工程热力学(热力学第二定律)

第三章热力学第二定律第一节

热力过程的方向性温差传热过程√×2.自由膨胀

气体自由膨胀

√×1.温差传热一、热力过程的方向性

工程热力学Thermodynamics3.摩擦生热√×4.电容－电感电路电容－电感电路√×二、热力学第二定律的任务研究热力过程的方向性，以及由此而引起的非自发过程的补偿和补偿限度是热力学第二定律的任务。工程热力学Thermodynamics第二节热力学第二定律的表述克劳修斯的说法：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。开尔文的说法：不可能从单一热源取热使之完全变为功而不引起其他变化。其他说法，如：

第二类永动机是造不成的。一、

热力学第二定律的各种表述工程热力学Thermodynamics二、热力学第二定律各种表述的等效性等效性证明：假设开尔文说法成立，克劳休斯说法不成立。工程热力学Thermodynamics克劳修斯的说法：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。开尔文的说法：不可能从单一热源取热使之完全变为功而不引起其他变化。二、热力学第二定律各种表述的等效性热源：失去

冷源：失去

总效果：从单一热源吸热全部转变为功

外界：得到

等效性证明工程热力学Thermodynamics等效性证明：假设开尔文说法成立，克劳休斯说法不成立。工程热力学Thermodynamics克劳修斯的说法：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。开尔文的说法：不可能从单一热源取热使之完全变为功而不引起其他变化。

总效果：从单一热源吸热全部转变为功

第三节卡诺循环和卡诺定理一、卡诺循环卡诺循环由两个定温和两个绝热可逆过程组成，如右图。1、卡诺循环的组成2、卡诺循环的热效率工程热力学ThermodynamicsTH：高温热源温度/K;TL：低温热源温度/K;二、概括性卡诺循环

1、组成

（理想气体）两个定温+吸热和放热变化率相同的过程+回热

2、热效率工程热力学Thermodynamics三、卡诺定理定理1：

假设且

由，得

反证法证明定理1

定理2：工程热力学Thermodynamics令B机逆转成为一制冷机，使A、B构成一联合热机：

热源：得到

外界：得到

冷源：失去

违反热力学第二定律的克劳修斯的说法,不可能。

同理：不可能

只有

工程热力学Thermodynamics四、卡诺循环卡诺定理的意义1、

2、，应尽量减少不可逆

3、

不可能，不可能；

4、5、

热量有效能（热火用）：热量无效能（热火无）：

工程热力学Thermodynamics五、变温热源（多热源）的可逆循环

定义：

所谓平均吸热温度(或平均放热温度)是工质在变温吸热(或放热)过程中温度变化的积分平均值。吸热量：同理，平均放热温度：热效率：平均吸热温度：工程热力学Thermodynamics第四节状态参数熵考虑到Q

的正、负号

微元可逆循环a-b-c-d-a

整个可逆循环1-A-2-B-1

工程热力学Thermodynamics整个可逆循环1-A-2-B-1

即：

或

工程热力学Thermodynamicsef熵一.克劳修斯不等式

考虑到Q

的正、负号

微元不可逆循环a-b-c-d-a

整个不可逆循环1-A-2-B-1

第五节克劳修斯不等式和不可逆过程的熵变工程热力学Thermodynamics即：

整个不可逆循环1-A-2-B-1

工程热力学Thermodynamics克劳修斯不等式

热力学第二定律的数学表达式之一

解：（1）作热机时（2）作制冷机时，按题设工作参数有例1：某热机从TH=1000K的热源吸热2000kJ，向TL=300K的冷源放热810kJ。（1）此循环满足克劳修斯不等式吗？是可逆循环还是不可逆循环？（2）若将此热机作制冷机用，从的冷热源吸热时，是否可能向的热源放热？

工程热力学Thermodynamics可行、不可逆不可行二、不可逆过程的熵变

对于不可逆过程1-A-2,构成循环1-A-2-B-1：

工程热力学Thermodynamics微元过程：

或

热力学第二定律的数学表达式之一工程热力学Thermodynamics三、熵流和熵产

熵流

熵产

工程热力学Thermodynamics第六节熵增原理

一、孤立系的熵增原理

孤立系：

孤立系的熵增原理：孤立系统的熵可以增大或保持不变，但不可能减少。

工程热力学Thermodynamics热力学第二定律的数学表达式之一熵增原理的应用：

工程热力学Thermodynamics解

（1）工程热力学Thermodynamics例1：某热机从TH=1000K的热源吸热2000kJ，向TL=300K的冷源放热810kJ。（1）此循环可行吗？是可逆循环还是不可逆循环？（2）若将此热机作制冷机用，从TL=300K冷热源吸热810kJ时，是否可能向TH=1000K的热源放热2000kJ？

（2）工程热力学Thermodynamics例3

设两恒温物体A和B，温度分别为1500K和500K。试根据熵增原理计算分析下面两种情况是否可行？若可行是否可逆？（1）B向A传递热量1000kJ;（2）A向B传递热量1000kJ

解

（1）工程热力学Thermodynamics（2）同理，对于A放出热量和B得到热量的情况，有工程热力学Thermodynamics例4

将0.5kg温度为1200℃的碳钢放入盛有4kg温度为20℃的水的绝热容器中，最后达到热平衡。试求此过程中不可逆引起的熵产。碳钢和水的比热容分别为

和

解

首先求平衡温度

工程热力学Thermodynamics

水的熵变碳钢的熵变水和碳钢所构成的孤立系的总熵增，即该过程的熵产工程热力学Thermodynamics二、绝热系（控制质量）的熵增原理绝热系：

应用：

闭口系：

稳定流动系：

工程热力学Thermodynamics解

:根据绝热过程的判据来确定。（1）已知例5

初态为0.1MPa、15℃的空气在压缩机中被绝热压缩到0.5MPa,终温为（1）150℃、（2）217℃，问过程是否可行？是否可逆？设空气的气体常数，比热容。理想气体比熵计算公式为:

工程热力学Thermodynamics（2）已知工程热力学Thermodynamics第七节热量有效能与有效能损失变温：

一、热量有效能（热火用）

热量有效能（热火用）：

热量无效能（热火无）：

工程热力学Thermodynamics2、有效能损失

工程热力学Thermodynamics可逆不可逆孤立系A+B：

工程热力学Thermodynamics第八节能量的品质与能量贬值原理

一能量的品质2能量贬值原理

能量贬值原理：在孤立系统的能量传递与转换过程中，能量的数量保持不变，但能量的品质却只能下降，不能升高，极限条件下保持不变。以转变为有用功的能力为判据：低品味能量高品味能量

热能（量）机械能（功量）

低温热能高温热能

工程热力学Thermodynamics第九节熵的宏观物理意义探讨

从微观上讲从宏观上讲熵的宏观物理意义：系统熵的变化是系统无效能变化的度量。

工程热力学Thermodynamicsk：玻尔兹曼常数；W：热力学维态的几率。工程热力学Thermodynamics本章小结

Ⅰ.基本要求一、深刻领会热力学第二定律的实质，认识到能量不但有“量”的多少，而且有“质”的高低；二、掌握热力学第二定律的说法、卡诺循环和定理；三、掌握状态参数熵，理解克劳修斯不等式；四、熟练掌握和应用熵增原理，进行熵产及能量损耗的计算。Ⅱ.基本知识点一、热力过程的方向性与热力学第二定律的表述1.热力过程的方向性2.热力学第二定律的表述二、卡诺循环和卡诺定理1.卡诺循环的组成和热效率2.卡诺定理定理1定理23、卡诺循环和卡诺定理的意义工程热力学Thermodynamics三、状态参数熵和克劳修斯不等式1.状态参数熵2.克劳修斯不等式四、熵产和熵增原理1.不可逆过程的熵变、熵流、熵产热力学第二定律的数学表达式之一热力学第二定律的数学表达式之一工程热力学Thermodynamics3.