氨水吸收式制冷机的基础理论与设计之二

氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之二— _热力学基础 ( I)东南大学杨思文的情况下 .其状态不会发生变化，那幺该系统一一

、

些基本概念

就是处于平衡状态。一个已经达到平衡状态的系统，必定不存在任何自发变化的趋势。 系

1系统 .

统内部以及系统与外界之间没有不平衡力时， 就称这个系统处于力平衡状态，这时系统内各

组成制冷循环的过程主要是一些能量转换与传递的过程。为了研究物质状态的变化和能量传递与转换的规律，在热力学中，常常将所要研究的对象和周围的其它事物分隔开来，把包含在规定边界之内的物质称为热力系统或简称系统，而把边界之外的一切事物叫做外界或环境。

部分之间以及系统与外界之间的压力必须相等。对一个处于力平衡的系统，当用透热壁使之与外界隔开而仍不发生状态变化时，这个系统就是处于热平衡状态，这时系统内各部分之间以及系统与外界之间的温度必定相等。一个 处于力平衡和热平衡的系统，如果既不存在内部结构的自发变化 (化学反应 ),也不存在如系统内各部分之间以及系统与外界之间的物质输运，如扩散或溶解的趋势时，那么这个系统

2 .热力学参数为了研究物质在系统内的变化，需要用一些物理量来描述它所处的状态，这些物理量数值大小只决定于热力系统内物质所处的状态， 称之为热力学参数，例如压力、温度、容积等。热力学参数可分为广廷参数和强度参数两类。那些与物质质量多少成正比的参数称为广

就处于化学平衡状态。当一个热力系统同时满足以上三种平衡条件时，就称之为系统处于热力平衡状态，这时系统内各部分将具有一致的强度系数，其状态就可以在状态参数坐标图上

延参数，它在系统内的总量等于系统各部分同一

用一个点来表示。

参数的总和，即具有可加性，如容积、内

能、焓等}另一类与物质质量无关的参数称为

强度参数，它们在处于平衡的均匀系统内各处的数值都是相

同的，即没有可加性，例如温度、压力等。

二、热力学定律1 .热力学第一定律热力学第一定律实质上就是应用 f热力学系统的能量守恒定律。这个定律表咀：能量可：以从一个物体传递给另一个物体，从一种形式转换为另一种形式在传递和转换过程中总数量保持不变这样，当系统完成一个循环时 .

状态参数是状态的单值函数或点函数，它的变化只取决于初始和最终状态，与所经历的过程无关。状态参数在无限接近的相邻状态之间的无限小变化，在数学上可表示为一个垒微分。 5 .平衡状态如果一个系统在与环境之间没有相互作用一

循环内所完成或消耗的功必等于循环内研加八或放出的净热最。这时第一定律表示为it= t .W 7 O (1)

/ 5一一 f 8

式小： W与 0分别代丧功与热星 .它们部以能

可能白发地不付代价地从低温物，传建温度书更高的另一物体。根据这个定律，在冷机或 热泵中要将热量从低温处送向高温处，必需同时由外界输入能鼍。 由热力学第二定律可以推论出卡诺定理， 即任何热机的效率都不可能超过在相同温度范围内工作的可逆热机，而且一切在相同温度范

量单位表示j符号“t表示功和热量都不是 ”状态参数，它们的无限小变化都不是垒微分。由式 (1)可得』 ( O—t ) 0即 ( O— rt w=, t

t W)的循环积分为零，因此 (O—t )这个 t w量必定是系统的一种参数的微分，这个参数就 是系统的储能，用符号 E表示，即t—t= d O W E

围内工作的可迫热机都具有相同的效率。对于 ( 2)正循环来说，可逆热机的效率为

或

t O=d E+t W

储能 E中包含了宏观动能、宏观势能和内能。

对于一个封闭系统来说，在过程前后宏观动能与势能的变化部很小，可以略去不计，这时储能的变化就只是内能的改变 .上式就可写成t=d O U+ t W (3)

玑缶 一 _■—=石—绝对温度。

() 6,

式中： T、 T:

分别为高温热源和低温热源的 对于制冷机与热泵的逆循环来说，上述定

或积分形式O: AU+ W

理仍然适用，对制冷可逆循环来说，其制冷系数为一

对于稳定流动体系，热力学第一定律将具有下列形式：Q+ H+‘

导=

㈩

对于热泵可逆循环，其供热系数为+ mg= w .+ Hj Z+

导=任意微元过程可得到

() 8() 9

+

+mg。 Z

(4)

由第二定律可以导出熵 s的概念 .同时对

式中： H和 H分别代表进出控制体工质的

焓 V和 V为相应的流速 z与 z。为距离基准面的高 m为工质的贡埕；w。为系统所作的轴功。

d￣- S >

这是一个非常重要的关系式。式中等式适用于可逆过程，而不等式则适用于不可逆过程。对于孤立系统，由于 t o因此可以得到 O=,d≥O s ( O 1)

从热力学第一定律出发，可以得出评价一个热工设备的热力性能的经济指标：

热经指=紫鲁量 (这就是著名的熵增原理。它表明，在孤立系统力济标羹器 s )例如热力发动机和发电厂的热效率，制冷机的制冷系数、热泵的制热系数等都是这样表示的

中，只有熵增加 (可逆过程 )或熵保持不变不 (逆过程 )的状态才能为系统所达到。可 导出参数熵之后，就可以进一步组合得到两个新的包含熵的热力学参数，它们是自由能或称亥姆霍尔兹函数 F和自由焓或称吉布斯函数 G.其定义为F=u—T S G= H—TS ( 1 1) (2 1)

2.热力学第二定律 自然界中各种物理过程部是白发地朝着平

衡方向进行的，例如水从高处流向低处，气体由高压区向低压处膨胀，热量由高温处传向低温处等。热力学第二定律就是描述热力过程的

单向性。热力学第二定律可以有多种不同的陈述形式。其中克劳修斯是这样陈述的：热量不

因为参数的任何组合仍然是参数 .所以函数 F

和 G都是热力学参数，并且和内能 u以及焙 H

所谓能量的品位或质量，是用能量中能够转变为技术上可以利

用的，或称有用功的多少

来衡量的。热力学第二定律指出，能量在转换过程中具有方向性，即不是每一种形式的能量都可以垒部转换为另一种形式的能鼍。例如机械能可以全部转变为热能，但热能却不能全部转换为机械能，又如物质的内能和以热量形式传递的能量中能够转变为有用功的多少与它的图 1 H、 u、 F、 c之问的关系示意图 一

温度密切相关。因此有必要采用一个质量指标来衡量不同形式的能量、或在不同状态下能蟛转变为有用功的多少，这就是近三十多年来逐渐普遍应用的“” (x r y。炳 e e g )

样，都是广廷参数。在相同的温度下这几个

参数之间的关系可用图 1表示。

早在 1 6年，英国人泰特 ( at就已提 88 T i)

三、焖与斓效率以热力学第一定律为基础所得到的热工设备的热力经济指标表达式 (5)是一般最常用的，它可一目了然地得知，消耗了一定能量用在之后可以获得多少能量的收益。但它的缺点在于只说明了能量在数量方面被利用的程度，并没有反映出能量在品位或质量上利用的情况侧如用这个指标来表示的压缩式制冷机的制冷系数为：:

出了奖于能量可用性 (v ia iiy的概念， aalbl ) t 但“”这个名称是由南斯拉夫学者朗特(—炳 Ra n)于 1 5年正式提出的。他把在周围环境条 t 93件下，任一形式的能量中能够最大限度地转变为有用功的那部分能量称为“”,将不能转炳变为有用功的部分则称之为“” ( n ry。烧 ae g)应用炳和烧的溉念 .可以将热力学第一定律和第二定律表述为热力学第一定律：在任何过程中，蝴和烧的总量保持不 …… 此处隐藏：2764字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……