动； 当p2/p1＜βc 时，采用渐缩渐扩喷管，喷管出口能获得超音速流动，在最小界面处的流速理论上等于当地音速 注： βc = pc / p1绝热节流•节流：流体在管道中流动时，节流：流体在管道中流动时，如果流经阀门、挡板、孔板等如果流经阀门、挡板、孔板等障碍物，流体则产生涡流和摩障碍物，流体则产生涡流和摩擦，即产生局部阻力损失，因擦，即产生局部阻力损失，因而引起压力显著下降，这种现而引起压力显著下降，这种现象，称为节流象，称为节流• 工质通过孔板时的绝热节流•绝热节流后，工质的绝热节流后，工质的作功能力将下降作功能力将下降。

•节流后节流后• h2 = h1• p2＜＜p1 s2＞＞s1•绝热节流在 h-s 图上表示。