1、5.4 理想功、損失功及熱力學(xué)效率,5.4.1 理想功 系統(tǒng)在變化過(guò)程中，由于途徑的不同，所產(chǎn)生(或消耗)的功是不一樣的。理想功就是系統(tǒng)的狀態(tài)變化以完全可逆方式完成，理論上產(chǎn)生最大功或者消耗最小功。因此理想功是一個(gè)理想的極限值,可作為實(shí)際功的比較標(biāo)準(zhǔn)。所謂的完全可逆，指的是不僅系統(tǒng)內(nèi)的所有變化是完全可逆的，而且系統(tǒng)和環(huán)境之間的能量交換，例如傳熱過(guò)程也是可逆的。環(huán)境通常是指大氣溫度T0和壓力P0=0.1013MPa的狀態(tài)。,5.4.1 理想功,穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式,假定過(guò)程是完全可逆的，而且系統(tǒng)所處的環(huán)境可認(rèn)為是個(gè)溫度為T0的恒溫?zé)嵩?。根?jù)熱力學(xué)第二定律,系統(tǒng)與環(huán)境之間的可逆?zhèn)鳠崃?/p>

2、為 Qrev=T0S,忽略動(dòng)能和勢(shì)能變,5.4.1 理想功,穩(wěn)流過(guò)程的理想功只與狀態(tài)變化有關(guān)，即與初、終態(tài)以及環(huán)境溫度T0有關(guān)，而與變化的途徑無(wú)關(guān)。只要初、終態(tài)相同，無(wú)論是否可逆過(guò)程，其理想功是相同的。理想功與軸功不同在于：理想功是完全可逆過(guò)程所作的功，它在與環(huán)境換熱Q過(guò)程中使用卡諾熱機(jī)作可逆功。 通過(guò)比較理想功與實(shí)際功，可以評(píng)價(jià)實(shí)際過(guò)程的不可逆程度。,5.4.2 損失功,系統(tǒng)在相同的狀態(tài)變化過(guò)程中，不可逆過(guò)程的實(shí)際功與完全可逆過(guò)程的理想功之差稱為損失功。,對(duì)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程,5.4.2 損失功,Q是系統(tǒng)與溫度為T0的環(huán)境所交換的熱量，S是系統(tǒng)的熵變。由于環(huán)境可視為恒溫?zé)嵩?，Q相對(duì)環(huán)境而言，是可逆

3、熱量，但是用于環(huán)境時(shí)為負(fù)號(hào)，即 - QT0 S0 。,根據(jù)熱力學(xué)第二定律(熵增原理)， S 0 ，等號(hào)表示可逆過(guò)程；不等號(hào)表示不可逆過(guò)程。,5.4.3 熱力學(xué)效率,實(shí)際過(guò)程總是有損失功的，過(guò)程的不可逆程度越大，總熵增越大，損失功也越大。損失的功轉(zhuǎn)化為熱，使系統(tǒng)作功本領(lǐng)下降，因此，不可逆過(guò)程都是有代價(jià)的。,應(yīng)用舉例,例 5-7 求298K，0.1013MPa的水變成273K，同壓力下冰的過(guò)程的理想功。設(shè)環(huán)境溫度分別為(1)298K；(2)248K。 解：忽略壓力的影響。查得有關(guān)數(shù)據(jù),(1) 環(huán)境溫度為298K，高于冰點(diǎn)時(shí),應(yīng)用舉例,若使水變成冰，需用冰機(jī)，理論上應(yīng)消耗的最小功為35.04kJ/k

4、g。 (2) 環(huán)境溫度為248K，低于冰點(diǎn)時(shí),當(dāng)環(huán)境溫度低于冰點(diǎn)時(shí)，水變成冰，不僅不需要消耗外功，而且理論上可以回收的最大功為44.61kJ/kg。 理想功不僅與系統(tǒng)的始、終態(tài)有關(guān)，而且與環(huán)境溫度有關(guān)。,應(yīng)用舉例,例 5-8 用1.57MPa，484的過(guò)熱蒸汽推動(dòng)透平機(jī)作功，并在0.0687MPa下排出。此透平機(jī)既不是可逆的也不是絕熱的，實(shí)際輸出的軸功相當(dāng)干可逆絕熱功的85。另有少量的熱散入293K的環(huán)境，損失熱為7.12kJ/kg。求此過(guò)程的理想功、損失功和熱力學(xué)效率。,應(yīng)用舉例,查過(guò)熱水表汽表可知，初始狀態(tài)1.57MPa， 484 時(shí)的蒸汽焓、熵值為H1=3437.5kJ/kg, S1=7.5035kJ/(kgK) (參見(jiàn)例3-12 ) 若蒸汽按絕熱可逆膨脹，則是等熵過(guò)程，當(dāng)膨脹至0.0687MPa時(shí),熵為 S2=S1=7.5035kJ/(kgK) 查過(guò)熱水蒸汽表,應(yīng)用