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1、第二章节能的热力学原理第1页，本讲稿共57页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第2页，本讲稿共57页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U Q-Wdu q w微分形式u q w单位质量形式第3页，本讲稿共57页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QWm1m2一般开口系统的能量衡算式：式中第4页，本讲稿共57页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，m1 m2能量衡算式为对于单位质量为对于多股物质流进出开口
2、体系时第5页，本讲稿共57页热力学第二定律的表述克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量使之完全变为有用功而不产生其它影响。普朗克说法：不可能制造一个机器，使之在循环动作中把一重物升高，而同时使一热源冷却。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 2.3 和热力学第二定律第6页，本讲稿共57页卡诺定理可逆机Q1-Q2WT2T1（T1T2）pVQ1，T1T2，Q2ABCD卡诺循环热机最大输出功第7页，本讲稿共57页热力学第二定律的数学表达式热力学第二定律的数学表达式 对一不可逆循环，如图对一不可逆循环，如
3、图A B AABirr得：得：不可逆不可逆可逆可逆 热力学第二定律的数学表达式热力学第二定律的数学表达式可逆 S产0不可逆 S产 0第8页，本讲稿共57页熵增原理及平衡的熵判据 绝热过程，绝热过程，Q=0，则有，则有不可逆不可逆可逆可逆 孤立系统，孤立系统，Q=0，则有，则有自发自发平衡平衡熵增加原理熵增加原理：系统经绝热过程由一状态到达另一状态，熵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值不减少；自发变化的结果，必使孤立系统的熵增加(孤孤立系统中可以发生的实际过程都是自发过程立系统中可以发生的实际过程都是自发过程)方向：方向：孤立系统的熵增加孤立系
4、统的熵增加限度：限度：孤立系统熵值达到最大孤立系统熵值达到最大平衡态平衡态第9页，本讲稿共57页2.4 能量的 计算 第10页，本讲稿共57页2.4.1 yong(Exergy)和 wu(Anergy)的提出能量的分类（不同形式的能量之间的转化）第一类，具有完全转换能力的能量，如机械能、电能等第二类，具有部分转换能力的能量，如热能和物质的内能或焓等第三类，完全不具有转换能力的能量，如处于环境状态下的热能等nyong 把在周围环境条件下，任一形式的能量中理论上能够转换为有用功的那部分能量nwu 能量中不能够转化为有用功的那部分能量能量 第11页，本讲稿共57页2.4.2物系与环境的基准状态物理基
5、准态基准温度，环境温度，T0298.15K（25oC）基准压力，环境压力，p01atm基准相态化学基准态 化学能量（）是由于系统的组成物质及成分与环境不同而引起的。基准物 基准物是在环境状态下处于平衡的、最稳定的物质。基准物的特点（1）每种元素都有其相应的基准物；（2）环境（大气、海洋、地表）中能存在的物质；（3）基准物之间不可能发生任何自发的化学变化；（4）各种基准物都应是相应元素的最稳定物质，其能量值（）为0。第12页，本讲稿共57页例如：龟山吉田模型基准温度，环境温度，T0298.15K（25oC）基准压力，环境压力，p01atm大气中气态基准物组成：其它元素以在T0、P0下纯态最稳定的
6、物质作为基准物。组分N2O2H2OCO2ArNeHe组成75.6020.343.120.030.910.00180.00052环境基准状态的环境模型：斯蔡古特模型、龟山吉田模型第13页，本讲稿共57页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热机热机(气缸气缸)-W环境压力：环境压力：p0通过系统边界，发生体积变化对外做功Ew W12 p0（V2V1）Aw p0（V2 V1）第14页，本讲稿共57页 2.4.4热量的 和热机为例来说明（可逆 ）可逆机Q-Q0WAT0T（TT0）第15页，本讲稿共57页(2)热量的 和热量热量可逆过程热量热量对于可逆热机，S产0，那么
7、第16页，本讲稿共57页热源温度恒定：(3)热量的 和热源温度变化：第17页，本讲稿共57页当当系统温度低于环境温度系统温度低于环境温度(TT(TT0 0)时，热量时，热量 可以设想一个工作在环境和物系温度之间可以设想一个工作在环境和物系温度之间的可逆热机的可逆热机可逆机-Q Q0WAT0TTT0(4)热量的 和第18页，本讲稿共57页可逆机-Q Q0WAT0TTT0(4)热量的 和 第19页，本讲稿共57页当当系统温度低于环境温度系统温度低于环境温度(TT(TT0 0)时，时，可逆机-Q Q0WAT0TT0)时，减小（EQ0）；体系放出热量（Q0）第20页，本讲稿共57页温度低于环境温度时，
8、热量 和 在TS图上的表示EQQ(5)热量的 和第21页，本讲稿共57页单位热量的单位热量的 与温度的关系与温度的关系l TT0，热量 小于热量；T10.3 kPa 21 oC第54页，本讲稿共57页第55页，本讲稿共57页本章总结热力学第一定律（复习）热力学第一定律（复习）热力学第二定律（复习）热力学第二定律（复习）函数函数能量转化过程中能量转化过程中的损失与的损失与的平衡的平衡过程与系统的过程与系统的评价指标评价指标损失的可避免程度损失的可避免程度第56页，本讲稿共57页作业1.我们日常生活中的能量主要从那儿来？可再生否？举几例说明。2.用氢气燃烧发电，（1）用氢气和氧气燃烧产生热能，将水加热到高温，然后推动透平，透平再带动发动机发电；（2）氢气和氧气在电化学电池中转化为电能。比较这两种方案的发电效率、和 损失。3.试用 龟山吉田 环境模型求H2气体的标准化学 。第57页，本讲稿共57页