【正文】 擦引起的熵產(chǎn)生 設系統(tǒng)經(jīng)歷一微元不可逆過程，吸熱 ，對外做功 ，摩擦耗功 ，相應的可逆過程吸熱 ，對外做功 則 Q?W? gW? RQ?RW?53)(2 RRTWTQdSdSdSdSTWTQTQdSWQdUWQWWQWQdUWWWgfggRgRRgg???????????????????????????????????68 熵與克勞修斯不等式 （ 2）傳熱過程 設溫度為 T1的高溫物質(zhì)將熱量 Q傳給溫度為 T2的低溫物質(zhì)，兩物質(zhì)熱容量很大，不會因傳遞有限的熱量而改變自身的溫度。 P31例 26 有一個循環(huán)裝置，工作在 800K和 300K的熱源之間。而且，在確定的兩點間，函數(shù)的變化值與所經(jīng)歷的過程無關(guān)。 即 卡諾循環(huán) HSQW 凈輸入熱量移走凈功 ???LH Q ??凈 耗產(chǎn)凈 SSS WWWW ??? ?LHS W ??凈 HLHHSW ??? 凈則 ???47 對于卡諾循環(huán) 由 TS圖知 ? ?12 SSTQ HH ?? ? ? ? ? ? ?122134 SSTSSTSSTQ LLLL ???????? ? ? ?? ? 37)(2 1121212HLHLHc TTSSTSSTSST ???????? 卡諾循環(huán) CS WW ?48 ? 由式 (237)可以得出以下幾點結(jié)論： ?? ⑴卡諾循環(huán)的熱效率只于高溫熱源和低溫熱源的溫度有關(guān)，即 ，與操作的工質(zhì)無關(guān)。熱機把從高溫熱源吸收熱量的一部分轉(zhuǎn)變成功是以向低溫熱源放熱這個自發(fā)過程為補充條件的。 ?熱力學第一定律的缺陷 （ 1） 熱力學第一定律只能確定能量的數(shù)量利用，無法確定能量的質(zhì)量利用。 熱力學第二定律的實質(zhì) 38 基本概念 ?? 自發(fā)過程 ： 是不消耗功即可進行的過程。因此，節(jié)流膨脹過程為等焓過程， 即 則 0??h31 ⑷對噴嘴 如 噴射器 ，是通過改變流體截面以使體的動能與內(nèi)能發(fā)生變化的一種裝置。 ③ 系統(tǒng)內(nèi)沒有能量的積累 ， 即系統(tǒng)與環(huán)境交換的功和熱也不隨時間而變化 。由于敞開系統(tǒng)與環(huán)境有物 流體 質(zhì)交換，因此，體系內(nèi)部的物質(zhì) 流體 是不斷更新的，敞開體系實際是 以一定空間范圍為研究對象的。因此，盡管熱量也是能量傳遞的宏觀形式，但它與物質(zhì)的微觀運動有密切的聯(lián)系。 能量的傳遞形式 8 熱 :系統(tǒng)與外界之間僅僅由于溫度不同而傳遞的能量稱為熱量。 第 2章 熱力學基本定律 3 熱力學第一定律的實質(zhì) 能量的傳遞形式 封閉系統(tǒng)的能量方程 敞開系統(tǒng)的能量方程 穩(wěn)定流動能量方程 熱力學第二定律的實質(zhì) 卡諾循環(huán) 多熱源的可逆循環(huán) 熵與克勞修斯不等式 孤立系統(tǒng)熵增原理 第 2章 熱力學基本定律 4 自然界的物質(zhì)是千變?nèi)f化的，但就其數(shù)量來說是不變的 — 質(zhì)量守恒； 自然界中能量具有多種形式，它們既不能創(chuàng)造，也不能被消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，且在轉(zhuǎn)化的過程中總能量保持不變 — 能量守恒。 第 2章 熱力學基本定律 1 用熱力學方法分析和解決工程實際問題的理論基礎是 熱力學第一定律 熱力學第二定律?；蛘哒f 系統(tǒng)與外界相互作用而傳遞的能量，若其全部效果可表現(xiàn)為 使外界物體改變宏觀運動狀態(tài) ，則這種傳遞的能量稱為功。微分量用 δ W和 δ Q表示，而積分量用 W和 Q表示。內(nèi)能代表著微觀水平的能的形式，沒有絕對值，而只能計算出它的變化。在實際過程中，能量平衡方程可以進行適當簡化，下面我們就具體討論能量平衡方程的應用。即 則穩(wěn)定流動能量方程還可表示為 29)(2 21 2 st wzgcpvww ????????31)(2 twqh ???27 對于可逆過程 而 所以 ? ?pvdpdvW t ?? ??? ? vdppdvpvd ????? 32)(2 vdpW t 穩(wěn)定流動能量方程 ab01 234 vvdppdv技術(shù)功的計算圖 72 ?28 穩(wěn)定流動能量方程的 應用與簡化 ⑴對化工機器：如膨脹機、壓縮機等 則 ⑵對化工設備：如反應器、熱交換器、傳質(zhì)設備、閥門、管道等 則 0 021 2 ???? zgCSwqh ??? 穩(wěn)定流動能量方程 0w 0 021 s2 ????? zgCqh ??29 ?? 這個式子的物理意義表現(xiàn)在：體系狀態(tài)變化，如發(fā)生化學反應、相變化、溫度變化時與環(huán)境交換的熱量（反應熱、相變熱、顯熱）等于體系的焓差。 提示： 穩(wěn)定流動能量方程 燃燒室 2,空氣 m 5,燃氣 mf 3,煙氣 mf+m )()( 25300hmhmhmmHqqmHfff??????????????? 單位質(zhì)量燃料燃燒熱題中所給的 q無意義 37 熱力學第一定律是從能量傳遞或轉(zhuǎn)換過程中總結(jié)出來的客觀規(guī)律。 熱力學第二定律的實質(zhì) 39 例 1 節(jié)流過程， △ H=0 高度的絕熱不可逆過程，第一定律無法解釋其中的能量損失。熱量傳遞的限度是溫度達到一致，不存在溫差。雖然可逆過程只是一個理想過程，實際上無法實現(xiàn)，由可逆過程組成的卡諾循環(huán)發(fā)動機也無法制造，但是，卡諾循環(huán)在熱力學中具有重大的意義，在歷史上首先奠定了熱力學第二定律的基本概念，為如何提高各種 熱機的效率 指明了方向。 ?? 我們可以通過研究熱機的效率推導出熵函數(shù)的定義式。 ⑹ 環(huán)境熵變 ?? 熱力學環(huán)境一般指周圍大自然，可視為恒溫熱源，溫度為 T0。對于可逆過程， ；不可逆過程， 。 vgiiSSSS dddd ??? ?? 熵與 克勞修斯不等式 72 根據(jù)示意圖，可寫出 fSmsTQmsS dddd1111 ?????? 熵與 克勞修斯不等式 22 dd msS ?? 出 2211 ddddd msmsSSS fgv ????則 55)(2 0 ddddd 2211 ????? msmsSSS fvg即當有多股流體進、出體系時， 55a)(2 0 ddddd ????? ??outiiiniifvg msmsSSS73 熵平衡方程的特殊形式 ?? 當熵平衡方程用于特殊過程時，可以進行特殊簡化處理。 0?? 孤立系統(tǒng)熵增原理 sursysiso SSS ?????isoS? sursys SS ?? 和78 例 29 有人聲稱設計了一套熱力設備，可將 65℃ 熱水的 20％變成 100℃ 的水，而其余的 80％將熱量傳給15℃ 的大氣，最終水溫為 15℃ ，試判斷該設備是否可能。要使非自發(fā)過程得以實現(xiàn) ， 必須伴隨一個適當?shù)淖园l(fā)過程作為補償條件 。 2. 利用可測的熱力學性質(zhì)（ T， p， V， CP） 計算或查取不可測的熱力學性質(zhì) (H， S)(在本章介紹 )和 ( G， f， φ， α， γ)（ 將在第 7章介紹）。例： ?? 等壓過程的熱效應： ?? 絕熱過程的功： 此外，根據(jù) 熵增原理 ，用△ Siso判斷過程進行的方向和限度；用體系的自由焓變化△ G， 判斷相平衡和化學平衡等，也是根據(jù)體系始終狀態(tài)函數(shù) 的變化來計算的。而要找到物質(zhì) pvT之間的計算關(guān)系式，首先就要搞清純物質(zhì) pvT行為之間有何種數(shù)學關(guān)系。水平線各點表示不同含量的汽液平衡混合物，變化范圍從 100%的飽和液體到 100%的飽和蒸汽。實際氣體對理想氣體的偏離可用壓縮因子 Z來表示。 由圖可見，在 P→ 0，所有氣體均有 pv→ RT。 即：組成、結(jié)構(gòu)、分子大小相近的物質(zhì)有相近的性質(zhì)。 kPa 810 K 8 ????crcr ppp,TTT? ?物質(zhì)結(jié)構(gòu), rr PTf?131 對比態(tài)定律與普遍化壓縮因子 普遍化壓縮因子 第三參數(shù)的特性 ：最靈敏反映物質(zhì)分子間相互作用力的物性參數(shù)，當分子間的作用力稍有不同，就有明顯的變化。 ?普遍化方法的特點： ⑴不含有物性常數(shù)，以對比參數(shù)作為獨立變量； ⑵可用于任何流體、任意條件下的 pvT性質(zhì)的計算。 ? ??,Z rr pTf?rsrVTbapdTRThpdp 1log 2 ?????133 對比態(tài)定律與普遍化壓縮因子 普遍化壓縮因子 Pitzer對大量的物質(zhì)進行了試驗，并發(fā)現(xiàn)： ①球形分子（非極性，量子）氬、氪、氙的斜率相同，且在 Tr=，prs= 1log ??srp②非球形分子在 Tr=， prs ，物質(zhì)的極性越大，其偏離程度也越大。 對比態(tài)定律盡管不太嚴密，但在實際當中很有指導意義。 121 對比態(tài)定律與普遍化壓縮因子 對比態(tài)定律 通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，許多物質(zhì)的氣體當接近臨界點時，都顯示出相似的性質(zhì)，因而引出了對比參數(shù)的概念。圖33是氮氣在不同溫度和壓力下，壓縮因子的變化規(guī)律，表現(xiàn)為三種情況： （ 1）在 50℃ 時， （ 2）在 20℃ 時， 較低壓力下 較高壓力下 （ 3）在 50℃ 時 較低壓力下 較高壓力下 ， 且變化的幅度增大。 116 純物質(zhì)的 pvT性質(zhì) pv圖 ⑶ 在臨界點處氣液已不能分辨，它們的性質(zhì)完全一樣，該點的溫度和壓力表示了汽液兩相可以共存的最高溫度和最高壓力。 109 純物質(zhì)的 pvT性質(zhì) pTv三維坐標圖 圖 36 純物質(zhì)的三維坐標圖 （ a） 凝固時膨脹 110 純物質(zhì)的 pvT性質(zhì) pTv三維坐標圖 圖 36 純物質(zhì)的三維坐標圖 （ b） 凝固時收縮 ???????固共存氣氣共存液液共存固兩相區(qū)固液氣單相區(qū)區(qū) ::?????????????固液氣三相共存線三相線液氣共存區(qū)分界線氣飽和氣體線液氣共存區(qū)分界線液飽和液體線固液共存區(qū)分界線固飽和固體線線 : : : : ???和蒸氣線的交點飽和液體線與飽臨界點點 :111 純物質(zhì)的 pvT性質(zhì) pT圖 圖 37 純物質(zhì)的 pT圖 （ a） 凝固時收縮 ???????????????????????0 02311221:2211:臨界點：三相點飽和線單相區(qū)自由度fff112 純物質(zhì)的 pvT性質(zhì) pT圖 c點 ：臨界點 (Critical Point)， 該點表示純物質(zhì)氣 液兩相可以共存的最高溫度 Tc和最高壓力 Pc。 HQ p ?? HW S ???96 純物質(zhì)的熱力學基本關(guān)系式 與熱力學性質(zhì)數(shù)據(jù)有關(guān)的 主要內(nèi)容：?? 熱力學基本關(guān)系式 (微分方程 )(復習 )?? 單相流體熱力學性質(zhì)的計算 ①理想氣體熱力學性質(zhì) (U*， H*， S*)計算 (復習 ) ②真實氣體熱力學性質(zhì)的求取 (不講 ) 熱力學圖表及其應用 (， ) Ts圖、 hs圖、 lnph圖、 hd圖 97 純物質(zhì)的熱力學基本關(guān)系式 熱力學函數(shù)的定義 11)(3 9)(3 cpppvvvThdThcTudTδq??????????????????? ????????????????