工程熱力學(xué)課件-培訓(xùn)

1、制制 作：司廣樹作：司廣樹w 0 0、緒論、緒論w 1 1、基本概念、基本概念w 2 2、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第一定律w 3 3、熱力學(xué)第二定律、熱力學(xué)第二定律w 4 4、理想氣體、理想氣體w 5 5、水蒸氣和濕空氣水蒸氣和濕空氣w 6 6、噴管內(nèi)的氣體流動、噴管內(nèi)的氣體流動w 7 7、壓氣機的熱力過程、壓氣機的熱力過程w 8 8、燃?xì)鈩恿ρh(huán)簡介、燃?xì)鈩恿ρh(huán)簡介w 9 9、蒸汽動力循環(huán)、蒸汽動力循環(huán)w 1010、制冷循環(huán)簡介、制冷循環(huán)簡介目錄目錄課件目錄課件目錄緒論緒論0-1 0-1 熱能及其利用熱能及其利用0-2 0-2 工程熱力學(xué)發(fā)展簡史工程熱力學(xué)發(fā)展簡史0-3 0-3 工程熱力學(xué)的

2、主要內(nèi)容工程熱力學(xué)的主要內(nèi)容 能源能源是人類社會不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，人是人類社會不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，人類的歷史與其開發(fā)利用能源的廣度和深度密切相連。類的歷史與其開發(fā)利用能源的廣度和深度密切相連。 兩種基本形式：兩種基本形式：直接利用直接利用和和間接利用間接利用。0-1 熱能及其利用熱能及其利用 熱力工程的發(fā)展歷程簡介：熱力工程的發(fā)展歷程簡介：大氣機大氣機、蒸氣機蒸氣機及其改進(jìn)（瓦及其改進(jìn)（瓦特）、特）、內(nèi)燃機內(nèi)燃機、燃?xì)廨啓C燃?xì)廨啓C等。等。 熱力學(xué)的發(fā)展歷史：熱力學(xué)的發(fā)展歷史： 熱素說熱素說和和熱動說之爭熱動說之爭(牛頓、本杰明牛頓、本杰明. 湯姆遜、戴維湯姆遜、戴維)； 熱力學(xué)熱力學(xué)

3、第一定律第一定律的發(fā)現(xiàn)（卡諾、邁耶的發(fā)現(xiàn)（卡諾、邁耶能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換、焦耳、焦耳實驗實驗、朗肯朗肯熱功等當(dāng)熱功等當(dāng)、亥姆霍茲亥姆霍茲之綜述等）；之綜述等）； 熱力學(xué)熱力學(xué)第二定律第二定律的提出（卡諾、的提出（卡諾、克勞修斯克勞修斯、開爾文等）；克、開爾文等）；克勞修斯的貢獻(xiàn)及其熱寂說的提出；勞修斯的貢獻(xiàn)及其熱寂說的提出； 能斯特能斯特及熱力學(xué)及熱力學(xué)第三定律第三定律；凱南的有效能提出等。；凱南的有效能提出等。 幾個重要的科學(xué)家（幾個重要的科學(xué)家（卡諾卡諾、焦耳焦耳、瓦特瓦特、開爾文開爾文等）。等）。0-2 工程熱力學(xué)發(fā)展簡史工程熱力學(xué)發(fā)展簡史 工程熱力學(xué)的研究對象主要是能量轉(zhuǎn)換，特別是熱工程熱

4、力學(xué)的研究對象主要是能量轉(zhuǎn)換，特別是熱能轉(zhuǎn)化成機械能的規(guī)律和方法，以及提高轉(zhuǎn)化效率的途能轉(zhuǎn)化成機械能的規(guī)律和方法，以及提高轉(zhuǎn)化效率的途徑，以提高能源利用的經(jīng)濟(jì)性。徑，以提高能源利用的經(jīng)濟(jì)性。主要內(nèi)容包括：主要內(nèi)容包括： 1、基本概念與基本定律；、基本概念與基本定律； 2、過程和循環(huán)的分析研究及計算方法；、過程和循環(huán)的分析研究及計算方法； 3、常用工質(zhì)的性質(zhì)；、常用工質(zhì)的性質(zhì)； 4、化學(xué)熱力學(xué)方面的有關(guān)內(nèi)容。、化學(xué)熱力學(xué)方面的有關(guān)內(nèi)容。研究方法：研究方法：宏觀（經(jīng)典）和微觀（統(tǒng)計）宏觀（經(jīng)典）和微觀（統(tǒng)計） 0-3 主要內(nèi)容主要內(nèi)容熱力學(xué)第零定律：熱力學(xué)第零定律： 假如兩物體的溫度都等于另外第三

5、個物體，那么假如兩物體的溫度都等于另外第三個物體，那么這三個物體擁有相同的溫度。這三個物體擁有相同的溫度。熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)第一定律： 熱是能的一種，機械能變成熱能，或熱能變成機熱是能的一種，機械能變成熱能，或熱能變成機械能的時候他們間的比值是一定的。械能的時候他們間的比值是一定的。熱力學(xué)第二定律：熱力學(xué)第二定律： （1）克勞修斯說法：）克勞修斯說法：熱不能自發(fā)的、不付代價熱不能自發(fā)的、不付代價的從低溫物體傳至高溫物體。的從低溫物體傳至高溫物體。 （2）開爾文說法）開爾文說法：不可能制造出從單一熱源吸不可能制造出從單一熱源吸熱、使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的熱力熱、使之全部轉(zhuǎn)化為功

6、而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機。發(fā)動機。熱力學(xué)第三定律：熱力學(xué)第三定律： 絕對零度不可達(dá)。絕對零度不可達(dá)。熱力學(xué)四定律熱力學(xué)四定律1 1 基本概念基本概念1-1 本課涉及的幾種熱能轉(zhuǎn)換本課涉及的幾種熱能轉(zhuǎn)換(移移)過程過程1-2 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)1-3 工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)1-4 平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖1-5 工質(zhì)的狀態(tài)變化過程工質(zhì)的狀態(tài)變化過程1-6 過程功和熱量過程功和熱量1-7 熱力循環(huán)熱力循環(huán)課件目錄熱能動力裝置：熱能動力裝置：從燃料燃燒中獲從燃料燃燒中獲得熱能，并利用熱能得到動力的得熱能，并利用熱能得到動

7、力的整套設(shè)備。分為整套設(shè)備。分為蒸汽動力蒸汽動力及及燃?xì)馊細(xì)鈩恿恿深愌b置。工作過程可概括兩類裝置。工作過程可概括成右圖。成右圖。制冷裝置制冷裝置：利用動力實現(xiàn)熱能逆：利用動力實現(xiàn)熱能逆向傳遞的整套裝置。工作過程也向傳遞的整套裝置。工作過程也可簡化成右圖，但箭頭反向?？珊喕捎覉D，但箭頭反向。高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩吹蜏責(zé)嵩礋崮軇恿崮軇恿ρb置裝置WQ2Q11-1 幾種熱能轉(zhuǎn)換幾種熱能轉(zhuǎn)換(移移)方式簡介方式簡介熱能動力裝置工作示意圖熱能動力裝置工作示意圖曲軸曲軸連桿連桿活塞活塞氣缸氣缸排氣閥排氣閥火花塞火花塞進(jìn)氣塞進(jìn)氣塞（1 1）圖）圖1-2 1-2 內(nèi)燃機裝置內(nèi)燃機裝置 示意簡圖示意簡圖

8、爐膛爐膛爐墻爐墻汽包汽包冷凝器冷凝器發(fā)電機發(fā)電機汽輪機汽輪機蓄水池蓄水池過熱器過熱器泵泵（2 2）蒸汽動力裝置簡圖）蒸汽動力裝置簡圖 引入：引入：系統(tǒng)、系統(tǒng)、工質(zhì)、工質(zhì)、熱源、熱源、循環(huán)。循環(huán)。231壓氣機壓氣機4燃?xì)廨啓C燃?xì)廨啓C燃燒室燃燒室q q1 1（3 3）燃?xì)廨啓C裝置簡圖）燃?xì)廨啓C裝置簡圖 燃?xì)廨啓C裝置燃?xì)廨啓C裝置實物圖片：實物圖片：節(jié)流閥節(jié)流閥 冷庫冷庫( (蒸發(fā)器蒸發(fā)器) )冷凝器冷凝器壓氣機壓氣機1 15 54 42 2（4 4）壓縮蒸汽制冷裝置簡圖）壓縮蒸汽制冷裝置簡圖熱力系統(tǒng)：熱力系統(tǒng)：分割出來作為熱力學(xué)分析對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。分割出來作為熱力學(xué)分析對象的有限物質(zhì)系統(tǒng)。外外

9、界：界：系統(tǒng)周圍物質(zhì)的統(tǒng)稱（熱源、物質(zhì)源）。系統(tǒng)周圍物質(zhì)的統(tǒng)稱（熱源、物質(zhì)源）。進(jìn)口進(jìn)口出口出口1-2 熱力系統(tǒng)熱力系統(tǒng)系統(tǒng)和邊界系統(tǒng)和邊界閉口系統(tǒng)閉口系統(tǒng): : 與外界有能量交換而無物質(zhì)交換，又稱與外界有能量交換而無物質(zhì)交換，又稱控制質(zhì)量控制質(zhì)量。開口系統(tǒng)開口系統(tǒng): : 與外界既有能量又有物質(zhì)的交換，又稱與外界既有能量又有物質(zhì)的交換，又稱控制體積控制體積。絕熱系統(tǒng)絕熱系統(tǒng): : 與外界無熱量交換。與外界無熱量交換。孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng): : 與外界無能量交換又無物質(zhì)交換，一切作用發(fā)生在與外界無能量交換又無物質(zhì)交換，一切作用發(fā)生在 系統(tǒng)內(nèi)部。系統(tǒng)內(nèi)部。熱力系統(tǒng)的分類熱力系統(tǒng)的分類 常用的狀態(tài)參數(shù)有

10、：壓力常用的狀態(tài)參數(shù)有：壓力p p ，溫度，溫度T T ，體積體積V V ，熱力學(xué)能，熱力學(xué)能( (內(nèi)能內(nèi)能) )U U ，焓，焓H H ，熵，熵 S S 等等 。這里主要講解壓力。這里主要講解壓力 p，溫度，溫度 T T，體積體積V V（比容（比容v 和密度和密度）等。）等。一、一、溫度溫度 一般國際上常用到的溫度計量標(biāo)準(zhǔn)有四種：一般國際上常用到的溫度計量標(biāo)準(zhǔn)有四種：攝氏攝氏(Celsius)(Celsius)溫標(biāo)；溫標(biāo)；華氏華氏(Faharenheit)(Faharenheit)溫標(biāo)；溫標(biāo)；開爾文（開爾文（KelvinKelvin）溫標(biāo)（熱力學(xué)（絕對）溫標(biāo)）；）溫標(biāo)（熱力學(xué)（絕對）溫標(biāo)）；

11、朗肯朗肯(Rankine)(Rankine)溫標(biāo)。溫標(biāo)。 1-3 工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài)工質(zhì)的熱力學(xué)狀態(tài) 及其基本狀態(tài)參數(shù)及其基本狀態(tài)參數(shù)“哥倫比亞哥倫比亞”號航天飛號航天飛機的機身左側(cè)溫度在機的機身左側(cè)溫度在5分鐘內(nèi)上升了分鐘內(nèi)上升了60華氏度華氏度（約（約15.6攝氏度？）。攝氏度？）。（羊城晚報（羊城晚報2003.2.3） 攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)（開爾文）溫標(biāo)間的關(guān)系：攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)（開爾文）溫標(biāo)間的關(guān)系： 華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)化關(guān)系：華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)化關(guān)系： 朗肯溫標(biāo)是英制的朗肯溫標(biāo)是英制的熱力學(xué)（絕對）溫標(biāo)，熱力學(xué)（絕對）溫標(biāo)，它和開爾文溫標(biāo)之間有它和開爾文溫標(biāo)之間有如下關(guān)系：如下關(guān)系

12、：32)(8 .1)(CtFtoo)(8 . 1)(KTRT15.273)()(KTCt（1-11-1）（1-21-2）（1-31-3）二、二、壓力壓力 壓力的宏觀定義及其微觀解釋（略）。壓力的宏觀定義及其微觀解釋（略）。 壓力計量一般有三種標(biāo)準(zhǔn)：壓力計量一般有三種標(biāo)準(zhǔn)： 絕對壓力（絕對壓力（p p） ：以絕對真空為起點的壓力值。以絕對真空為起點的壓力值。 表壓力（表壓力（p pe e）：）：指絕對壓力大于大氣壓力時二者的差值。指絕對壓力大于大氣壓力時二者的差值。 真空度（真空度（p pv v）：）：指大氣壓力大于絕對壓力時二者的差值。指大氣壓力大于絕對壓力時二者的差值。p pe ep pb

13、bp pp pv vp pb bp pbvpppbeppp（a a）（b b）（1-41-4）（1-51-5）三、三、比體積及密度比體積及密度 比體積（又稱比容，比體積（又稱比容，v）：單位質(zhì)量物質(zhì)的體積。）：單位質(zhì)量物質(zhì)的體積。 密度（密度（）：單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。）：單位體積物質(zhì)的質(zhì)量。 即：即： 顯然二者互為倒數(shù)。顯然二者互為倒數(shù)。 注意：區(qū)分強度量和廣延量。注意：區(qū)分強度量和廣延量。 VvmmV一、一、平衡狀態(tài)平衡狀態(tài) 不受外界影響時，參數(shù)始終保持不變的系統(tǒng)狀態(tài)。不受外界影響時，參數(shù)始終保持不變的系統(tǒng)狀態(tài)。 穩(wěn)定狀態(tài)：強調(diào)時間上穩(wěn)定不變。穩(wěn)定狀態(tài)：強調(diào)時間上穩(wěn)定不變。 平衡狀態(tài)：屬于穩(wěn)

14、定狀態(tài)，但要求平衡狀態(tài)：屬于穩(wěn)定狀態(tài)，但要求“內(nèi)外平衡內(nèi)外平衡”。 均勻狀態(tài)：強調(diào)空間各點的參數(shù)值相同。均勻狀態(tài)：強調(diào)空間各點的參數(shù)值相同。注意：注意： （1 1）本課一般把處于平衡狀態(tài)的單相物系當(dāng)作是均勻的，）本課一般把處于平衡狀態(tài)的單相物系當(dāng)作是均勻的， 即此時系統(tǒng)同時處于平衡狀態(tài)和均勻狀態(tài)。即此時系統(tǒng)同時處于平衡狀態(tài)和均勻狀態(tài)。 （2 2）簡單可壓縮熱力系統(tǒng)是本課主要研究的熱力系統(tǒng)，對于）簡單可壓縮熱力系統(tǒng)是本課主要研究的熱力系統(tǒng)，對于 這類系統(tǒng)而言，兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)可確定一個狀態(tài)，這類系統(tǒng)而言，兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)可確定一個狀態(tài)， 其他狀態(tài)參數(shù)都只是這兩個獨立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)。其他狀態(tài)參

15、數(shù)都只是這兩個獨立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)。 （3 3）簡單可壓縮熱力系統(tǒng)的兩個狀態(tài)之間，如果有兩個獨立）簡單可壓縮熱力系統(tǒng)的兩個狀態(tài)之間，如果有兩個獨立 的狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)相等，則可斷定這兩個狀態(tài)相同。的狀態(tài)參數(shù)對應(yīng)相等，則可斷定這兩個狀態(tài)相同。 1- 4 平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖平衡狀態(tài)、狀態(tài)方程式、坐標(biāo)圖注意注意區(qū)分區(qū)分二、二、狀態(tài)方程式狀態(tài)方程式 指簡單可壓縮熱力系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，各部分具有相同指簡單可壓縮熱力系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，各部分具有相同的參數(shù)，并服從一定關(guān)系的關(guān)系式。的參數(shù)，并服從一定關(guān)系的關(guān)系式。即即或或 ,TT p v,vv p T,pp T v0),(TvpF（1-61-6）（1-7

16、1-7）三、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖三、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖 指由熱力狀態(tài)參數(shù)所組成的坐標(biāo)圖。指由熱力狀態(tài)參數(shù)所組成的坐標(biāo)圖。 熱力系每一平衡狀態(tài)總可在由任意兩個獨立的熱力系每一平衡狀態(tài)總可在由任意兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)所組成的平面坐標(biāo)圖上的一點來表示。所組成的平面坐標(biāo)圖上的一點來表示。 常用的有壓容圖和溫熵圖等。如下圖常用的有壓容圖和溫熵圖等。如下圖1-81-8： 1v1Opvp1sOTs22T2一、準(zhǔn)平衡過程（準(zhǔn)靜態(tài)過程）一、準(zhǔn)平衡過程（準(zhǔn)靜態(tài)過程） 要點：要點：1 1、弛豫時間（系統(tǒng)從平衡破壞到恢復(fù)的、弛豫時間（系統(tǒng)從平衡破壞到恢復(fù)的 時間）相對很短；時間）相對很短； 2 2、平衡的破壞程度要相對很

17、?。?、平衡的破壞程度要相對很小； 3 3、外界對系統(tǒng)的熱和力的刺激趨近于零、外界對系統(tǒng)的熱和力的刺激趨近于零 （ p p 00；T T 00）。）。 1-5 工質(zhì)的狀態(tài)變化過程工質(zhì)的狀態(tài)變化過程二、可逆過程與不可逆過程二、可逆過程與不可逆過程 可逆過程：系統(tǒng)可能沿相同路徑回復(fù)原狀，相互作用可逆過程：系統(tǒng)可能沿相同路徑回復(fù)原狀，相互作用 所涉及到的外界也回復(fù)原狀，不留下任何所涉及到的外界也回復(fù)原狀，不留下任何 改變。改變。 不可逆過程：不滿足以上要點的任何一項過程。不可逆過程：不滿足以上要點的任何一項過程。三、有關(guān)準(zhǔn)平衡過程和可逆過程的爭論三、有關(guān)準(zhǔn)平衡過程和可逆過程的爭論 都是實際過程的理想化

18、，二者是否異同存在不同看法：都是實際過程的理想化，二者是否異同存在不同看法： 1 1、可逆過程是條件要求更為苛刻的理想化過程，是可逆過程是條件要求更為苛刻的理想化過程，是沒有能量耗散的準(zhǔn)平衡過程，是一切實際過程的理想極沒有能量耗散的準(zhǔn)平衡過程，是一切實際過程的理想極限。準(zhǔn)平衡過程只是可逆過程成立的前提條件。可逆過限。準(zhǔn)平衡過程只是可逆過程成立的前提條件?？赡孢^程一定是準(zhǔn)平衡過程，反之未必成立。程一定是準(zhǔn)平衡過程，反之未必成立。2 2、可逆過程和準(zhǔn)平衡過程是相同的，表述方式不同，本可逆過程和準(zhǔn)平衡過程是相同的，表述方式不同，本質(zhì)一樣！有能量耗散時，準(zhǔn)平衡過程也不可能成立。質(zhì)一樣！有能量耗散時，準(zhǔn)

19、平衡過程也不可能成立。當(dāng)熱力過程滿足準(zhǔn)平衡過程的條件時，它必然沒有能當(dāng)熱力過程滿足準(zhǔn)平衡過程的條件時，它必然沒有能量耗散，此時可逆過程的成立條件也已經(jīng)滿足。量耗散，此時可逆過程的成立條件也已經(jīng)滿足。3 3、可逆過程可以在熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖用一條實線表可逆過程可以在熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖用一條實線表示，這是基本公認(rèn)的。但準(zhǔn)平衡過程是否也可以在熱示，這是基本公認(rèn)的。但準(zhǔn)平衡過程是否也可以在熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖用一條實線表示，這是有所爭議力學(xué)狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖用一條實線表示，這是有所爭議的。的。一、功的熱力學(xué)定義一、功的熱力學(xué)定義 功是熱力系統(tǒng)通過邊界而傳遞的能量，且其全部效果功是熱力系統(tǒng)通過邊界而傳遞

20、的能量，且其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物?？杀憩F(xiàn)為舉起重物。 約定：系統(tǒng)對外界作功為正，外界對系統(tǒng)作功為負(fù)。約定：系統(tǒng)對外界作功為正，外界對系統(tǒng)作功為負(fù)。二、可逆過程的功二、可逆過程的功 功的數(shù)值不僅決定于工質(zhì)的初態(tài)和終態(tài)，而且還和過程功的數(shù)值不僅決定于工質(zhì)的初態(tài)和終態(tài)，而且還和過程的中間的途徑有關(guān)，是過程量。的中間的途徑有關(guān)，是過程量。對于可逆過程有：對于可逆過程有： 可逆過程可逆過程可用功可用功： ? ?2,0211()u reWpdVp VV2121pdvw1-6 過程功和熱量過程功和熱量（1-81-8）（1-91-9）pv21功功w 如如何在何在p- -v 圖上表示圖上表示? ?三、過程熱

21、量三、過程熱量 系統(tǒng)和外界之間僅由于溫度不同而傳遞的能量。體系系統(tǒng)和外界之間僅由于溫度不同而傳遞的能量。體系吸熱，熱量為正；反之，為負(fù)。吸熱，熱量為正；反之，為負(fù)。 系統(tǒng)在系統(tǒng)在可逆過程可逆過程中與外界的換熱量可用下式計算：中與外界的換熱量可用下式計算： qTds21 21qTds（1-111-11）（1-101-10）Ts21注意：區(qū)分狀態(tài)參數(shù)和過程量。注意：區(qū)分狀態(tài)參數(shù)和過程量。 一、循環(huán)概說一、循環(huán)概說 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) = = 得到的收獲得到的收獲 / / 花費的代價?；ㄙM的代價。在參數(shù)在參數(shù)坐標(biāo)圖上表現(xiàn)為一閉合的曲線。坐標(biāo)圖上表現(xiàn)為一閉合的曲線。二、正向循環(huán)二、正向循環(huán) 即熱動力

22、循環(huán)，總的效果表現(xiàn)為熱能轉(zhuǎn)化為機械能，即熱動力循環(huán)，總的效果表現(xiàn)為熱能轉(zhuǎn)化為機械能，向外界提供動力。在參數(shù)坐標(biāo)圖上循環(huán)沿曲線順時針方向向外界提供動力。在參數(shù)坐標(biāo)圖上循環(huán)沿曲線順時針方向進(jìn)行的。評價指標(biāo)是循環(huán)的熱效率，即：進(jìn)行的。評價指標(biāo)是循環(huán)的熱效率，即： 1nettq1-7 熱力循環(huán)熱力循環(huán)（1-121-12）三、逆向循環(huán)三、逆向循環(huán) 主要應(yīng)用于制冷循環(huán)裝置和熱泵，分別稱為制冷循環(huán)主要應(yīng)用于制冷循環(huán)裝置和熱泵，分別稱為制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)，相應(yīng)的評價指標(biāo)分別為制冷系數(shù)和熱泵系數(shù)和熱泵循環(huán)，相應(yīng)的評價指標(biāo)分別為制冷系數(shù)和熱泵系數(shù)（也稱供熱系數(shù)）。（也稱供熱系數(shù)）。 總的效果表現(xiàn)為：耗費機械能（轉(zhuǎn)

23、化為熱能），使熱能總的效果表現(xiàn)為：耗費機械能（轉(zhuǎn)化為熱能），使熱能由低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?。在參?shù)坐標(biāo)圖上循環(huán)沿曲線逆時由低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩础Ｔ趨?shù)坐標(biāo)圖上循環(huán)沿曲線逆時針方向進(jìn)行的。針方向進(jìn)行的。 制冷系數(shù)：制冷系數(shù)： 熱泵系數(shù)：熱泵系數(shù)： 2netq1netq （1-141-14）（1-131-13）F2-1 第一定律的實質(zhì)第一定律的實質(zhì) 熱力學(xué)能和總能熱力學(xué)能和總能F2-2 能量的傳遞和轉(zhuǎn)化能量的傳遞和轉(zhuǎn)化F2-4 焓焓F2-5 熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式熱力學(xué)第一定律的基本能量方程式F2-6 開口系統(tǒng)能量方程式開口系統(tǒng)能量方程式F2-7 能量方程式的應(yīng)用能量方程式的應(yīng)用2 2、熱力

24、學(xué)第一定律、熱力學(xué)第一定律課件目錄 實質(zhì)：能量守衡定律在熱力學(xué)的表述。實質(zhì)：能量守衡定律在熱力學(xué)的表述。 熱工當(dāng)量的發(fā)現(xiàn)具有重要歷史意義，但由于其值現(xiàn)在熱工當(dāng)量的發(fā)現(xiàn)具有重要歷史意義，但由于其值現(xiàn)在已經(jīng)變?yōu)橐呀?jīng)變?yōu)?，所以它很少用到了。，所以它很少用到了。 2-1 第一定律的實質(zhì)第一定律的實質(zhì) 熱力學(xué)能和總熱力學(xué)能和總能能一、熱力學(xué)能一、熱力學(xué)能 熱力學(xué)能包括：內(nèi)動能、內(nèi)位能，甚或包括化學(xué)能、熱力學(xué)能包括：內(nèi)動能、內(nèi)位能，甚或包括化學(xué)能、核能和電磁能等。核能和電磁能等。 本課所講的熱力學(xué)能主要包括內(nèi)動能和內(nèi)位能，用本課所講的熱力學(xué)能主要包括內(nèi)動能和內(nèi)位能，用U (u)表示，單位是焦耳表示，單位

25、是焦耳J (J/kg)。 熱力學(xué)能是個狀態(tài)參數(shù)，即：熱力學(xué)能是個狀態(tài)參數(shù)，即： ,;,ufT vufTpufp v或（2-1）二、總能二、總能 系統(tǒng)內(nèi)部儲存能和外部儲存能的總和，即系統(tǒng)內(nèi)部儲存能和外部儲存能的總和，即 熱力學(xué)能與宏觀運動能及位能的總和熱力學(xué)能與宏觀運動能及位能的總和，稱作總稱作總儲存能，簡稱總能?？偰軆Υ婺?，簡稱總能?？偰?E (e)、動能、動能Ek (ek)、位能位能 Ep (ep) 。它們間的關(guān)系為：。它們間的關(guān)系為： mgzmcUEEUEfpk221（2-2）gzcueeuefpk221（2-2a）一、作功和傳熱一、作功和傳熱 能量從一個物體傳遞到另一個物體的兩種能量從一

26、個物體傳遞到另一個物體的兩種方式。做功總和物體的宏觀位移有關(guān)。傳熱就方式。做功總和物體的宏觀位移有關(guān)。傳熱就不需要有物體的宏觀移動。不需要有物體的宏觀移動。二、推動功和流動功二、推動功和流動功 因工質(zhì)在開口系統(tǒng)中流動而傳遞的功，叫因工質(zhì)在開口系統(tǒng)中流動而傳遞的功，叫推動功（推動功（pv）。推動功只有在工質(zhì)流動時才起）。推動功只有在工質(zhì)流動時才起作用。作用。2-2 能量的傳遞和轉(zhuǎn)化能量的傳遞和轉(zhuǎn)化流動功流動功：系統(tǒng)為維持工質(zhì)流動所需系統(tǒng)為維持工質(zhì)流動所需要的功要的功 ，可定義為進(jìn)出口的推，可定義為進(jìn)出口的推動功之差。如圖：動功之差。如圖：技術(shù)功技術(shù)功 ：開口系統(tǒng)技術(shù)上可資開口系統(tǒng)技術(shù)上可資利用的

27、機械能之和，是膨脹功與流動利用的機械能之和，是膨脹功與流動功之差。功之差。 1122vpvpwfiftwzgcvpvpww2112221fWtW推動功推動功（2-3）（2-4）p1,v1112 2p2,v2對于可逆過程有：對于可逆過程有：2121211122)(vdppvdpdvvpvpwwt可逆過程的技術(shù)功可逆過程的技術(shù)功（2-4a）根據(jù)上式可在根據(jù)上式可在p- -v圖上表示可圖上表示可逆過程的技術(shù)功，如右圖中的曲邊逆過程的技術(shù)功，如右圖中的曲邊梯形面積梯形面積 f-1-2-g-f 所示。所示。pv21fg2-4 焓焓 焓焓: : 比焓比焓 ： 焓是一個狀態(tài)參數(shù)，它可以表示成另外兩個獨立狀焓

28、是一個狀態(tài)參數(shù)，它可以表示成另外兩個獨立狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)，即態(tài)參數(shù)的函數(shù)，即 hupvPVUHTpfh,vpfh,vTfh,（2-5）（2-6）（2-7）2-5 熱力學(xué)的基本能量方程式熱力學(xué)的基本能量方程式1.1.進(jìn)入系統(tǒng)的能量進(jìn)入系統(tǒng)的能量 - - 離開系統(tǒng)的能量離開系統(tǒng)的能量 = = 系統(tǒng)中儲存能量系統(tǒng)中儲存能量 的增加：的增加： 或或 2.2.第一定律的第一定律的第一解析式第一解析式的微元形式是的微元形式是: : 對于對于1 1kgkg工質(zhì)工質(zhì), ,則有則有: : ，3.3.式中熱量式中熱量 ，熱力學(xué)能變量，熱力學(xué)能變量 和功和功 都是代數(shù)值，都是代數(shù)值， 可正可負(fù)?？烧韶?fù)。QUW Qd

29、UWquw qduwQUWUWQ（2-8） 若流動過程中開口系統(tǒng)內(nèi)部及其邊界上各點參數(shù)都若流動過程中開口系統(tǒng)內(nèi)部及其邊界上各點參數(shù)都不隨時間而變不隨時間而變，稱之為，稱之為穩(wěn)定流動過程穩(wěn)定流動過程。根據(jù)能量守恒可。根據(jù)能量守恒可導(dǎo)得穩(wěn)定流動的能量方程為：導(dǎo)得穩(wěn)定流動的能量方程為： 此即第一定律的此即第一定律的第二第二解析式解析式。其中技術(shù)功：。其中技術(shù)功： 2-6 開口系統(tǒng)能量方程式開口系統(tǒng)能量方程式開口系統(tǒng)能量平衡開口系統(tǒng)能量平衡p1 , cf1z1dV1z2Wip2 , cf22211Q控制體積控制體積CV界面界面基準(zhǔn)線基準(zhǔn)線dV2e1e2tqhw （2-9）1122vpvpwwt1221

30、2221zzgccwffi2-7 能量方程式的應(yīng)用能量方程式的應(yīng)用一、動力機一、動力機動力機能量平衡動力機能量平衡tiwhhw21 熱力學(xué)第一定律的能量方程式在工程上應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的能量方程式在工程上應(yīng)用很廣，而工程中的熱力設(shè)備工作時多為開口系統(tǒng)，很廣，而工程中的熱力設(shè)備工作時多為開口系統(tǒng)，因此這里主要介紹第二解析式的應(yīng)用。因此這里主要介紹第二解析式的應(yīng)用。h112h2wi壓氣機能量平衡壓氣機能量平衡二、壓氣機二、壓氣機icww qhh12twh221h1wc三、換熱器三、換熱器12hhq21212221hhccff四、管道四、管道h2h1q換熱器能量平衡換熱器能量平衡噴管能量轉(zhuǎn)換噴管能量

31、轉(zhuǎn)換Cf1,h1Cf2,h2五、節(jié)流五、節(jié)流節(jié)流現(xiàn)象節(jié)流現(xiàn)象21hh h1h21122 已知新蒸汽流入汽輪機時的焓已知新蒸汽流入汽輪機時的焓h1=3232 kJ/kg，流速，流速 cf1=50 m/s；乏汽流出汽輪機時的乏汽流出汽輪機時的焓焓h2=2302kJ/kg，流速流速cf2=120 m/s。散熱損失和散熱損失和位能差可略去不計。試求：位能差可略去不計。試求： （1）每千克蒸汽流經(jīng)汽輪機時對外界所作的）每千克蒸汽流經(jīng)汽輪機時對外界所作的功。功。 （2）若蒸汽流量是）若蒸汽流量是10t/h，求汽輪機的功率。求汽輪機的功率。舉例應(yīng)用舉例應(yīng)用解解: 由式（由式（2-16） 根據(jù)題意，根據(jù)題意，

32、q = 0 , z2z1=0，于是得每千克蒸汽所作的功為于是得每千克蒸汽所作的功為 其中汽輪機進(jìn)出口的動能變化只有其中汽輪機進(jìn)出口的動能變化只有-5.95 kJ/kg?？梢姡骸？梢姡杭词构べ|(zhì)流速在百米每秒的數(shù)量級，動能的影響仍不大。即使工質(zhì)流速在百米每秒的數(shù)量級，動能的影響仍不大。工質(zhì)每小時作功工質(zhì)每小時作功 Wi = qmwi = 9.24 106 kJ/h故汽輪機功率為故汽輪機功率為iffwzzgcchhq)()(21)(12212212kgkJcchhwffi/05.924)(21)(222121kWWPi256736003 3 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律 序言序言3-1 熱力學(xué)第二定

33、律熱力學(xué)第二定律3-2 可逆循環(huán)分析及其熱效率可逆循環(huán)分析及其熱效率3-3 卡諾定理卡諾定理3-4 熵參數(shù)、熱過程方向的判據(jù)熵參數(shù)、熱過程方向的判據(jù)3-5 熵增原理熵增原理3-6 熵流和熵產(chǎn)熵流和熵產(chǎn)3-7 和和 效率效率 課件目錄 本章將討論熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)及表述，建立第二定律各種形本章將討論熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)及表述，建立第二定律各種形式的數(shù)學(xué)表達(dá)式，給出過程能否實現(xiàn)的數(shù)學(xué)判據(jù)，重點剖析作為過程式的數(shù)學(xué)表達(dá)式，給出過程能否實現(xiàn)的數(shù)學(xué)判據(jù)，重點剖析作為過程不可逆程度的度量孤立系的熵增、不可逆過程的熵產(chǎn)、不可逆程度的度量孤立系的熵增、不可逆過程的熵產(chǎn)、 損失、損失、熵增的內(nèi)在聯(lián)系。熵增的內(nèi)

34、在聯(lián)系。兩者關(guān)系：兩者關(guān)系：相互獨立、都是各種現(xiàn)象歸納后的結(jié)論相互獨立、都是各種現(xiàn)象歸納后的結(jié)論 、 共同構(gòu)成了熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)。共同構(gòu)成了熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)。熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律表明了能量傳遞和轉(zhuǎn)化時的數(shù)量關(guān)系。表明了能量傳遞和轉(zhuǎn)化時的數(shù)量關(guān)系。不足之處：未能表明能量傳遞或轉(zhuǎn)化不足之處：未能表明能量傳遞或轉(zhuǎn)化 時的方向、條件和限度。時的方向、條件和限度。熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律最根本的是方向問題。最根本的是方向問題。彌補了第一定律的不足之處。彌補了第一定律的不足之處。序言序言3-1 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律一、自然過程的方向性一、自然過程的方向性 功熱轉(zhuǎn)化功熱轉(zhuǎn)化 功轉(zhuǎn)熱是不可

35、逆過程功轉(zhuǎn)熱是不可逆過程,其反向過程其反向過程則不能單獨地、自動地進(jìn)行則不能單獨地、自動地進(jìn)行,熱不可能全部無條件地轉(zhuǎn)熱不可能全部無條件地轉(zhuǎn)化為功?；癁楣?。圖圖5-1 摩擦耗散摩擦耗散 如果要把熱量從低溫的如果要把熱量從低溫的A A傳給高溫的傳給高溫的B B需要付出代需要付出代價價(W)(W)，且不能實現(xiàn)期間的熱量等值反傳。，且不能實現(xiàn)期間的熱量等值反傳。 有限溫差下的傳熱（有限溫差下的傳熱（BABA）是）是不可逆不可逆過程，其過程，其中的熱量傳遞是等值的（中的熱量傳遞是等值的（Q QB BQ QA A）。）。有限溫差傳熱有限溫差傳熱BA熱泵熱泵QinQoutW圖圖5-2 不等溫傳熱不等溫傳熱

36、 自由膨脹自由膨脹 在膨脹過程中未遇阻力、不對外作功的過程就是在膨脹過程中未遇阻力、不對外作功的過程就是自由膨脹，也叫無阻膨脹，它是一種典型的不可逆過自由膨脹，也叫無阻膨脹，它是一種典型的不可逆過程。氣體不會自動壓縮、返回到原來狀態(tài)。程。氣體不會自動壓縮、返回到原來狀態(tài)。 混合過程混合過程 所有混合過程都是不可逆過程，使混合物中各組所有混合過程都是不可逆過程，使混合物中各組分分離要花代價：耗功或耗熱。分分離要花代價：耗功或耗熱。 自然界的自發(fā)過程都是有方向的，熱力系進(jìn)行一自然界的自發(fā)過程都是有方向的，熱力系進(jìn)行一個自發(fā)過程后，雖然可以通過反向人為的非自發(fā)過程個自發(fā)過程后，雖然可以通過反向人為的

37、非自發(fā)過程使系統(tǒng)復(fù)原，但后者會給外界留下影響（無法使外界使系統(tǒng)復(fù)原，但后者會給外界留下影響（無法使外界回復(fù)原狀），因而不可逆是自發(fā)過程的重要特性和屬回復(fù)原狀），因而不可逆是自發(fā)過程的重要特性和屬性。性。 熱力學(xué)第二定律有多種表述形式，這里只介紹其中熱力學(xué)第二定律有多種表述形式，這里只介紹其中的兩種說法：的兩種說法： 克勞修斯說法：克勞修斯說法： 熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳至高溫?zé)岵豢赡茏园l(fā)地、不付代價地從低溫物體傳至高溫物體。（從熱量傳遞的方向性的角度）物體。（從熱量傳遞的方向性的角度） 開爾文說法開爾文說法: 不可能制造出從單一熱源吸熱、使之全部轉(zhuǎn)化為功不可能制造出從單一熱源吸熱

38、、使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的循環(huán)工作的熱力發(fā)動機。（從而不留下其他任何變化的循環(huán)工作的熱力發(fā)動機。（從熱能轉(zhuǎn)化為機械能的角度）熱能轉(zhuǎn)化為機械能的角度）二、熱力學(xué)第二定律的表述二、熱力學(xué)第二定律的表述一、卡諾循環(huán)一、卡諾循環(huán) 圖圖5-3 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)Ts0abdcT1T2q1-q2=wnetefsabp0vabcdT2T1wnetq2q1循環(huán)過程按循環(huán)過程按a-b-c-d-a進(jìn)行進(jìn)行q=0q=03-2 可逆循環(huán)分析及其熱效率可逆循環(huán)分析及其熱效率 分析此公式，可得出如下幾點重要結(jié)論：分析此公式，可得出如下幾點重要結(jié)論： c c只決定于只決定于T T1 1、T T2 2。 T T1

39、 1、T T2 2， c c。 c c只能小于只能小于1,1,因因T T1 1= = 或或T T2 2=0 =0 都不能實現(xiàn)。都不能實現(xiàn)。 當(dāng)當(dāng) T T1 1=T=T2 2 時時, ,c c=0=0。它表明。它表明:“:“凡有溫差處皆有動力凡有溫差處皆有動力”。121TTC卡諾循環(huán)的熱效率：卡諾循環(huán)的熱效率：（3-1）即即雙熱源間雙熱源間的極限的極限回?zé)嵫h(huán)，其熱效率與回?zé)嵫h(huán)，其熱效率與卡諾循環(huán)相同。多變指卡諾循環(huán)相同。多變指數(shù)數(shù)n n可以為任何自然數(shù)，可以為任何自然數(shù)，因而在因而在T T1 1和和T T2 2之間工作之間工作的可逆循環(huán)有無數(shù)個。的可逆循環(huán)有無數(shù)個。這種利用工質(zhì)排出部分這種利

40、用工質(zhì)排出部分熱量來加熱工質(zhì)本身的熱量來加熱工質(zhì)本身的0 0h hg gm mn ns sd dT T2 2T T1 1a ab bT TT TT-dTT-dTT-dTT-dTj jddc cCCi i 方法稱為方法稱為回?zé)峄責(zé)帷；鼗責(zé)釤崾翘岣邿嵝实囊环N行之有效的方法，被廣泛采用。是提高熱效率的一種行之有效的方法，被廣泛采用。圖圖5-4 概括性卡諾循環(huán)概括性卡諾循環(huán)二、概括性卡諾循環(huán)二、概括性卡諾循環(huán)三、逆向卡諾循環(huán)三、逆向卡諾循環(huán) 逆向卡諾循環(huán)按工作溫度范圍也可分為制冷循環(huán)和逆向卡諾循環(huán)按工作溫度范圍也可分為制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)，其中各過程中功和熱量的計算式與正向卡諾熱泵循環(huán)，其中各過程中功

41、和熱量的計算式與正向卡諾循環(huán)循環(huán)相同相同，只是傳遞方向，只是傳遞方向相反相反。它們各自的經(jīng)濟(jì)性能評。它們各自的經(jīng)濟(jì)性能評價指標(biāo)為：價指標(biāo)為： 制冷循環(huán)的制冷系數(shù)為制冷循環(huán)的制冷系數(shù)為 熱泵循環(huán)的供暖系數(shù)為熱泵循環(huán)的供暖系數(shù)為 2212cnetqTwTT1112cnetqTwTT 這兩種循環(huán)的工作溫度范圍有所不同。這兩種循環(huán)的工作溫度范圍有所不同。（3-2）（3-3）四、多熱源可逆循環(huán)四、多熱源可逆循環(huán) 熱源多于兩個的熱源多于兩個的可逆循環(huán)如右圖所示?？赡嫜h(huán)如右圖所示。此循環(huán)的平均吸熱溫此循環(huán)的平均吸熱溫度度 和平均放熱溫度和平均放熱溫度 分別定義為：分別定義為：1T2TsTdsssqTghe

42、eg11sTdsssqTgleeg22T T0 0s sm mn nD Dd de ea aA Ah hB Bb bc cC Cl lT T1 1T T2 2g gdsdss sT T1 1T T2 2T Ti i圖圖5-5 多熱源可逆循環(huán)多熱源可逆循環(huán)為什么？為什么？121212111TTTTqqCt 此循環(huán)的熱效率可用此循環(huán)的熱效率可用 和和 表示，其值小于工表示，其值小于工作在同溫限間的卡諾循環(huán)的熱效率，即：作在同溫限間的卡諾循環(huán)的熱效率，即：結(jié)論：結(jié)論：工作于兩個熱源間的一切可逆循環(huán)（包括卡諾工作于兩個熱源間的一切可逆循環(huán)（包括卡諾 循環(huán)）的熱效率高于相同溫限間多熱源的可逆循環(huán)。循環(huán)）

43、的熱效率高于相同溫限間多熱源的可逆循環(huán)。2T1T（3-4）定理一：定理一： 在相同溫度的高溫?zé)嵩春拖嗤瑴囟鹊牡蜏責(zé)嵩丛谙嗤瑴囟鹊母邷責(zé)嵩春拖嗤瑴囟鹊牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與可逆循之間工作的一切可逆循環(huán)，其熱效率都相等，與可逆循環(huán)的種類無關(guān)，與采用哪種工質(zhì)也無關(guān)。環(huán)的種類無關(guān)，與采用哪種工質(zhì)也無關(guān)。定理二：定理二： 在溫度同為在溫度同為T T1 1的熱源和同為的熱源和同為T T2 2的冷源間工作的的冷源間工作的一切一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。3-3 卡諾定理卡諾定理卡諾定理有著廣泛和重要的意義，任何一種將卡諾定理有著廣泛和

44、重要的意義，任何一種將熱能轉(zhuǎn)化為機械能、電能、或其他能量的轉(zhuǎn)化裝置熱能轉(zhuǎn)化為機械能、電能、或其他能量的轉(zhuǎn)化裝置（包括熱力循環(huán)機、溫差電池等）都受到（包括熱力循環(huán)機、溫差電池等）都受到熱力學(xué)第熱力學(xué)第二定律二定律的制約，都必須有的制約，都必須有熱源熱源和和冷源冷源，其熱效率均，其熱效率均不可能超過相應(yīng)的卡諾循環(huán)。不可能超過相應(yīng)的卡諾循環(huán)。 設(shè)工質(zhì)在設(shè)工質(zhì)在TH=1 000 K的恒溫?zé)嵩春偷暮銣責(zé)嵩春蚑L300 K的恒溫的恒溫冷源間按熱力循環(huán)工作冷源間按熱力循環(huán)工作( 見下圖見下圖 )，已知吸熱量為，已知吸熱量為100 kJ ，求熱效率和循環(huán)凈功。求熱效率和循環(huán)凈功。T T2 2O Os sT T

45、A AB BC CD Da ad dc cb bT TH HT T1 1T TL L（1 1）理想情況，無任何）理想情況，無任何 不可逆損失；不可逆損失；（2 2）吸熱時有）吸熱時有200 K200 K溫差，溫差，放熱時有放熱時有100 K100 K溫差。溫差。例例 5-1圖圖5-6 例例5-1附圖附圖（1）在兩個熱源間工作的可逆循環(huán)的熱效率同卡諾循環(huán)：）在兩個熱源間工作的可逆循環(huán)的熱效率同卡諾循環(huán)：%70TT1HLC QW,QWtnet1nett 又因又因所以所以Wnet = 70 kJ，也是最大循環(huán)凈功，也是最大循環(huán)凈功Wnet,max 。解：解：（2）設(shè)想熱（冷）源和工質(zhì)間插入中間熱源，

46、而將不可）設(shè)想熱（冷）源和工質(zhì)間插入中間熱源，而將不可逆循環(huán)問題轉(zhuǎn)化為溫度分別為逆循環(huán)問題轉(zhuǎn)化為溫度分別為800 K和和400 K的兩個的兩個中間熱源間的可逆循環(huán)，則中間熱源間的可逆循環(huán)，則熱效率和凈功分別為：熱效率和凈功分別為：5 . 0TT112t kJQWtnet501 綜合以上兩節(jié)，可得出以下有關(guān)熱效率的重要結(jié)論：綜合以上兩節(jié)，可得出以下有關(guān)熱效率的重要結(jié)論： 在兩個熱源間工作的一切可逆循環(huán)，它們的在兩個熱源間工作的一切可逆循環(huán)，它們的 相相 同，與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，只決定于熱源和冷源的同，與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，只決定于熱源和冷源的 溫度，且都等于卡諾循環(huán)的熱效率溫度，且都等于卡諾循環(huán)的熱效

47、率 ； 溫度界限相同，但具有多于兩個熱源的可逆循環(huán)溫度界限相同，但具有多于兩個熱源的可逆循環(huán) 的的 低于卡諾循環(huán)的低于卡諾循環(huán)的 ； 不可逆循環(huán)的不可逆循環(huán)的 比同樣條件下可逆循環(huán)的小。比同樣條件下可逆循環(huán)的小。CtttC熱效率方面的重要結(jié)論熱效率方面的重要結(jié)論什么是什么是“永動機永動機”？ “永動機永動機”即永遠(yuǎn)能即永遠(yuǎn)能“動動”的機器，分為如下三類，前兩的機器，分為如下三類，前兩種屬于種屬于“天上掉餡餅天上掉餡餅”，第三類與絕對零度或摩擦有關(guān)。，第三類與絕對零度或摩擦有關(guān)。 違背熱力學(xué)第一定律違背熱力學(xué)第一定律(熱效率大于熱效率大于100)。20世紀(jì)世紀(jì)90年代年代山東棗莊有人聲稱山東棗莊

48、有人聲稱“發(fā)明發(fā)明”了一個了一個“耗電耗電12kW，可發(fā)電，可發(fā)電36kW”的發(fā)電機，但再無音訊。美國專利局已有數(shù)以千計的類似專利的發(fā)電機，但再無音訊。美國專利局已有數(shù)以千計的類似專利申請，也尚無成功報道。申請，也尚無成功報道。 違背熱力學(xué)第二定律違背熱力學(xué)第二定律(熱效率等于熱效率等于100)。如果此類機器。如果此類機器能夠制造成功，由于太陽能、地?zé)崮芎秃Ｑ鬅崮艿榷际悄軌蛑圃斐晒?，由于太陽能、地?zé)崮芎秃Ｑ鬅崮艿榷际恰盁o限無限”多的，那能源危機也就不存在了。多的，那能源危機也就不存在了。I. 能吸盡一個物體熱量，而將其冷卻到絕對零度。能吸盡一個物體熱量，而將其冷卻到絕對零度。另外一種另外一種說

49、法：說法：無摩擦，利用物體慣性使物體永動無摩擦，利用物體慣性使物體永動。隨著科技進(jìn)步，絕。隨著科技進(jìn)步，絕對零度正越來越趨近，但尚未有已經(jīng)達(dá)到的事實見諸于世。對零度正越來越趨近，但尚未有已經(jīng)達(dá)到的事實見諸于世。永動機發(fā)明成功了？永動機發(fā)明成功了？（南方都市報（南方都市報2004/11/232004/11/23 A45A45版）版）一位自稱是梁星人博士的人宣布：一位自稱是梁星人博士的人宣布：永動機在中國成功了。只要在啟動時用外力推一下，永動機在中國成功了。只要在啟動時用外力推一下，汽車就會利用地球引力的加速度，不停向前，根本不汽車就會利用地球引力的加速度，不停向前，根本不用任何燃油或電能。用任何

50、燃油或電能。自創(chuàng)自創(chuàng)“反重力原理及其實用技術(shù)反重力原理及其實用技術(shù)” 將永恒使地球?qū)⒂篮闶沟厍蛴绖拥募铀僖?，通過電腦，扭曲其引力線束，用在永動的加速引力，通過電腦，扭曲其引力線束，用在任意粒子上，使之自動作圓周式循環(huán)加速永動，此即任意粒子上，使之自動作圓周式循環(huán)加速永動，此即永動機的永動原理。永動機的永動原理。1985年以來我國已經(jīng)有年以來我國已經(jīng)有23件件“永動機永動機”專利申請，專利申請，但無一獲得授權(quán)。但無一獲得授權(quán)。從永動機角度對熱力學(xué)三定律的詮釋從永動機角度對熱力學(xué)三定律的詮釋19121912年年9 9月，能斯特在月，能斯特在熱力學(xué)新發(fā)展熱力學(xué)新發(fā)展一文中，利一文中，利用永動機的概

51、念對熱力學(xué)三定律進(jìn)行了新的詮釋：用永動機的概念對熱力學(xué)三定律進(jìn)行了新的詮釋：w制造一臺可由制造一臺可由“無無”產(chǎn)生持續(xù)熱量或外功的機器，產(chǎn)生持續(xù)熱量或外功的機器，是不可能的；是不可能的；w設(shè)計一臺能將周圍的熱量轉(zhuǎn)變成外功的機器，是不設(shè)計一臺能將周圍的熱量轉(zhuǎn)變成外功的機器，是不可能的；可能的；w設(shè)想出一臺能完全吸盡一個物體的熱量的機器，也設(shè)想出一臺能完全吸盡一個物體的熱量的機器，也就是能將其冷卻到絕對零度，是不可能的。就是能將其冷卻到絕對零度，是不可能的。一、狀態(tài)參數(shù)熵的導(dǎo)出一、狀態(tài)參數(shù)熵的導(dǎo)出 熵是與熱力學(xué)第二定律緊密相關(guān)的狀態(tài)參數(shù)。它在熵是與熱力學(xué)第二定律緊密相關(guān)的狀態(tài)參數(shù)。它在 判別過程的

52、方向、可逆程度和能否實現(xiàn)等方面有重要的判別過程的方向、可逆程度和能否實現(xiàn)等方面有重要的作用，也是熱力學(xué)第二定律作用，也是熱力學(xué)第二定律量化的參數(shù)之一。量化的參數(shù)之一。 克勞修斯積分等式：克勞修斯積分等式： 定義：定義：revQdST0TQrev0 0p pv v1 1g gf fe e2 2A Ac ca ab bB BQQ2 2QQ1 1圖圖5-7 熵參數(shù)導(dǎo)出用圖熵參數(shù)導(dǎo)出用圖3-4 熵參數(shù)、熱過程方向的判據(jù)熵參數(shù)、熱過程方向的判據(jù)（3-5）（3-6）二、熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式二、熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式（1 1）克勞修斯積分不等式）克勞修斯積分不等式（2 2）熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)

53、式）熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式0rrevTQrTrrQdSTQSSTQ21120（3-7）（3-8）（3-9）（3-10） 可逆絕熱過程（可逆絕熱過程（1 12 2S S）即為定）即為定熵過程；不可逆絕熱過程（熵過程；不可逆絕熱過程（1 12 2）中，）中，能量耗散的存在（如耗散熱）會導(dǎo)致能量耗散的存在（如耗散熱）會導(dǎo)致熵增量的產(chǎn)生，這種熵增量叫做熵增量的產(chǎn)生，這種熵增量叫做熵產(chǎn)熵產(chǎn)（S Sg g）。即：）。即： 能量耗散是熵產(chǎn)的唯一原因。熵能量耗散是熵產(chǎn)的唯一原因。熵產(chǎn)不可能小于零，最低（可逆過程）產(chǎn)不可能小于零，最低（可逆過程）為零。熵產(chǎn)是過程不可逆程度的量度，為零。熵產(chǎn)是過程不可逆程度的

54、量度，過程的不可逆損失會隨它的增加而增過程的不可逆損失會隨它的增加而增大。大。adgSSvp0122s0Tss2s12s21三、不可逆絕熱過程分析（閉口系統(tǒng)）三、不可逆絕熱過程分析（閉口系統(tǒng)）圖圖5-8 絕熱膨脹過程絕熱膨脹過程（3-11）一、孤立系熵增原理一、孤立系熵增原理 孤立系孤立系和絕熱封閉系統(tǒng)和絕熱封閉系統(tǒng)的熵變的熵變 孤立系和絕熱封閉系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生不可逆變化時，其孤立系和絕熱封閉系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生不可逆變化時，其熵只能增大；極限情況（發(fā)生可逆變化）熵保持不變，熵只能增大；極限情況（發(fā)生可逆變化）熵保持不變， 使其熵減小的過程不可能出現(xiàn)。使其熵減小的過程不可能出現(xiàn)。 孤立系熵增與作功能力損失

55、的關(guān)系為：孤立系熵增與作功能力損失的關(guān)系為： 下面為一孤立系熵增原理舉例。下面為一孤立系熵增原理舉例。0isodS0isodIdST0絕熱封閉系統(tǒng)dS3-5 熵增原理熵增原理（3-12）（3-13） 孤立系中有物體孤立系中有物體A和和B，溫度各為，溫度各為TA和和TB，這時孤立，這時孤立系的熵增系的熵增 若為有限溫差傳熱，若為有限溫差傳熱，TATB，則有，則有 若為無限小溫差傳熱，若為無限小溫差傳熱，TATB，有，有isoABdSdSdS0ABQQisoTTdS 0isodSABQ單純的傳熱過程單純的傳熱過程二、熵增原理的實質(zhì)二、熵增原理的實質(zhì) 實際過程都不可逆，所以實際的熱力過程總是朝著使實

56、際過程都不可逆，所以實際的熱力過程總是朝著使 系統(tǒng)總熵增大的方向系統(tǒng)總熵增大的方向 進(jìn)行。熵增原理闡明進(jìn)行。熵增原理闡明 了過程進(jìn)行的方向。了過程進(jìn)行的方向。 孤立系統(tǒng)內(nèi)部存在不平衡勢差是過程自動進(jìn)行的推動孤立系統(tǒng)內(nèi)部存在不平衡勢差是過程自動進(jìn)行的推動 力，也是總熵增大的原因。當(dāng)自動過程停止進(jìn)行時，力，也是總熵增大的原因。當(dāng)自動過程停止進(jìn)行時， 孤立系統(tǒng)的總熵達(dá)到最大值，系統(tǒng)達(dá)到相應(yīng)的平衡狀孤立系統(tǒng)的總熵達(dá)到最大值，系統(tǒng)達(dá)到相應(yīng)的平衡狀 態(tài)，這時態(tài)，這時 ，即為平衡判據(jù)。因而，熵增原，即為平衡判據(jù)。因而，熵增原 理指出了熱過程進(jìn)行的限度。理指出了熱過程進(jìn)行的限度。 0isod S0isodS

57、熵增原理還指出：熵增原理還指出： 導(dǎo)致孤立系統(tǒng)熵減的過程不可能單獨進(jìn)行，除非導(dǎo)致孤立系統(tǒng)熵減的過程不可能單獨進(jìn)行，除非 有補償過程（使孤立系統(tǒng)熵增的過程）伴隨發(fā)生，以有補償過程（使孤立系統(tǒng)熵增的過程）伴隨發(fā)生，以 使孤立系統(tǒng)總熵增大至少保持不變。從而熵增原理揭使孤立系統(tǒng)總熵增大至少保持不變。從而熵增原理揭 示了熱過程進(jìn)行的條件。示了熱過程進(jìn)行的條件。 熵增原理全面地、透徹地揭示了熱過程進(jìn)行的熵增原理全面地、透徹地揭示了熱過程進(jìn)行的方方 向、限度和條件，這些正是熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)。向、限度和條件，這些正是熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)。閉口系（控制質(zhì)量）熵方程閉口系（控制質(zhì)量）熵方程 它表示：控制質(zhì)量的

58、熵變等于熵流和熵產(chǎn)之和。它表示：控制質(zhì)量的熵變等于熵流和熵產(chǎn)之和。其中熵流和熵產(chǎn)分別為：其中熵流和熵產(chǎn)分別為： ,gf QdSSSrgrQfTQdSSTQS,3-6 熵流和熵產(chǎn)熵流和熵產(chǎn)（3-14）（3-15）（3-16）一、能量的可轉(zhuǎn)換性、一、能量的可轉(zhuǎn)換性、 和和不同形式能量間的相互轉(zhuǎn)換是受熱力學(xué)第二定律制約不同形式能量間的相互轉(zhuǎn)換是受熱力學(xué)第二定律制約的。機械能和電能可以全部轉(zhuǎn)化為熱能，而熱能卻不能全的。機械能和電能可以全部轉(zhuǎn)化為熱能，而熱能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機械能或電能。機械能和電能等這類可無限可轉(zhuǎn)部轉(zhuǎn)化為機械能或電能。機械能和電能等這類可無限可轉(zhuǎn)換的能量成為換的能量成為 ，習(xí)慣上，習(xí)慣

59、上 指指“有用功有用功”。而把能量中不。而把能量中不可能轉(zhuǎn)化為有用功的部分稱為可能轉(zhuǎn)化為有用功的部分稱為 （或（或“廢熱廢熱”）。）。各種系統(tǒng)和能量都有不同的對外界做有用功的能力，各種系統(tǒng)和能量都有不同的對外界做有用功的能力，不同溫度下的熱量轉(zhuǎn)化成有用功的能力也不同。能量可轉(zhuǎn)不同溫度下的熱量轉(zhuǎn)化成有用功的能力也不同。能量可轉(zhuǎn)化為有用功的能力稱為能量的化為有用功的能力稱為能量的品質(zhì)品質(zhì)，能量是其，能量是其“質(zhì)質(zhì)”和和“量量”（多少）的統(tǒng)一。（多少）的統(tǒng)一。3-7 和和 效率效率與環(huán)境處于熱力不平衡的閉口系或一定量的流動工與環(huán)境處于熱力不平衡的閉口系或一定量的流動工質(zhì)，當(dāng)它們只與環(huán)境發(fā)生作用（流動

60、工質(zhì)需要通過穩(wěn)流質(zhì)，當(dāng)它們只與環(huán)境發(fā)生作用（流動工質(zhì)需要通過穩(wěn)流熱力系）、可逆地變化到與環(huán)境平衡時，可分別作出最熱力系）、可逆地變化到與環(huán)境平衡時，可分別作出最大的有用功，分別稱之為閉口系工質(zhì)的大的有用功，分別稱之為閉口系工質(zhì)的熱力學(xué)能熱力學(xué)能 和穩(wěn)和穩(wěn)流工質(zhì)的流工質(zhì)的焓焓 。在環(huán)境條件下，能量中可轉(zhuǎn)化為有用功的最高分額在環(huán)境條件下，能量中可轉(zhuǎn)化為有用功的最高分額稱為該稱為該能量的能量的 ?；蛘邿崃ο抵慌c環(huán)境相互作用，從任?；蛘邿崃ο抵慌c環(huán)境相互作用，從任意狀態(tài)可逆地變化到與環(huán)境相平衡狀態(tài)時，作出的最大意狀態(tài)可逆地變化到與環(huán)境相平衡狀態(tài)時，作出的最大有用功稱為該有用功稱為該熱力系的熱力系的 。