第六章 化工過程能量分析61.2

§6.1能量平衡方程§6.2熱功間的轉(zhuǎn)化§6.3熵函數(shù)§6.4理想功、損失功及熱力學(xué)效率§6.5火用與火無§6.6火用衡算及火用效率§6.7化工過程與系統(tǒng)的火用分析第六章化工過程的能量分析§6.3

熵函數(shù)§6.3.0熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)與熵的概念§6.3.1熵函數(shù)§6.3.2熵增原理§6.3.3熵平衡§6.3.0熱力學(xué)第二定律的本質(zhì)與熵的概念凡是自發(fā)的過程都是不可逆的，而一切不可逆過程都可以歸結(jié)為熱轉(zhuǎn)換為功的不可逆性。一切不可逆過程都是向混亂度增加的方向進(jìn)行，而熵函數(shù)可以作為體系混亂度的一種量度?！?.3.1熵函數(shù)（1）熵S的定義（可逆過程）PVABC(可逆)D(可逆)F(不可逆)任意可逆過程的熱溫商的值決定于始終狀態(tài)，而與可逆途徑無關(guān)，這個(gè)熱溫商(熵S)具有狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)。（2）不可逆過程的熵變

因S是狀態(tài)函數(shù)，體系不可逆過程的熵變，與可逆過程的熵變相等。PVABC(可逆)D(可逆)F(不可逆)（3）Clausius不等式

總結(jié)(1)、(2)式得“>”號(hào)為不可逆過程；“=”號(hào)為可逆過程Clausius不等式對(duì)于孤立體系（或絕熱體系）：δQ=0結(jié)論：一個(gè)孤立體系的熵永不減少?！?.3.2

熵增原理由熵增原理表達(dá)式?！?gt;”號(hào)為自發(fā)過程，“=”號(hào)為可逆過程任何一個(gè)體系與它的環(huán)境捆綁在一起均可看作一個(gè)孤立體系!!!注意：判斷孤立體系是否自發(fā)過程的依據(jù)是總熵變大于0，而不是體系的熵變大于0

。環(huán)境孤立體系體系熵增原理（續(xù)）<0不可能進(jìn)行的過程

>0不可逆過程=0可逆過程8*對(duì)于絕熱體系（δQ體系=0；δQ環(huán)境=0

）(1)絕熱可逆過程環(huán)境δQ環(huán)境=0孤立體系δQ總=0絕熱體系δQ體系=0(2)絕熱不可逆過程這是因?yàn)椴还荏w系發(fā)生的是否可逆過程，由于環(huán)境的熱源無限大，環(huán)境的變化可視為可逆過程。T環(huán)境——熱源溫度12（3）熵流封閉系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆過程，從環(huán)境熱源接受熱量熵流：由于傳熱而引起系統(tǒng)熵的變化，其符號(hào)由決定13（4）熵產(chǎn)生不可逆過程：熵產(chǎn)生系統(tǒng)與環(huán)境的熱量交換過程的不可逆性熵產(chǎn)生不是系統(tǒng)的性質(zhì)，而是僅與過程的不可逆程度相聯(lián)系。熵增原理熵增原理指出：一切自發(fā)的過程只能向總熵值增加的方向進(jìn)行，它提供了判斷過程方向的準(zhǔn)則。當(dāng)總熵值達(dá)到最大，也即體系達(dá)到了平衡。應(yīng)用熵增原理時(shí)應(yīng)注意：孤立體系總熵變。例

將35kg，溫度為427℃的鑄鋼件放入135kg而溫度為21℃的油中冷卻，已知鑄鋼和油的比熱容分別為：0.5kJ/kg.K；2.5kJ/kg.K。假使沒有熱損失，則以下各項(xiàng)熵的變化為多少？1）鑄鋼件；2）油；3）兩者一起考慮。并判斷過程是否自發(fā)的。

熵增原理應(yīng)用*熵變的計(jì)算(復(fù)習(xí)內(nèi)容）

僅有PVT變化的體系熵變

有相變過程的體系熵變

環(huán)境的熵變1、有PVT變化的體系熵變*熵變的計(jì)算2、有相變過程的體系熵變等溫等壓可逆相變（若是不可逆相變，應(yīng)設(shè)計(jì)可逆過程）*熵變的計(jì)算(1)體系可逆變化時(shí)環(huán)境的熵變(2)體系是不可逆變化時(shí)但由于環(huán)境很大，可將體系與環(huán)境交換的熱量設(shè)計(jì)成另一個(gè)可逆過程交換的熱量。3、環(huán)境的熵變（重點(diǎn)注意）例：1mol理想氣體在20oC下等溫，由10atm變化到1atm：(1)可逆膨脹，(2)不可逆膨脹，(3)真空膨脹，分別求其熵變。體系，理想氣體10atm,20oC體系，理想氣體1atm,20oC環(huán)境1atm,20oC環(huán)境1atm,20oC§6.3.4熵平衡熵增的過程即是能量損耗的過程；熵平衡就是用來檢驗(yàn)過程熵的變化，它可以精確地衡量過程的能量有效利用。熵平衡方程

(1)敞開體系的熵平衡方程W物料熱量熵?cái)y帶者功與熵變化無關(guān)，功不攜帶熵。

T—限制表面上熱流通過處的溫度,

T’

代表始態(tài)溫度,T’’

代表終態(tài)溫度

S

—

單位質(zhì)量物料的熵；

物料攜帶的熵=mS熱流攜帶的熵=式中:

m—

物料的質(zhì)量；—因體系的內(nèi)在原因引起的熵變化，過程的不可逆性引起的熵變化。22熱熵流表示體系因熱流Q所引起的熵變。T為熱源溫度。熵產(chǎn)生表示體系內(nèi)因過程的不可逆性所引起的熵變。所以，熵平衡方程：(2)封閉體系熵平衡方程(3)穩(wěn)定流動(dòng)體系熵平衡方程絕熱可逆？25例

某工廠預(yù)經(jīng)冷凝器將140℃的飽和水蒸氣冷凝為140℃的飽和水，冷凝器用20℃的大氣做為冷卻介質(zhì)，水蒸氣的流率為4kg/s。試求此冷凝過程產(chǎn)生的熵。

例題26例

設(shè)有溫度T1=500K、壓力p1=0.1MPa的空氣，其質(zhì)量流量為