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1、5.4 理想功、损失功及热力学效率,5.4.1 理想功系统在变化过程中，由于途径的不同，所产生(或消耗)的功是不一样的。理想功就是系统的状态变化以完全可逆方式完成，理论上产生最大功或者消耗最小功。因此理想功是一个理想的极限值,可作为实际功的比较标准。所谓的完全可逆，指的是不仅系统内的所有变化是完全可逆的，而且系统和环境之间的能量交换，例如传热过程也是可逆的。环境通常是指大气温度T0和压力P0=0.1013MPa的状态。,5.4.1 理想功,稳定流动系统的热力学第一定律表达式,假定过程是完全可逆的，而且系统所处的环境可认为是个温度为T0的恒温热源。根据热力学第二定律,系统与环境之间的可逆传热量为
2、 Qrev=T0S,忽略动能和势能变,5.4.1 理想功,稳流过程的理想功只与状态变化有关，即与初、终态以及环境温度T0有关，而与变化的途径无关。只要初、终态相同，无论是否可逆过程，其理想功是相同的。理想功与轴功不同在于：理想功是完全可逆过程所作的功，它在与环境换热Q过程中使用卡诺热机作可逆功。通过比较理想功与实际功，可以评价实际过程的不可逆程度。,5.4.2 损失功,系统在相同的状态变化过程中，不可逆过程的实际功与完全可逆过程的理想功之差称为损失功。,对稳态流动过程,5.4.2 损失功,Q是系统与温度为T0的环境所交换的热量，S是系统的熵变。由于环境可视为恒温热源，Q相对环境而言，是可逆热量
3、，但是用于环境时为负号，即-QT0 S0。,根据热力学第二定律(熵增原理)，S 0，等号表示可逆过程；不等号表示不可逆过程。,5.4.3 热力学效率,实际过程总是有损失功的，过程的不可逆程度越大，总熵增越大，损失功也越大。损失的功转化为热，使系统作功本领下降，因此，不可逆过程都是有代价的。,应用举例,例 5-7 求298K，0.1013MPa的水变成273K，同压力下冰的过程的理想功。设环境温度分别为(1)298K；(2)248K。解：忽略压力的影响。查得有关数据,(1)环境温度为298K，高于冰点时,应用举例,若使水变成冰，需用冰机，理论上应消耗的最小功为35.04kJ/kg。(2)环境温度
4、为248K，低于冰点时,当环境温度低于冰点时，水变成冰，不仅不需要消耗外功，而且理论上可以回收的最大功为44.61kJ/kg。理想功不仅与系统的始、终态有关，而且与环境温度有关。,应用举例,例 5-8 用1.57MPa，484的过热蒸汽推动透平机作功，并在0.0687MPa下排出。此透平机既不是可逆的也不是绝热的，实际输出的轴功相当干可逆绝热功的85。另有少量的热散入293K的环境，损失热为7.12kJ/kg。求此过程的理想功、损失功和热力学效率。,应用举例,查过热水表汽表可知，初始状态1.57MPa，484 时的蒸汽焓、熵值为H1=3437.5kJ/kg,S1=7.5035kJ/(kgK)(参见例3-12)若蒸汽按绝热可逆膨胀，则是等熵过程，当膨胀至0.0687MPa时,熵为 S2=S1=7.5035kJ/(kgK)查过热水蒸汽表,应用举例,P=0.0687MPa,此透平机实际输出轴功,应用举例,依据稳流系统热力学第一定律,得到实际状态2的焓为,应用举例,应用举例,
