第5章工程熱力學

1、1第五章第五章 熱力學第二定律熱力學第二定律The second law of thermodynamics251 熱力學第二定律熱力學第二定律一、自發(fā)過程的方向性一、自發(fā)過程的方向性QQ?是否任何不違反熱力學第一定律的過程都是可以實現(xiàn)的？是否任何不違反熱力學第一定律的過程都是可以實現(xiàn)的？3重物下落，水溫升高重物下落，水溫升高;水溫下降，重物升高水溫下降，重物升高？只要重物位能增加小于等于水內(nèi)能減只要重物位能增加小于等于水內(nèi)能減少，不違反第一定律。少，不違反第一定律。電流通過電阻，產(chǎn)生熱量電流通過電阻，產(chǎn)生熱量對電阻加熱，電阻內(nèi)產(chǎn)生反向?qū)﹄娮杓訜?，電阻?nèi)產(chǎn)生反向電流電流？只要電能不大于加入熱能

2、，不只要電能不大于加入熱能，不違反第一定律。違反第一定律。4歸納：歸納：1）自發(fā)過程有）自發(fā)過程有方向性方向性； 2）自發(fā)過程的反方向過程并非不可進行，而是）自發(fā)過程的反方向過程并非不可進行，而是 要有要有附加條件附加條件； 3）并非所有不違反第一定律的過程均可進行。）并非所有不違反第一定律的過程均可進行。能量轉(zhuǎn)換方向性的能量轉(zhuǎn)換方向性的實質(zhì)是實質(zhì)是能質(zhì)能質(zhì)有差異有差異無限可轉(zhuǎn)換能無限可轉(zhuǎn)換能機械能，電能機械能，電能部分可轉(zhuǎn)換能部分可轉(zhuǎn)換能熱能熱能0TT 不可轉(zhuǎn)換能不可轉(zhuǎn)換能環(huán)境介質(zhì)的熱力學能環(huán)境介質(zhì)的熱力學能5二、第二定律的兩種典型表述二、第二定律的兩種典型表述熱力學第二定律熱力學第二定律能

3、不能找出能不能找出共同的規(guī)律性共同的規(guī)律性?能不能找到一個能不能找到一個判據(jù)判據(jù)? 自然界過程的自然界過程的方向性方向性表現(xiàn)在不同的方面表現(xiàn)在不同的方面注意：注意： 熱力學第二定律與第一定律一樣是根據(jù)無數(shù)實踐經(jīng)驗得熱力學第二定律與第一定律一樣是根據(jù)無數(shù)實踐經(jīng)驗得出的出的經(jīng)驗定律，經(jīng)驗定律，是基本的自然規(guī)律，是基本的自然規(guī)律，不能由其他定律推導不能由其他定律推導得出得出。這兩個定律是。這兩個定律是相互獨立相互獨立的定律，共同構成熱力學基的定律，共同構成熱力學基礎礎。6 熱功轉(zhuǎn)換熱功轉(zhuǎn)換 傳傳 熱熱 1851年年 開爾文普朗克表述開爾文普朗克表述 熱功轉(zhuǎn)換的角度熱功轉(zhuǎn)換的角度 1850年年 克勞修

4、斯表述克勞修斯表述 熱量傳遞的角度熱量傳遞的角度 熱力學第二定律的熱力學第二定律的表述表述有有 60-7060-70 種種71.克勞修斯表述克勞修斯表述熱量不可能熱量不可能自發(fā)地不花代價地自發(fā)地不花代價地從低溫從低溫 物體傳向高溫物體。物體傳向高溫物體。2.開爾文開爾文-普朗克表述普朗克表述不可能制造不可能制造循環(huán)循環(huán)熱機，只從熱機，只從單單 一熱源一熱源吸熱，將之吸熱，將之全部全部轉(zhuǎn)化為功，而轉(zhuǎn)化為功，而 不在外界留下任何影響不在外界留下任何影響。理想氣體可逆等溫膨脹理想氣體可逆等溫膨脹TtQWW環(huán)境一個熱源環(huán)境一個熱源? ?吸收熱量全部轉(zhuǎn)變成功吸收熱量全部轉(zhuǎn)變成功? ?是否違反開爾文是否違

5、反開爾文- -普朗克表述？普朗克表述？討論：討論：8第二類永動機：第二類永動機：從從單一熱源單一熱源取熱并使之完全變?yōu)楣?，取熱并使之完全變?yōu)楣Γ灰鹌渌兓臒釞C。而不引起其他變化的熱機。 第二類永動機的熱效率是100，顯然是違反熱力學第二定律的開爾文-普朗克表述，是不可能存在的。熱力學第二定律可表述為：熱力學第二定律可表述為：第二類永動機是不可能存在的。第二類永動機是不可能存在的。注意注意第二類永動機不違反熱力學第一定律第二類永動機不違反熱力學第一定律9完全等效完全等效!違反一種說法,必違反另一種說法!3.兩種說法的關系兩種說法的關系克勞修斯說法克勞修斯說法開爾文說法開爾文說法10證明證

6、明1 1、違反開爾文說法必導致違、違反開爾文說法必導致違反克勞修斯說法反克勞修斯說法 Q1 = WA + Q2反證法：反證法：假定違反假定違反開爾文說法開爾文說法 熱機熱機A從單熱源吸熱全部作功從單熱源吸熱全部作功Q1 = WA 用熱機用熱機A帶動可逆制冷機帶動可逆制冷機B 取絕對值取絕對值 Q1 -Q2= WA = Q1 Q1 -Q1 = Q2 違反違反克勞修斯說法克勞修斯說法 熱源熱源T1AB熱源熱源 T2 T1 Q2Q1WAQ111證明證明2 2、違反克勞修斯說法必導致違、違反克勞修斯說法必導致違反開爾文說法反開爾文說法 WA = Q1 - Q2反證法：反證法：假定違反克勞修斯說法假定違

7、反克勞修斯說法 Q2熱量無償從熱源熱量無償從熱源T2送到熱源送到熱源T1假定熱機假定熱機A從熱源吸熱從熱源吸熱Q1 熱源熱源T2無變化無變化 從熱源從熱源T1吸收吸收Q1-Q2全變成功全變成功WA 違反違反開爾文說法開爾文說法 熱源熱源T1 A熱源熱源 T2 T1 Q2Q2WAQ1Q2對外作功對外作功WA對冷源放熱對冷源放熱Q212法國工程師法國工程師卡諾卡諾 (S. Carnot)，1824年提出年提出卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)既然既然t =100不可能熱機能達到的熱機能達到的最高效率最高效率有多少？有多少？熱力學第二定律奠基人熱力學第二定律奠基人效率最高效率最高52 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)13S. 卡諾卡

8、諾 Nicolas Leonard Sadi Carnot（1796-1832）法國）法國卡諾循環(huán)和卡諾定理卡諾循環(huán)和卡諾定理,熱二律奠基人熱二律奠基人14卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 理想可逆熱機循環(huán)理想可逆熱機循環(huán)卡諾循環(huán)示意圖4-1絕熱壓縮絕熱壓縮過程，對內(nèi)作功過程，對內(nèi)作功1-2定溫吸熱定溫吸熱過程，過程， q1 = T1(s2-s1)2-3絕熱膨脹絕熱膨脹過程，對外作功過程，對外作功3-4定溫放熱定溫放熱過程，過程， q2 = T2(s2-s1)15t1wq卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)熱機效率熱機效率卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)熱機效率熱機效率T1T2ECq1q2w122111qqqqq 12121122c1)()(1

9、TTssTssT16卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)熱機效率的說明熱機效率的說明 c只取決于只取決于恒溫恒溫熱源熱源T1和和T2 而與工質(zhì)的性質(zhì)無關；而與工質(zhì)的性質(zhì)無關； T1 c , T2 c ，溫差越大，溫差越大， c越高越高 當當T1=T2， c = 0, 單熱源熱機不可能單熱源熱機不可能 T1 = K, T2 = 0 K, c Q1R多多 Q2C tR多多 Q1R多多 = T1(sc-sa) Q2R多多 = T2(sc-sa) Ts22ct任,5-3 卡諾定理卡諾定理 定理：定理：在兩個不同溫度的在兩個不同溫度的恒溫熱源恒溫熱源間工作的間工作的 所有熱機，以所有熱機，以可逆熱機可逆熱機的熱效率為的熱效

10、率為最高最高。 卡諾提出：卡諾提出：卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)效率最高效率最高即在恒溫即在恒溫T1、T2下下 結論正確，但推導過程是錯誤的結論正確，但推導過程是錯誤的 當時盛行當時盛行“熱質(zhì)說熱質(zhì)說” 1850年開爾文，年開爾文，1851年克勞修斯分別重新證年克勞修斯分別重新證明明熱力學第二定律熱力學第二定律的推論之一的推論之一23卡諾定理卡諾定理推論一推論一T1T2R1R2Q1Q1Q2Q2WR1 求證：求證： tR1 = tR2 由卡諾定理由卡諾定理 tR1 tR2 tR2 tR1 WR2 只有：只有： tR1 = tR2 tR1 = tR2= C與工質(zhì)無關與工質(zhì)無關 在在相同溫度相同溫度的高溫熱源和

11、相同的低溫熱源之間工作的的高溫熱源和相同的低溫熱源之間工作的一切一切可逆循環(huán)可逆循環(huán)，其，其熱效率都相等熱效率都相等，與可逆循環(huán)的，與可逆循環(huán)的種類無關種類無關，與采，與采用哪種用哪種工質(zhì)也無關工質(zhì)也無關。24卡諾定理卡諾定理推論二推論二 在同為溫度在同為溫度T1的熱源和同為溫度的熱源和同為溫度T2的冷源間工的冷源間工作的作的一切不可逆循環(huán)一切不可逆循環(huán)，其熱效率必，其熱效率必小于可逆循環(huán)熱小于可逆循環(huán)熱效率。效率。T1T2IRRQ1Q1Q2Q2WIR 已證：已證： tIR tR 只要證明只要證明 tIR = tR 反證法反證法,假定：假定： tIR = tR 令令 Q1 = Q1 則則 WI

12、R = WR 工質(zhì)循環(huán)、冷熱源均恢復原狀，工質(zhì)循環(huán)、冷熱源均恢復原狀，外界無痕跡，只有可逆才行，外界無痕跡，只有可逆才行，與原假定矛盾。與原假定矛盾。 Q1- Q1 = Q2 - Q2= 0 WR25四、卡諾定理四、卡諾定理 定理定理1：在在相同溫度相同溫度的高溫熱源和相同的低溫熱源的高溫熱源和相同的低溫熱源 之間工作的之間工作的一切可逆循環(huán)一切可逆循環(huán)，其，其熱效率都相熱效率都相 等等，與可逆循環(huán)的，與可逆循環(huán)的種類無關種類無關，與采用哪種，與采用哪種 工質(zhì)也無關工質(zhì)也無關。 定理定理2：在同為溫度在同為溫度T1的熱源和同為溫度的熱源和同為溫度T2的冷源的冷源 間工作的間工作的一切不可逆循環(huán)

13、一切不可逆循環(huán)，其熱效率必，其熱效率必小小 于可逆循環(huán)熱效率于可逆循環(huán)熱效率。 理論意義：理論意義： 1）提高熱機效率的途徑：可逆、提高）提高熱機效率的途徑：可逆、提高T1，降低降低T2； 2）提高熱機效率的極限。提高熱機效率的極限。26循環(huán)熱效率計算式：循環(huán)熱效率計算式：1211qqqwnettHmLmtTT,1適用于一切循環(huán)、任意工質(zhì)適用于一切循環(huán)、任意工質(zhì)適用于多熱源可逆循環(huán)、任意工質(zhì)適用于多熱源可逆循環(huán)、任意工質(zhì)適用于卡諾循環(huán)、概括性卡諾適用于卡諾循環(huán)、概括性卡諾循環(huán)、任意工質(zhì)循環(huán)、任意工質(zhì)HLtTT127一、熵的導出一、熵的導出 比熵比熵的定義式：的定義式：比熵是由熱力學第二定律導出

14、的狀態(tài)參數(shù)。比熵是由熱力學第二定律導出的狀態(tài)參數(shù)。根據(jù)卡諾定理，在溫度分別為根據(jù)卡諾定理，在溫度分別為T1與與T2的兩個恒的兩個恒溫熱源間工作的一切可逆熱機的熱效率都相同，與溫熱源間工作的一切可逆熱機的熱效率都相同，與工質(zhì)的性質(zhì)無關。工質(zhì)的性質(zhì)無關。22t1111qTqT 2211rrqTqT1212rrqqTT式中式中q1、q2均為絕對值，若取代數(shù)值，可改成均為絕對值，若取代數(shù)值，可改成54 熵和熱力學第二定律的數(shù)學表達式熵和熱力學第二定律的數(shù)學表達式Tqsrevd 2812120rrqqTT在卡諾循環(huán)中，單位質(zhì)量工質(zhì)與熱在卡諾循環(huán)中，單位質(zhì)量工質(zhì)與熱源交換的熱量除以熱源的熱力學溫源交換的熱

15、量除以熱源的熱力學溫度所得商的代數(shù)和等于零。度所得商的代數(shù)和等于零。對于任意一個可逆循環(huán)，對于任意一個可逆循環(huán)，可以用一組可逆絕熱線，將其可以用一組可逆絕熱線，將其分割成無數(shù)微元卡諾循環(huán)。分割成無數(shù)微元卡諾循環(huán)。對整個循環(huán)積分，則得對整個循環(huán)積分，則得克勞修斯克勞修斯積分等式積分等式對于每一個微元卡諾循環(huán)，對于每一個微元卡諾循環(huán)，0r22r11TqTq02B1r221A2r11TqTq0rrevTq29一定是某一參數(shù)的全微分。一定是某一參數(shù)的全微分。的積分與積分路徑無關。的積分與積分路徑無關。根據(jù)狀態(tài)參數(shù)的特點斷定，根據(jù)狀態(tài)參數(shù)的特點斷定，q/T一定是某一一定是某一狀態(tài)參數(shù)的全微分。狀態(tài)參數(shù)的

16、全微分。這一狀態(tài)參數(shù)被稱為這一狀態(tài)參數(shù)被稱為比熵比熵，用用s表示。表示。 注意：注意：由于是可逆過程，工質(zhì)的溫度也等于由于是可逆過程，工質(zhì)的溫度也等于熱源的溫度。熱源的溫度。 rrevTq0rrevTq1B2rrev1A2rrevTqTqrrevTqrrevdTqs Tqrev30對于質(zhì)量為對于質(zhì)量為 m 的工質(zhì)，的工質(zhì)，rrevrevdTQTQS0rrevTQ注意：注意：1. 1. 熵的變化表征了可逆過程中熱交換的方向與大小熵的變化表征了可逆過程中熱交換的方向與大小。2. 2. 熵的定義式中的熱量是可逆過程中交換的熱量；熵的定義式中的熱量是可逆過程中交換的熱量；溫度是熱源溫度或工質(zhì)溫度，要用

17、絕對溫度。溫度是熱源溫度或工質(zhì)溫度，要用絕對溫度。3. 3. 0rrevTQ熱量是工質(zhì)與熱源交換的熱量，溫度熱量是工質(zhì)與熱源交換的熱量，溫度是熱源溫度。是熱源溫度。31（1）克勞修斯不等式克勞修斯不等式 根據(jù)卡諾定理，在相同的恒溫高溫熱源根據(jù)卡諾定理，在相同的恒溫高溫熱源T1和恒溫低溫熱源和恒溫低溫熱源T2之間工作的不可逆熱機的熱之間工作的不可逆熱機的熱效率一定小于可逆熱機的熱效率，即效率一定小于可逆熱機的熱效率，即221111QTQT 2121QQTT12120QQTTQ二、熱力學第二定律的數(shù)學表達式二、熱力學第二定律的數(shù)學表達式對于單位質(zhì)量工質(zhì)：對于單位質(zhì)量工質(zhì)：02211TqTq32一個

18、不可逆循環(huán)可以用無數(shù)可逆絕熱線分割成無數(shù)微元循環(huán)。一個不可逆循環(huán)可以用無數(shù)可逆絕熱線分割成無數(shù)微元循環(huán)。包括可逆循環(huán)和不可逆循環(huán)。包括可逆循環(huán)和不可逆循環(huán)。對任意一個不可逆微元循環(huán)：對任意一個不可逆微元循環(huán)：對任意一個可逆微元循環(huán)對任意一個可逆微元循環(huán)：0r22r11TqTq0r22r11TqTq對整個不可逆循環(huán)：對整個不可逆循環(huán)：0rTq0rTq稱為稱為克勞修斯不等式克勞修斯不等式，適，適用于任意不可逆循環(huán)。用于任意不可逆循環(huán)。33克勞修斯不等式克勞修斯不等式與與克勞修斯等式克勞修斯等式合寫成合寫成上式是熱力學第二定律的數(shù)學表達式之一，可用于上式是熱力學第二定律的數(shù)學表達式之一，可用于判斷一

19、個循環(huán)是否能進行，是否可逆。判斷一個循環(huán)是否能進行，是否可逆?？赡婵赡?“=”不可逆不可逆“不可逆）不可逆）21r12TQSS對于任意過程：對于任意過程：對于微元過程：對于微元過程：rdTQS 對于對于1kg1kg工質(zhì)：工質(zhì)：rdTqs 上面三個式子為熱力學第二定律數(shù)學表達式上面三個式子為熱力學第二定律數(shù)學表達式可判斷過程能否進行、是否可逆、不可逆性大小?？膳袛噙^程能否進行、是否可逆、不可逆性大小。注意：注意：1）Tr是熱源溫度；是熱源溫度； 2）q、Q 的符號以工質(zhì)考慮的符號以工質(zhì)考慮。36可逆可逆“=”不可逆，不等號不可逆，不等號第二定律數(shù)學表達式第二定律數(shù)學表達式討論討論：1) 違反上述

20、任一表達式就可導出違反第二定律；違反上述任一表達式就可導出違反第二定律；2）熱力學第二定律數(shù)學表達式給出了熱過程的熱力學第二定律數(shù)學表達式給出了熱過程的 方向判據(jù)。方向判據(jù)。小結：小結：0drr21r12TqTqsTqss3 3）對于循環(huán)，有）對于循環(huán)，有 0ds則：則：21r12Tqss 0rTq37三、不可逆絕熱過程三、不可逆絕熱過程對于絕熱過程，對于絕熱過程，q=02112rTqss012ss12ss 12ss 可逆絕熱：可逆絕熱：定熵過程定熵過程不可逆絕熱：不可逆絕熱：熵增過程熵增過程不可逆絕熱過程的熵一定增加不可逆絕熱過程的熵一定增加 不可逆絕熱過程中熵之所以增大，是由于過程中存在不

21、可逆因素引起的耗不可逆絕熱過程中熵之所以增大，是由于過程中存在不可逆因素引起的耗散效應，使損失的機械功在工質(zhì)內(nèi)部重新轉(zhuǎn)化為熱能（耗散熱）被工質(zhì)吸收。散效應，使損失的機械功在工質(zhì)內(nèi)部重新轉(zhuǎn)化為熱能（耗散熱）被工質(zhì)吸收。38閉口系統(tǒng)終壓相同閉口系統(tǒng)終壓相同p2=p2s是絕熱膨脹過程是絕熱膨脹過程可以看出：可以看出：sss22sTT22svv22可得出：可得出：suu22sww239pTs2s22s2cv cv v閉口系統(tǒng)終壓相同閉口系統(tǒng)終壓相同v2=v2s是絕熱膨脹過程是絕熱膨脹過程40熵變量的計算熵變量的計算計算原則：計算原則： 熵是狀態(tài)參數(shù)，只要系統(tǒng)的狀態(tài)熵是狀態(tài)參數(shù)，只要系統(tǒng)的狀態(tài)1 1和和

22、2 2是平衡狀態(tài)，無論是平衡狀態(tài)，無論1 1到到2 2經(jīng)歷的過程如何，都可以通過經(jīng)歷的過程如何，都可以通過1 1和和2 2的任何可逆過程計算。的任何可逆過程計算。21rev21TQS注意：注意： 過程中如果有相變過程出現(xiàn)，如固體溶解、液態(tài)汽化、蒸氣凝結等，整個過程的熵變量需要分段計算。41熵變的計算方法vvcppcsppRTTcsvvRTTcspvgpgvddlndlnd212121122121122121理想氣體理想氣體任何過程任何過程42熱源的熵變計算：熱源的熵變計算： 熱源是一個給工質(zhì)提供熱量，或接受工質(zhì)排出熱量的物熱源是一個給工質(zhì)提供熱量，或接受工質(zhì)排出熱量的物體，越過其邊界的所有能量

23、都是以熱的形式進行的。體，越過其邊界的所有能量都是以熱的形式進行的。當熱源接收或放出熱量時，當熱源接收或放出熱量時，若溫度不變?nèi)魷囟炔蛔?，則其熵變?yōu)椋?，則其熵變?yōu)椋簉TQS 若溫度變化時若溫度變化時，則其熵變?yōu)椋?，則其熵變?yōu)椋簉TQS43孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)無質(zhì)量交換無質(zhì)量交換 孤立系統(tǒng)的熵只能增大，或者不變，絕不能減孤立系統(tǒng)的熵只能增大，或者不變，絕不能減小小，這一規(guī)律稱為這一規(guī)律稱為孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)熵增原理。無熱量交換無熱量交換無功量交換無功量交換= =：可逆過程：可逆過程 ：不可逆過程：不可逆過程熱力學第二定律表達式之一熱力學第二定律表達式之一0rTQ5-5 孤立系統(tǒng)熵增原理孤立系統(tǒng)

24、熵增原理risodTQS0diso S44孤立系統(tǒng)熵增原理如何用？孤立系統(tǒng)熵增原理如何用？孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) = 非孤立系統(tǒng)非孤立系統(tǒng) + 相關外界相關外界=：可逆過程：可逆過程 reversible：不可逆過程：不可逆過程 irreversibleT2)QT2T1用克勞修斯不等式用克勞修斯不等式 用用iso0S不是循環(huán)不是循環(huán)不好用不好用用用rTQS46孤立系熵增原理舉例孤立系熵增原理舉例(1)QT2T112isoTT122111QQSSSQTTTT 取熱源取熱源T1和和T2為孤立系為孤立系當當T1T2可自發(fā)傳熱可自發(fā)傳熱iso0S當當T10， 所以所以熵可反映某種物質(zhì)的共同屬性熵可反映某種物

25、質(zhì)的共同屬性。 孤立系統(tǒng)熵增原理：孤立系統(tǒng)熵增原理： 孤立系內(nèi)一切過程均使孤立系統(tǒng)熵增加，其極限孤立系內(nèi)一切過程均使孤立系統(tǒng)熵增加，其極限一切過程均可逆時系統(tǒng)熵保持不變一切過程均可逆時系統(tǒng)熵保持不變。5356 熵方程熵方程一、閉口系統(tǒng)的熵方程一、閉口系統(tǒng)的熵方程根據(jù)閉口系統(tǒng)的熱力學第二定律的關系式根據(jù)閉口系統(tǒng)的熱力學第二定律的關系式= =：可逆過程：可逆過程 ：不可逆過程：不可逆過程rdTQS 不可逆過程的熵變大于過程中的不可逆過程的熵變大于過程中的Q/Tr r，其差值即為不可逆，其差值即為不可逆因素造成的熵產(chǎn)因素造成的熵產(chǎn)Sg。rgdTQSS0grdSTQS熱熵流：熱熵流：rQf,TQS由熱

26、流引起的熵變由熱流引起的熵變閉口系統(tǒng)的熵方程：閉口系統(tǒng)的熵方程：gQf,dSSSgQf,SSS54閉口系統(tǒng)的熵方程：閉口系統(tǒng)的熵方程：gQf,dSSSgQf,SSS注意：注意：1. 1. 熵產(chǎn)熵產(chǎn)Sg不是狀態(tài)參數(shù)，它與過程的不可逆程度有關，是過程的函數(shù)。不是狀態(tài)參數(shù)，它與過程的不可逆程度有關，是過程的函數(shù)。0gS熵產(chǎn)是過程不可逆性大小的度量熵產(chǎn)是過程不可逆性大小的度量。2. 熵流也是過程量。熵流也是過程量。3. 在同樣的系統(tǒng)初態(tài)和終態(tài)之間可以有不同的過程（可逆或不可逆），在同樣的系統(tǒng)初態(tài)和終態(tài)之間可以有不同的過程（可逆或不可逆），每個過程各自的熵產(chǎn)和熵流可以不相同，但綜合效應引起的系統(tǒng)熵變卻每

27、個過程各自的熵產(chǎn)和熵流可以不相同，但綜合效應引起的系統(tǒng)熵變卻相同，因為熱力系統(tǒng)的熵是狀態(tài)參數(shù)。相同，因為熱力系統(tǒng)的熵是狀態(tài)參數(shù)。4.熵方程是以等式表示的孤立系統(tǒng)熵增原理的數(shù)學表達式熵方程是以等式表示的孤立系統(tǒng)熵增原理的數(shù)學表達式55gQf,dSSSgQf,SSS任意不可逆過程任意不可逆過程0S 可逆過程可逆過程不可逆絕熱過程不可逆絕熱過程0S可逆絕熱過程可逆絕熱過程0S不易求不易求閉口系統(tǒng)的熵流、熵產(chǎn)和熵變閉口系統(tǒng)的熵流、熵產(chǎn)和熵變0Qf,S0gS0gS0gS0gS0Qf,S0Qf,S0Qf,SS5657 火用參數(shù)的基本概念火用參數(shù)的基本概念 熱量火用熱量火用19561956，I. Rant

28、I. I. Rant I. 郎特郎特Available Energy Energy東南大學夏彥儒教授翻譯為東南大學夏彥儒教授翻譯為火用火用問題：如何評價能量價值問題：如何評價能量價值? ? Availability Anergy可用能可用能 可用度可用度 火無火無 Unavailable energyExergy一、能量的可轉(zhuǎn)換性，火用、火無一、能量的可轉(zhuǎn)換性，火用、火無57 1 1、可無限轉(zhuǎn)換的能量、可無限轉(zhuǎn)換的能量如：機械能、電能、水能、風能如：機械能、電能、水能、風能理論上可以完全轉(zhuǎn)換為功的能量理論上可以完全轉(zhuǎn)換為功的能量 高級能量高級能量 2 2、不能轉(zhuǎn)換的能量、不能轉(zhuǎn)換的能量理論上不

29、能轉(zhuǎn)換為功的能量理論上不能轉(zhuǎn)換為功的能量 如：環(huán)境（大氣、海洋）如：環(huán)境（大氣、海洋） 3 3、可有限轉(zhuǎn)換的能量、可有限轉(zhuǎn)換的能量（Ex）（An）（Ex+An）58火用（火用（Ex）與火無（與火無（An） 火用火用Ex的定義的定義 當系統(tǒng)由一任意狀態(tài)可逆地變化到與給定當系統(tǒng)由一任意狀態(tài)可逆地變化到與給定環(huán)境相平衡的狀態(tài)時，理論上可以無限轉(zhuǎn)換環(huán)境相平衡的狀態(tài)時，理論上可以無限轉(zhuǎn)換為任何其它能量形式的那部分能量，稱之為為任何其它能量形式的那部分能量，稱之為火用火用，Ex。 100%100%相互轉(zhuǎn)換相互轉(zhuǎn)換 功功 能量中除了能量中除了 火用火用Ex 的部分，就是的部分，就是火無火無 An Ex作功能

30、力作功能力Ex和和An的單位：的單位：J或或kJ59Ex 作功能力作功能力 環(huán)境一定，能量中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分環(huán)境一定，能量中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分500 K100 kJmax293110050041.4WkJmax2931100100070.7WkJ1000 K100 kJT0=293 KT0=293 K60熱力學第一定律和第二定律的熱力學第一定律和第二定律的Ex含義含義 一切過程，一切過程， Ex+An總量恒定總量恒定第一定律：第一定律： 第二定律：第二定律：在可逆過程中，在可逆過程中，Ex保持不變保持不變 在不可逆過程中，在不可逆過程中， 部分部分Ex轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為An ExEx損失、作功能力損失、損失、作功能力損失、能量貶值能量貶值 任何一孤立系，任何一孤立系， Ex只能不變或減少，只能不變或減少，不能增加不能增加 孤立系孤立系Ex減原理減原理 由由An轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為Ex不可能不可能61 1、恒溫熱源、恒溫熱源 T 下的下的 Q Ex,Q: Q中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分中最大可能轉(zhuǎn)換為功的部分 TST0Ex,QAn,Q 卡諾循環(huán)的功卡諾循環(huán)的功 T（一）（一） 熱量的熱量的Ex與與AnSTQSTTSTTTQTTEQx0000,)(11STEQAQxQn0,QnQx