高等工程熱力學(xué)

關(guān)于高等工程熱力學(xué)第一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.1工程熱力學(xué)的研究對(duì)象及其特點(diǎn)熱物理學(xué)(簡(jiǎn)稱熱學(xué))

研究有關(guān)物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)以及與熱相聯(lián)系的各種規(guī)律的科學(xué)，它滲透到自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。工程熱科學(xué)熱物理學(xué)在工程領(lǐng)域的分支和應(yīng)用，工程熱科學(xué)涉及的內(nèi)容很多，主要有工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、物質(zhì)的熱物理性質(zhì)以及這些性質(zhì)在工程領(lǐng)域和新技術(shù)方面的應(yīng)用等等。第二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念熱力學(xué)研究方法經(jīng)典熱力學(xué)方法：宏觀描述方法統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的方法：微觀描述方法分別從不同角度去研究問題，它們自成獨(dú)立體系，相互間又存在密切的聯(lián)系，相互補(bǔ)充。宏觀描述方法與微觀描述方法的緊密結(jié)合，使熱力學(xué)成為聯(lián)系微觀世界與宏觀世界的一座橋梁。第三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念熱力學(xué)從對(duì)熱現(xiàn)象的大量的直接觀察和實(shí)驗(yàn)測(cè)量所總結(jié)出來的普適的基本定律出發(fā)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，通過邏輯推理及演繹，得出有關(guān)物質(zhì)各種宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系、宏觀物理過程進(jìn)行的方向和限度等結(jié)論。任何宏觀的物質(zhì)系統(tǒng)包括化學(xué)的、生物的系統(tǒng)，只要與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)，總應(yīng)遵循熱力學(xué)規(guī)律。熱力學(xué)基本定律是自然界中的普適規(guī)律，只要在數(shù)學(xué)推理過程中不加上其他假設(shè)，這些結(jié)論也具有同樣的可靠性與普遍性。第四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念經(jīng)典熱力學(xué)具有普遍內(nèi)容的唯一的物理理論，是具有普遍性的一門科學(xué)，可應(yīng)用于任何的宏觀的物質(zhì)系統(tǒng)。局限性：第一，它只適用于粒子數(shù)很多的宏觀系統(tǒng)；第二，它主要研究物質(zhì)在平衡態(tài)下的性質(zhì)；其三，它把物質(zhì)看為連續(xù)體，不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。它只能說明應(yīng)該有怎樣的關(guān)系，而不能解釋為什么有這種基本關(guān)系。第五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念統(tǒng)計(jì)物理學(xué)熱力學(xué)的微觀描述方法從物質(zhì)由數(shù)量巨大的分子、原子組成的前提出發(fā)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法，把宏觀性質(zhì)看作微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均值，由此找出微觀量與宏觀量之間的關(guān)系。彌補(bǔ)了熱力學(xué)方法的不足，使熱力學(xué)的理論具有更深刻的意義。局限性在于它需對(duì)研究的體系作出簡(jiǎn)化假設(shè)(微觀模型)，使得所得到的理論結(jié)果常與實(shí)驗(yàn)不能完全符合。第六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念

工程熱力學(xué)熱力學(xué)在工程領(lǐng)域的分支，是研究能量(特別是熱能)的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué)熱力學(xué)引用的概念常與能量及其轉(zhuǎn)換有關(guān)。能量和物質(zhì)不可分割，能量的轉(zhuǎn)換有賴于物質(zhì)狀態(tài)的改變，而且能量具有數(shù)量和質(zhì)量的雙重屬性。引入了與物質(zhì)有關(guān)的概念，如理想氣體、實(shí)際氣體和蒸汽等；與描寫狀態(tài)和過程有關(guān)的概念，如平衡態(tài)、可逆過程等；又有熵、熱能與機(jī)械能、熱量與功量等對(duì)應(yīng)的概念。圍繞工程應(yīng)用還引進(jìn)表征能量利用經(jīng)濟(jì)性的概念，如熱效率、火用效率等。熱力學(xué)中的概念有些是建立熱力學(xué)基本理論必不可少的，例如溫度、平衡態(tài)、可逆過程、能量、熵、熱量與功等，稱為基本概念?；靖拍钪?，溫度是為研究熱現(xiàn)象引進(jìn)的物理量，平衡態(tài)與可逆過程是經(jīng)典熱力學(xué)的研究前提，因此這三個(gè)基本概念尤其重要。第七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念

傳熱學(xué)研究由于溫差而實(shí)現(xiàn)的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。熱力學(xué)指出，凡是有溫差的地方，就有熱量自高溫物體傳向低溫物體(或從物體的高溫部分傳向低溫部分)。由于自然界到處存在溫差，所以熱量傳遞是普遍的現(xiàn)象。由于熱量傳遞的推動(dòng)力是溫差，所以溫度分布對(duì)熱量傳遞有重大影響。采用數(shù)學(xué)的手段研究、分析熱量傳遞過程，一般要假定研究對(duì)象是連續(xù)體，由于熱科學(xué)研究對(duì)象由數(shù)量十分龐大的微觀粒子所組成，所以只要被研究對(duì)象的幾何尺度大于微觀粒子的平均自由程，連續(xù)體的假定即可成立，溫度等參數(shù)即可認(rèn)為是連續(xù)函數(shù)。第八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.2溫度1.2.1溫度的熱力學(xué)定義物系的溫度是用以判別它與其他物系是否處于熱平衡狀態(tài)的參數(shù)。溫度的熱力學(xué)定義明確給出了溫度的物理意義。溫度和熱平衡概念直接聯(lián)系，兩物系只要溫度相同，它們間就處于熱平衡，而與其他狀態(tài)參數(shù)如壓力、體積等的數(shù)值是否相同無關(guān)，只有溫度才是熱平衡的判據(jù)。第九頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.2.2熱力學(xué)溫標(biāo)溫度測(cè)量的理論依據(jù):熱力學(xué)第零定律經(jīng)驗(yàn)指出，實(shí)際測(cè)溫物質(zhì)標(biāo)志溫度的物理量和溫度的關(guān)系，嚴(yán)格地講都是非線性的，這一函數(shù)隨測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)而定。第十頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念

建立溫標(biāo)時(shí)，首先要規(guī)定溫度和標(biāo)志溫度的物理量的函數(shù)關(guān)系這一關(guān)系不受具體測(cè)溫物質(zhì)的限制，可以任意規(guī)定。為使溫度和標(biāo)溫物理量成正比，通常取成線性關(guān)系：為了確定待定常數(shù)，要選定溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的溫度數(shù)值。確定待定常數(shù)實(shí)質(zhì)上就是規(guī)定溫度計(jì)量單位的大小和溫度的計(jì)數(shù)起點(diǎn)。第十一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念

國(guó)際上用水的汽、液、固共存的三相點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定三相點(diǎn)的溫度為273.16K。國(guó)際單位制(SI)中溫度的計(jì)量單位稱為“開爾文”，單位符號(hào)為K。標(biāo)定溫度的公式某種標(biāo)志溫度的物理量相應(yīng)于三相點(diǎn)狀態(tài)之值第十二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念國(guó)際溫標(biāo):以水的三相點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定其溫度為273.16K，而建立的溫標(biāo)稱為國(guó)際溫標(biāo)。攝氏溫標(biāo):如標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)和溫度計(jì)量單位的大小保持不變，而把標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)(三相點(diǎn))的溫度規(guī)定為0.01℃時(shí)，所得溫標(biāo)稱為國(guó)際攝氏溫標(biāo)。國(guó)際溫標(biāo)與國(guó)際攝氏溫標(biāo)的關(guān)系是第十三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念建立溫標(biāo)時(shí)，對(duì)標(biāo)定溫度的物理量?jī)H要求它和溫度的變化成線性關(guān)系，除此以外，不受其他的限制。因此，標(biāo)溫的物理量可以和物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，也可以和物質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，甚至實(shí)際中是否真正有這種性質(zhì)的物理量存在也無關(guān)緊要。第十四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念如理想氣體體積不變時(shí)，它的壓力和溫度成線性變化標(biāo)溫物質(zhì)：理想氣體當(dāng)作，而把作為標(biāo)溫物理量：壓力標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)：水的三相點(diǎn)第十五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念理想氣體溫標(biāo)公式第十六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念另例：與物性無關(guān)的熱量Q作為標(biāo)溫的物理量卡諾循環(huán)第十七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念卡諾循環(huán)熱源放出或吸入的熱量與熱源的溫度成正比這種應(yīng)用熱力學(xué)原理建立的溫標(biāo)稱為熱力學(xué)溫標(biāo)。但是，可逆循環(huán)難以實(shí)現(xiàn)，精確地測(cè)量Q和Qtp也有困難，所以熱力學(xué)溫標(biāo)無法直接實(shí)施。盡管如此，熱力學(xué)溫標(biāo)的建立有著深遠(yuǎn)的理論價(jià)值，它是最科學(xué)、最嚴(yán)密的基本溫標(biāo)。第十八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念理想氣體溫標(biāo)的氣體溫度計(jì)雖與采用的某種氣體種類無關(guān)，但溫度讀數(shù)必須校正到理想氣體狀態(tài)時(shí)讀數(shù)。這種測(cè)量和修正都是極為精確和繁復(fù)的工作，只有極少數(shù)實(shí)驗(yàn)室有此條件，因此，目前氣體溫度計(jì)僅作為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。實(shí)用的二級(jí)溫度計(jì)采用國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)，它所得出的溫度偏離熱力學(xué)溫標(biāo)極小，廣泛用于校核科研或工業(yè)用溫度計(jì)。第十九頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1990國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90)規(guī)定：①容易復(fù)現(xiàn)的固定點(diǎn)的氣體溫標(biāo)溫度和用以檢定儀器的二級(jí)參考點(diǎn)的溫度；②二級(jí)溫度標(biāo)準(zhǔn)的儀器儀表的度數(shù)用于根據(jù)固定點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插的公式。第二十頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念第二十一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念(ITS-90)將適用于溫度測(cè)量和內(nèi)插的方法概括為四個(gè)分區(qū)：(1)從0.65K到5.0K根據(jù)3He和4He的蒸氣壓測(cè)量；(2)從3.0K到24.5561K用氦氣定容氣體溫度計(jì)測(cè)量；(3)從13.8033K到1234.93K按照技術(shù)規(guī)范用在表中的固定點(diǎn)標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)鉛電阻溫度計(jì)測(cè)量；(4)高于1234.93K通過測(cè)量可見光譜的輻射強(qiáng)度，與Ag、Au或Cu凝固點(diǎn)同波長(zhǎng)輻射強(qiáng)度比較，并且根據(jù)普朗克黑體輻射方程確定溫度值。第二十二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.3.1平衡狀態(tài)1.3平衡狀態(tài)一個(gè)熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)是研究熱現(xiàn)象時(shí)為簡(jiǎn)化物體狀態(tài)隨時(shí)間變化的復(fù)雜性而引用的基本概念。熱力學(xué)中的平衡是指物系的宏觀狀態(tài)而言，由于組成物系的粒子總在永恒不息的運(yùn)動(dòng)中，其微觀狀態(tài)，是不能不變的，如平衡態(tài)物系的溫度不隨時(shí)間變化，是指分子的平均移動(dòng)動(dòng)能為恒值。第二十三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念平衡和均勻處于平衡狀態(tài)物系的狀態(tài)不隨時(shí)間改變，平衡和時(shí)間的概念聯(lián)系在一起。均勻則指物系內(nèi)部空間各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)均勻一致，均勻是相對(duì)空間而言的。不平衡系一般是不均勻系，但處于平衡態(tài)的物系未必一定是均勻的。第二十四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念處于重力場(chǎng)中的氣體或液體平衡時(shí)上部和下部的密度不同，不能稱為均勻系。但若所研究物系的高度有限，重力場(chǎng)對(duì)氣體密度的影響甚微，可以忽略不計(jì)，從而把處于平衡狀態(tài)的單相物系看作均勻系。汽液兩相平衡的物系，即使略去重力場(chǎng)的影響，兩相的密度相差甚大，此時(shí)，物系雖處于復(fù)相平衡狀態(tài)，但不能看作均勻系了。第二十五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.3.2局部平衡假設(shè)平衡狀態(tài)下，由于勢(shì)差消失，所以無論是熱量的傳遞還是其他能量的傳遞的速率均趨于零。為了描述實(shí)際有限勢(shì)差作用過程，常引用局部平衡假設(shè)。局部平衡假設(shè)是把處在不平衡狀態(tài)的體系，分割成許多小部分(這些宏觀上“小”的部分，在微觀上仍包含有大量的粒子)，假設(shè)每小部分各自近似地處于平衡狀態(tài)。這樣，每一子體系，就可用狀態(tài)參數(shù)來描述。對(duì)于像熱力學(xué)能、熵等這樣的廣延參數(shù)，將各部分的數(shù)值相加，即可得整個(gè)體系的值，溫度和壓力這類強(qiáng)度參數(shù)，可以看作連續(xù)分布，形成所謂的“場(chǎng)’’的概念。第二十六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念溫度場(chǎng)就是物體中溫度隨時(shí)間和空間坐標(biāo)的分布穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)

第二十七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.4平衡的判據(jù)熱平衡力平衡相平衡化學(xué)平衡第二十八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.4.1平衡判據(jù)在沒有外界影響的條件下，一個(gè)系統(tǒng)是否平衡，完全由其本身的狀態(tài)確定，所以可以用系統(tǒng)的某種狀態(tài)函數(shù)作為平衡的判據(jù)。同時(shí)，可以想象平衡判據(jù)應(yīng)隨系統(tǒng)的約束條件而異。另外在導(dǎo)出平衡判據(jù)時(shí)應(yīng)注意，系統(tǒng)可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或相變，一個(gè)總質(zhì)量恒定的化學(xué)系統(tǒng)在達(dá)到化學(xué)平衡前各組分的質(zhì)量并非恒量，因而系統(tǒng)的熱力學(xué)能、焓及體積等性質(zhì)也隨各組分質(zhì)量變化而變化。第二十九頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念孤立系孤立系熵增原理

孤立系自發(fā)變化的方向(dsiso>0)和實(shí)現(xiàn)平衡的條件(dsiso=0)約束條件:E=常數(shù)第三十頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念對(duì)于只有體積變化功一種模式的功交換的簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)和外界沒有功交換：系統(tǒng)的體積不應(yīng)改變無熱交換：系統(tǒng)的熱力學(xué)能也不變第三十一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念非孤立系統(tǒng)簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)與系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換的外界熱源溫度包括膨脹功在內(nèi)的系統(tǒng)對(duì)外作功的總和第三十二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念若系統(tǒng)變化過程中溫度T為常數(shù)，考慮到系統(tǒng)與外熱源保持熱平衡，則二者溫度相等T=Tr

A,亥姆霍茲函數(shù)(Helmholtzfunction)第三十三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念V=常數(shù)定溫定容系統(tǒng)過程進(jìn)行的方向是dAT,V<0；實(shí)現(xiàn)平衡的條件為dAT,V=0

第三十四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念如約束條件為T=常數(shù)及p=常數(shù)定溫定壓系統(tǒng)可用自由焓變化指出過程的方向(dGT,p<0)及平衡的條件(dGT,p=0)自由焓，又稱吉布斯函數(shù)(Gibbsfunction)第三十五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念一個(gè)由r種物質(zhì)組成的化學(xué)系統(tǒng)，它的自由焓函數(shù)因化學(xué)不平衡而產(chǎn)生的G的變化第三十六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念第三十七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念第三十八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.4.2穩(wěn)定平衡判據(jù)孤立系統(tǒng)判別是平衡或是非平衡用以確定平衡是否穩(wěn)定第三十九頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念難以觀察到的平衡態(tài)---不穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡穩(wěn)定與亞穩(wěn)定平衡純質(zhì)飽和狀態(tài)的飽和蒸汽和飽和液體屬穩(wěn)定平衡態(tài)，但是溫度高于飽和溫度的液體(過熱液)和低于飽和溫度的蒸汽(過冷蒸汽)只有在實(shí)驗(yàn)中方可觀察到。如有凝結(jié)核心形成，過冷蒸汽會(huì)迅速消失而成飽和液體。過熱液和過冷蒸汽都是亞穩(wěn)定平衡態(tài)。第四十頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念定溫定容系統(tǒng)定溫定壓系統(tǒng)第四十一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.5準(zhǔn)平衡(準(zhǔn)靜態(tài))過程和可逆過程1.5.1準(zhǔn)平衡過程過程進(jìn)行得相對(duì)緩慢，工質(zhì)在平衡被破壞后自動(dòng)回復(fù)平衡所需的時(shí)間，即所謂的弛豫時(shí)間又很短，工質(zhì)有足夠的時(shí)間來恢復(fù)平衡，隨時(shí)都不致顯著偏離平衡狀態(tài)，這樣的過程叫做準(zhǔn)平衡過程第四十二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.5.2可逆過程當(dāng)物系完成了某一過程之后，如果有可能使它沿相同的路徑逆行而回復(fù)到原來狀態(tài)，并使相互作用中所涉及到的外界亦回復(fù)到原來狀態(tài)，而不留下任何改變，則這一過程叫做可逆過程。不滿足上述條件的過程為不可逆過程。第四十三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念一個(gè)可逆過程，首先應(yīng)是準(zhǔn)平衡過程，同時(shí)在過程中不應(yīng)有任何耗散效應(yīng)，這是可逆過程的基本特征。準(zhǔn)平衡過程和可逆過程的區(qū)別在于：準(zhǔn)平衡過程著眼于系統(tǒng)內(nèi)部的平衡，有無外部機(jī)械摩擦對(duì)工質(zhì)內(nèi)部的平衡并無關(guān)系，準(zhǔn)平衡過程進(jìn)行時(shí)可能發(fā)生能量耗散；可逆過程則是分析系統(tǒng)與外界作用所產(chǎn)生的總效果，不僅要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，而且要求過程進(jìn)行時(shí)不存在任何能量的耗散?？梢?，可逆過程必然是準(zhǔn)平衡過程，而準(zhǔn)平衡過程只是可逆過程的必要條件。第四十四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.6熱量和功1.6.1熱量定義為：僅僅由于兩個(gè)系統(tǒng)之間溫度不同而引起的從一個(gè)系統(tǒng)向另一個(gè)系統(tǒng)傳遞的能量。按照這個(gè)定義，熱量是在能量傳遞過程中的一種能的傳遞量，只有當(dāng)熱量越過系統(tǒng)的邊界時(shí)，才能被確認(rèn)為產(chǎn)生傳熱現(xiàn)象。所以，熱量是在傳送過程中的能量，不是存貯在系統(tǒng)中的能量，熱量一旦傳入系統(tǒng)，便轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)的分子、原子等粒子的微觀動(dòng)能或位能。雖然在系統(tǒng)與外界的能量相互作用的過程中可以區(qū)別為熱量、各種形式的功量和其他能量，但一旦進(jìn)入系統(tǒng)的邊界，就無法再區(qū)分了。存儲(chǔ)在系統(tǒng)中只有能量而區(qū)分不出哪些能量是通過傳熱、作功或其他方式傳進(jìn)來的。因此熱量不是系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，說物體有多少熱量是錯(cuò)誤的，只能說物體有多少能量。第四十五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念第四十六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念1.6.2功量力學(xué)中把力和力方向位移的乘積定義為功功是熱力系統(tǒng)通過邊界而傳遞的能量，且其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。這里“舉起重物”是指過程產(chǎn)生的效果相當(dāng)于舉起重物，并不要求真的舉起重物。顯然，和熱量一樣，功是熱力系通過邊界與外界交換的能量，不是狀態(tài)的函數(shù)，所以與系統(tǒng)本身具有的宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和宏觀位能不同。第四十七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念上述各式不僅對(duì)氣體適用，不論是固體和液體只要是可壓縮性物質(zhì)都是適用的。第四十八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念(2)拉伸彈性杠或金屬絲所耗的功第四十九頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念第五十頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念第五十一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念第五十二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念第五十三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一章基本概念第五十四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性2.1熱力學(xué)第一定律轉(zhuǎn)移中的能量―熱量及功儲(chǔ)存中的能量―內(nèi)部?jī)?chǔ)存能與外部?jī)?chǔ)存能2.1.1熱力學(xué)第一定律一般表達(dá)式能量轉(zhuǎn)換及守恒定律指出：自然界中的一切物質(zhì)都具有能量；能量有各種不同形式，并能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式；在轉(zhuǎn)換中，能量的數(shù)量保持不變。第五十五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性

對(duì)于孤立系，無論其內(nèi)部如何變化，它的總能量保持不變。式中，E是物系儲(chǔ)存的總能量。物系儲(chǔ)存的能量有熱力學(xué)能（內(nèi)部?jī)?chǔ)存能）和外部?jī)?chǔ)存能之分。熱力學(xué)能是與物質(zhì)內(nèi)部粒子的微觀運(yùn)動(dòng)和粒子在空間的位置有關(guān)的能量，用U表示。如分子熱運(yùn)動(dòng)的微觀動(dòng)能，分子相互吸引的微觀位能，分子內(nèi)束縛原子的化學(xué)能以及原子內(nèi)部的束縛能等都屬熱力學(xué)能。熱力學(xué)能由物質(zhì)內(nèi)部粒子的狀態(tài)確定，是物質(zhì)狀態(tài)的函數(shù)。除熱力學(xué)能外，物體作整體運(yùn)動(dòng)時(shí)還可有其他能量，這類能量要由物系外的參考坐標(biāo)確定，故稱為物系的外部?jī)?chǔ)存能熱力學(xué)中常見的外部?jī)?chǔ)存能有物系作宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)的宏觀動(dòng)能和在重力場(chǎng)中重力勢(shì)能第五十六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性物系的儲(chǔ)存能如系統(tǒng)由多種物質(zhì)所組成系統(tǒng)總能量E表示在給定狀態(tài)下的全部能量，是系統(tǒng)處于某一狀態(tài)下的狀態(tài)參數(shù)。第五十七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性熱力學(xué)第一定律的一般表達(dá)式第五十八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性2.1.2閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式僅取決于過程的初態(tài)及終態(tài)，而與過程所經(jīng)歷的路徑無關(guān)點(diǎn)函數(shù)，這個(gè)參數(shù)就是系統(tǒng)的儲(chǔ)存能E第五十九頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性靜止閉口系中閉口系（控制質(zhì)量系統(tǒng)）熱力學(xué)第一定律表達(dá)式，它表明在過程中傳入系統(tǒng)的熱量等于系統(tǒng)儲(chǔ)存能的變化及系統(tǒng)與外界交換功量之和。第六十頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四系統(tǒng)對(duì)外的功一般形式靜止閉口系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為閉口的簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)在與外界只有可逆膨脹功交換時(shí)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性廣義力廣義位移的微量第六十一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性第六十二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.2開口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式2.2.1變質(zhì)量系統(tǒng)基本方程變質(zhì)量系統(tǒng)理想氣體第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性第六十三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四變質(zhì)量系統(tǒng)的理想氣體狀態(tài)方程的微分形式熱力學(xué)能及焓的微分表達(dá)式第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性第六十四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四理想氣體在對(duì)控制體進(jìn)行能量分析時(shí)應(yīng)考慮到控制體中的質(zhì)量可能發(fā)生變化。若在d時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入系統(tǒng)的微元質(zhì)量為6鞏，離開系統(tǒng)的微元質(zhì)量為6伙，則第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性第六十五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四如控制體的出、入口有多個(gè)，則質(zhì)量方程可寫為第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性質(zhì)量流量第六十六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四閉口系統(tǒng)變質(zhì)量系統(tǒng)第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性可逆過程1kg第六十七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四把上列ds、du、dv代入單位質(zhì)量的吉布斯函數(shù)等于化學(xué)勢(shì)變質(zhì)量系統(tǒng)的熱力學(xué)能變化除了由熱交換，體積功交換引起外，還可以是由系統(tǒng)的質(zhì)量改變而造成。吉布斯函數(shù)，自由焓第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性第六十八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.2.2開口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性第六十九頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四如控制體沒有位能及動(dòng)能的變化忽略進(jìn)出口截面上氣流的動(dòng)能差和位能差第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性熱流量控制體中儲(chǔ)存能的變化率進(jìn)入控制體的質(zhì)量流量離開控制體的質(zhì)量流量軸功率第七十頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四多股氣流只有單股流體進(jìn)出的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性第七十一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程第2章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性第七十二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程變質(zhì)量熱力過程向鋼瓶充入氧氣或自壓縮氣瓶放出空氣啟動(dòng)柴油機(jī)等都是非穩(wěn)定流動(dòng)過程工程應(yīng)用的例子。以容器壁面為控制面的熱力系統(tǒng)，在進(jìn)行過程時(shí)工質(zhì)的數(shù)量會(huì)發(fā)生變化，變化的大小和快慢將直接影響到壓力、溫度等其他參數(shù)的變化情況。又如內(nèi)燃機(jī)、活塞式壓氣機(jī)的壓縮過程，或多或少總有漏氣，這時(shí)，以汽缸內(nèi)壁面為控制面的熱力系統(tǒng)也是一個(gè)變質(zhì)量系統(tǒng)。這種有工質(zhì)數(shù)量變化的壓縮過程在參數(shù)間的關(guān)系以及功量和傳熱量的計(jì)算上與常質(zhì)量系統(tǒng)有較大的差別。第七十三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四基本任務(wù)是找出過程中系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算系統(tǒng)與外界交換的熱量、功量和質(zhì)量。在分析變質(zhì)量系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意變質(zhì)量系統(tǒng)與外界除了有功量及熱量的交換外，還有質(zhì)量的交換。通常，遷移的質(zhì)量在離開系統(tǒng)時(shí)的狀態(tài)為該時(shí)刻系統(tǒng)所處的狀態(tài)，但進(jìn)入系統(tǒng)的工質(zhì)的狀態(tài)則是由外界條件所決定的。第七十四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)是指體系內(nèi)狀態(tài)是隨時(shí)間變化的流動(dòng)過程，這時(shí)至少有一個(gè)狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間變化。很多情況下熱力系開口邊界處流入工質(zhì)與流出工質(zhì)的質(zhì)流量不相同，流動(dòng)工質(zhì)做出的功率或與外界交換的熱流量不一定為常數(shù)，這時(shí)熱力系統(tǒng)內(nèi)的總能往往是時(shí)間的函數(shù)。而任意時(shí)刻控制體積內(nèi)的狀態(tài)仍可作為均勻態(tài)。同時(shí)，需指出，充蒸汽與充氣在物理本質(zhì)上沒有什么差別，只是對(duì)于各種蒸汽通常沒有理想氣體那樣簡(jiǎn)單的狀態(tài)方程式及熱性質(zhì)計(jì)算式，因而不易導(dǎo)出簡(jiǎn)明的解析式，求解時(shí)需進(jìn)行迭代，或借助計(jì)算機(jī)。第七十五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)多為變質(zhì)量系統(tǒng)，對(duì)控制體積寫出以微分形式表達(dá)的能量平衡一般化關(guān)系式，結(jié)合質(zhì)量平衡方程和氣體的特性方程，最終確定控制體積中參數(shù)的變化規(guī)律以及通過控制面與外界交換的熱量和功量，是求解非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)問題廣泛采用的方法。有時(shí)對(duì)非穩(wěn)態(tài)問題用控制質(zhì)量法也很方便。例如剛性容器中氣體的放氣過程，取放氣前氣體質(zhì)量為控制質(zhì)量（放氣后則為控制體積內(nèi)的質(zhì)量與流出的氣體質(zhì)量之和）。針對(duì)控制質(zhì)量寫出定質(zhì)量系能量方程及其他相關(guān)方程，最終也可得到控制體積的參數(shù)變化規(guī)律及能量關(guān)系。采用了兩種方法，所得出結(jié)果是一致的，可以靈活選用。對(duì)于由多個(gè)子系統(tǒng)組成的復(fù)雜熱力系，還需各個(gè)子系統(tǒng)之間的約束關(guān)系作為補(bǔ)充方程。第七十六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第七十七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第七十八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第七十九頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第八十頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第八十一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第八十二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第八十三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四剛性容器絕熱放氣過程中留在系統(tǒng)內(nèi)氣體狀態(tài)變化規(guī)律與閉口系統(tǒng)可逆絕熱膨脹過程相同。由于放氣后壓力降低，所以容器內(nèi)氣體溫度與常質(zhì)量系統(tǒng)可逆絕熱膨脹一樣總是下降的。物理意義上的區(qū)別:后者是一個(gè)不可逆過程，只是其不可逆性，僅表現(xiàn)在流出系統(tǒng)的那部分質(zhì)量上，前者是可逆過程。此外，閉口系統(tǒng)絕熱膨脹過程熱力學(xué)能的減少用于對(duì)外作膨脹功，開口系統(tǒng)放氣過程熱力學(xué)能的減少，一部分是由于本身質(zhì)量的減少，另一部分用于對(duì)排出氣體作推動(dòng)功。第八十四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第八十五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第八十六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4過程的方向性與熱力學(xué)第二定律過程具有方向性在自然界中自發(fā)發(fā)生的過程都是自發(fā)地趨向于平衡的過程：熱量從高溫物體流向低溫物體氣體從高壓向低壓膨脹物質(zhì)從高濃度向低濃度擴(kuò)散能量轉(zhuǎn)換的方向性當(dāng)機(jī)械能經(jīng)過摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軙r(shí)，全部機(jī)械能均可無條件地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。但在?dòng)力機(jī)械中，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能時(shí)，只能有部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，其余部分必須變?yōu)楦蜏囟鹊臒崮?。這就是能量在相互轉(zhuǎn)變時(shí)的條件，實(shí)質(zhì)上也反映了能量轉(zhuǎn)換的方向性。熱力學(xué)第二定律概括了人類對(duì)于熱力過程方向性的經(jīng)驗(yàn)，是一個(gè)基本的自然定律，它不能從任何其他定律推導(dǎo)出來。第八十七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四熱力學(xué)第二定律的各種表達(dá)形式都是等效的。開爾文一普朗克說法：從一個(gè)熱源吸取熱量，而使之全部變成機(jī)械能的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是制造不出來的?？藙谛匏拐f法：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體?？险f法：“從系統(tǒng)的一個(gè)給定狀態(tài)出發(fā)，在其鄰近的區(qū)域內(nèi)必然有這樣的狀態(tài)，它們是不能從給定的狀態(tài)經(jīng)絕熱過程而達(dá)到的?！笨险f法雖抽象，但更具有普遍意義。不必求助于卡諾循環(huán)和卡諾定理即可推演出熵的存在，進(jìn)而得關(guān)系式第八十八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，就是表達(dá)了自然界中自發(fā)過程的方向性與不可逆性。進(jìn)行自發(fā)過程的逆過程也是可以的，但必須有補(bǔ)償過程同時(shí)存在。如把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，除要在循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)中吸熱，還必須有一部分熱量排向冷源作為補(bǔ)償?shù)臈l件。這樣就得出循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率必然小于1的結(jié)論。又如要使低溫物體的熱量排向高溫物體，可以通過制冷機(jī)，消耗一定量的機(jī)械功（或其他形式的能量）之后實(shí)現(xiàn)。這部分消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成了熱量，這一機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃康倪^程就是補(bǔ)償?shù)臈l件。自發(fā)過程的逆過程需補(bǔ)償條件，故自發(fā)過程不可逆。上面的分析表明，所謂過程的方向性是指各種過程總是朝著一個(gè)方向進(jìn)行，而不能自發(fā)地反向進(jìn)行。這個(gè)方向就是孤立系統(tǒng)總是從不平衡態(tài)朝平衡態(tài)方向進(jìn)行，當(dāng)孤立系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)后，一切宏觀變化停止。自發(fā)過程的不可逆性即是當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)后，在無外界影響的條件下，絕不會(huì)自發(fā)地變?yōu)榉瞧胶鈶B(tài)。第八十九頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四從宏觀角度來看，自然界一切熱過程具有方向性與不可逆性是完全正確的，是一個(gè)客觀真理。如熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體.從微觀角度看，在某一瞬間，也許較冷物體中的某些動(dòng)能較大的分子與較熱物體中的某些動(dòng)能較低的分子相互碰撞，這樣就有可能使能量倒傳。但從有限時(shí)間（宏觀上很短，但微觀上足夠長(zhǎng)的時(shí)間間隔）上來看，總是較熱物體中的分子向較冷物體中的分子傳輸能量。又如在極小的空間中或高真空容器中，極有可能出現(xiàn)分子分布的不均勻狀態(tài)，會(huì)不斷地交替出現(xiàn)系統(tǒng)的平衡與非平衡的狀態(tài)，即所謂“漲落現(xiàn)象”。但宏觀的物體具有大量粒子，占有一定的體積，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)平衡態(tài)后，絕不可能自發(fā)地又出現(xiàn)宏觀意義上的非平衡狀態(tài)。從宏觀觀察所得到的熱力學(xué)第二定律的結(jié)論，在指導(dǎo)工程實(shí)際中是完全正確的。第九十頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.5熵與孤立系熵增原理

2.5.1熵與孤立系熵增原理卡諾定理指出：任何一個(gè)熱機(jī)的循環(huán)熱效率不能大于工作在同樣的兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g的可逆循環(huán)熱效率，其表達(dá)式為從卡諾定理可導(dǎo)出克勞修斯不等式：工質(zhì)在循環(huán)中與熱源的換熱量和換熱時(shí)熱源絕對(duì)溫度之比的循環(huán)積分小于等于零，即第九十一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四狀態(tài)參數(shù)熵的定義式不可逆過程第九十二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四等號(hào)適用于可逆過程不等號(hào)適用于不可逆過程必須強(qiáng)調(diào)指出：系統(tǒng)的熵是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，其值只與系統(tǒng)所處的狀態(tài)有關(guān)，與狀態(tài)是如何達(dá)到的過程無關(guān)。孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)熵增原理表達(dá)式，也是熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。按照熱力學(xué)第一定律，孤立系統(tǒng)中系統(tǒng)的總能量不變。按照熱力學(xué)第二定律，孤立系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的一切實(shí)際過程雖然使孤立系統(tǒng)的總能量保持不變，但使熵增加。這一結(jié)論稱為孤立系統(tǒng)熵增原理。第九十三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四由上述討論可得到：熵增原理可作為過程方向性的表述。對(duì)于絕熱的閉口系統(tǒng)或者具有相互熱作用的復(fù)合系統(tǒng)所組成的孤立系統(tǒng)，熵是絕對(duì)不會(huì)減少的。因此使孤立系統(tǒng)和閉口絕熱系熵減少的過程是不可能發(fā)生的。孤立系統(tǒng)熵增原理說明，熵是不守恒的，只有在可逆過程中，孤立系統(tǒng)的熵才守恒。正是由于發(fā)生了不可逆過程，才使孤立系統(tǒng)的熵增大，不可逆的程度愈大，熵的增加也愈大。因此，可以用孤立系統(tǒng)的熵增來度量過程不可逆的能量耗散效應(yīng)。當(dāng)孤立系統(tǒng)的熵達(dá)到最大值時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到平衡。孤立系統(tǒng)總是由不平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)過渡，其熵值不斷增大，達(dá)到平衡時(shí)，一切變化停止，熵也達(dá)到最大值。第九十四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第九十五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.5.2熵的微觀意義要從本質(zhì)上去理解熵的意義必須采用微觀的方法，即統(tǒng)計(jì)物理的方法?？梢园鸯乜闯上到y(tǒng)“無序”程度大小的度量。所謂無序是相對(duì)于有序來講的，空間中粒子分布越是不均勻、越是集中在某局部區(qū)域，即認(rèn)為越有序，而粒子分布越均勻，則系統(tǒng)越無序。例如，在密閉的容器中，部分液體蒸發(fā)構(gòu)成氣液兩相系統(tǒng)，由于液體中分子的密集程度大于氣體，所以系統(tǒng)無序程度增加，反之，若密閉容器中氣體液化成液體，其無序度變小。相同溫度下，氣體要比液體無序，液體則比固體無序。第九十六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第九十七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.6熵方程2.6.1閉口系熵方程（熱）熵流，是換熱對(duì)系統(tǒng)熵變的“貢獻(xiàn)”熵產(chǎn)，是不可逆性對(duì)系統(tǒng)熵變的“貢獻(xiàn)”閉口系（定質(zhì)量系統(tǒng)）的熵方程需要強(qiáng)調(diào)：

(l）系統(tǒng)的熵變只取決于系統(tǒng)的初、終態(tài)，它可正可負(fù)；但熵流和熵產(chǎn)不只取決于系統(tǒng)的初、終態(tài)，與過程有關(guān)，而且熵產(chǎn)永遠(yuǎn)不小于零。第九十八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四熵平衡關(guān)系式流入控制體的熵+控制體熵產(chǎn)-流出控制體的熵=控制體熵的變化第九十九頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一百頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2.50)(2.51)第一百零一頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四通過分析系統(tǒng)的熵產(chǎn)，可以了解過程的不可逆程度，指導(dǎo)確定和改進(jìn)能量的轉(zhuǎn)換過程。由于熵概念比較抽象，近年來引進(jìn)了帶有能量因次的新參數(shù)―，以較方便地在第二定律和第一定律結(jié)合的范疇下討論有關(guān)能量轉(zhuǎn)換問題。熱量第一百零二頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四任意數(shù)量的功總是可以借助于不可逆耗散過程全部轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)能。系統(tǒng)熱力學(xué)能轉(zhuǎn)換為功也有一定的限度閉口系統(tǒng)經(jīng)絕熱過程第一百零三頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一百零四頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四

環(huán)境介質(zhì)可以看作無限大的系統(tǒng)，可認(rèn)為它永遠(yuǎn)處于平衡狀態(tài)，即將環(huán)境介質(zhì)作為一個(gè)無限蓄熱系統(tǒng)而參與一切熱力過程，它能吸收熱量或放出熱量而不改變其強(qiáng)度參數(shù)T0及P0

。環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能的擁值為零，故而一切排放到環(huán)境中的能量不可能積聚起來重新轉(zhuǎn)化為有用功，因此在環(huán)境中積聚的能量是無法利用的。

第一百零五頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四

全球海水的質(zhì)量約為1.42x1021kg，如使海洋里的海水溫度降低3.36x10-6K，則其熱力學(xué)能減小量相當(dāng)于20世紀(jì)80年代中全世界一年的用電量。但是這種能量轉(zhuǎn)換的結(jié)果將使孤立系統(tǒng)的熵減小，是違背熱力學(xué)第二定律的，因此這種轉(zhuǎn)化是絕對(duì)不可能的。環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能以及由環(huán)境介質(zhì)吸收的熱量，自身完全喪失轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能力。系統(tǒng)達(dá)到與環(huán)境介質(zhì)的溫度和壓力相同的狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)與環(huán)境介質(zhì)處于相互熱力平衡狀態(tài)，與環(huán)境平衡的狀態(tài)稱為“死態(tài)”，在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)的熱力學(xué)能也完全喪失轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能力。因此，各種形式能量中可轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠值挠?jì)算都以環(huán)境狀態(tài)為基點(diǎn)。第一百零六頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.7.3第一定律分析法和第二定律分析法能量分析的理論依據(jù)：熱力學(xué)第一定律和第二定律能量分析的方法：第一定律分析法和第二定律分析法第一定律分析法：依據(jù)能量在數(shù)量上守恒的關(guān)系，通過分析揭示系統(tǒng)各部位能量數(shù)量上轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失的情況，確定該系統(tǒng)的能量利用或轉(zhuǎn)換效率。特點(diǎn)：抓住能量數(shù)量上的平衡，考慮了能量數(shù)量的利用程度，反映了能量數(shù)量的“外部損失”。例如，蒸汽動(dòng)力裝置的熱平衡揭示鍋爐散熱、排煙和不完全燃燒損失、汽輪機(jī)和管道等的散熱損失及冷凝器的熱損失，得到裝置熱效率。第一百零七頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第二定律分析法：綜合熱力學(xué)第一定律、第二定律作為依據(jù)，從能量的數(shù)量和質(zhì)量來分析系統(tǒng)各部位對(duì)能量利用和損失情況。其中煙分析法揭示能量中擁的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失情況，得到系統(tǒng)擁效率。特點(diǎn)：抓住不可逆過程中擁轉(zhuǎn)變?yōu)閾帷岵豢赡苻D(zhuǎn)變?yōu)閾?，揭示出系統(tǒng)內(nèi)部存在的能量質(zhì)的貶值。兩類方法所揭示的不完善部位及損失的大小是不同的。第一百零八頁(yè)，共一百二十七頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一定律分析，最大的能量損失發(fā)生在冷凝器中第二定律分析法，由于放熱溫度很低，不可逆性及由此造成的擁?yè)p失并不大。相反，鍋爐中的擁?yè)p失卻高達(dá)49％。鍋爐內(nèi)燃料燃燒過程和高溫?zé)煔馀c水蒸氣之間傳熱過程這兩個(gè)不可逆過程使大量的擁蛻變?yōu)閾?，也正是這兩種不可逆過程引起的擁?yè)p失，才大大增加了通過冷凝器所排