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第二章 节能的热力学原理 黑

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化工节能原理与技术2

化工节能原理与技术2
【例2-11】
热泵
q1 TH
wnet TH TL
能量利用的经济指标
效率
收益 代价
能量品质 动力循环 制冷循环 热泵循环 间壁换热器
热效率(数量)
t
W Q1
Q2 W
Q1 W
Q2 Q1
火用效率(质 量)
ex
E x ,W E x ,Q1
ex
E x ,Q2 E x ,W
ex
E x ,Q1 E x ,W
一个系统与环境处于热力学平衡，可以是完全的热力学 平衡，也可以是不完全的热力学平衡，这取决于研究的 问题。当取不完全平衡环境状态作为基准计算时，一个 系统的能量所具有的火用称为该能量的物理火用；当取 完全平衡环境状态作为计算基准时，一个系统所具有的 火用为物理火用和化学火用之和。一个系统的能量的化 学火用是系统在p0、T0时相对于完全平衡环境状态因化学 不平衡所具有的火用。
z2
h1 h2 T0 (s1 s2 )
例2-4 p46
(3) 理想气体火用的计算
e h h0 T0 (s s0 )
利用理想气体状态方程也可以进行计算
① 温度火用 ② 压力火用
e(T )
T T0
C
p
(1
T0 T
)dT
e(P)
RT0
ln
p p0
e e(P) e(T ),当CP为常数时：
Tm (T2 T1) / ln(T2 / T1)
(3) 热量火用的计算
温差传热要引起火用损失，并且在温差相同、传热 量相同时，低温的火用损失要比高温时大得多。
例2-2（P43),例2-3（P44)
(4) 化学火用
任何一个系统，当其与环境处于热力学平衡的状态时， 称其处于环境状态，这时系统所具有的各种形式能量的 火用值为零。而与环境不同的任何系统所具有的能量都 含有火用。

热力学第二定律

热力学第二定律
•热力学第二定律揭示了：一切与热现象有关 的实际宏观过程都是不可逆的（具有方向性）。
违背热力学第一定律的过程都不可能发生。 不违背热力学第一定律的过程不一定都可以 发生。
第一类永动机和第二类永动机比较
它们都不可能制成，第一类 永动机的设想违反了能量守恒定 律；第二类永动机的设想虽不违 反能量守恒定律，但违背了跟热 现象相联系的宏观过程具有方向 性的自然规律。
总结；机械能和内能的转化过程具有方向性 机械能可以全部转化成内能，但内能却不能 全部转化成机械能，同时不引起其他变化。
热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热源吸收热量，使之完全变 成功,而不产生其他影响。
第二类永动机：人们把想象中能够从单一 热源吸收热量，全部用来做功而不引起 其他变化的热机叫做第二类永动机。
高二物理
第十章第四节
热力学第二定律
一个值得深思的问题： ？？？
既然能量是守 恒的，不能创造， 也不会消失，那我 们为什么还要节约 能源呢？
扩散现象有方向性
热传递有方向性
机械能和内能的转化有方向性
气体的膨胀有方向性
一、热力学第二定律的一种表述:
热量不能自发地从低温物体传到高温 物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表 述。
BD
热力学第二定律的克劳修斯表述: 热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
AC
考点：
热力学第一定律：
C
ΔU=W+Q
热力学第二定律的开尔文表述:
不可能从单一热源吸 收热量，使之完全变成功,而 不产生其他影响。
谢谢
作业：
第二类永动机不可能制成
定律的两种表述
热量不能自发地从低温物体传到高温体（不可能将热量 从低温物体传到高温物体而不引起其它变化）。

节能的热力学原理 -热力学第二定律III-火用损失和平衡方程式

节能的热力学原理 -热力学第二定律III-火用损失和平衡方程式

E X ,Q E X ,W E X , L E X ,U
㶲损失： 其中，
E X , L E X ,Q E X ,U E X ,W
E X ,Q
2
Hale Waihona Puke 1 T0 1 T
Q
E X ,Wu Wu W p0 V2 V1
E X ,U U 2 U1 T0 ( S 2 S1 ) p0 (V2 V1 )
EX ,L
1 TH TL 1 T0 Q T0 Q TH TL TL TH
在相同传热温差条件下，高温的㶲损失比低温的 要小； 如果要求㶲损失不超过某一定值，那么温度水平 高（锅炉）的情况允许使用较大温差；反之，温度 水平低（低温换热量）的情况只允许使用较小的传 热温差。
入-(出+损)=增量
闭口系㶲平衡方程及㶲损失
以汽缸里的气体作为研究对象， 热力学第一定律： 系统所得的㶲量： 从热源得到的热量㶲EX,Q 输出的㶲： 对外所做的有用功EX,W 系统㶲的增量：内能㶲的增量△EX,U 设㶲损为EX,L
1 2 W
Q U W
Q
㶲的一般关系式：入- (出+损) =增量 根据㶲平衡方程：
这一点具有很大的实用意义，因为传递一定 热量时，换热器的面积与冷、热流体的传热温差 成反比，故而低温换热器比高温换热器的传热面 积大。
换热器的㶲平衡方程和㶲损失
EX ,L
1 TH TL 1 T0 Q T0 Q TH TL TL TH
•
TH和TL一般随热量传递而变化，需通过积分求解 传递一定热量的㶲损失，计算困难；
•
㶲损失：(1)冷、热流体温差传热; (2)工质粘性 摩擦阻力。

第二章 节能的热力学原理

第二章 节能的热力学原理
第2章 节能的热力学原理与方法 章
1
第2章 节能的热力学原理与方法 章
2.1 节能观念的沿革（概念的变革） 节能观念的沿革（概念的变革） 以合成氨为例： 以合成氨为例： 五十年代前：凡是工艺上需要热量的地方——蒸汽加 (1) 五十年代前：凡是工艺上需要热量的地方 蒸汽加 冷却——水、冰机。把合成塔仅仅看作一个反应 热；冷却 水 冰机。 工艺技术人员将动力作为一个要求， 器，工艺技术人员将动力作为一个要求，我这儿需要动 力你动力车间给我。 力你动力车间给我。 五十年代后： (2) 五十年代后：唯一讲一点节能是维持合成塔自热生产 出塔气与入塔气换热）。 （出塔气与入塔气换热）。 目前：大型合成氨厂如沧化——美国凯洛格公司技术。 美国凯洛格公司技术。 (3) 目前：大型合成氨厂如沧化 美国凯洛格公司技术 将合成塔既看成一个反应器，又看成一个锅炉： 将合成塔既看成一个反应器，又看成一个锅炉：
dEx , ph = dH − To dS （A） 其中： dH = ∂H dT + ∂H dP 由 dH = VdP + TdS
∂T P ∂P T
得：
∂H ∂S =V +T ∂P T ∂P T
麦氏关系
∂S ∂V = − ∂P T ∂T P
N 2 + 3H 2 = 2 NH 3 + Q (反应器) 反应器) 锅炉) C + O2 = CO2 + Q (锅炉)
动力蒸汽由废热锅炉生产，能耗降低三分之一， 动力蒸汽由废热锅炉生产，能耗降低三分之一，电耗降低 2 个数量级。 2个数量级。
2.2 节能中常用的热力学方法 基于热力学第一定律的分析方法——热量衡算（能量衡算） 热量衡算（ (1) 基于热力学第一定律的分析方法 热量衡算 能量衡算） 即第一定律分析方法。 即第一定律分析方法。依据 ∑ H + = ∑ H − 例1：如右图所示某化工过程：Q+H1=H2。 如右图所示某化工过程： 可以发现局部损失——跑、冒、滴、漏等。 漏等。 可以发现局部损失 跑 看化热136页例5 136页例 例2：看化热136页例5-16 。 基于热力学第二定律的分析方法（实际是第一、 (2) 基于热力学第二定律的分析方法（实际是第一、第二定律联 合使用）。 合使用）。 W 熵平衡法。依据： 平衡。 ① 熵平衡法。依据： L =+ T0 ∆S g−。熵平衡法实质是火无平衡。 ∑ 平衡法。依据： ② 火用平衡法。依据： E X = ∑ E X + ∑WL 通过火用平衡法发现内 在的损失——节能的关键。 节能的关键。 在的损失 节能的关键 对于一个节流过程： 例3：对于一个节流过程： T1P1 T2 P2 。 由第一定律： 节能潜力为零； 由第一定律：H1=H2，节能潜力为零； 由第二定律：EX1>EX2 有节能潜力。(∵P1>P2) ∴WL= EX1-EX2。 由第二定律： 有节能潜力。 节能的根本潜力——减少火用 损失。 损失。 节能的根本潜力 减少 3 (3)夹点技术 适用于过程系统的设计和节能改造。 夹点技术。 (3)夹点技术。适用于过程系统的设计和节能改造。

(4)热力学第二章1

(4)热力学第二章1
U是状态参数，闭合积分为0 得到
W Q
循环过程闭口系能量方程式
在一个动力循环中，加入系统的净热量 等于输出的净功量；在一个逆向循环中，系 统放出的净热量等于输入的净功量。 Qnet ＝ Wnet 或 qnet ＝ wnet
特例闭口系能量方程式
Q = dU + W
Q=U+W 绝功系
闭口系统能量方程式
设闭口系统由于温差与 外界交换的热量为Q， 对外作功为W，系统从 状态1变化到状态2
闭口系统与外界无质量交 换；则系统的储存能的增 加为 TH
Q
1
热力系统 W
外界
EC
M1
2
边界 EC
M2
Q W ECM 离开系统的 ECM 2 ECM 1 U E k Ep 进入系统的 系统储存能量 = 能量 能量 的变化
2-2 热力学能和总能
内部储存能
系统储存的能量
外部储存能
内部储存能：只取决于系统本身（内部）的状态
外部储存能：与系统整体运动以及外界重力场有关
内 能
储存于系统内部的能量，称为内能。它与系 统内工质的内部粒子的微观运动和粒子空间位形 有关。 移动 内动能 转动 振动 内位能 内能 化学能 原子能
内能分析
可逆闭口系能量方程
简单可压缩系可逆过程
Q = TdS TdS = dU + pdV
TdS = U + pdV
q = Tds Tds = du + pdv Tds = u + pdv
循环过程闭口系能量方程式
Q = dU + W
p
4 3
1 2 v
∮δQ=∮dU＋ ∮δW

节能-2热力学基础

节能-2热力学基础
26
2. 节能的热力学原理
2.2 稳流体系热力学第一定律及其应用
（2）出变换炉变换气中各组分量（kmol）: 变换化学反应 CO+H2O=CO2+H2
变换率为85%，则参加反应的CO量
33×85%=28.05（kmol） 则： CO CO2 H2 N2 CH4 0.5 H2 O 169.95
27
4.95 37.05 64.05 21.5
与假定很接近，不必再修正。
32
2. 节能的热力学原理
2.2 稳流体系热力学第一定律及其应用
（2）统一基准焓法 为了简便起见，可采用普遍适用的焓基准或叫做 统一基准。 一般有两种情况：规定273.15K时稳定单质的理 想气体的焓为零；298.15K是稳定单质的理想气体 的焓为零。 则基准态下化合物的焓便随之而定，即等于该状 态下标准生成焓。
753.15K -36.4 -9.15 2.18 2.23 -22.3 -3.50
33
2. 节能的热力学原理
2.2 稳流体系热力学第一定律及其应用
于是，即使是对于化学反应过程，虽然发生了 物质的变化及物质数量的变化，但元素是平衡的， 计算焓变时，基准态的焓仍然可以被消去。 因此，无论是物理过程或化学反应过程，过程 的热效应均可用焓变计算。 ΔH=H终态 - H始态 简单方便。
34
（1）状态函数法 根据状态函数的特点，为便于计算设计过程如下 半水煤气、水蒸 ΔH=0 变换气 T=? 气 653.15K 绝热反应 ΔH1 半水煤气、水蒸 气 298.15K ΔH2
ΔHR
变换气 298.15K
29
2. 节能的热力学原理
2.2 稳流体系热力学第一定律及其应用
则：ΔH= ΔH1+ ΔH2+ ΔHR=0 a. 在有关手册中查出各组分298.15-653.15K温 度区间的平均摩尔热容[ C P KJ/Kmol·K]。 则： CO CO2 H2 N2 CH4 H2 O 29.81 43.05 29.22 29.64 45.34 35.04 ΔH1=（9×43.50+33×29.81+36×29.22 +21.5×29.64+198×35.04+0.5×45.34）× （298.15-653.15）=-3.56×106（KJ）

工程热力学第2章 热力学基本定律(热二律)_OK


Q1 = T1(S2-S1)
Q1 / T1 =S2-S1 T2
Q2 = T2(S1-S2)
Q2 / T2 = S1-S2
Q2
两式相加，得： Q1 Q2 0
T1 T2
S1
S2 S
∵ Q已作正负号规定， Q1、 Q2可统一写成Q；
T1、 T2可为热源温度（=工质温度），可统一写成T
∴ Q 0
2021/7/2
内燃机 ：t1=2000℃，t2=300 ℃
卡诺循环：tC =74.7%； 实际：t =30~40%
火力发电： t1=600 ℃ ，t2=25 ℃ 卡诺循环 ： tC =65.9%；实际：t =40%
2021/7/2
20
§2.9 熵与克劳修斯不等式
§2.9.1 熵的引入
1、卡诺循环的Q/T
T
Q1
T1
2021/7/2
T
Q1
T1
T1
A
T2
T2 Q2
S1
Q’1
B
Q’2
S2
S
17
卡诺定理的意义
1、从理论上确定了通过热机循环，实现热能 转变为机械能的条件。
2、指出了提高热机热效率的方向，是研究热 机性能不可缺少的准绳。
对热力学第二定律的建立具有重大意义。
2021/7/2
18
卡诺定理应用举例
该循环能否实现？
1、自发过程都是具有方向性的，不可逆的。
2、要使非自发过程得以进行，必须伴随一个 适当的自发过程作为补充条件
例：
1、热量：高温→ 低温：自发过程，不可逆
低温→高温：补充条件：W →Q（空调），自发
2、 W →Q ： 自发过程，不可逆

李崇祥主编_节能原理与技术_第2章


不可逆传热引起了损失 ，其值为： 1 1 I Ex ,Q, A Ex ,Q, B T0 T T Q B A 节能的实质就是尽可能地减少损失。 平衡方程式：
E X ,1 E X E X , 2 I
ΔEx I
第2章 节能原理
2.3 合理利用能量的原则 能量合理利用的原则：能量系统中能量在数量上保持平衡，在 质量上合理匹配。 总结： 1、热力学第一定律：能量转换与守恒定律。 2、热力学第二定律：克劳修斯说法：不可能把热从低温物体 传至高温物体而不引起其他变化，揭示能量“质”的属性。 3、能量合理利用的原则，就是要求能量系统中能量在数量上 保持平衡，在质量上合理匹配。 举例：假设环境温度为0℃，为使室内温度保持20 ℃，单位时 间内需向室内供热10kJ。如果采用电炉供暖，在没有外部损失的情
画在方框内， 若在体系外循 环，则在方框 外画一循环线 用方框表示热平衡 的对象，进出的能 量标于四周
外界供给的热量画于下面
第2章 节能原理
热力学第一定律的本质就是能量守恒和转换定律。 任何系统：能量守恒和转换定律可表示为：E1=ΔE+E2
ΔE
ΔE
热力系统：热力学第一定律可表示为： Q=ΔE+W 闭口系：与外界没有质量交换的热力系统。 开口系：与外界有质量交换的热力系统。 稳定流动系 ：其内流动不随时间变化的开口系 。 取一定体积内稳定流动的工质作为研究对象的热力系统，就是
第2章 节能原理
节能的目的是提高能量的利用效率 热力学第一定律：能量在“数量”上是守恒的，它既不会无故 （无中生有）产生，也不会无缘消失； 热力学第二定律：能量在“质量”上是有差异的，不同形式能 量间的转换存在“不等价”现象； 能量合理利用的原则，就是要求能量系统中的能量在数量上保 持平衡，在质量上合理匹配。 2.1 能量分析的基本概念 2.1.1 对能量的再认识 物理现象和实验告诉我们：能量在不同形式之间可以转换， 并且总量守恒。 描述能量的“数量”和“质量”上的转换规律总结为：热力 学第一定律和第二定律。

人教版高中物理《热力学第二定律》优秀PPT课件


四、永动机不可能制成 1、 第二类永动机
概念：从单一热源吸收热量，全部用来做功 而不引起其它变化。（马儿吃草全部消化吸收）
结果：无一例外地归于失败。 原因：违背了跟热现象相联系的宏观自然过 程具有方向性的规律（热力学第二定律）。
2、热力学第二定律的另一种表达：第二类永 动机是不可能造成的。
热力学第二定律得其他描述： 1、一切宏观自然过程的进行都具有方向性。 2、气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
即：热量不可能从低温物体传到高温物体而不产 生其他影响。
在整个自然界中，无论是他有生命的还是
无生命的，所有的宏观自发过程都具有单 向性，都有一定的方向性，都是一种不可 空想会想出很多绝妙的主意，但却办不成任何事情。
不大可能的事也许今天实现，根本不可能的事也许明天会实现。 我成功因为我志在成功！
逆过程。如河水向下流，重物向下落，山 再冷的石头，坐上三年也会暖。
如果我们想要更多的玫瑰花，就必须种植更多的玫瑰树。
岳被侵蚀，人的一生从婴儿到老年到死亡 辛勤的蜜蜂永没有时间悲哀。汽车坐垫布莱克
推销产品要针对顾客的心，不要针对顾客的头。 若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。
等。
机械能与内能转化的方向性的进一步讨论
热机：是一种把内能转化为机械能的装置。(汽油 机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等）
自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高．
（2）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。 按此设想就可制成一种无功致冷机，它无需消耗功就能致冷。
通过摩擦而使功转变为热的过程是不可逆的。
B．热量不可能由高温物体传递给低温物体 按此设想就可制成一种无功致冷机，它无需消耗功就能致冷。

热力学第二定律的微观解释 课件

地球最清洁的能源。
2.生物质能:生物质能是指绿色植物通过光合作用储存在生物
体内的太阳能,储存形式是生物分子的化学能。
3.风能和水能:利用风力发电是开发风能的重要形式。水的流
动具有能量,水电站是利用水能的重要形式。
对能源的认识
1.如何正确理解能量耗散和品质降低
(1)各种形式的能最终都转化为内能,流散到周围的环境中,分散
运行的物质基础,它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。
2.煤和石油等化石能源的大量使用,带来了严重的环境污染问
题,直接的污染是大气污染和水污染,引起的后果是温室效应和酸雨。
3.可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡,其中,最
重要的两个方面是资源和环境保护。
三、开发新能源
1.太阳能:太阳以其巨大的、无穷无尽的辐射能量的形式供给
的能源是人们努力的方向,利用潮汐发电即为一例。如图是利用潮
汐发电的简单示意图,左边为陆地和海湾,中间为大坝,其下有通道,
水经通道可带动发电机。涨潮时,水进入海湾,待内外水面高度相同,
堵住通道,如图甲所示;潮落至最低点时放水发电,如图乙所示;待内
外水面高度相同,再堵住通道,直到下次涨潮至最高点,又放水发电,
有新的利用方
式
新能源
能源分
类方法
按可否
再生分
按对环
境污染
情况分
能源分
类名称
可再生
能源
不可再
生能源
清洁能
源
污染能
源
特点
可循环使用
短期内无法转
换获得
对环境基本上
没有污染
会严重污染环
境
举例
水能、风能、生物质
能、地热能
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aq T0 s (273 27) (0.5505) 165.1(kJ / kg)
所获冷量的 为：
eq q T0 s 127.0 (165.1) 38.1(kJ / kg)
2.4.5 封闭系统的


定义：任一封闭系统从给定状态以可逆的方式转 变到环境状态，并只与环境交换热量时所能作出 的最大有用功。 能量：宏观动能、位能和内能。
环境状态下，c0＝0，z0＝0，积分得稳定流动系统的
为
e wA,max h h0 T0(s s0 ) c / 2 gz
2
相应的
为
a h0 T0(s s0 )
为
不考虑宏观动能和位能时，稳定流动系统的
e wA,max (h h0 ) T0(s s0 )
aq T0 s (273 27) 0.5619 168.6(kJ / kg)
所加热量中的 为：
eq q T0 s 301.2 168.6 132.6(kJ / kg)
(8)热量
和
例2－3（P44）在某一低温装置中将空气自600kPa 和27oC 定压预冷至－100oC，试求1kg空气所获冷量的 和 。 空气的平均定压比热容cp＝1.0kJ/(kg.K)。设环境的大 气温度为27oC。 解：空气获得的冷量为：
δm1
δm2
δW
Q m2 (h2 c 2 / 2 gz2 )
m1 (h1 c12 / 2 gz1 ) W dU 系统
式中
h u pv
稳定流动体系的系统能量衡算式
在稳定流动的条件下， dU系统＝0，δm1＝ δ m2
能量衡算式为
Q H mc 2 / 2 mgz W
卡诺定理的表述。WMAX=Q(1-T0/T) 熵的概念和孤立系统的熵增原理

卡诺定理
p A
●
T1
Q1，T1 B ●
●
Q1
可逆机
D T2，Q2 卡诺循环
W
●
C V
T2
-Q2
热机最大输出功
Wmax
T2 1 Q1 T 1
（T1>T2）
热力学第二定律的数学表达式
对一不可逆循环，如图A →B →A
0.0018 0.00052

其它元素以在T0、P0下纯态最稳定的物质作为基准物。
2.4.3 机械形式能量的

运动系统所具有的宏观动能和位能
c2/2,

gz
通过系统边界，发生体积变化对外做功
热机 (气缸) 环境压力：p0 -W
Ew ＝ W12 － p0 （V2－V1） Aw ＝ p0（V2 － V1）
当稳定流动体系进行一个化学反应过程时，其能量衡算式：
S Q / T S产
可逆时，ΔS产＝0，系统做出的最大有用功为
WA,max (H TS )
从反应物(1)到产物(2)，ΔS＝S2－S1， ΔH＝H2－H1，那么
WA,max (H TS ) [( H 2 TS 2 ) ( H1 TS1 )] (G2 G1 ) G
2.4.4热量的 和

T
δQ
可逆机
热机为例来说明
Q Q0 WA
Q
T dS产
δWA -δQ0
Q0
T0
T0
T0 WA Q Q T0dS产 T
WA Q T0
（T>T0）
（可逆 S产 0 ）
Q
T
T0 S产
(2)热量的
热量 热量
解：空气吸收的热量为：
q c p (T2 T1 ) 1.004(427 127) 301.2(kJ / kg)
空气在吸收热量过程中熵的变化为：
s c p ln( T2 / T1 ) 1.004 ln[( 273 427) /( 273 127)] 0.5619[( kJ /( kg K )] 所加热量中的 为：
化工节能 原理与技术
Chemical Process Energy Conservation
吴卫泽
北京化工大学
化学工程学院
第二章 节能的热力学原理
热力学原理：
能量 热力学第一定律 热力学第二定律

2.1 基本概念
热力系统 平衡状态 状态参数（温度、压力、比容和密度、内 能、焓、熵和 等）和状态方程 功和热 可逆过程
AQ T0 ( S 2 S1 )
(3)热量的

和
热源温度恒定：

T0 T0 EQ (1 )Q Q Q T T T0 AQ Q T 热源温度变化：
T0 EQ mc p (1 )T T T0 AQ mc p T T
(4)热量的
和
当系统温度低于环境温度 (T<T0) 时，热量 可以设想一个工作在环境和物系温度之间的可 逆热机 T T<T0 -δQ
AQ Q EQ T0
Q
T
T<T0
T -δQ
可逆机
δWA
体系得到热量（Q>0)时， （EQ<0）； 体系放出热量（Q<0)时， （EQ>0）
减小
增大
δQ0 T0
(5)热量的

和
和 在T－S图
温度低于环境温度时，热量 上的表示
EQ Q
(6)热量
单位热量的
EQ /Q
和
T0 EQ (1 )Q T
2.4.6 稳定流动系统的
稳定物流从一给定的状态经开口系统，以可逆的方式 转变到环境状态，并且只与环境交换热量时，所能做 出的最大有用功，称为稳定流动系统的 。 稳定流动的能量方程
q0 dh dc 2 / 2 gdz wA
熵方程
q0 / T0＝ds
为
因此，稳定流动的系统的
de wA,max dh T0ds dc 2 / 2 gdz

2.2 能量与热力学第一定律
输入系统的能量－输出系统的能量 ＝ 系统储存能量的变化
闭口系统能量衡算
ΔU ＝ Q - W
单位质量形式 微分形式
Δu ＝ q － w
du ＝ δq － δ w
2.2 能量与热力学第一定律
输入系统的能量－输出系统的能量 ＝ 系统储存能量的变化 一般开口系统的能量衡算式： δQ
由给定的状态到环境状态积分得
e wA,max u u0 p0(v v0 ) T0(s s0 )
封闭系统的 为
a u e u0 p0(v v0 ) T0(s s0 )
封闭系统从状态1 到状态2 所能作得最大有用功：
wA,max e1 e2 (u1 u2 ) p0(v1 v2 ) T0(s1 s2 )
和
对于可逆热机，ΔS产＝0，那么
EQ WA,max Q T0 Q / T (1 T0 / T )Q
AQ Q WA,max T0 Q / T
S S 2 S1 Q / T
可逆过程
热量
EQ Q T0 ( S 2 S1 )
热量
宏观动能和位能
内能 的计算如下：
p、T、u、s
δq
可逆
p0、T0、u0、s0
封闭系统在此过程中的能量方程为： q 在可逆过程中
du p0dv wA,max
ds q/T0 即： q T0ds
因此，封闭系统的
de wA,max du p0dv T0ds
为
熵增原理及平衡的熵判据
绝热过程，δQ=0，则有
S绝热 0 或 dS绝热
孤立系统，δQ=0，则有
不可逆 0 可逆 自发 0 平衡
S孤立 0 或 dS孤立
熵增加原理：系统经绝热过程由一状态到达另一状态， 熵值不减少；自发变化的结果，必使孤立系统的熵增加 (孤立系统中可以发生的实际过程都是自发过程) 方向：孤立系统的熵增加 限度：孤立系统熵值达到最大——平衡态
可逆机
δWA
δQ0 T0
(4)热量的
Q0 Q WA
Q0
T0
和
Q
T
T<T0 T -δQ
可逆机
T0 WA Q Q T
WA Q T0
δWA
Q
T
δQ0 T0
(4)热量的
和
当系统温度低于环境温度 (T<T0) 时，
和 的表达式为：
T0 EQ (1 )Q T
从状态1 到状态2 所能完成的最大有用功 为
2 wA,max e1 e2 h1 h2 T0(s1 s2 ) (c12 c2 ) / 2 g ( z1 z2 )
2.4.7 化学反应的最大有用功(
Q H WA
温度(T)一定时，化学反应系统的熵的方程为：
)
与温度的关系
T≥T0，热量 小于热量； T<T0，冷量 可以小于、等于、 甚至大于热量本身。 温差传热要引起 损失，在温差相同、传热量相同条 件下，低温时的 损失，要比高温时大得多。
(7)热量

和
例2－2（P43）把100kPa、127oC的1kg空气可逆加热到 427oC，试求所加热量中的 和 。空气的平均定压比 热容cp＝1.004kJ/(kg.K)。设环境的大气温度为27oC。
有：
B
Qir
T
A

A
Qr
T
B
（不可逆循环） 0
A T T B Q Q 不可逆 得：S 或 dS A T T 可逆 A