工程热力学 课件 第五章 热力学第二定律

第五章热力学第二定律5-1热力学第二定律自然过程的方向性功热转化：功可以自动转化为热，热不可能全部无条件地转化为功有限温差传热：热量总是自动地从高温物体传向低温物体自由膨胀：气体能够自动进行无阻膨胀混合过程：所有的混合过程都是不可逆过程，使混合物中各组分分离要花代价：耗功或耗热第五章热力学第二定律5-1热力学第二定律1耗散效应和有限势差作用下的非准平衡变化是造成过程不可逆的两大因素自发过程：自然过程中凡是能够独立地、无条件自动进行的过程称为自发过程非自发过程：不能独立地自动进行而需要外界帮助作为补充条件的过程称为非自发过程不可逆是自发过程的重要特征和属性耗散效应和有限势差作用下的非准平衡变化是造成过程不可逆的两大2热力学第二定律的表述热力学第二定律是阐明与热现象相关的各种过程进行的方向、条件及限度的定律热力学第二定律的克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体热力学第二定律的开尔文说法：不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下其它任何变化的热力发动机热力学第二定律还可以表述为：第二类永动机是不存在的热力学第二定律的表述35-2可逆循环分析及其热效率卡诺循环卡诺循环是工作于温度分别为T1和T2的两个热源之间的正向循环，由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成循环热效率为

对理想气体可逆定温过程a-b、c-d得，5-2可逆循环分析及其热效率4d-a为绝热压缩；a-b为定温吸热；b-c为绝热膨胀；c-d为定温放热d-a为绝热压缩；a-b为定温吸热；b-c为绝热膨胀；c-d5对于绝热过程b-c、d-a可写出，故整理得卡诺循环的热效率只决定于高温热源和低温热源的温度T1、T2，提高T1降低T2，可以提高热效率对于绝热过程b-c、d-a可写出6卡诺循环的热效率只能小于1，不可能等于1或大于1。循环发动机即使在理想情况下也不可能将热能全部转化为机械能当T1=T2时，循环热效率ηc=0。热能产生动力一定要有温度差作为热力学条件，借助单一热源连续作功的机器是制造不出的卡诺循环及其热效率公式奠定了热力学第二定律的理论基础，为提高各种热动力机热效率指出了方向选用以气体为工质的卡诺循环的困难在于受设备限制及气体定温过程不易实现卡诺循环的热效率只能小于1，不可能等于1或大于1。循环发动机7概括性卡诺循环概括性卡诺循环是工作于两个恒温热源间的极限回热循环，由两个可逆定温过程和两个同类型的其它可逆过程组成概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环相同回热：利用工质排出的部分热量来加热工质本身的方法称为回热，是提高热效率的有效方法概括性卡诺循环8工程热力学课件第五章热力学第二定律9逆向卡诺循环逆向卡诺循环：按与卡诺循环相同的路线而循反方向进行的循环即逆向卡诺循环逆向卡诺制冷循环的制冷系数为逆向卡诺热泵循环的供暖系数为对于制冷循环，环境温度T1低，冷库温度T2高，则制冷系数大；对于热泵循环，环境温度T2高，室内温度T1低，则供暖系数大，且ε'总大于1逆向卡诺循环10工程热力学课件第五章热力学第二定律11多热源的可逆循环热源多于两个的可逆循环，其热效率低于同温限间工作的卡诺循环工作在T1=Th、T2=Tl下的多热源可逆循环的热效率卡诺循环的热效率由于q1'<q1，q2'>q2，所以ηt<ηc多热源的可逆循环12工程热力学课件第五章热力学第二定律13引入平均温度概念也可得到相同结论T-s图上的热量以当量矩形面积代替时的矩形高度即平均温度

由于，，所以ηt<ηc工作于两个热源间的一切可逆循环（包括卡诺循环）的热效率高于相同温限间多热源的可逆循环

引入平均温度概念也可得到相同结论145-3卡诺定理定理一在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质也无关证明过程：设有两台可逆机A和B，在相同的高温热源T1和低温热源T2间工作，吸热量同为Q1，循环净功分别为，热效率分别为，5-3卡诺定理15

若假定ηA>ηB，令B反向运行，可得循环总效果相当于取出低温热源的热量(Q2B-Q2A)转化为功(WA-WB)，违反热力学第二定律的开尔文说法若假定ηB>ηA，也可得类似结论因此定理二在温度同为T1的热源和温度同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环证明过程：设A为不可逆机，B是可逆机，令A正向循环带动B逆向循环若ηA'>ηB，得出的结论违反热力学第二定律

若ηA'=ηB，得出的结论与A是不可逆机的假设矛盾若假定ηA>ηB，令B反向运行，可得16因此，ηA'<ηB因此，ηA'<ηB17有关热效率的重要结论在两个热源间工作的一切可逆循环热效率都相同，与工质性质无关，只决定于热源和冷源的温度，热效率温度界限相同，但具有两个以上热源的可逆循环，其热效率低于卡诺循环不可逆循环的热效率必定小于同样条件下的可逆循环有关热效率的重要结论18工程热力学课件第五章热力学第二定律19工程热力学课件第五章热力学第二定律205-4熵参数、热过程方向的判据状态参数熵的导出克劳修斯积分等式用一组可逆绝热线将一个任意工质进行的任意可逆循环分割成无穷多个微元循环，每个小循环都是微元卡诺循环，热效率为即采用代数值得对全部微元卡诺循环积分求和得5-4熵参数、热过程方向的判据21改写为即或任意工质经任一可逆循环，微小量沿循环的积分为零状态参数熵δQrev为可逆过程的换热量，Tr为热源温度，由于过程可逆，Tr也等于工质温度T工程热力学课件第五章热力学第二定律22工程热力学课件第五章热力学第二定律231kg工质的比熵变由于所以故1kg工质的比熵变24热力学第二定律的数学表达式克劳修斯积分不等式用一组可逆绝热线将一个不可逆循环分割成无穷多个微元循环，其中部分为微元卡诺循环，部分为微元不可逆循环，不可逆循环的热效率故

可推得工质经过任意不可逆循环，微量沿整个循环的积分必小于零热力学第二定律的数学表达式25工程热力学课件第五章热力学第二定律26热力学第二定律的数学表达式

克劳修斯积分等于零为可逆循环，小于零

为不可逆循环，而大于零的循环则不能实现工质由平衡状态1分别经可逆过程1-B-2和不可逆过程1-A-2到达平衡状态2，对可逆过程1-B-2对不可逆循环1-A-2-B-1应用克劳修斯积分不等式，得热力学第二定律的数学表达式27工程热力学课件第五章热力学第二定律28或故即用于判断热力过程是否可逆热力学第二定律数学表达式的积分形式

29任何不可逆过程的熵变大于，极限状况（可

逆）时相等，不可能出现小于的过程对于1kg工质用于判断微元过程是否可逆热力学第二定律数学表达式，以上各式中的δQ表示系统与外界间实际微元传热量，Tr为热源温度任何不可逆过程的熵变大于30不可逆绝热过程分析绝热过程，无论是否可逆，均有δQ=0代入判别式有或对可逆绝热过程，有，，对不可逆绝热过程，有，，可逆绝热过程中熵不变，为定熵过程；不可逆绝热过程中，工质的熵必定增大闭口系绝热膨胀过程，，，不可逆绝热过程分析31工程热力学课件第五章热力学第二定律32熵产由耗散热产生的熵增量叫做熵产，以Sg表示内部存在不可逆耗散效应是绝热闭口系熵增大的唯一原因，其熵变量等于熵产，即，熵产是过程不可逆程度的量度熵产只可能是正值，极限情况（可逆过程）为零相对熵及熵变量计算绝对熵：热力学温度0K时纯物质的熵为零，以此为起点的熵称为绝对熵熵产33相对熵：人为规定一个参照状态（基准点）下的熵值S基准点=0（或等于某一定值），从而得出的熵的相对值称为相对熵

p、T状态下的比相对熵为

理想气体选择标准状态时的熵为零，水和水蒸气取三相点时液态水的熵为零相对熵：人为规定一个参照状态（基准点）下的熵值S基准点=0（34熵变量计算计算熵变量的原则方法

若有相变过程，则若工质为水和水蒸气，则熵变量计算35工程热力学课件第五章热力学第二定律36工程热力学课件第五章热力学第二定律37工程热力学课件第五章热力学第二定律38工程热力学课件第五章热力学第二定律39工程热力学课件第五章热力学第二定律40工程热力学课件第五章热力学第二定律415-5熵增原理孤立系熵增原理孤立系统任何一个热力系连同与其相互作用的一切物体组成一个复合系统，不再与外界有任何形式的能量交换和质量交换，该复合系统为孤立系统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5-5熵增原理42工程热力学课件第五章热力学第二定律43单纯的传热过程

孤立系中有物体A和B，温度分别为TA和TBTA>TB，A放热，B吸热若为无限小温差传热，TA=TB，则有限温差传热，热量由高温物体传向低温物体是不可逆过程，同温传热为可逆过程单纯的传热过程44热转化为功通过两个温度为T1、T2的恒温热源间工作的热机实现热能转化为功

热机进行可逆循环时，，热机进行不可逆循环时，，热转化为功45耗散功转化为热由于摩擦等耗散效应而损失的机械功称为耗散功孤立系内部存在不可逆耗散效应时，耗散功Wl转化为耗散热Qg，它由某个物体吸收，引起熵增大，称为熵产Sg孤立系的熵增等于不可逆损失造成的熵产孤立系统内只要有机械功不可逆地转化为热能，系统的熵必定增大耗散功转化为热46作功能力损失耗散功转化的热能如果全部被一个与环境温度T0相同的物体吸收，它将不再具有作出有用功的能力，作功能力损失以I表示，dI=δWl，因而熵增原理只适用于孤立系统，对于非孤立系，或者孤立系中某个物体，它们的熵可能增大，可能不变，也可能减小作功能力损失47熵增原理的实质熵增原理阐明了过程进行的方向实际的热力过程总是朝着使系统总熵增大的方向进行，熵增原理指出了热过程进行的限度孤立系统总熵达到最大值时过程停止进行，系统达到平衡状态，熵增原理揭示了热过程进行的条件如果某一过程的进行会使孤立系总熵减小，则该过程不能单独进行，除非有熵增大的过程作为补偿，使孤立系总熵增大，或至少保持不变熵增原理的实质48热力学第二定律数学表达式及适用范围循环过程闭口系统绝热闭口系孤立系统热力学第二定律数学表达式及适用范围49工程热力学课件第五章热力学第二定律50工程热力学课件第五章热力学第二定律51工程热力学课件第五章热力学第二定律525-6熵方程闭口系（控制质量）熵方程闭口系的热力学第二定律关系式不可逆因素造成的熵产或由热流引起的熵变称为热熵流，用δSf,Q表示因而控制质量的熵变等于熵流和熵产之和5-6熵方程53开口系（控制体积）熵方程开口系熵方程控制体积、热源、物质源共同组成一个孤立系统孤立系的熵变包括控制体积的熵变dSCV，热源熵变δQr/Tr及物质源熵变seδme-siδmi，孤立系熵变等于熵产，则或开口系（控制体积）熵方程54工程热力学课件第五章热力学第二定律55控制体积的熵变等于熵流与熵产之和，熵流包括热熵流和质熵流，熵流与熵产都是过程量在△τ时间内则有

对于稳定流动体系，dSCV=0，δmi=δme=m，则

△τ时间内流入质量为m的工质时，则1kg工质则为对于绝热稳定流动系，则有

控制体积的熵变等于熵流与熵产之和，熵流包括热熵流和质熵56工程热力学课件第五章热力学第二定律57工程热力学课件第五章热力学第二定律58工程热力学课件第五章热力学第二定律59工程热力学课件第五章热力学第二定律60工程热力学课件第五章热力学第二定律61工程热力学课件第五章热力学第二定律62工程热力学课件第五章热力学第二定律635-7参数的基本概念热量能量的可转换性、和能量有品质的差别，功是比热品质更高的能量环境：抽象概念，具有稳定的p0、T0及确定的化学组成，任何热力系与其交换热量、功量和物质，它都不会改变：在环境条件下，能量中可转化为有用功的最高份额称为该能量的(exergy)或者：热力系只与环境相互作用，从任意状态可逆地变化到与环境相平衡状态时，作出的最大有用功称为该热力系的5-7参数的基本概念热量64在环境条件下不可能转化为有用功的那部分能量称为(anergy)闭口系工质可作出的最大有用功称为闭口系工质的热力学能稳流工质可作出的最大有用功称为稳流工质的焓任何能量E都由(Ex)和(An)两部分组成E=Ex+

An在环境条件下不可能转化为有用功的那部分能量称为(65热量和冷量热量：温度为T0的环境条件下，系统(T>T0)所提供的热量中可转化为有用功的最大值就是热量，用Ex,Q表示设想一系列微元卡诺机在系统与环境之间工作，每一卡诺循环作出的循环净功，即系统提供的热量δQ中的热量δEx,Q为

热量为热量和冷量66工程热力学课件第五章热力学第二定律67Q的热量为循环工质对过程积分，即

过程可逆，则有所以若系统以恒温T供热，则热量和热量为Q的热量为循环工质对过程积68同样大小的热量，供热温度愈高，则△S1-2愈小，An,Q愈小，Ex,Q愈大热量是过程量，由于T>T0，Ex,Q与Q方向相同，系统放出了热量Q的同时也放出了热量冷量：温度低于环境温度T0的系统(T<T0)，吸入热量Q0时作出的最大有用功称为冷量，用Ex,Q0表示简单恒温系统吸热，环境为热源，系统为冷源，设想一可逆卡诺机，冷量为同样大小的热量，供热温度愈高，则△S1-2愈小，An,Q愈小69

由循环的能量守恒关系式得冷量为系统从环境的吸热量，即△S为系统吸热时的熵变因而对于T<T0的变温系统，可导出冷量由循环的能量守恒关系式70冷量：系统温度低于环境温度T0(T<T0)时，从系统(冷源)获得冷量Q0，外界消耗一定量的功，将Q0连同消耗的功一起转移到环境中去，在可逆条件下外界消耗的最小功即为冷量，用Ex,Q0表示按逆卡诺循环

或

冷量：系统温度低于环境温度T0(T<T0)时，71冷量：是为获取冷量Q0而必须传给环境的能量Q，此能量不能再转化为，用An,Q0表示由热力学第一定律即Ex,Q0与Q0方向相同，系统吸热放出冷量并对外作功，系统放热得到冷量，外界提供最小有用功冷量：是为获取冷量Q0而必须传给环境的能量Q，此72工程热力学课件第五章热力学第二定律73T=T0时，Ex,Q/Q=0，热量为零T>T0时，Ex,Q/Q随着T的增大而增大，变化逐渐平缓T→∞时，Ex,Q/Q→1，但永远小于1T<T0时，随着T的减小增大

T0/2<T<T0时，<1，冷量数量上小于热量T<T0/2时，>1，并随着T的减小急剧增大，冷

量在数量上可以大于热量本身T=T0时，Ex,Q/Q=0，热量为零74工程热力学课件第五章热力学第二定律75孤立系中熵增与损失，能量贬值原理Gouy-Stodla公式（G-S式）设有两个恒温体系A和B，TA>TB，体系A放出的热量Q中的热量为体系B放出的热量Q中的热量为工程热力学课件第五章热力学第二定律76孤立系中因不可逆传热而引起的损失I为孤立系因不可逆传热引起的熵增大为孤立系熵增等于熵产，故G-S式表明，环境温度T0一定时，孤立系统损失与其熵增成正比。该式为普适公式工程热力学课件第五章热力学第二定律77工程热力学课件第五章热力学第二定律78

由于所以孤立系的损失等于增能量贬值原理孤立系统中进行热力过程时只会减小不会增大，极限情况下（可逆过程）保持不变，即减少损失（有限度地）是合理用能及节能的指导方向由于79工程热力学课件第五章热力学第二定律80工程热力学课件第五章热力学第二定律81工程热力学课件第五章热力学第二定律82工程热力学课件第五章热力学第二定律83工程热力学课件第五章热力学第二定律84工程热力学课件第五章热力学第二定律85工程热力学课件第五章热力学第二定律86工程热力学课件第五章热力学第二定律87第五章热力学第二定律5-1热力学第二定律自然过程的方向性功热转化：功可以自动转化为热，热不可能全部无条件地转化为功有限温差传热：热量总是自动地从高温物体传向低温物体自由膨胀：气体能够自动进行无阻膨胀混合过程：所有的混合过程都是不可逆过程，使混合物中各组分分离要花代价：耗功或耗热第五章热力学第二定律5-1热力学第二定律88耗散效应和有限势差作用下的非准平衡变化是造成过程不可逆的两大因素自发过程：自然过程中凡是能够独立地、无条件自动进行的过程称为自发过程非自发过程：不能独立地自动进行而需要外界帮助作为补充条件的过程称为非自发过程不可逆是自发过程的重要特征和属性耗散效应和有限势差作用下的非准平衡变化是造成过程不可逆的两大89热力学第二定律的表述热力学第二定律是阐明与热现象相关的各种过程进行的方向、条件及限度的定律热力学第二定律的克劳修斯说法：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体热力学第二定律的开尔文说法：不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下其它任何变化的热力发动机热力学第二定律还可以表述为：第二类永动机是不存在的热力学第二定律的表述905-2可逆循环分析及其热效率卡诺循环卡诺循环是工作于温度分别为T1和T2的两个热源之间的正向循环，由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成循环热效率为

对理想气体可逆定温过程a-b、c-d得，5-2可逆循环分析及其热效率91d-a为绝热压缩；a-b为定温吸热；b-c为绝热膨胀；c-d为定温放热d-a为绝热压缩；a-b为定温吸热；b-c为绝热膨胀；c-d92对于绝热过程b-c、d-a可写出，故整理得卡诺循环的热效率只决定于高温热源和低温热源的温度T1、T2，提高T1降低T2，可以提高热效率对于绝热过程b-c、d-a可写出93卡诺循环的热效率只能小于1，不可能等于1或大于1。循环发动机即使在理想情况下也不可能将热能全部转化为机械能当T1=T2时，循环热效率ηc=0。热能产生动力一定要有温度差作为热力学条件，借助单一热源连续作功的机器是制造不出的卡诺循环及其热效率公式奠定了热力学第二定律的理论基础，为提高各种热动力机热效率指出了方向选用以气体为工质的卡诺循环的困难在于受设备限制及气体定温过程不易实现卡诺循环的热效率只能小于1，不可能等于1或大于1。循环发动机94概括性卡诺循环概括性卡诺循环是工作于两个恒温热源间的极限回热循环，由两个可逆定温过程和两个同类型的其它可逆过程组成概括性卡诺循环的热效率与卡诺循环相同回热：利用工质排出的部分热量来加热工质本身的方法称为回热，是提高热效率的有效方法概括性卡诺循环95工程热力学课件第五章热力学第二定律96逆向卡诺循环逆向卡诺循环：按与卡诺循环相同的路线而循反方向进行的循环即逆向卡诺循环逆向卡诺制冷循环的制冷系数为逆向卡诺热泵循环的供暖系数为对于制冷循环，环境温度T1低，冷库温度T2高，则制冷系数大；对于热泵循环，环境温度T2高，室内温度T1低，则供暖系数大，且ε'总大于1逆向卡诺循环97工程热力学课件第五章热力学第二定律98多热源的可逆循环热源多于两个的可逆循环，其热效率低于同温限间工作的卡诺循环工作在T1=Th、T2=Tl下的多热源可逆循环的热效率卡诺循环的热效率由于q1'<q1，q2'>q2，所以ηt<ηc多热源的可逆循环99工程热力学课件第五章热力学第二定律100引入平均温度概念也可得到相同结论T-s图上的热量以当量矩形面积代替时的矩形高度即平均温度

由于，，所以ηt<ηc工作于两个热源间的一切可逆循环（包括卡诺循环）的热效率高于相同温限间多热源的可逆循环

引入平均温度概念也可得到相同结论1015-3卡诺定理定理一在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等，与可逆循环的种类无关，与采用哪一种工质也无关证明过程：设有两台可逆机A和B，在相同的高温热源T1和低温热源T2间工作，吸热量同为Q1，循环净功分别为，热效率分别为，5-3卡诺定理102

若假定ηA>ηB，令B反向运行，可得循环总效果相当于取出低温热源的热量(Q2B-Q2A)转化为功(WA-WB)，违反热力学第二定律的开尔文说法若假定ηB>ηA，也可得类似结论因此定理二在温度同为T1的热源和温度同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环，其热效率必小于可逆循环证明过程：设A为不可逆机，B是可逆机，令A正向循环带动B逆向循环若ηA'>ηB，得出的结论违反热力学第二定律

若ηA'=ηB，得出的结论与A是不可逆机的假设矛盾若假定ηA>ηB，令B反向运行，可得103因此，ηA'<ηB因此，ηA'<ηB104有关热效率的重要结论在两个热源间工作的一切可逆循环热效率都相同，与工质性质无关，只决定于热源和冷源的温度，热效率温度界限相同，但具有两个以上热源的可逆循环，其热效率低于卡诺循环不可逆循环的热效率必定小于同样条件下的可逆循环有关热效率的重要结论105工程热力学课件第五章热力学第二定律106工程热力学课件第五章热力学第二定律1075-4熵参数、热过程方向的判据状态参数熵的导出克劳修斯积分等式用一组可逆绝热线将一个任意工质进行的任意可逆循环分割成无穷多个微元循环，每个小循环都是微元卡诺循环，热效率为即采用代数值得对全部微元卡诺循环积分求和得5-4熵参数、热过程方向的判据108改写为即或任意工质经任一可逆循环，微小量沿循环的积分为零状态参数熵δQrev为可逆过程的换热量，Tr为热源温度，由于过程可逆，Tr也等于工质温度T工程热力学课件第五章热力学第二定律109工程热力学课件第五章热力学第二定律1101kg工质的比熵变由于所以故1kg工质的比熵变111热力学第二定律的数学表达式克劳修斯积分不等式用一组可逆绝热线将一个不可逆循环分割成无穷多个微元循环，其中部分为微元卡诺循环，部分为微元不可逆循环，不可逆循环的热效率故

可推得工质经过任意不可逆循环，微量沿整个循环的积分必小于零热力学第二定律的数学表达式112工程热力学课件第五章热力学第二定律113热力学第二定律的数学表达式

克劳修斯积分等于零为可逆循环，小于零

为不可逆循环，而大于零的循环则不能实现工质由平衡状态1分别经可逆过程1-B-2和不可逆过程1-A-2到达平衡状态2，对可逆过程1-B-2对不可逆循环1-A-2-B-1应用克劳修斯积分不等式，得热力学第二定律的数学表达式114工程热力学课件第五章热力学第二定律115或故即用于判断热力过程是否可逆热力学第二定律数学表达式的积分形式

116任何不可逆过程的熵变大于，极限状况（可

逆）时相等，不可能出现小于的过程对于1kg工质用于判断微元过程是否可逆热力学第二定律数学表达式，以上各式中的δQ表示系统与外界间实际微元传热量，Tr为热源温度任何不可逆过程的熵变大于117不可逆绝热过程分析绝热过程，无论是否可逆，均有δQ=0代入判别式有或对可逆绝热过程，有，，对不可逆绝热过程，有，，可逆绝热过程中熵不变，为定熵过程；不可逆绝热过程中，工质的熵必定增大闭口系绝热膨胀过程，，，不可逆绝热过程分析118工程热力学课件第五章热力学第二定律119熵产由耗散热产生的熵增量叫做熵产，以Sg表示内部存在不可逆耗散效应是绝热闭口系熵增大的唯一原因，其熵变量等于熵产，即，熵产是过程不可逆程度的量度熵产只可能是正值，极限情况（可逆过程）为零相对熵及熵变量计算绝对熵：热力学温度0K时纯物质的熵为零，以此为起点的熵称为绝对熵熵产120相对熵：人为规定一个参照状态（基准点）下的熵值S基准点=0（或等于某一定值），从而得出的熵的相对值称为相对熵

p、T状态下的比相对熵为

理想气体选择标准状态时的熵为零，水和水蒸气取三相点时液态水的熵为零相对熵：人为规定一个参照状态（基准点）下的熵值S基准点=0（121熵变量计算计算熵变量的原则方法

若有相变过程，则若工质为水和水蒸气，则熵变量计算122工程热力学课件第五章热力学第二定律123工程热力学课件第五章热力学第二定律124工程热力学课件第五章热力学第二定律125工程热力学课件第五章热力学第二定律126工程热力学课件第五章热力学第二定律127工程热力学课件第五章热力学第二定律1285-5熵增原理孤立系熵增原理孤立系统任何一个热力系连同与其相互作用的一切物体组成一个复合系统，不再与外界有任何形式的能量交换和质量交换，该复合系统为孤立系统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5-5熵增原理129工程热力学课件第五章热力学第二定律130单纯的传热过程

孤立系中有物体A和B，温度分别为TA和TBTA>TB，A放热，B吸热若为无限小温差传热，TA=TB，则有限温差传热，热量由高温物体传向低温物体是不可逆过程，同温传热为可逆过程单纯的传热过程131热转化为功通过两个温度为T1、T2的恒温热源间工作的热机实现热能转化为功

热机进行可逆循环时，，热机进行不可逆循环时，，热转化为功132耗散功转化为热由于摩擦等耗散效应而损失的机械功称为耗散功孤立系内部存在不可逆耗散效应时，耗散功Wl转化为耗散热Qg，它由某个物体吸收，引起熵增大，称为熵产Sg孤立系的熵增等于不可逆损失造成的熵产孤立系统内只要有机械功不可逆地转化为热能，系统的熵必定增大耗散功转化为热133作功能力损失耗散功转化的热能如果全部被一个与环境温度T0相同的物体吸收，它将不再具有作出有用功的能力，作功能力损失以I表示，dI=δWl，因而熵增原理只适用于孤立系统，对于非孤立系，或者孤立系中某个物体，它们的熵可能增大，可能不变，也可能减小作功能力损失134熵增原理的实质熵增原理阐明了过程进行的方向实际的热力过程总是朝着使系统总熵增大的方向进行，熵增原理指出了热过程进行的限度孤立系统总熵达到最大值时过程停止进行，系统达到平衡状态，熵增原理揭示了热过程进行的条件如果某一过程的进行会使孤立系总熵减小，则该过程不能单独进行，除非有熵增大的过程作为补偿，使孤立系总熵增大，或至少保持不变熵增原理的实质135热力学第二定律数学表达式及适用范围循环过程闭口系统绝热闭口系孤立系统热力学第二定律数学表达式及适用范围136工程热力学课件第五章热力学第二定律137工程热力学课件第五章热力学第二定律138工程热力学课件第五章热力学第二定律1395-6熵方程闭口系（控制质量）熵方程闭口系的热力学第二定律关系式不可逆因素造成的熵产或由热流引起的熵变称为热熵流，用δSf,Q表示因而控制质量的熵变等于熵流和熵产之和5-6熵方程140开口系（控制体积）熵方程开口系熵方程控制体积、热源、物质源共同组成一个孤立系统孤立系的熵变包括控制体积的熵变dSCV，热源熵变δQr/Tr及物质源熵变seδme-siδmi，孤立系熵变等于熵产，则或开口系（控制体积）熵方程141工程热力学课件第五章热力学第二定律142控制体积的熵变等于熵流与熵产之和，熵流包括热熵流和质熵流，熵流与熵产都是过程量在△τ时间内则有

对于稳定流动体系，dSCV=0，δmi=δme=m，则

△τ时间内流入质量为m的工质时，则1kg工质则为对于绝热稳定流动系，则有

控制体积的熵变等于熵流与熵产之和，熵流包括热熵流和质熵143工程热力学课件第五章热力学第二定律144工程热力学课件第五章热力学第二定律145工程热力学课件第五章热力学第二定律146工程热力学课件第五章热力学第二定律147工程热力学课件第五章热力学第二定律148工程热力学课件第五章热力学第二定律149工程热力学课件第五章热力学第二定律1505-7参数的基本概念热量能量的可转换性、和能量有品质的差别，功是比热品质更高的能量环境：抽象概念，具有稳定的p0、T0及确定的化学组成，任何热力系与其交换热量、功量和物质，它都不会改变：在环境条件下，能量中可转化为有用功的最高份额称为该能量的(exergy)或者：热力系只与环境相互作用，从任意状态可逆地变化到与环境相平衡状态时，作出的最大有用功称为该热力系的5-7参数的基本概念热量151在环境条件下不可能转化为有用功的那部分能量称为(anergy)闭口系工质可作出的最大有用功称为闭口系工质的热力学能稳流工质可作出的最大有用功称为稳流工质的焓任何能量E都由(Ex)和(An)两部分组成E=Ex+

An在环境条件下不可能转化为有用功的那部分能量称为(152热量和冷量热量：温度为T0的环境条件下，系统(T>T0)所提供的热量中可转化为有用功的最大值就是热量，用Ex,Q表示设想一系列微元卡诺机在系统与环境之间工作，每一卡诺循环作出的循环净功，即系统提供的热量δQ中的热量δEx,Q为

热量为热量和冷量153工程热力学课件第五章热力学第二定律154Q的热量为循环工质对过程积分，即

过程可逆，则有所以