1、1Chap2 熱力學基礎 22-1：熱機與冷凍機(a) 熱機：一系統在完成一循環時可由外界高溫處吸熱由工作介質做狀態變化將部份之熱量排到外 界低溫處而產生淨功輸出。EX:蒸汽動力廠能量守恆inoutnetetinoutQWQ110%etinout outi inQ目 的熱 效 率 成 本(b) 冷凍機：一系統完成一循環時可直外界低溫處吸熱由工作物做狀態變化產生製冷效果藉由外界輸入功將熱量排到外界高溫處。2EX: 蒸汽壓縮式冷凍機能量守恆 inioutQWitin性能係數（C.O.P）ininoutWQ不 可 能 為性能因素（P.F）outoutinin性能係數與性能因素之關係 132-2： S
2、econd Law 之兩個敘述(a) 凱爾文普朗克敘述 熱機的原理是 不 可 能 的%10不可能設計製造出一個設備在完成一循環僅與單一溫度之熱源作熱交換而產生等量的功而無其它效應產生。(b) 克勞休斯敘述 冷凍機的原理是 不 可不可能設計製造出一個設備在完成一循環可將低溫處之熱量傳至高溫處而無其它效應產生。2-3：外可逆循環卡諾 cycle(1) 可逆過程（reversible process）：一過程發生後可用任何方法使系統（與外界）均返回原狀態對產生功之過程可逆過程產生之功最大對消耗功之過程可逆過程消耗之功最小內可逆過程：無摩擦過程外可逆過程：極緩慢，無摩擦之等溫或絕熱過程(2) 卡諾循環
3、1 2 可逆等溫吸熱膨脹過程 CPV2 3 可逆絕熱膨脹過程 k3 4 可逆等溫放熱壓縮過程 4 1 可逆絕熱壓縮過程 k型式：密閉型或穩態型4工作介質：可為純質或 ideal gas分析:以密閉型工作介質為 ideal 比熱為常數之卡諾熱機來說明(a)PV 圖(b) 的分析熱 效 率1 312 342 441331242ln lnl 1ninHout LLout Lin HHVVQmRTQmRTV 卡 卡反向卡諾循環（卡諾冷凍機） 1 2 可逆等溫吸熱膨脹 2 3 可逆絕熱壓縮 3 4 可逆等溫放熱壓縮 4 1 可逆絕熱膨脹 同理可推導出C.O.P= LHT52-4 卡諾原理不可能製作一熱機
4、作用於兩溫度間其效率高於外可逆熱機 xR作用於兩溫度間任何可逆熱機之熱效率均相同 即 12RLHT註:亦適用於冷凍機2-5 熵 （entropy）(1) 克勞休斯不等律對任何一 cycle 之循環積分之永遠TQ0即 不可逆 cycle0可逆 cycle不可能 cycle(2) 對可逆 cycle 而言為一熱力性質0TQTQ定義 S 稱為熵,單位為RevdS 0kJ單位為, qsmT0kJgK(3) 控制質量系統之熵變化量（closed system）2211RevqsdsT對一不可逆過程 2121Re genvqqsssTT 21s2Tq對可逆過程 0gens(4) 控制容積系統之熵變量sge
5、n:不可逆因素所造成之熵增量量6.21()CViecviegencvQSmsTS熵變率公式 . iegencvdSstT若為穩態過程 ,與時間無關.0cvt只有一個進、出口 iem0genigengenei iQsSTqsssT 若為可逆過程 0gen且絕熱過程 qT-(1)0eieiss亦稱為等熵過程eis故 可 逆 絕 熱 過 程絕熱過程 -(2)0eigni綜合式(1)(2)可知絕熱過程 eis同理對 closed system 21s(5) Tds方 程 式upvh21ClosedytmFirstLawqu以RevqdsTdpvTs,huphh=dpvdvTs7（6） 圖STRe12v
6、qdsTdsqS此 過 程 在 圖 下 之 面 積等壓與等容之 T-S 圖lgideas工 作 物 為1. 等容線由 Tds=du+pdvvvcTdsuCTS等 容 線 在 圖 之 斜 率2.等壓線 pC由 ppcTdshvdTsC等壓 S線 在 圖 之 斜 率在相同溫度下8pvCRPvdTs(7)卡諾 cycle(a)以 ideal gas 為工作介質之 T-S 圖1LBAoutinHTSq卡=1- L( 工作介質為純質 之 T-S 圖 b汽液 (8)熵變化量之計算ideal gas:比熱視為常數（計算出值較不準確）a222111lnlpvPsC= llvTVR= 2211lnlpP9,pv
7、bC為 溫 度 函 數 計 算 較 準 確 但 花 費 時 間 較 長代入 2211lnpdTPsR積分求得 21 02211c7.8lnTT pAsPdssRC由 理 想 气 體 之 熱 力 表 查 出代 入 其 中計 算 出 值 較 準 確工作介質為純質:查純質熱力性質表Ex： 2 2130k150k20pa150kaOs 由 加 熱 至 壓 力 由 降 至 求利用 .9,.8pKJaCRg比 熱 視 為 常 數之 氣 體 性 質 表由 表 8Ab222111lnlpTPas=0.922 5050l.98ln1.863KJgk212211TssRP查表 A8 2508.0649TKs113
8、2 158.649ln.708KJs kg(9)可逆穩態過程所做的功 2122. 1102()eeieii iieigenCeiCosedytmWpdvSFVgZirstLawqhVZwSQSecondLamesTqndawsaTdseutiohAA由 單 一 進 出 口 之 知 ,考 慮 兩 種 過 程可 逆 絕 熱 過 程由由 ()eeeeiiivphvdpb將（a） （b）代回 S.S.S.F 之 First Law10210eieieieieieiivdpVgZwiwibSQScondLamsTqsTqsA可 逆 等 溫 過 程由由 .deuTds=dh-vdp 2211eeieiie
9、i eieieieieiTshvdpTshvdpiqVgZwwdpVgZi;()11lnneiivCpnedPi同 理 任 何 其 他 可 逆 過 程 可 得 到 相 同 功 之 公 式若 過 程 為 多 變 過 程2 11lneieieieieiiivVgZnwCP 其 中 222c1. c10.,kep3. pum,eieieieiieipcpvPVgZgZgturbincorsWvdiComrsww 汽 液討 論若 考 慮 不 作 功 之 可 逆 穩 態 過 程 且 流 體 為 不 可 壓 縮柏 努 利 方 程 式對 而 言 可 不 計 之 功 與 之 功對 一 流 體 加 壓 至 同
10、一 壓 力對 汽 體 對 液 體穩態過程所作的功wdp3 .3kg102:.0kpa,7.530kpa5511.0;ei eieixCcmcmKm WskgslPKaZvVgZi AA鹽 鹽水比 重 之 鹽 水 在 經 一 直 徑 為 之 開 口 流 進 而 在 經 直 經 之 開 口流 出 鹽 水 之 質 量 流 率 為 之 出 進 口 高 設 壓 過 程 無 摩 擦 求 此 過 程 所 需 之 功 率:比 重 分 析壓 過 程 可 視 為 223231,15.207.5104815.20510467eieieiieii iiee eeVmAVVsmAVVs等 容 過 程先 求 出36.7.
11、8980=-0.141 J12150.42.1WmwkwA2-6 熵增原理用來判斷過程是否可能（可逆或不可逆）系統進行一過程系統與外界變化量之總和永遠0 即 0sysurdS或 下標 代表外界0sysurdStt不 可 能 過 程可 逆 過 程不 可 逆 過 程 sr（1） closed system（a） 絕熱過程 2100sySS（b） 非絕熱過程 sysur（2） 控制容積系統（open system）. .0 000netCVsurieCVCVeisurCVsursurdSdStQmstTdSst TdtSdStttAAAAA其 中若 為 穩 態 過 程若 且 為 絕. .0eieie
12、imss熱 過 程單 一 進 出 口13ideal gas 進行絕熱壓縮（比熱為常數）數,則過程為pvCk等 熵 指 kPvc2-7 效率考慮一實際過程與理想（可逆）過程之差異而定義出該設備之等熵效率（1） 渦輪機（turbin）定義：turbin 之等熵效率= =實 際 過 程 所 作 的 功 (不 可 逆 過 程 )等 熵 過 程 所 作 得 功 可 逆 過 程 astW利用 S.S.S.F 過程之 First Lawei aiest sqhkpwwhaturbin蒸 汽 之（b）燃氣輪機（視為 idea gas 比熱為常數）pieie iest stsssCThTEx:某水蒸汽渦輪機之入
13、口壓力與溫度為 1MPa,300,而水蒸汽離開渦輪機之壓力為 15kpa。水蒸汽流經該渦輪機之輸出功被測得為 600 求此渦輪機之效率kgKJst【sol】 aiest swh14入口 StateCMPa3013051.728.0iiKJhkgsP過 熱 水 蒸 汽設為等熵過程 ses=si=7.1228出口 State 157.28esKpa0.7548236.917.4gffgsh7.1280.54x7.236.91087.142309.352360.741.9;051.24fesgsfesfesfgsiastaieex KJhh kgJwkhh溼 汽 體實 際 過 程 51.KJkg出口
14、 State5241.efgefefkphx溼 汽 體x0.937（2） 壓縮機與 pump負eihw等熵效率= 等 熵 過 程 所 作 功實 際 過 程 所 作 功16lgsiescaesicpesiscwhdaCT若 為 比 熱 為 常 數Ex:空氣以 100kpa,300K 的狀態進入一汽車增壓器,被壓縮至 150kpa,該增壓器之效率為 70%求(1).此過程輸入之比功 w (2).出口溫度 ？eT（sol）kgKJTTPTCpcidealheseskieies kvesiseipsssc 1.379.610539.3605.17.04.11 關 係 式利 用 兩 狀 態 間 程比 熱 視 為 常 數 進 行 等 過空 氣 視 為由 kgKJwwaaassc 3.7.0由KTTcheeipei8.3521（3） 噴嘴噴嘴效率= 真 實 過 程 之 出 口 動 能等 熵 過 程 之 出 口 動 能=21esV1
