第二章能量轉(zhuǎn)換的基本概念和基本定律-課件

第二章能量轉(zhuǎn)換的基本概念和基本定律第二章能量轉(zhuǎn)換的基本概念1第一節(jié)基本概念一熱力系和工質(zhì)

1、熱力系熱力學(xué)中所研究的對(duì)象稱為熱力學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱熱力系。第一節(jié)基本概念一熱力系和工質(zhì)2常見(jiàn)的熱力系(1)、閉口系：熱力系與外界沒(méi)有物質(zhì)交換。（C.M)(2)、開(kāi)口系：熱力系與外界有物質(zhì)交換。(C.V)(3)、絕熱系：熱力系與外界無(wú)熱量交換。(4)、孤立系：熱力系與外界既無(wú)能量交換又無(wú)物質(zhì)交換。(5)、簡(jiǎn)單可壓縮系：熱力系與外界只有一種體積變化功的交換。(6)、熱源：無(wú)限大的熱庫(kù)，吸入熱量和放出熱量后，溫度不變。常見(jiàn)的熱力系(1)、閉口系：熱力系與外界沒(méi)有物質(zhì)交換。3熱力系邊界的特點(diǎn)固定邊界移動(dòng)邊界真實(shí)的邊界界面假想的空間界面熱力系邊界的特點(diǎn)固定邊界42、工質(zhì)實(shí)現(xiàn)能量相互傳遞與轉(zhuǎn)換的物質(zhì)（介質(zhì)）稱為工質(zhì)。

如：水蒸汽、內(nèi)燃機(jī)中工作的燃?xì)庵评鋭┏Ｓ玫臍鈶B(tài)物質(zhì)等。2、工質(zhì)實(shí)現(xiàn)能量相互傳遞與轉(zhuǎn)換的物質(zhì)（介質(zhì)5二平衡狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)1、平衡狀態(tài)在沒(méi)有外界影響的條件下，熱力系的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)（平衡態(tài)）。若系統(tǒng)的各部分之間沒(méi)有熱量傳遞,則系統(tǒng)處于熱平衡.若系統(tǒng)的各部分之間沒(méi)有相對(duì)位移,則系統(tǒng)處于力平衡.處于平衡態(tài)的熱力系，各處應(yīng)具有均勻一致的溫度、壓力等宏觀物理量。

實(shí)現(xiàn)熱力平衡態(tài)的條件（無(wú)化學(xué)反應(yīng)等其它不平衡勢(shì)）：溫度平衡（熱平衡）。壓力平衡（力平衡）。處于平衡態(tài)的熱力系可用確定的壓力、溫度等宏觀的物理量來(lái)描述。二平衡狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)1、平衡狀態(tài)62、狀態(tài)參數(shù)及其特點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)；描述熱力系統(tǒng)所外狀態(tài)的宏觀物理量。狀態(tài)參數(shù)的特征：只取決于狀態(tài)，與過(guò)程（路徑）無(wú)關(guān)。數(shù)學(xué)特征強(qiáng)度量狀態(tài)參數(shù)：與系統(tǒng)內(nèi)所含工質(zhì)數(shù)量無(wú)關(guān)的狀態(tài)參數(shù)。廣延量狀態(tài)參數(shù)：與系統(tǒng)內(nèi)所含工質(zhì)數(shù)量有關(guān)的狀態(tài)參數(shù)。2、狀態(tài)參數(shù)及其特點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)；強(qiáng)度量狀態(tài)參數(shù)：73、基本狀態(tài)參數(shù)(1)、比體積

單位m3/kg

密度3、基本狀態(tài)參數(shù)(1)、比體積8(2)、壓力（壓強(qiáng)）單位：Pa壓力的國(guó)際制單位：1MPa=103kPa=106Pa其它非國(guó)際制壓力單位：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓atm：1atm=101325Pa工程大氣壓at(kgf/cm2);：1at=9.8067×104Pa巴bar，毫巴mbar1bar＝1000mbar＝105Pa毫米汞柱mmHg：1mmHg＝133.32Pa毫米水柱mmH2O：1mmH2O＝9.8067Pa(2)、壓力（壓強(qiáng)）9壓力的測(cè)量（1）

當(dāng)p>pb

時(shí)，p=pb

+pg

p

g稱為表壓（壓力表）當(dāng)p<pb

時(shí)，p=pb

-pv

p

v稱為真空度（真空表）壓力的測(cè)量（1）當(dāng)p>pb時(shí)，p=10壓力的測(cè)量（2）

p=pb+pg=pb+ρghp=pb–pv

=pb–ρgh

pg:表壓pv：真空度壓力的測(cè)量（2）11(3)、溫度物體冷熱程度的標(biāo)志；系統(tǒng)熱平衡的物理特征量。熱力學(xué)第零定律：當(dāng)物體C同時(shí)與物體A和B接觸而達(dá)到熱平衡時(shí),物體A和B也一定熱平衡。這一事實(shí)說(shuō)明物質(zhì)具備某種宏觀性質(zhì)。若兩個(gè)熱力系分別與第三個(gè)熱力系熱平衡，那么這兩個(gè)熱力彼此處于熱平衡。這一宏觀物理性質(zhì)稱為溫度。溫標(biāo)：熱力學(xué)第零定律是溫標(biāo)的理論依據(jù)。a、熱力學(xué)溫標(biāo):水的三相點(diǎn)為273.16K,單位“開(kāi)爾文”是水有三相點(diǎn)溫度的1／273。16T單位K，T=273.15+tb、攝氏溫標(biāo)水的三相點(diǎn)為0.01℃，水的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為100℃。

t單位℃t=T-273.15

＊（有關(guān)溫度熱力學(xué)溫標(biāo)在第二定之后有嚴(yán)格證明）(3)、溫度物體冷熱程度的標(biāo)志；系統(tǒng)熱平衡的物理特征量。12三狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖1、狀態(tài)方程基本狀態(tài)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式稱為工質(zhì)的狀態(tài)方程。由狀態(tài)公理得：只有兩保獨(dú)立變量）

F(p,v,T)=0或

p=p(T,v);v=v(p,T);T=T(p,v)2、坐標(biāo)圖二個(gè)獨(dú)立變量時(shí)，可以用平面圖表示。而平面上的任意一點(diǎn)則代表了一個(gè)平衡狀態(tài)；所有的狀態(tài)都可以在平面上找到。三狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖1、狀態(tài)方程2、坐標(biāo)圖13四準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程1、準(zhǔn)平衡態(tài)（準(zhǔn)靜態(tài)）過(guò)程●定義：由一系列偏高平衡態(tài)不遠(yuǎn)的狀態(tài)組成的熱力過(guò)程稱為準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程。

●準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)過(guò)程過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，平衡破壞后能自動(dòng)恢復(fù)平衡，且恢復(fù)需時(shí)間（弛豫時(shí)間）很短，過(guò)程中隨時(shí)都不致遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)。準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程就可在p-v圖上用連續(xù)曲線表示。●實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程的條件是：

熱平衡ΔT→0力平衡Δp→0四準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程1、準(zhǔn)平衡態(tài)（準(zhǔn)靜態(tài)）過(guò)程●142、可逆過(guò)程（理想過(guò)程）定義如果系統(tǒng)完成某一熱力過(guò)程后，再沿原來(lái)路徑逆向返回原來(lái)的狀態(tài)，并使相互作用中所涉及到的外界也回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，而不留下任何變化，則這一過(guò)程為可逆過(guò)程?？赡孢^(guò)程＝準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程＋無(wú)耗散效應(yīng)（耗散效應(yīng)：通過(guò)摩阻、電阻、磁阻等使功變?yōu)闊岬男?yīng)）可逆過(guò)程不僅要求工質(zhì)內(nèi)部是平衡的，而且要求工質(zhì)與外界的作用可以無(wú)條件地逆復(fù)。2、可逆過(guò)程（理想過(guò)程）定義15五功和熱量功和熱量是熱力過(guò)程中系統(tǒng)與外界交換的不同形式的能量。1、功（膨脹功或體積功）

W：表示系統(tǒng)與外界交換的膨脹功(外界得到的膨脹功量）。

根據(jù)功的定義，功可表示為Fdx或∫Fdx對(duì)于熱力系F·dx=pA·dx=pdV問(wèn)題:對(duì)于一個(gè)準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程，過(guò)程中有確定的p、V，所以可以得到確定的pdV和∫pdV，但是它是否就等于系統(tǒng)與外界交換的膨脹功？結(jié)論：只有在可逆過(guò)程中才有

δW=pdV

W=∫12pdV

δw=pdv

w=∫12pdv以后在p－v圖及T－s圖中凡是用實(shí)線畫出的過(guò)程都表示可逆過(guò)程。五功和熱量功和熱量是熱力過(guò)程中系統(tǒng)與外界16有用功Wu、無(wú)用功Wr和耗散功Wl閉口系膨脹過(guò)程中用推動(dòng)大所所消耗的功稱為無(wú)用功Wr.過(guò)程中由于耗散效應(yīng)所消耗的功稱為耗散功Wl，則有用功Wu為Wu＝

W－Wr－Wl(1－11)Wr＝p0(V2－

V1)＝p0

ΔV(1－12)可逆過(guò)程時(shí)Wl=0有用功Wu、無(wú)用功Wr和耗散功Wl閉口系膨脹過(guò)程中用推動(dòng)大所172、熱量熱量是系統(tǒng)與外界之間在溫差的推動(dòng)下，通過(guò)微觀粒子無(wú)序運(yùn)動(dòng)的方式與外界交換的能量。Q:

表示系統(tǒng)與外界交換的熱量。若過(guò)程可逆則：

δQ=TdS

Q=∫12TdS

δq=Tds

q=∫12Tdsw和q都是過(guò)程量而不是狀態(tài)量2、熱量熱量是系統(tǒng)與外界之間在溫差的18六熱力循環(huán)工質(zhì)從某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)后，又回到原來(lái)初態(tài)的熱力過(guò)程稱為熱力循環(huán)，即封閉的熱力過(guò)程，簡(jiǎn)稱循環(huán)。1、正循環(huán)（動(dòng)力循環(huán)）(順時(shí)針?lè)较?吸熱q1，放熱q2，對(duì)外作功wnet，且wnet=q1-q2，熱效率為ηtηt=wnet/q12、逆循環(huán)（制冷循環(huán)）(逆時(shí)針?lè)较?放熱q1，吸熱q2，外界輸入功wnet，且wnet=q1-q2，制冷系數(shù)為εε=q2/wnet

六熱力循環(huán)工質(zhì)從某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)后，又回到19

本節(jié)所介紹的不是工程熱力學(xué)基本概念的全部，在以后的章節(jié)中還將出現(xiàn)新的基本概念，到時(shí)將一一論述。本節(jié)所介紹的不是工程熱力學(xué)基本概念的全20問(wèn)答題1、基本狀態(tài)參的哪幾個(gè)？為什么稱他們?yōu)榛緺顟B(tài)參數(shù)？2、什么是平衡態(tài)？實(shí)現(xiàn)平衡態(tài)的條件是什么？3、什么是可逆過(guò)程？實(shí)現(xiàn)可逆過(guò)程的條件是什么？4、可逆過(guò)程的膨脹功w、技術(shù)功wt如何計(jì)算？如何在p-v圖上表示可逆過(guò)程的膨脹功w和技術(shù)功wt？5、寫出絕對(duì)壓力p、表壓pg、真空度pv之間的關(guān)系式。測(cè)量容器中的壓力時(shí)，壓力表上的讀數(shù)不變，容器中的壓力是否會(huì)發(fā)生變化？問(wèn)答題1、基本狀態(tài)參的哪幾個(gè)？為什么稱他們?yōu)榛緺顟B(tài)參數(shù)？21第二節(jié)熱力學(xué)第一定律一熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。熱是一種能量，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中保持量的守恒。第二節(jié)熱力學(xué)第一定律一熱力學(xué)第一定律的22二熱力學(xué)能和系統(tǒng)的總能量1、熱力學(xué)能(1)、外部?jī)?chǔ)存的能量:系統(tǒng)由于宏觀運(yùn)動(dòng)所具有的能量。動(dòng)能Ek勢(shì)能Ep。(2)、內(nèi)部?jī)?chǔ)存能量:系統(tǒng)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)的內(nèi)動(dòng)能、相互作用的內(nèi)位能及維持分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能和原子核內(nèi)部的原子能等。這些能量總稱為熱力學(xué)能。熱力系所儲(chǔ)存的能量可分為外部能量和內(nèi)部能量：二熱力學(xué)能和系統(tǒng)的總能量1、熱力學(xué)能(1)、外部?jī)?chǔ)存23在無(wú)化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)的簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)中

由熱力學(xué)能所包含的能量形式可知，熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)。比熱力學(xué)能可表示為：根據(jù)狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)可有：熱力學(xué)能U單位:J或kJ

比熱力學(xué)能u=U/m單位:J/kg或kJ/kg在無(wú)化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)的簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)中由熱力學(xué)能所包含242、系統(tǒng)的總能量2、系統(tǒng)的總能量25三熱力學(xué)第一定律的能量方程式根據(jù)熱力第一定律，對(duì)于一個(gè)任意熱力系統(tǒng)，能量方程可寫成進(jìn)入系統(tǒng)的能量－離開(kāi)系統(tǒng)的能量＝系統(tǒng)能量的增加（2－9）1、閉口系統(tǒng)的能量方程式當(dāng)宏觀的動(dòng)能的勢(shì)能的變化可以忽略不計(jì)或系統(tǒng)靜止時(shí)ΔE＝ΔU，則第一定律的方程式可寫成三熱力學(xué)第一定律的能量方程式根據(jù)熱力第一定律，對(duì)于一個(gè)26Q與W正、負(fù)號(hào)的規(guī)定系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負(fù)；系統(tǒng)對(duì)外作功W為正，外界對(duì)系統(tǒng)作功W為負(fù)能量方程式（2－27）常寫成上式的適用條件是：任何過(guò)程，任可工質(zhì)。對(duì)于可逆過(guò)程Q與W正、負(fù)號(hào)的規(guī)定系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負(fù)；能量方程式（27閉口系任何工質(zhì)、可逆過(guò)程的能量方程式可寫成對(duì)于一個(gè)循環(huán)閉口系任何工質(zhì)、可逆過(guò)程的能量方程式可寫成對(duì)于一個(gè)循環(huán)282、開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程式(1)、穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程穩(wěn)定流動(dòng)：流動(dòng)過(guò)程中開(kāi)口系內(nèi)部的狀態(tài)參數(shù)（熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)）不隨時(shí)間變化的流動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng)。穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)必有2、開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程式(1)、穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程穩(wěn)定流29穩(wěn)定系統(tǒng)的能量分析：進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量：系統(tǒng)能量的增加：ΔECV＝0進(jìn)入系統(tǒng)的能量－離開(kāi)系統(tǒng)的能量＝系統(tǒng)能量的增加穩(wěn)定系統(tǒng)的能量分析：進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量：系統(tǒng)能量30由于m1=m2=m,整理上式得由于m1=m2=m,整理上式得31對(duì)上式兩邊同除以m得(3)、焓的定義及物理意義(2)、推動(dòng)功和流動(dòng)功推動(dòng)功：由于工質(zhì)移動(dòng)而傳遞的功稱為推動(dòng)功：pV流動(dòng)功：用于維持流動(dòng)所需要的功：Δ(pV)=p2V2－p1V1定義：H=U+pV或h=u+pv

單位：J,kJ或J/kg,kJ/kg焓的物理意義:隨著工質(zhì)移動(dòng)的能量.。對(duì)上式兩邊同除以m得(3)、焓的定義及物理意義(2)、推32(4)、技術(shù)功在式(2-32)中是機(jī)構(gòu)能的形式,可供工程中直接利用，所以定義它為技術(shù)功：比較式（2－28a)和（2－32）(4)、技術(shù)功在式(2-32)中33若為可逆過(guò)程若為可逆過(guò)程34引入技術(shù)功后穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式可寫為若過(guò)程可逆引入技術(shù)功后穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式可寫為若過(guò)程可逆35(5)、一般開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量：系統(tǒng)能量的增加：

Δesy,CV在dτ間內(nèi)代入能量方程,整理后得(5)、一般開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量36四穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式的應(yīng)用

1、動(dòng)力機(jī)（蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)2、壓氣機(jī)壓氣機(jī)的耗功為wc3、換熱器4、管道5、節(jié)流四穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式的應(yīng)用1、37(1)燃?xì)庠趪姽艹隹诘牧魉賑3;(2)每干克燃?xì)庠谌細(xì)廨啓C(jī)中所作的功；(3)當(dāng)燃?xì)赓|(zhì)量流量為5.6kg/s時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)輸出的功率。

燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖所示。已知在截面1處h1=286kJ/kg的燃料與空氣的混合物以20m/s的速度進(jìn)入燃燒室，在定壓下燃燒，相當(dāng)于從外界獲得熱量q=879kJ/kg。燃燒后的燃?xì)庠趪姽苤薪^熱膨脹到3，h3=502kJ/kg.流速增加到c3。然后燃?xì)馔苿?dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)作功。若燃?xì)馔苿?dòng)葉輪時(shí)熱力狀態(tài)不變，只是流速降低。離開(kāi)燃?xì)廨啓C(jī)的速度c4=150m/s.試求：例題：(1)燃?xì)庠趪姽艹隹诘牧魉賑3;燃?xì)廨啓C(jī)裝38解：（1）取1－3截面為熱力系統(tǒng)解：（1）取1－3截面為熱力系統(tǒng)39（2）取3－4截面為熱力系統(tǒng)又由“若燃?xì)馔苿?dòng)葉輪時(shí)熱力狀態(tài)不變”，（2）取3－4截面為熱力系統(tǒng)又由“若燃?xì)馔苿?dòng)葉輪時(shí)熱力狀態(tài)不40（3）功率為PP＝qmwsh34=5.6×652=3651.2kW試分析有無(wú)其它的解題思路？（3）功率為PP＝qmwsh34=5.6×652試分析有無(wú)其41問(wèn)答題1、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是什么？2、工程熱力學(xué)中，熱力學(xué)能包含哪幾項(xiàng)能量的形式。3、寫出穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程式，當(dāng)用于鍋爐、汽輪機(jī)及節(jié)流過(guò)程時(shí)方程的簡(jiǎn)化形式。在以上三種過(guò)程中膨脹功的表現(xiàn)形式。4、說(shuō)明焓的定義式及物理意義。5、寫出技術(shù)功的定義式?？赡孢^(guò)程的技術(shù)功在p-v圖上如何表示。6、給一不可壓縮的流體絕熱的情況下加壓，熱力學(xué)能和焓如何變化？問(wèn)答題1、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是什么？42第三節(jié)熱力學(xué)第二定律一熱力過(guò)程的不可逆性及熱力第二定律的實(shí)質(zhì)說(shuō)明熱力過(guò)程進(jìn)行的方向、條件、和限度等間題的規(guī)律。其中熱力過(guò)程的方向性最為重要。1、常見(jiàn)的不可逆過(guò)程(1)、摩擦使功變?yōu)闊?3)、有限溫差傳熱(4)、自由膨脹(5)、混合過(guò)程(2)、電阻使電能變?yōu)闊?、第二定律的實(shí)質(zhì)第三節(jié)熱力學(xué)第二定律一熱力過(guò)程的不可逆性及43二熱力學(xué)第二定律的表述

熱力學(xué)第二定律應(yīng)用范圍極為廣泛（諸如熱量傳遞、熱功轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)、燃料燃燒、氣體擴(kuò)散、分離、溶解、結(jié)晶、生物化學(xué)、生命現(xiàn)象、低溫物理、氣象等其他領(lǐng)域）。針對(duì)各類具體問(wèn)題，熱力學(xué)第二定律有各種形式有表述，這里只介紹兩種最基本的、表達(dá)形式1、克勞修斯說(shuō)法熱量不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳至高溫物體。2、開(kāi)爾文說(shuō)法

不可能制造出單一熱源吸熱、使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。（第二類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的）二熱力學(xué)第二定律的表述熱力學(xué)第二定律應(yīng)44以上兩種說(shuō)法是一致的。如果違犯了開(kāi)爾文說(shuō)法，必將違犯克勞修斯說(shuō)法。熱機(jī)違犯了開(kāi)爾文說(shuō)法，最后聯(lián)合循環(huán)的效果違犯了克勞修斯說(shuō)法以上兩種說(shuō)法是一致的。如果違犯了開(kāi)爾文說(shuō)法，必將違犯克勞修斯45三卡諾循環(huán)及卡諾定律1、卡諾循環(huán)工作于溫度分別為T1和T2的兩個(gè)熱源之間的正向循，由兩個(gè)可逆定溫過(guò)程和兩個(gè)可逆絕熱過(guò)程組成。三卡諾循環(huán)及卡諾定律1、卡諾循環(huán)46卡諾循環(huán)的熱效率為(1)、熱效率只與T1與T2有關(guān)，與工質(zhì)無(wú)關(guān)。(2)、熱效率只能小于1（第二類永動(dòng)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)）。(3)、當(dāng)T1＝T2時(shí)，熱效率為零?？ㄖZ循環(huán)的熱效率為(1)、熱效率只與T1與T2有關(guān)，與工質(zhì)無(wú)472、逆卡諾循環(huán)2、逆卡諾循環(huán)483、概括性卡諾循環(huán)3、概括性卡諾循環(huán)494、多熱源可逆循環(huán)吸熱量q1'=面積ehgnme放熱量q2'

=面積elgnme4、多熱源可逆循環(huán)吸熱量q1'=面積ehgnme放熱量q250定義平均吸和放熱溫度定義平均吸和放熱溫度515、卡諾定理定理一

在相同溫度的高溫?zé)嵩碩1和相同溫度低溫?zé)嵩碩2之間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與可逆循環(huán)的種類無(wú)關(guān)，與采用哪一種工質(zhì)也無(wú)關(guān)。定理二

在相同溫度的高溫?zé)嵩碩1和相同溫度低溫?zé)嵩碩2之間工作的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)的熱效率。5、卡諾定理定理一定理二52定理一證明定理一證明53

由于卡諾循環(huán)是這些可逆循環(huán)之一，所以A、B兩熱機(jī)的熱效率可用卡諾熱機(jī)的熱率表示由于卡諾循環(huán)是這些可逆循環(huán)之一，所以A、B54定理二證明定理二證明55四狀態(tài)參數(shù)熵1、熵的導(dǎo)出對(duì)任意可逆循環(huán)1A2B1，用絕熱線a-g、b-f等循環(huán)進(jìn)行分割，當(dāng)兩條線非常接近時(shí)，吸熱和放熱可看成定溫微無(wú)過(guò)程，對(duì)于微元卡諾循環(huán)abfga有下標(biāo)r表示熱源參數(shù)。當(dāng)考慮放熱正負(fù)號(hào)時(shí)，上式可寫成四狀態(tài)參數(shù)熵1、熵的導(dǎo)出對(duì)任意可逆循環(huán)1A2B1，用56積分上式T是工質(zhì)的溫度，可逆時(shí)Tr=T，式（5－6）稱克勞修斯積分式。由式（5－6）可知δQrev/T具有狀態(tài)參數(shù)的特性，定義為熵。積分上式T是工質(zhì)的溫度，可逆時(shí)Tr=T，式（5－657對(duì)于狀態(tài)參數(shù)熵有對(duì)于狀態(tài)參數(shù)熵有582、不可逆過(guò)程熵的變化對(duì)于不可逆循環(huán)1A2B1有考慮放熱正負(fù)號(hào)時(shí)，上式可寫成上式稱為克勞修斯積爭(zhēng)式，將式(2－49)和式(2－52)結(jié)合，可得式（2－53）稱為熱力學(xué)第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式之一。2、不可逆過(guò)程熵的變化對(duì)于不可逆循環(huán)1A2B1有考慮放熱正負(fù)59現(xiàn)在分析不可逆過(guò)程1A2過(guò)程的熵變?yōu)榱擞?jì)算1A2過(guò)程的熵變，增加可逆過(guò)程2B1，這形成一個(gè)不可逆循環(huán)，則現(xiàn)在分析不可逆過(guò)程1A2過(guò)程的熵變60所以不可逆過(guò)程1A2的熵變?yōu)閷⑹剑?－50）和（2－54）合并得過(guò)程的熵變上面這些都可稱為第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。所以不可逆過(guò)程1A2的熵變?yōu)閷⑹剑?－50）和（2－54）合613、熵流與熵產(chǎn)對(duì)于閉口系，式（2－54）可以在右邊加一項(xiàng)，使不等號(hào)變?yōu)榈忍?hào)δSf,Q稱為熵流,它是由于系統(tǒng)與外界交換熱量引起的;δSg稱為熵產(chǎn),它是由于不可逆因素引起的。δSf,Q可正可負(fù)，也可等于零；δSg大于或等于零。絕熱系與外界設(shè)有熱量交換，故沒(méi)有熱量引起的熵流，則3、熵流與熵產(chǎn)對(duì)于閉口系，式（2－54）可以在右邊加一項(xiàng)，使62五熵增原理對(duì)于孤立系，由式（2－54）可得上式的含義為：孤立系內(nèi)部發(fā)生不可逆變化時(shí)，孤立系的熵增大,dSiso>0;極限情況（發(fā)生可逆變化）熵保持不變,dSiso=0;使孤立系熵減小的過(guò)程不可能出現(xiàn)。簡(jiǎn)言之，孤立系統(tǒng)的嫡可以增大或保持不變，但不可能減少。這一結(jié)論即孤立系統(tǒng)熵增原理，簡(jiǎn)稱熵增原理。

注意：熵增原理只適用于孤立系統(tǒng)。至于非孤立系，或者孤立系中某個(gè)物體，它們?cè)谶^(guò)程中可以吸熱也可以放熱，所以它們的熵既可能增大、可能不變，也可能減小。

五熵增原理對(duì)于孤立系，由式（2－54）可得63熵增原理的實(shí)質(zhì)一、熵增原理闡明了過(guò)程進(jìn)行的方向，即dSiso>0。二、熵增原理指出了熱過(guò)程進(jìn)行的限度，即dSiso＝0。

三、熵增原理揭示了熱過(guò)程進(jìn)行的條件（孤立系的熱過(guò)程中有部分物體熵減小，必有部分物體的熵增大的相伴隨）。熵增原理全面地、透徹地揭示了熱過(guò)程進(jìn)行的方向、限度和條件，這些正是熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)。由于熱力學(xué)第二定律的各種說(shuō)法都可以歸結(jié)為熵增原理，又總能將任何系統(tǒng)與相關(guān)物體、相關(guān)環(huán)境一起歸人一個(gè)孤立系統(tǒng)，所以可以認(rèn)為式(5一20a)，即是熱力學(xué)第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式的一種最基本的形式。熵增原理的實(shí)質(zhì)一、熵增原理闡明了過(guò)程進(jìn)行的方向，即dSiso64熱力學(xué)第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式熱力學(xué)第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式65六熵產(chǎn)與作功能力損失

由于摩擦等耗散效應(yīng)而損失的機(jī)械功稱耗散功，以Wl表示。當(dāng)孤立系統(tǒng)內(nèi)部存在不可逆耗散效應(yīng)時(shí)，耗散功轉(zhuǎn)化為熱量，稱為耗散熱，以Qg表示。這時(shí)δQg=δWl,它由孤立系內(nèi)某個(gè)(或某些)物體吸收，引起物體的熵增大，稱為熵產(chǎn)Sg?？赡孢^(guò)程因無(wú)耗散熱，故熵產(chǎn)為零。設(shè)吸熱時(shí)物體溫度為T,則

耗散功轉(zhuǎn)化的熱能，如果全部被一個(gè)溫度與環(huán)境溫度T0相同的物體吸收，它將不再具有作出有用功的能力，或者說(shuō)作功能力喪失殆盡。作功能力損失以I表示,dI＝δWI。因而，可得出孤立系統(tǒng)的熵增與作功能力損失（亦即后文的煙損失）的關(guān)系為六熵產(chǎn)與作功能力損失由于摩擦等耗散效66七熵方程一、閉口系的熵方程二、開(kāi)口系的熵方程七熵方程一、閉口系的熵方程二、開(kāi)口系的熵方程67穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)或?qū)懗蓪?duì)于1kg工質(zhì)對(duì)于絕熱過(guò)程穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)或?qū)懗蓪?duì)于1kg工質(zhì)對(duì)于絕熱過(guò)程68八熱量的可用能（火用）與不可用能（火無(wú)）

熱量中能最大可能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能（或功）的部分稱為熱量中的火用（有效能、可用能）；無(wú)論怎樣都不能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠址Q為熱量中的火無(wú)（無(wú)效能、不可用能）。八熱量的可用能（火用）與不可用能（火無(wú)）691、恒溫?zé)嵩捶懦鰺崃康幕鹩脽崃縌中的可用能為熱量Q中的不可用能為1、恒溫?zé)嵩捶懦鰺崃康幕鹩脽崃縌中的可用能為熱量Q中的不可用70在T－s圖上可用面積表法在T－s圖上可用面積表法712、變溫?zé)嵩捶懦鰺崃康幕鹩脽崃喀腝中的可用能為熱量δQ中的不可用能為同樣2、變溫?zé)嵩捶懦鰺崃康幕鹩脽崃喀腝中的可用能為熱量δQ中的不723、冷量火用當(dāng)熱源溫度低于環(huán)境溫度T0時(shí)，系統(tǒng)吸入熱量Q0時(shí)作出的最大有用功稱為冷量火用，用Ex,Q0表示(1)、恒溫?zé)嵩从赡芰渴睾汴P(guān)系得從而有冷量火無(wú)為循環(huán)從環(huán)境的吸熱量,即3、冷量火用當(dāng)熱源溫度低于環(huán)境溫度T0時(shí)，系73(2)、變溫?zé)嵩?2)、變溫?zé)嵩?4請(qǐng)看思考題請(qǐng)看思考題75第二章能量轉(zhuǎn)換的基本概念和基本定律第二章能量轉(zhuǎn)換的基本概念76第一節(jié)基本概念一熱力系和工質(zhì)

1、熱力系熱力學(xué)中所研究的對(duì)象稱為熱力學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱熱力系。第一節(jié)基本概念一熱力系和工質(zhì)77常見(jiàn)的熱力系(1)、閉口系：熱力系與外界沒(méi)有物質(zhì)交換。（C.M)(2)、開(kāi)口系：熱力系與外界有物質(zhì)交換。(C.V)(3)、絕熱系：熱力系與外界無(wú)熱量交換。(4)、孤立系：熱力系與外界既無(wú)能量交換又無(wú)物質(zhì)交換。(5)、簡(jiǎn)單可壓縮系：熱力系與外界只有一種體積變化功的交換。(6)、熱源：無(wú)限大的熱庫(kù)，吸入熱量和放出熱量后，溫度不變。常見(jiàn)的熱力系(1)、閉口系：熱力系與外界沒(méi)有物質(zhì)交換。78熱力系邊界的特點(diǎn)固定邊界移動(dòng)邊界真實(shí)的邊界界面假想的空間界面熱力系邊界的特點(diǎn)固定邊界792、工質(zhì)實(shí)現(xiàn)能量相互傳遞與轉(zhuǎn)換的物質(zhì)（介質(zhì)）稱為工質(zhì)。

如：水蒸汽、內(nèi)燃機(jī)中工作的燃?xì)庵评鋭┏Ｓ玫臍鈶B(tài)物質(zhì)等。2、工質(zhì)實(shí)現(xiàn)能量相互傳遞與轉(zhuǎn)換的物質(zhì)（介質(zhì)80二平衡狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)1、平衡狀態(tài)在沒(méi)有外界影響的條件下，熱力系的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)（平衡態(tài)）。若系統(tǒng)的各部分之間沒(méi)有熱量傳遞,則系統(tǒng)處于熱平衡.若系統(tǒng)的各部分之間沒(méi)有相對(duì)位移,則系統(tǒng)處于力平衡.處于平衡態(tài)的熱力系，各處應(yīng)具有均勻一致的溫度、壓力等宏觀物理量。

實(shí)現(xiàn)熱力平衡態(tài)的條件（無(wú)化學(xué)反應(yīng)等其它不平衡勢(shì)）：溫度平衡（熱平衡）。壓力平衡（力平衡）。處于平衡態(tài)的熱力系可用確定的壓力、溫度等宏觀的物理量來(lái)描述。二平衡狀態(tài)及基本狀態(tài)參數(shù)1、平衡狀態(tài)812、狀態(tài)參數(shù)及其特點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)；描述熱力系統(tǒng)所外狀態(tài)的宏觀物理量。狀態(tài)參數(shù)的特征：只取決于狀態(tài)，與過(guò)程（路徑）無(wú)關(guān)。數(shù)學(xué)特征強(qiáng)度量狀態(tài)參數(shù)：與系統(tǒng)內(nèi)所含工質(zhì)數(shù)量無(wú)關(guān)的狀態(tài)參數(shù)。廣延量狀態(tài)參數(shù)：與系統(tǒng)內(nèi)所含工質(zhì)數(shù)量有關(guān)的狀態(tài)參數(shù)。2、狀態(tài)參數(shù)及其特點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)；強(qiáng)度量狀態(tài)參數(shù)：823、基本狀態(tài)參數(shù)(1)、比體積

單位m3/kg

密度3、基本狀態(tài)參數(shù)(1)、比體積83(2)、壓力（壓強(qiáng)）單位：Pa壓力的國(guó)際制單位：1MPa=103kPa=106Pa其它非國(guó)際制壓力單位：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓atm：1atm=101325Pa工程大氣壓at(kgf/cm2);：1at=9.8067×104Pa巴bar，毫巴mbar1bar＝1000mbar＝105Pa毫米汞柱mmHg：1mmHg＝133.32Pa毫米水柱mmH2O：1mmH2O＝9.8067Pa(2)、壓力（壓強(qiáng)）84壓力的測(cè)量（1）

當(dāng)p>pb

時(shí)，p=pb

+pg

p

g稱為表壓（壓力表）當(dāng)p<pb

時(shí)，p=pb

-pv

p

v稱為真空度（真空表）壓力的測(cè)量（1）當(dāng)p>pb時(shí)，p=85壓力的測(cè)量（2）

p=pb+pg=pb+ρghp=pb–pv

=pb–ρgh

pg:表壓pv：真空度壓力的測(cè)量（2）86(3)、溫度物體冷熱程度的標(biāo)志；系統(tǒng)熱平衡的物理特征量。熱力學(xué)第零定律：當(dāng)物體C同時(shí)與物體A和B接觸而達(dá)到熱平衡時(shí),物體A和B也一定熱平衡。這一事實(shí)說(shuō)明物質(zhì)具備某種宏觀性質(zhì)。若兩個(gè)熱力系分別與第三個(gè)熱力系熱平衡，那么這兩個(gè)熱力彼此處于熱平衡。這一宏觀物理性質(zhì)稱為溫度。溫標(biāo)：熱力學(xué)第零定律是溫標(biāo)的理論依據(jù)。a、熱力學(xué)溫標(biāo):水的三相點(diǎn)為273.16K,單位“開(kāi)爾文”是水有三相點(diǎn)溫度的1／273。16T單位K，T=273.15+tb、攝氏溫標(biāo)水的三相點(diǎn)為0.01℃，水的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為100℃。

t單位℃t=T-273.15

＊（有關(guān)溫度熱力學(xué)溫標(biāo)在第二定之后有嚴(yán)格證明）(3)、溫度物體冷熱程度的標(biāo)志；系統(tǒng)熱平衡的物理特征量。87三狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖1、狀態(tài)方程基本狀態(tài)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式稱為工質(zhì)的狀態(tài)方程。由狀態(tài)公理得：只有兩保獨(dú)立變量）

F(p,v,T)=0或

p=p(T,v);v=v(p,T);T=T(p,v)2、坐標(biāo)圖二個(gè)獨(dú)立變量時(shí)，可以用平面圖表示。而平面上的任意一點(diǎn)則代表了一個(gè)平衡狀態(tài)；所有的狀態(tài)都可以在平面上找到。三狀態(tài)方程、坐標(biāo)圖1、狀態(tài)方程2、坐標(biāo)圖88四準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程1、準(zhǔn)平衡態(tài)（準(zhǔn)靜態(tài)）過(guò)程●定義：由一系列偏高平衡態(tài)不遠(yuǎn)的狀態(tài)組成的熱力過(guò)程稱為準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程。

●準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)過(guò)程過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，平衡破壞后能自動(dòng)恢復(fù)平衡，且恢復(fù)需時(shí)間（弛豫時(shí)間）很短，過(guò)程中隨時(shí)都不致遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)。準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程就可在p-v圖上用連續(xù)曲線表示?！駥?shí)現(xiàn)準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程的條件是：

熱平衡ΔT→0力平衡Δp→0四準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程1、準(zhǔn)平衡態(tài)（準(zhǔn)靜態(tài)）過(guò)程●892、可逆過(guò)程（理想過(guò)程）定義如果系統(tǒng)完成某一熱力過(guò)程后，再沿原來(lái)路徑逆向返回原來(lái)的狀態(tài)，并使相互作用中所涉及到的外界也回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，而不留下任何變化，則這一過(guò)程為可逆過(guò)程。可逆過(guò)程＝準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程＋無(wú)耗散效應(yīng)（耗散效應(yīng)：通過(guò)摩阻、電阻、磁阻等使功變?yōu)闊岬男?yīng)）可逆過(guò)程不僅要求工質(zhì)內(nèi)部是平衡的，而且要求工質(zhì)與外界的作用可以無(wú)條件地逆復(fù)。2、可逆過(guò)程（理想過(guò)程）定義90五功和熱量功和熱量是熱力過(guò)程中系統(tǒng)與外界交換的不同形式的能量。1、功（膨脹功或體積功）

W：表示系統(tǒng)與外界交換的膨脹功(外界得到的膨脹功量）。

根據(jù)功的定義，功可表示為Fdx或∫Fdx對(duì)于熱力系F·dx=pA·dx=pdV問(wèn)題:對(duì)于一個(gè)準(zhǔn)平衡態(tài)過(guò)程，過(guò)程中有確定的p、V，所以可以得到確定的pdV和∫pdV，但是它是否就等于系統(tǒng)與外界交換的膨脹功？結(jié)論：只有在可逆過(guò)程中才有

δW=pdV

W=∫12pdV

δw=pdv

w=∫12pdv以后在p－v圖及T－s圖中凡是用實(shí)線畫出的過(guò)程都表示可逆過(guò)程。五功和熱量功和熱量是熱力過(guò)程中系統(tǒng)與外界91有用功Wu、無(wú)用功Wr和耗散功Wl閉口系膨脹過(guò)程中用推動(dòng)大所所消耗的功稱為無(wú)用功Wr.過(guò)程中由于耗散效應(yīng)所消耗的功稱為耗散功Wl，則有用功Wu為Wu＝

W－Wr－Wl(1－11)Wr＝p0(V2－

V1)＝p0

ΔV(1－12)可逆過(guò)程時(shí)Wl=0有用功Wu、無(wú)用功Wr和耗散功Wl閉口系膨脹過(guò)程中用推動(dòng)大所922、熱量熱量是系統(tǒng)與外界之間在溫差的推動(dòng)下，通過(guò)微觀粒子無(wú)序運(yùn)動(dòng)的方式與外界交換的能量。Q:

表示系統(tǒng)與外界交換的熱量。若過(guò)程可逆則：

δQ=TdS

Q=∫12TdS

δq=Tds

q=∫12Tdsw和q都是過(guò)程量而不是狀態(tài)量2、熱量熱量是系統(tǒng)與外界之間在溫差的93六熱力循環(huán)工質(zhì)從某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)后，又回到原來(lái)初態(tài)的熱力過(guò)程稱為熱力循環(huán)，即封閉的熱力過(guò)程，簡(jiǎn)稱循環(huán)。1、正循環(huán)（動(dòng)力循環(huán)）(順時(shí)針?lè)较?吸熱q1，放熱q2，對(duì)外作功wnet，且wnet=q1-q2，熱效率為ηtηt=wnet/q12、逆循環(huán)（制冷循環(huán)）(逆時(shí)針?lè)较?放熱q1，吸熱q2，外界輸入功wnet，且wnet=q1-q2，制冷系數(shù)為εε=q2/wnet

六熱力循環(huán)工質(zhì)從某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)歷一系列熱力狀態(tài)后，又回到94

本節(jié)所介紹的不是工程熱力學(xué)基本概念的全部，在以后的章節(jié)中還將出現(xiàn)新的基本概念，到時(shí)將一一論述。本節(jié)所介紹的不是工程熱力學(xué)基本概念的全95問(wèn)答題1、基本狀態(tài)參的哪幾個(gè)？為什么稱他們?yōu)榛緺顟B(tài)參數(shù)？2、什么是平衡態(tài)？實(shí)現(xiàn)平衡態(tài)的條件是什么？3、什么是可逆過(guò)程？實(shí)現(xiàn)可逆過(guò)程的條件是什么？4、可逆過(guò)程的膨脹功w、技術(shù)功wt如何計(jì)算？如何在p-v圖上表示可逆過(guò)程的膨脹功w和技術(shù)功wt？5、寫出絕對(duì)壓力p、表壓pg、真空度pv之間的關(guān)系式。測(cè)量容器中的壓力時(shí)，壓力表上的讀數(shù)不變，容器中的壓力是否會(huì)發(fā)生變化？問(wèn)答題1、基本狀態(tài)參的哪幾個(gè)？為什么稱他們?yōu)榛緺顟B(tài)參數(shù)？96第二節(jié)熱力學(xué)第一定律一熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)換定律在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用。熱是一種能量，機(jī)械能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能也可以轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中保持量的守恒。第二節(jié)熱力學(xué)第一定律一熱力學(xué)第一定律的97二熱力學(xué)能和系統(tǒng)的總能量1、熱力學(xué)能(1)、外部?jī)?chǔ)存的能量:系統(tǒng)由于宏觀運(yùn)動(dòng)所具有的能量。動(dòng)能Ek勢(shì)能Ep。(2)、內(nèi)部?jī)?chǔ)存能量:系統(tǒng)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)的內(nèi)動(dòng)能、相互作用的內(nèi)位能及維持分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)能和原子核內(nèi)部的原子能等。這些能量總稱為熱力學(xué)能。熱力系所儲(chǔ)存的能量可分為外部能量和內(nèi)部能量：二熱力學(xué)能和系統(tǒng)的總能量1、熱力學(xué)能(1)、外部?jī)?chǔ)存98在無(wú)化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)的簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)中

由熱力學(xué)能所包含的能量形式可知，熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)。比熱力學(xué)能可表示為：根據(jù)狀態(tài)參數(shù)的特點(diǎn)可有：熱力學(xué)能U單位:J或kJ

比熱力學(xué)能u=U/m單位:J/kg或kJ/kg在無(wú)化學(xué)反應(yīng)和核反應(yīng)的簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)中由熱力學(xué)能所包含992、系統(tǒng)的總能量2、系統(tǒng)的總能量100三熱力學(xué)第一定律的能量方程式根據(jù)熱力第一定律，對(duì)于一個(gè)任意熱力系統(tǒng)，能量方程可寫成進(jìn)入系統(tǒng)的能量－離開(kāi)系統(tǒng)的能量＝系統(tǒng)能量的增加（2－9）1、閉口系統(tǒng)的能量方程式當(dāng)宏觀的動(dòng)能的勢(shì)能的變化可以忽略不計(jì)或系統(tǒng)靜止時(shí)ΔE＝ΔU，則第一定律的方程式可寫成三熱力學(xué)第一定律的能量方程式根據(jù)熱力第一定律，對(duì)于一個(gè)101Q與W正、負(fù)號(hào)的規(guī)定系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負(fù)；系統(tǒng)對(duì)外作功W為正，外界對(duì)系統(tǒng)作功W為負(fù)能量方程式（2－27）常寫成上式的適用條件是：任何過(guò)程，任可工質(zhì)。對(duì)于可逆過(guò)程Q與W正、負(fù)號(hào)的規(guī)定系統(tǒng)吸熱Q為正，放熱Q為負(fù)；能量方程式（102閉口系任何工質(zhì)、可逆過(guò)程的能量方程式可寫成對(duì)于一個(gè)循環(huán)閉口系任何工質(zhì)、可逆過(guò)程的能量方程式可寫成對(duì)于一個(gè)循環(huán)1032、開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程式(1)、穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程穩(wěn)定流動(dòng)：流動(dòng)過(guò)程中開(kāi)口系內(nèi)部的狀態(tài)參數(shù)（熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)）不隨時(shí)間變化的流動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng)。穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)必有2、開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程式(1)、穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程穩(wěn)定流104穩(wěn)定系統(tǒng)的能量分析：進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量：系統(tǒng)能量的增加：ΔECV＝0進(jìn)入系統(tǒng)的能量－離開(kāi)系統(tǒng)的能量＝系統(tǒng)能量的增加穩(wěn)定系統(tǒng)的能量分析：進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量：系統(tǒng)能量105由于m1=m2=m,整理上式得由于m1=m2=m,整理上式得106對(duì)上式兩邊同除以m得(3)、焓的定義及物理意義(2)、推動(dòng)功和流動(dòng)功推動(dòng)功：由于工質(zhì)移動(dòng)而傳遞的功稱為推動(dòng)功：pV流動(dòng)功：用于維持流動(dòng)所需要的功：Δ(pV)=p2V2－p1V1定義：H=U+pV或h=u+pv

單位：J,kJ或J/kg,kJ/kg焓的物理意義:隨著工質(zhì)移動(dòng)的能量.。對(duì)上式兩邊同除以m得(3)、焓的定義及物理意義(2)、推107(4)、技術(shù)功在式(2-32)中是機(jī)構(gòu)能的形式,可供工程中直接利用，所以定義它為技術(shù)功：比較式（2－28a)和（2－32）(4)、技術(shù)功在式(2-32)中108若為可逆過(guò)程若為可逆過(guò)程109引入技術(shù)功后穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式可寫為若過(guò)程可逆引入技術(shù)功后穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式可寫為若過(guò)程可逆110(5)、一般開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量：系統(tǒng)能量的增加：

Δesy,CV在dτ間內(nèi)代入能量方程,整理后得(5)、一般開(kāi)口系統(tǒng)的能量方程進(jìn)入系統(tǒng)的能量：離開(kāi)系統(tǒng)的能量111四穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式的應(yīng)用

1、動(dòng)力機(jī)（蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)2、壓氣機(jī)壓氣機(jī)的耗功為wc3、換熱器4、管道5、節(jié)流四穩(wěn)定系統(tǒng)能量方程式的應(yīng)用1、112(1)燃?xì)庠趪姽艹隹诘牧魉賑3;(2)每干克燃?xì)庠谌細(xì)廨啓C(jī)中所作的功；(3)當(dāng)燃?xì)赓|(zhì)量流量為5.6kg/s時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)輸出的功率。

燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖所示。已知在截面1處h1=286kJ/kg的燃料與空氣的混合物以20m/s的速度進(jìn)入燃燒室，在定壓下燃燒，相當(dāng)于從外界獲得熱量q=879kJ/kg。燃燒后的燃?xì)庠趪姽苤薪^熱膨脹到3，h3=502kJ/kg.流速增加到c3。然后燃?xì)馔苿?dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)作功。若燃?xì)馔苿?dòng)葉輪時(shí)熱力狀態(tài)不變，只是流速降低。離開(kāi)燃?xì)廨啓C(jī)的速度c4=150m/s.試求：例題：(1)燃?xì)庠趪姽艹隹诘牧魉賑3;燃?xì)廨啓C(jī)裝113解：（1）取1－3截面為熱力系統(tǒng)解：（1）取1－3截面為熱力系統(tǒng)114（2）取3－4截面為熱力系統(tǒng)又由“若燃?xì)馔苿?dòng)葉輪時(shí)熱力狀態(tài)不變”，（2）取3－4截面為熱力系統(tǒng)又由“若燃?xì)馔苿?dòng)葉輪時(shí)熱力狀態(tài)不115（3）功率為PP＝qmwsh34=5.6×652=3651.2kW試分析有無(wú)其它的解題思路？（3）功率為PP＝qmwsh34=5.6×652試分析有無(wú)其116問(wèn)答題1、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是什么？2、工程熱力學(xué)中，熱力學(xué)能包含哪幾項(xiàng)能量的形式。3、寫出穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的能量方程式，當(dāng)用于鍋爐、汽輪機(jī)及節(jié)流過(guò)程時(shí)方程的簡(jiǎn)化形式。在以上三種過(guò)程中膨脹功的表現(xiàn)形式。4、說(shuō)明焓的定義式及物理意義。5、寫出技術(shù)功的定義式?？赡孢^(guò)程的技術(shù)功在p-v圖上如何表示。6、給一不可壓縮的流體絕熱的情況下加壓，熱力學(xué)能和焓如何變化？問(wèn)答題1、熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是什么？117第三節(jié)熱力學(xué)第二定律一熱力過(guò)程的不可逆性及熱力第二定律的實(shí)質(zhì)說(shuō)明熱力過(guò)程進(jìn)行的方向、條件、和限度等間題的規(guī)律。其中熱力過(guò)程的方向性最為重要。1、常見(jiàn)的不可逆過(guò)程(1)、摩擦使功變?yōu)闊?3)、有限溫差傳熱(4)、自由膨脹(5)、混合過(guò)程(2)、電阻使電能變?yōu)闊?、第二定律的實(shí)質(zhì)第三節(jié)熱力學(xué)第二定律一熱力過(guò)程的不可逆性及118二熱力學(xué)第二定律的表述

熱力學(xué)第二定律應(yīng)用范圍極為廣泛（諸如熱量傳遞、熱功轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)、燃料燃燒、氣體擴(kuò)散、分離、溶解、結(jié)晶、生物化學(xué)、生命現(xiàn)象、低溫物理、氣象等其他領(lǐng)域）。針對(duì)各類具體問(wèn)題，熱力學(xué)第二定律有各種形式有表述，這里只介紹兩種最基本的、表達(dá)形式1、克勞修斯說(shuō)法熱量不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳至高溫物體。2、開(kāi)爾文說(shuō)法

不可能制造出單一熱源吸熱、使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。（第二類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的）二熱力學(xué)第二定律的表述熱力學(xué)第二定律應(yīng)119以上兩種說(shuō)法是一致的。如果違犯了開(kāi)爾文說(shuō)法，必將違犯克勞修斯說(shuō)法。熱機(jī)違犯了開(kāi)爾文說(shuō)法，最后聯(lián)合循環(huán)的效果違犯了克勞修斯說(shuō)法以上兩種說(shuō)法是一致的。如果違犯了開(kāi)爾文說(shuō)法，必將違犯克勞修斯120三卡諾循環(huán)及卡諾定律1、卡諾循環(huán)工作于溫度分別為T1和T2的兩個(gè)熱源之間的正向循，由兩個(gè)可逆定溫過(guò)程和兩個(gè)可逆絕熱過(guò)程組成。三卡諾循環(huán)及卡諾定律1、卡諾循環(huán)121卡諾循環(huán)的熱效率為(1)、熱效率只與T1與T2有關(guān)，與工質(zhì)無(wú)關(guān)。(2)、熱效率只能小于1（第二類永動(dòng)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)）。(3)、當(dāng)T1＝T2時(shí)，熱效率為零?？ㄖZ循環(huán)的熱效率為(1)、熱效率只與T1與T2有關(guān)，與工質(zhì)無(wú)1222、逆卡諾循環(huán)2、逆卡諾循環(huán)1233、概括性卡諾循環(huán)3、概括性卡諾循環(huán)1244、多熱源可逆循環(huán)吸熱量q1'=面積ehgnme放熱量q2'

=面積elgnme4、多熱源可逆循環(huán)吸熱量q1'=面積ehgnme放熱量q2125定義平均吸和放熱溫度定義平均吸和放熱溫度1265、卡諾定理定理一

在相同溫度的高溫?zé)嵩碩1和相同溫度低溫?zé)嵩碩2之間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與可逆循環(huán)的種類無(wú)關(guān)，與采用哪一種工質(zhì)也無(wú)關(guān)。定理二

在相同溫度的高溫?zé)嵩碩1和相同溫度低溫?zé)嵩碩2之間工作的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)的熱效率。5、卡諾定理定理一定理二127定理一證明定理一證明128

由于卡諾循環(huán)是這些可逆循環(huán)之一，所以A、B兩熱機(jī)的熱效率可用卡諾熱機(jī)的熱率表示由于卡諾循環(huán)是這些可逆循環(huán)之一，所以A、B129定理二證明定理二證明130四狀態(tài)參數(shù)熵1、熵的導(dǎo)出對(duì)任意可逆循環(huán)1A2B1，用絕熱線a-g、b-f等循環(huán)進(jìn)行分割，當(dāng)兩條線非常接近時(shí)，吸熱和放熱可看成定溫微無(wú)過(guò)程，對(duì)于微元卡諾循環(huán)abfga有下標(biāo)r表示熱源參數(shù)。當(dāng)考慮放熱正負(fù)號(hào)時(shí)，上式可寫成四狀態(tài)參數(shù)熵1、熵的導(dǎo)出對(duì)任意可逆循環(huán)1A2B1，用131積分上式T是工質(zhì)的溫度，可逆時(shí)Tr=T，式（5－