工程熱力學(熱力學第二定律)

第三章熱力學第二定律第一節(jié)

熱力過程的方向性溫差傳熱過程√×2.自由膨脹

氣體自由膨脹

√×1.溫差傳熱一、熱力過程的方向性

工程熱力學Thermodynamics3.摩擦生熱√×4.電容－電感電路電容－電感電路√×二、熱力學第二定律的任務(wù)研究熱力過程的方向性，以及由此而引起的非自發(fā)過程的補償和補償限度是熱力學第二定律的任務(wù)。工程熱力學Thermodynamics第二節(jié)熱力學第二定律的表述克勞修斯的說法：不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。開爾文的說法：不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?。其他說法，如：

第二類永動機是造不成的。一、

熱力學第二定律的各種表述工程熱力學Thermodynamics二、熱力學第二定律各種表述的等效性等效性證明：假設(shè)開爾文說法成立，克勞休斯說法不成立。工程熱力學Thermodynamics克勞修斯的說法：不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。開爾文的說法：不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓６?、熱力學第二定律各種表述的等效性熱源：失去

冷源：失去

總效果：從單一熱源吸熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?/p>

外界：得到

等效性證明工程熱力學Thermodynamics等效性證明：假設(shè)開爾文說法成立，克勞休斯說法不成立。工程熱力學Thermodynamics克勞修斯的說法：不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化。開爾文的說法：不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?/p>

總效果：從單一熱源吸熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?/p>

第三節(jié)卡諾循環(huán)和卡諾定理一、卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)由兩個定溫和兩個絕熱可逆過程組成，如右圖。1、卡諾循環(huán)的組成2、卡諾循環(huán)的熱效率工程熱力學ThermodynamicsTH：高溫熱源溫度/K;TL：低溫熱源溫度/K;二、概括性卡諾循環(huán)

1、組成

（理想氣體）兩個定溫+吸熱和放熱變化率相同的過程+回熱

2、熱效率工程熱力學Thermodynamics三、卡諾定理定理1：

假設(shè)且

由，得

反證法證明定理1

定理2：工程熱力學Thermodynamics令B機逆轉(zhuǎn)成為一制冷機，使A、B構(gòu)成一聯(lián)合熱機：

熱源：得到

外界：得到

冷源：失去

違反熱力學第二定律的克勞修斯的說法,不可能。

同理：不可能

只有

工程熱力學Thermodynamics四、卡諾循環(huán)卡諾定理的意義1、

2、，應(yīng)盡量減少不可逆

3、

不可能，不可能；

4、5、

熱量有效能（熱火用）：熱量無效能（熱火無）：

工程熱力學Thermodynamics五、變溫熱源（多熱源）的可逆循環(huán)

定義：

所謂平均吸熱溫度(或平均放熱溫度)是工質(zhì)在變溫吸熱(或放熱)過程中溫度變化的積分平均值。吸熱量：同理，平均放熱溫度：熱效率：平均吸熱溫度：工程熱力學Thermodynamics第四節(jié)狀態(tài)參數(shù)熵考慮到Q

的正、負號

微元可逆循環(huán)a-b-c-d-a

整個可逆循環(huán)1-A-2-B-1

工程熱力學Thermodynamics整個可逆循環(huán)1-A-2-B-1

即：

或

工程熱力學Thermodynamicsef熵一.克勞修斯不等式

考慮到Q

的正、負號

微元不可逆循環(huán)a-b-c-d-a

整個不可逆循環(huán)1-A-2-B-1

第五節(jié)克勞修斯不等式和不可逆過程的熵變工程熱力學Thermodynamics即：

整個不可逆循環(huán)1-A-2-B-1

工程熱力學Thermodynamics克勞修斯不等式

熱力學第二定律的數(shù)學表達式之一

解：（1）作熱機時（2）作制冷機時，按題設(shè)工作參數(shù)有例1：某熱機從TH=1000K的熱源吸熱2000kJ，向TL=300K的冷源放熱810kJ。（1）此循環(huán)滿足克勞修斯不等式嗎？是可逆循環(huán)還是不可逆循環(huán)？（2）若將此熱機作制冷機用，從的冷熱源吸熱時，是否可能向的熱源放熱？

工程熱力學Thermodynamics可行、不可逆不可行二、不可逆過程的熵變

對于不可逆過程1-A-2,構(gòu)成循環(huán)1-A-2-B-1：

工程熱力學Thermodynamics微元過程：

或

熱力學第二定律的數(shù)學表達式之一工程熱力學Thermodynamics三、熵流和熵產(chǎn)

熵流

熵產(chǎn)

工程熱力學Thermodynamics第六節(jié)熵增原理

一、孤立系的熵增原理

孤立系：

孤立系的熵增原理：孤立系統(tǒng)的熵可以增大或保持不變，但不可能減少。

工程熱力學Thermodynamics熱力學第二定律的數(shù)學表達式之一熵增原理的應(yīng)用：

工程熱力學Thermodynamics解

（1）工程熱力學Thermodynamics例1：某熱機從TH=1000K的熱源吸熱2000kJ，向TL=300K的冷源放熱810kJ。（1）此循環(huán)可行嗎？是可逆循環(huán)還是不可逆循環(huán)？（2）若將此熱機作制冷機用，從TL=300K冷熱源吸熱810kJ時，是否可能向TH=1000K的熱源放熱2000kJ？

（2）工程熱力學Thermodynamics例3

設(shè)兩恒溫物體A和B，溫度分別為1500K和500K。試根據(jù)熵增原理計算分析下面兩種情況是否可行？若可行是否可逆？（1）B向A傳遞熱量1000kJ;（2）A向B傳遞熱量1000kJ

解

（1）工程熱力學Thermodynamics（2）同理，對于A放出熱量和B得到熱量的情況，有工程熱力學Thermodynamics例4

將0.5kg溫度為1200℃的碳鋼放入盛有4kg溫度為20℃的水的絕熱容器中，最后達到熱平衡。試求此過程中不可逆引起的熵產(chǎn)。碳鋼和水的比熱容分別為

和

解

首先求平衡溫度

工程熱力學Thermodynamics

水的熵變碳鋼的熵變水和碳鋼所構(gòu)成的孤立系的總熵增，即該過程的熵產(chǎn)工程熱力學Thermodynamics二、絕熱系（控制質(zhì)量）的熵增原理絕熱系：

應(yīng)用：

閉口系：

穩(wěn)定流動系：

工程熱力學Thermodynamics解

:根據(jù)絕熱過程的判據(jù)來確定。（1）已知例5

初態(tài)為0.1MPa、15℃的空氣在壓縮機中被絕熱壓縮到0.5MPa,終溫為（1）150℃、（2）217℃，問過程是否可行？是否可逆？設(shè)空氣的氣體常數(shù)，比熱容。理想氣體比熵計算公式為:

工程熱力學Thermodynamics（2）已知工程熱力學Thermodynamics第七節(jié)熱量有效能與有效能損失變溫：

一、熱量有效能（熱火用）

熱量有效能（熱火用）：

熱量無效能（熱火無）：

工程熱力學Thermodynamics2、有效能損失

工程熱力學Thermodynamics可逆不可逆孤立系A(chǔ)+B：

工程熱力學Thermodynamics第八節(jié)能量的品質(zhì)與能量貶值原理

一能量的品質(zhì)2能量貶值原理

能量貶值原理：在孤立系統(tǒng)的能量傳遞與轉(zhuǎn)換過程中，能量的數(shù)量保持不變，但能量的品質(zhì)卻只能下降，不能升高，極限條件下保持不變。以轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰榕袚?jù)：低品味能量高品味能量

熱能（量）機械能（功量）

低溫熱能高溫熱能

工程熱力學Thermodynamics第九節(jié)熵的宏觀物理意義探討

從微觀上講從宏觀上講熵的宏觀物理意義：系統(tǒng)熵的變化是系統(tǒng)無效能變化的度量。

工程熱力學Thermodynamicsk：玻爾茲曼常數(shù)；W：熱力學維態(tài)的幾率。工程熱力學Thermodynamics本章小結(jié)

Ⅰ.基本要求一、深刻領(lǐng)會熱力學第二定律的實質(zhì)，認識到能量不但有“量”的多少，而且有“質(zhì)”的高低；二、掌握熱力學第二定律的說法、卡諾循環(huán)和定理；三、掌握狀態(tài)參數(shù)熵，理解克勞修斯不等式；四、熟練掌握和應(yīng)用熵增原理，進行熵產(chǎn)及能量損耗的計算。Ⅱ.基本知識點一、熱力過程的方向性與熱力學第二定律的表述1.熱力過程的方向性2.熱力學第二定律的表述二、卡諾循環(huán)和卡諾定理1.卡諾循環(huán)的組成和熱效率2.卡諾定理定理1定理23、卡諾循環(huán)和卡諾定理的意義工程熱力學Thermodynamics三、狀態(tài)參數(shù)熵和克勞修斯不等式1.狀態(tài)參數(shù)熵2.克勞修斯不等式四、熵產(chǎn)和熵增原理1.不可逆過程的熵變、熵流、熵產(chǎn)熱力學第二定律的數(shù)學表達式之一熱力學第二定律的數(shù)學表達式之一工程熱力學Thermodynamics3.