热工基础-2-(3)热力学第二定律-
热力学第二定律
威廉·汤姆逊（William Thomson，Lord Kelvin，1824 ~1907），英国数学物理学家、发明家，热力学的主 要奠基人之一。1848年创立了热力学温标；1851年 提出热力学第二定律；1852年发现了焦耳－汤姆逊效 应。
普朗克（Max Planck，1858~1947），德国物理 学家，量子力学的创始人，博士论文《论热力学 的第二定律》，在1918年获得Nobel物理学奖。
热流科学与工程教育部重点实验室 Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering of MOE
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热工基础
第三节 热力学第二定律
三、 卡诺循环(Carnot Cycle)和卡诺定律
2. 概括性卡诺循环
T a
T1
回热：循环中工质内部互相传递
例如：现代火电厂，水蒸气温度T1=1000 K，环境温度T2=300 K
所：
c
1 300 1000
70%
热流科学与工程教育部重点实验室 Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering of MOE
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热工基础
第三节 热力学第二定律
三、 卡诺循环(Carnot Cycle)和卡诺定律
或：热不可能自发的、不付代价的从低温物体传至高温物体。 It is impossible to construct a device that operates in a cycle and produces no effect other than the transfer of heat from a lowertemperature body to a higher-temperature body.
热工基础的期末总结
热工基础的期末总结一、热力学部分1. 热力学基础知识的学习热力学是研究热能与其他形式能量之间相互转化和传递的一门学科。
在学习过程中，我通过课堂的学习、书籍和网上资料的查阅，对热力学的基本概念、热力学系统和热力学性质等方面有了初步的了解。
2. 热力学基本定律热力学基本定律是热力学的核心内容，也是热工基础的重点。
本课程主要学习了热力学的三大基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。
通过对这些定律的学习和应用，我能够分析和计算热力学系统的能量转移和能量转化过程。
3. 热力学过程和热力学循环热力学过程是指系统在一定条件下发生的能量传递和物理性质发生变化的过程。
热力学循环是指系统在一定路径下变化，最终回到初始状态的过程。
通过学习这些内容，我能够对热力学过程和热力学循环进行分析和计算，从而了解能量转移和物理性质变化的规律。
4. 热力学性质的计算热力学性质是指描述系统热力学状态和性质的量，如温度、压力、体积等。
在学习过程中，我学习了热力学性质的计算方法，如状态方程、热容、焓、熵等。
通过对热力学性质的计算，我能够确定系统的热力学状态和性质。
二、传热学部分1. 传热学的基本概念和模型传热学是研究热量如何从高温区向低温区传递的学科。
在学习过程中，我学习了传热学的基本概念和模型，如传热方式、传热模型和传热原理等。
2. 传热方式和传热模型传热方式是指热量传递的途径，主要包括传导、对流和辐射。
传热模型是指用来描述传热过程的数学模型，如传热定律和传热方程等。
在学习过程中，我对这些内容进行了深入的学习和了解。
3. 传热计算方法在传热学中，计算方法是非常重要的，主要包括传热计算和传热换热器的计算。
传热计算是指通过传热方程和传热模型对传热过程进行计算和分析。
传热换热器的计算是指对传热器的传热性能和换热器的几何参数进行计算和设计。
通过学习和掌握这些计算方法，我能够对传热系统进行分析和设计。
三、实践操作在本学期的热工基础课程中，我还进行了一些实践操作和实验课程。
热工基础教学大纲
热工基础教学大纲一、课程概述本课程是介绍热力学相关的知识，包括热力学基本概念、状态方程、热力学第一定律和第二定律以及热力学循环等。
本课程着重讲解热力学基本概念和定律，为学生深入理解热力学的应用奠定基础。
二、教学要求1.掌握热力学的基本概念、状态方程、热力学第一定律和第二定律等基础知识；2.掌握热力学循环的原理与应用；3.能够应用所学知识解决基本的热力学问题。
三、教学内容及教学进度章节节数教学内容第一章热力学基本概念2热力学基本概念、热力学系统、过程、平衡及稳定第二章热力学第一定律（能量守恒定律）4热力学第一定律、状态方程、热容量和焓第三章热力学第二定律（熵增原理）4热力学第二定律、熵及其计算方法、可逆过程第四章热力学循环2反应炉及其热力学工作循环、蒸汽章节节教学内容数动力循环第五章热力学应用4理想气体循环、真实气体循环、计算机辅助热力学注：教学进度为每周2节课，共计16周。
四、教学方法1.讲授：授课教师将内容详细、透彻地讲解并通过图像予以说明，重点突出，简明扼要，注重理论联系实际；2.练习：由教师在课堂上布置练习题并解答，或将一定量的习题要求学生在课后认真完成，并将重点、难点、疑点向学生重点解释；3.实验：通过热学实验环节，让学生进一步了解热力学内容和知识，拓展学生的视野，提高实践能力；4.讨论：设置问题讨论环节，让学生独立思考、吸收知识、借鉴他人经验，培养学生积极参与、独立思考、团队合作、创新意识的能力；5.课外拓展：鼓励学生通过书籍、网络和其他渠道了解热力学基础知识的应用和前沿领域的发展，提高学生的自主学习能力。
五、考核办法1.平时表现：课堂练习和实验成绩占平时成绩的30%；2.期中考试：占总成绩的30%；3.期末考试：占总成绩的40%。
六、参考教材1.《热力学基础》（第四版）马紫良、周相忠、李荣华、李忠著，高等教育出版社，2018年；2.《热力学》（第八版）郭仁言、张皖民、林同喜、周雪苹编著，清华大学出版社，2021年；3.《工程热力学》（第四版）侃夫著，中国电力出版社，2018年。
热工基础知识
一、传热基本方式
① 导热的特点 A 必须有温差 B 物体直接接触 C 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动 而传递热量 D 不发生宏观的相对位移
一、传热基本方式
②导热机理 气体： 气体：导热是气体分子不规则热运动时相 互碰撞的结果，温度升高，动能增大， 互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不 分子相互碰撞， 同能量水平的 分子相互碰撞，使热能从高 温传到低温处。 温传到低温处。
一、传热基本方式
对流换热特点 对流换热与热对流不同，既有热对流，也 有导热； 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运 动；也必须有温差
一、传热基本方式
4） 对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 > ） 流体被加热时： 流体被加热时： 流体被冷却时： 流体被冷却时
Φ = t
1
δ
A
−
t
2
=
λ
∆ R
t
λ
一、传热基本方式
单位热流密度
q =
t1 − t 2
δ λ
∆ t = rλ
δ Rλ = Aλ
导热热阻
δ rλ = λ
单位导热热阻
Φ=
λ ∆tA δ
一、传热基本方式
λ— 比例系数，称为导热系数或热导率，其 意义是指单位厚度的物体具有单位温度差 时，在它的单位面积上每单位时间的导热 量，它的国际单位是 W／( m·K)。它表示材 料导热能力的大小。导热系数一般由实验 测定，例如，普通混凝土 W／(m·K), 纯铜 的将近400 W／(m·K) 。
作业题
2、一大平板，高3m，宽2m，厚0.2m, 导 热系数为45 W/(m·K), 两侧表面温度分别为 =150 ℃ 及=285 ℃, 试求该板的热阻、单位 面积热阻、热流密度及热流量
热工基础的原理及应用
热工基础的原理及应用1. 热工基础的概念热工基础是热力学和热传导学的基础，是研究能量转化、能量传递和能量转换的科学。
它主要涉及热力学、热传导、热辐射等内容，可以应用于各个领域，如工业、航空航天、能源等。
热工基础对于理解和应用能量转化、传递和转换非常重要。
2. 热工基础的原理2.1 热力学的原理热力学是热工基础的重要组成部分，它研究的是热力学系统中能量的转化和传递规律。
热力学的基本原理包括以下几个方面：•热力学第一定律：能量守恒，能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量不会减少或增加。
•热力学第二定律：熵增原理，自然界的熵总是增加的，热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
•热力学第三定律：绝对零度原理，当温度接近绝对零度时，物体的熵趋于零。
2.2 热传导的原理热传导是热工基础中的重要内容，研究的是物体内部的热量传递规律。
热传导的原理可以用以下几个概念和公式来描述：•热导率：热导率是物质传导热量的能力，它的单位是瓦特/米·开尔文（W / m · K）。
•热传导方程：热传导方程描述了物体内部的温度变化与热流量之间的关系，可以用下面的公式表示： $Q = -k \\cdot A \\cdot \\frac{{dT}}{{dx}}$ •热阻和热导：热阻是物体传输热量的阻力，它的大小取决于物体的热导率和几何形状。
2.3 热辐射的原理热辐射是热工基础中的另一个重要内容，研究的是物体通过辐射传递热量的规律。
热辐射的原理可以用以下几个概念和公式来描述：•黑体辐射：黑体是理想的辐射体，它能完全吸收所有进入它表面的辐射能，并能以最大的效率辐射出去。
•斯特藩-玻尔兹曼定律：斯特藩-玻尔兹曼定律描述了黑体辐射的功率密度与温度的关系，可以用下面的公式表示： $P = \\sigma \\cdot A \\cdot T^4$•辐射传热：物体的辐射传热是指物体通过辐射的方式将热量传递给其它物体，其传热速率与物体的温度差和表面特性有关。
热工基础(张学学 第三版)复习知识点
式
数间的关系
交换的功量
w /( J / kg) wt /( J / kg)
交换的热 量
q /(J / kg)
定容 v 定数 定压 p 定数 定温 pv 定数
定熵 pvk 定数
v2
v1;
T2 T1
p2 p1
p2
p1
;
T2 T1
v2 v1
T2
T1;
p2 p1
v1 v2
p2 p1
1.理想气体：理想气体分子的体积忽略不计；理想气体分子之间
无作用力；理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性
碰撞。
2.理想气体状态方程式（克拉贝龙方程式）
PV mRgT
其中 R 8.314J /(mol K )，
或 PV nRT
RgΒιβλιοθήκη R M3.定容比热与定压比热。
定容比热 cV
wt
1 2
c f
2
gz
ws
当 p2v2 p1v1 时，技术功等于膨胀功。
当忽略工质进出口处宏观动能和宏观位能的变化，技术功就
是轴功；且技术功等于膨胀功与流动功之差。
在工质流动过程中，工质作出的膨胀功除去补偿流动功及宏
观动能和宏观位能的差额即为轴功。
7.可逆过程的技术功：
wt
2
vdp
6.边界：系统与外界的分界面。
7.系统的分类：
（1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。
（2）开口系统：与外界有物质交换的系统。
（3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界没有任何的物质交换和能量（功、热量）
热力学知识点小结
H U pV
或
h u pv
焓的物理意义： 1.对流动工质和非流动工质，焓都是状态函数 2.对流动工质，焓既是状态参数，也是工质流动时携带的取决于热力状态的 那部分能量。 3.对非流动工质，焓仅是状态参数。
第三章
1.理想气体的状态方程 状态方程： pv RgT
（只能用于同一平衡状态，不能用于过程计算，压力为绝对压力，温度为绝 对温度）
根据过程特点分别为：定容过程：n=±∞，定压过程：n=0，定温过程：n=1， 定熵过程：n=
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复习专用
2）过程中任意两状态间 p、v、T 参数之间的关系 由克拉贝龙方程
p1v1 T1
p2v2 T2
p3v3 T3
Rg
可以很容易地推得定容、定压和定温过程中任意两状态间 p、v、T 参数之间 的关系式。而对于多变过程和定熵过程，可以利用其状态方程和过程方程联立求 出。而且多变过程与定熵过程状态参数之间的关系式结构相同，只是多变指数不 同，所以推出一个就可得出另一个。
Rg
ln
v2 v1
s c
pln
T2 T1
Rg
ln
p2 p1
另外的： s
2
cv
1
dp p
2
cp
1
dv v
上式比热容为定值时： s
cv
ln
p2 p1
cp
ln v2 v1
3.理想气体的热力过程
1）4 种基本热力过程及多变过程的特点和过程方程 过程方程描述的是过程，即整个过程遵循相应的过程方程的规律变化。 4 种基本热力过程的特点是定容、定压、定温和定熵，也就是说这 4 种过程
热工基础
工程热力学一、基本概念（一）工质及其状态参数1、工质：实现热能与机械能相互转换的工作介质（如：水蒸汽）。
工质的状态：工质在某一瞬间宏观的物理特性。
2、工质的状态参数：描述工质状态的物理量。
常见的状态参数：温度T、压力P、比容c、内能U、焓H、熵S（1）压力：单位面积上所受的垂直作用力，p=F/A，符号为p，单位是帕斯卡，表示为“Pa”，1Pa=1N/m2，工程上常用MPa，1Mpa=10Pa，此外，还有at、atm，mmHg等。
压力的测量：压力表数据与工质实际压力的关系：（我们用p表示绝对压力，p b表示大气压力，p g表示压力表读数）绝对压力：容器内工质的的实际压力，用符号p表示；表压力：工质的绝对压力与大气压力的差值，用p g表示。
p=p b时，p g=0 p＞p b时，p=p b+p g p＜p b时，压力表（真空表）上读数称为负压或真空，p v表示，p=p b-p v电厂中有时用真空度表示真空值的大小，称为真空度。
（2）内能：内部所具有的各种微观能总和，用符号“U”表示，单位为J或kJ，U=f （T，v）主要包括：分子内动能：主要由分子不规则热运动引起，是温度的函数；分子内位能：分子间存在着作用力，与分子之间距离有关，是比容的函数。
由于内能取决于工质的温度与比容，因此，内能是状态参数（3）焓：焓为内能与流动功的总和，用H或h表示，单位为J或kJ，h=u+pv；焓是状态参数；（4）熵：ds=dq/T，单位：J/（kg.k）或kJ/(kg.k)，熵为状态参数，热力学中常用ds的正负来判断热量的大小、方向：ds＞0，q＞0，吸热；ds＜0，q＜0，放热；ds=0，q=0绝热。
3、膨胀功及p-v图4、热量及T-S图（二）热力学第一定律：热可以变为功，功也可以变为热；当一定量的热消失，必产生与之数量相当的功，消耗一定量的功，必产生相当数量的热。
热力学第一定律解析式及应用q=Δu+w（1kg工质）q：系统吸收或放出的热量。
904热工基础
904热工基础（实用版）目录一、热工基础概述二、热力学基本概念1.能量与功2.热力学循环三、热力学第一定律1.能量守恒2.内能与热量四、热力学第二定律1.热量传递的方向性2.熵与熵增加原理五、热力学应用领域1.工程热力学2.物理化学正文一、热工基础概述热工基础是研究热力学系统在热力学循环过程中的宏观性质和规律的学科，它主要研究热力学系统的状态变化、能量转换以及热力学循环的效率等问题。
热工基础是能源科学与工程领域的基础知识，广泛应用于电力、化工、冶金等工程领域。
二、热力学基本概念热力学是研究热力学系统在热力学循环过程中的宏观性质和规律的学科。
热力学系统是由一组相互作用的物质和外部环境组成的，其状态变量包括压力、体积、温度等。
热力学系统在热力学循环过程中，会发生能量的转换和传递，从而实现功的输出。
1.能量与功能量是热力学系统状态变化的度量，可以表现为热力学系统的内能、热量和功。
功是热力学系统在力的作用下发生的位移所对应的能量，是能量转换的一种形式。
2.热力学循环热力学循环是指热力学系统在固定的过程路径上进行的一系列状态变化，包括吸热、膨胀、放热和压缩等过程。
热力学循环的效率是指热力学系统在循环过程中实际输出的功与输入的热量之比。
三、热力学第一定律热力学第一定律，又称能量守恒定律，是指热力学系统在状态变化过程中，其内能的变化量等于吸收的热量和对外做的功之和。
即ΔU = Q - W，其中ΔU 表示内能变化，Q 表示吸收的热量，W 表示对外做的功。
1.能量守恒能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，它表明在任何物理过程中，能量的总量保持不变。
2.内能与热量内能是热力学系统分子无规则运动的能量总和，是热力学系统的一种状态变量。
热量是在热力学系统间由高温部分传递到低温部分的能量，也是热力学系统的一种状态变量。
四、热力学第二定律热力学第二定律是指在热力学循环过程中，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，即热量传递具有方向性。
热工基础考点总结
热工基础考点总结一、热力学基础1. 系统和界面•定义系统的概念，包括孤立系统、开放系统和封闭系统。
•熟悉系统界面的概念，如壁厚、界面温度等。
2. 状态和过程•熟悉系统状态和过程的概念，例如平衡态、非平衡态、准静态过程等。
•了解状态方程的概念和热力学基本方程。
3. 热力学第一定律•了解热力学第一定律的表达式和含义。
•知道内能和焓的概念及其与热力学第一定律的关系。
4. 热力学第二定律•了解热力学第二定律的表述形式，包括克劳修斯表述和开尔文表述。
•知道热力学第二定律的熵增原理，并能解释其物理意义。
二、热力学过程1. 等温过程•熟悉等温过程的特点和性质。
•掌握等温过程中理想气体状态方程的计算方法。
2. 绝热过程•熟悉绝热过程的特点和性质。
•知道绝热过程中的绝热指数和绝热过程的状态方程。
3. 过程方程•掌握平衡态过程方程的推导和应用。
•熟悉绝热过程和等温过程的过程方程表达式。
4. 循环过程•了解热力学中的循环过程，如卡诺循环、斯特林循环等。
•理解循环过程的工作假设和效率计算方法。
1. 理想气体的热力学性质•熟悉理想气体的状态方程、内能、焓、熵的计算方法。
•熟悉理想气体的定容热容、定压热容和绝热指数的计算。
2. 水和水蒸气的热力学性质•了解水和水蒸气的热力学性质，包括饱和蒸汽线和湿度。
•知道水和水蒸气的状态方程、焓、熵的计算方法。
3. 固体和液体的热力学性质•了解固体和液体的热力学性质，包括热容、热膨胀系数等。
•掌握固体和液体的状态方程、焓、熵的计算方法。
四、热力学第三定律1. 热力学第三定律的表述和含义•掌握热力学第三定律的表述和含义。
•了解绝对零度和熵的基态。
2. 剩余熵和等温线•掌握剩余熵的概念和计算方法。
•理解等温线的性质和特点。
五、热力学势函数1. 焓和熵的性质•掌握焓和熵的概念和性质。
•知道焓和熵与温度、压力的关系。
2. 内能和自由能的性质•知道内能和自由能的概念和性质。
•理解内能和自由能的物理意义以及与其他热力学函数的关系。
热工基础试题及参考答案
热工基础试题及参考答案一、单选题（共50题，每题1分，共50分）1、热力学第二定律描述的是能量转化遵守的 ( )A、以上都不对B、数量与质量规律C、数量规律D、能质规律正确答案：D2、不是状态参数的是 ( )A、焓B、比功C、比内能D、熵正确答案：B3、空气在压缩过程中消耗外界的功90kJ，内能增加40kJ，空气向外界放热( )A、40kJB、90kJC、50kJD、130kJ正确答案：C4、K是(____)的单位。
A、体积B、压力C、温度D、焓正确答案：C5、水蒸气的定压产生过程中处于水汽大量平衡共存的是 (____)。
A、饱和水B、过冷水C、干饱和蒸汽D、湿饱和蒸汽正确答案：D6、蒸汽在喷管内流动时，在流动方向上蒸汽的体积越来越(____)。
A、稳定B、不稳定C、小D、大正确答案：D7、动能与势能的能量质量关系是(____)。
A、不确定B、动能高C、动能低D、相同品质正确答案：D8、能量质量最高的能量是 (____)。
A、火无B、热能C、功D、热正确答案：C9、卡诺循环热效率，与(____)有关。
A、工质B、过程性质C、过程快慢D、高温热源温度正确答案：D10、热力系与外界交换的能量有（）A、热能B、功C、热和功D、热正确答案：C11、热量的单位是（）A、JB、qC、jD、j/kg正确答案：A12、在水蒸气的焓熵图上，越往上越陡的线是(____)。
A、等压线B、等温线C、等干度线D、等熵线正确答案：A13、在相同的恒温热源间工作的其他可逆循环的热效率（）卡诺循环的热效率A、大于B、小于C、小于或等于D、等于正确答案：D14、比热量的单位是（）A、J/kgB、kg/JC、kgD、J正确答案：A15、温度越高，则包含的热量就越（）A、多B、前三说法都不对C、相同D、少正确答案：B16、s是(____)的符号。
A、比熵B、比热量C、比焓D、比功正确答案：A17、在朗肯循环中，等压吸热过程的下一过程是在(____)中完成的A、给水泵B、锅炉C、凝汽器D、汽轮机正确答案：D18、与外界不发生热交换的热力系称为(____)。
热工基础复习资料
热工基础复习资料热工基础复习资料热工基础是热能与工程热力学的基础学科，它是工程热力学、传热学和热工测量学等专业课程的前提和基础。
在工程领域中，热工基础的理论和知识被广泛应用于能源转换、热工设备设计和能源管理等方面。
因此，对于学习热工基础的同学来说，复习资料的准备是非常重要的。
首先，热工基础的复习资料应包括理论知识和实例分析两个方面。
理论知识部分应包括热力学基本概念、热力学第一、第二定律、热力学循环、热力学分析方法等。
这些基本概念和定律是理解和应用热工基础的基础，因此需要进行系统的学习和复习。
同时，实例分析部分应包括热工设备的热力学分析、能源转换系统的热力学分析等。
通过实例的分析，可以更好地理解和应用热工基础的知识。
其次，热工基础的复习资料应具有一定的深度和广度。
深度方面，复习资料应包括一些经典的问题和难点。
例如，热力学循环的效率计算、热力学过程的特性分析等。
这些问题需要通过理论知识的运用和实例的分析来解决，对于理解和掌握热工基础的知识非常重要。
广度方面，复习资料应涵盖热工基础的各个方面。
例如，热力学基本概念的理解、热力学分析方法的应用、热工设备的设计和运行等。
通过广泛的学习和复习，可以全面地掌握热工基础的知识。
此外，热工基础的复习资料还应包括一些实践性的内容。
例如，热工实验的数据处理和分析、热工设备的实际运行情况等。
通过实践的学习和复习，可以更好地理解和应用热工基础的知识。
同时，实践性的内容也可以帮助同学们更好地准备实际的工作和应用。
最后，热工基础的复习资料应根据个人的学习情况进行选择和使用。
每个人的学习能力和学习方法都不同，因此需要根据自己的情况进行选择和使用复习资料。
可以选择一些经典的教材、教辅资料或者网络上的资源进行学习和复习。
同时，可以结合课堂学习和实践经验，进行综合性的复习和总结。
总之，热工基础的复习资料对于学习和掌握热工基础的知识非常重要。
通过理论知识的学习和实例的分析，可以更好地理解和应用热工基础的知识。
热工热力基础知识
一、热工基础知识千卡=卡路里千卡=大卡1千卡=1000卡1千焦=1000焦耳1千卡1大卡1卡路里＝1000卡1千卡/1大卡/1卡路里（kcal）=4.186千焦（kJ）1卡＝4.186焦耳1度电=860大卡=3600千焦（kJ）每1千瓦时是1度电1m³天然气热值在8400-8700大卡之间根据成分区隔，一般取8600大卡；标准煤的热值1公斤为：5000大卡1公斤柴油热值：10200大卡1公斤液化气热值：10800大卡1m³人工煤气热值：3500大卡电锅炉热效率：95%；燃气锅炉效率：80%；煤锅炉效率：60%；均指瞬时燃烧效率，实际使用效率更低。
空气源热泵效率：冬季150%；春秋200%；夏季300%。
二、基础热工知识的认识（1）热力学第一定律（能量守恒定律）在自然界中，一切物质都具有能量，能有各种不同的形式，它能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中，能的总量永远保持不变，这就是能量守恒及转换定律。
这个定律不是从任何原则推论出来的。
它是人类在生产实践中的经验总结，并经过无数次实验而被证实。
这个定律说明能量不能无中生有，它适用于任何变化过程，例如：机械、热电磁、原子及原子核内化学、生物等变化过程。
因此这是自然现象中一个最普通最基本的定律。
热力学第一定律可以表述为：在工质受热作功的过程里，工质自外界得到的热量应该等于它对外界作功所付出的能量与存在于工质内部的能量之和。
实际上它是能量守恒及转换定律在热力学系统中的应用。
（2）热力学第二定律热力学第一定律只告诉了我们热和功的转换关系，没有指明热量在什么情况下可以做功。
热力学第二定律说明热能转换为机械能的条件，热的传递方向。
热力学第二定律有许多说法，归纳为以下两点①使热能全面而连续地转变成功是不可能的（也就是说效率100%不可能）②热量不能自发地从低温物体转移到高温物体（3）比容与比热①比容是单位质量的物质具有的容积，单位是米3/千克（m3/kg）从定义上可知比容和密度相反，成反比。
(2015)热工基础习题课及复习
第四章
4-1
热力学第二定律与熵
自发过程的方向性与热力学第二定 律的表述 4-2 卡诺循环与卡诺定理 4-3 熵 重点掌握： 热力学第二定律的实质，正向循环、逆向 循环、热机效率、工作系数等基本概念，卡 诺循环与卡诺定理，不可逆过程的熵变、熵 流与熵产，孤立系统的熵增原理及其与作功 能力损失之间的关系，能量品质与能量贬值 的概念。
10-1 平壁的导热计算 10-2 多层平壁与复合平壁导热
tw1 − tw 2 穿过平壁的导热热流量 Φ = δ /(λ A)
导热热阻 流换热的热阻
R λ = δ / λA
t w − tf Φ= 1/(hA)
R e = 1 / hA
对流边界条件下的平壁导热：传热过程
tf1 − tw1 tw1 − tw2 tw2 − tf2 = = Φ= 1/(h1 A) δ /(λ A) 1/(h2 A)
或者
dt q = = −λ A dx
Φ
牛顿冷却公式 对流换热的热流速率方程是 黑体的理想化模型 发射率ε（亦可称为黑度）
Φ = hA ( t w − t f )
4 b
qb = σ T
q = ε σ Tb4
σ = 5.67 ×10-8W /(m 2 ⋅ K 4 ) − −黑体辐射常数
第十章 稳态导热
4 3
2 s
第九章 传热机理与传热速率方程
7-1 基本方式：导热、对流和辐射 7-2 傅里叶定律：导热的热流速率方程 7-3 对流与对流换热：牛顿冷却公式 7-4 热辐射：波尔兹曼定律 重点掌握： 三种传热方式的基本内容和定理
发生热传导的两个物体必须直接接触。
傅里叶定律
dt Φ = −λA dx
《热工基础》 复习课
热工基础(正式)
法国物理学家卡诺
自然界的能量是守恒的，哪 里消耗了能，总在另外地方得到 相当的热。
焦耳用了近40年的时间，先后 用不同的方法做了400多次实验， 不懈地钻研和测定了热功当量。他 得出结论：热功当量是一个普适常 量，与做功方式无关。公认值是 427千克重· 米每千卡。
这说明了焦耳不愧为真正的 实验大师。他的这一实验常数，为 能量守恒与转换定律提供了无可置 疑的证据。
定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动 力的整套设备。 内燃机 燃气轮机 喷气发动机
28
传 热 学
（Heat Transfer）
第一章 概述
1. 传热学（Heat Transfer）
(1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法
(2) 热量传递过程的推动力：温差
鲁道夫· 克劳修斯
熵值直接反映了它所处状态的均匀程度， 系统的熵值越小，它所处的状态越是有序，越不 均匀；系统的熵值越大，它所处的状态越是无序， 越均匀。 系统总是力图自发地从熵值较小的状态向熵 值较大（即从有序走向无序）的状态转变，这就 是熵增原理。
•可逆绝热过程 •不可逆绝热过程
Sf=Si Sf>Si
因此研究热能的传递、转换与控制的工程热力学是大多 数工科专业的一门重要的技术基础课程。
主要内容：热力学基本概念、热力学三大定律。
热力学三大定律
热力学第零定律，确定了状态函数——温度；
热力学第一定律，确定了状态函数——内能（焓） 热力学第二定律，确定了状态函数——热温比（熵） 热力学第三定律，理论证明存在—— 绝对零度（0k）
2、当系统本身已处于平衡状态， 这时系统状态的变化必须在外界 功和热的作用下才能发生，促使 向新的状态变化。
热工基础各章总结
第一章1、平衡状态定义：在不受外界影响的条件下，工质（或系统）的状态参数不随时间变化而变化的状态。
平衡与均匀：均匀一定平衡、平衡不一定均匀平衡与稳定：稳定不一定平衡，平衡一定稳定特点：平衡状态具有确定的状态参数。
工程热力学只研究系统平衡状态的原因：平衡状态概念的提出，使整个系统可用一组统一的、并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使热力分析大为简化。
2、状态参数状态参数是定量描述工质状态的状态量。
其性质是状态参数的变化量只取决于给定的初、终状态，与变化过程的路径无关。
如果系统经历一系列状态变化又返回初态，其所有状态参数的变化量为零。
六个基本状态参数：P V T 内能焓熵3、准平衡过程定义：由一系列连续的准平衡态组成的过程称为准平衡过程，又称准静态过程。
实现条件：（1）推动过程进行的势差（压差、温差）无限小；（2）驰豫时间短，即系统从不平衡到平衡的驰豫时间远小于过程进行所用的时间。
特点：系统内外势差足够小，过程进行得足够慢，而热力系恢复平衡的速度很快，所以工程上的大多数过程都可以作为准平衡过程进行分析。
建立准平衡过程概念的好处：(1) 可以用确定的状态参数描述过程；（2）可以在参数坐标图上用一条连续曲线表示过程。
4、可逆过程准平衡过程概念的提出只是为了描述系统的热力过程，但为了计算系统与外界交换的功量和热量，就必须引出可逆过程的概念。
定义：过程能沿原路径逆向进行，并且系统与外界同时返回原态而不留下任何变化。
实现条件：在满足准平衡过程条件下，还要求过程中无任何耗散效应（通过摩擦、电阻、磁阻等使功变为热的效应）建立可逆过程概念的好处：(1) 由于可逆过程系统内外的势差无限小，可以认为系统内部的压力、温度与外界近似相等，因此可以用系统内的参数代替复杂、未知的外界参数，从而简化问题，使实际过程的计算成为可能，即先把实际过程当作可逆过程进行分析计算，然后再用由实验得出的经验系数加以修正；（2）由于可逆过程是没有任何能量损失的理想过程，因此，它给出了热力设备和装置能量转换的理想极限，为实际过程的改善指明了方向。
热工基础、热力学
T1
T1
式中 η卡 ------------- 卡诺循环热效率；
q1 ------------- 工质由高温热源吸收的热量, 焦耳/千克 ；
q2 ------------- 工质向低温热源放出的热量, 焦耳/千克 ；
T1 ------------- 高温热源的绝对温度, K ；
T2 ------------- 低温热源的绝对温度, K ；
随着压力的提高,饱和水线与干饱和蒸汽线 逐渐接近,当压力增加到某一数值时,两线相 交,相交点即为临界点.临界点的各状态参数 称为临界参数,对水蒸汽来讲；其临界压力 P=22.129MPa,临界温度；T=374.15°C,临界 比容；U=0.003147m³/Kg。400°C的液态水 是不存在的,因为当水的温度高于临界温度 时,即大于374.15°C时都是过热蒸汽,所以不 存在400°C的液态水.
热力学第一定律
热力学第一定律的实质是能量守恒与转换 定律在热力学上的一种特定应用形式。 它说 明 了热能与机械能互相转换的可能性及其数 值关系。热力学第一定律描述为：“热可以
变 为功， 功可以变为热，一定量的热消失时， 产生一定量的功；消耗一定量的功时， 必出 现与之对应的一定量的热”。在国 际单位制 中， 功与热量均用焦耳 (J) 为单位，
能、内能
能：任何物体只要具有做工的能力，我们就说这个物体 具有能。能的形式很多，（动能、位能、内能等） 动能：物体因为运动而具有的做功能力
E=0.5mv2 热能：物体内部由于热运动而具有的能力称为内动能， 有叫热能，它与温度有关。 位能：物体由于具有一定高度所具有的能成为重力位能 或势能。 内能：指储存于物体内部的能量。内能有时又称为内热 能，它包括内动能和内位能。
热工基础(2.3.2)--思考题
问答题1 “自发过程是不可逆过程，那么非自发过程是可逆过程”的说法对吗？为什么？2 热力学第二定律是否可以表述为：功可以完全转变为热，但热不能完全转变为功。
为什么？3 第二类永动机是否违反热力学第一定律？与第一类永动机有何区别？4 “循环净功愈大，循环的热效率愈高”的说法对吗？为什么？5 循环效率公式 H L t 1q q -=η 和 HL t 1T T -=η 是否相同？各适用于哪些场合？6 为什么说卡诺循环是两恒温热源间最简单的可逆循环？7 对于多热源热机提出“平均温度”的概念意义何在？8卡诺定理是针对正循环推导得到的。
对于逆循环卡诺定理适用吗？为什么？9根据熵差计算式⎰=∆21re Q S δ知re Q δe 是可逆过程中系统与热源间的换热量，因此不可逆过程的△S 无法计算，对否？为什么？10系统经历了一不可逆过程，只知道终态熵小于初态熵，能判断该过程一定放出热量吗？为什么？11对于闭口系，下列说法是否正确：(1) 使系统熵增大的过程必为不可逆过程；(2) 使系统熵产增大的过程必为不可逆过程；(3) 系统的吸热过程必为熵增大的过程；⑷ 系统的放热过程熵必然减少；⑸ 如果工质从同一初态到同一终态有两条途径，一为可逆，一为不可逆，那么，不可逆途径的△s 必大于可逆过程的△s ；⑹ 系统经历了一可逆过程后，其终态熵大于初态熵，则该过程一定为吸热过程。
12熵是状态参数，熵的变化仅与初、终态有关，试问熵流与熵产是否也仅与初、终态有关？为什么？13工质经过一不可逆循环后是否有⎰T Q δ< 0，⎰dS > 0？14 定熵过程是绝热可逆过程的说法对吗？反之呢？15 根据热力学第一定律，能量在传递和转换过程中是守恒的，那么本章所谓的“能量损失”是什么？16 熵的宏观物理意义是什么？。
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低温热源没变化,唯有高温热源放出了热量： QHA －QHB＞0, 并对外输出了净功Wo＝ WA－WB 说明联合运转的机器：是一个单一热源的热机, 违背了热力学第二定律开尔文的说法。
故而不可能实现。 因此开始的假设不成立。 定理一得证。
TL hc = 1 TH
(1) 卡诺循环等所有的可逆循环的热效率仅取决
⑴ 循环过程
1 2
绝热压缩
2 3
等温吸热
3 4
绝热膨胀
4 1
等温放热
热工基础—第2章
⑵ 热效率
可证明，采用理想气
体为工质时的卡诺循环的 热效率η c,仅与热源温度TH 和冷源温度TL有关,为：
hc = W0 / QH = (QH - QL ) / QH = 1 - TL / TH
可逆过程熵变的计算：
设有一可逆过程12 ，其熵变及比熵变为：
2、热力学第二定律的数学表达式
克劳修斯积分等式 是循环可逆的 一种判据，那么如何判断循环不可逆呢?
（1）克劳修斯积分不等式
如图不可逆循环1－A－2－B－1, 其中虚线表示循环中的不可逆过 程。
用无数条可逆绝热过程线将循环分成无穷多
个微元循环。
力过程却未必都能自动发生。
自发过程：能够独立地、可以无条件自动发生的
过程称为自发过程；反之是非自发过程。
自发过程的反方向过程即为非自发过程。
因此，热力过程的方向性，说明自发过程具
有方向性。
！！！注意： 非自发过程，不能自动发生，强调的是自 动,并没有说非自发过程不能发生——需补偿。 事实上，许多实际过程都是非自发过程。
克劳修斯不等式： 讨论 克劳修斯不等式，可以作为判断循环是否
可以发生，是否可逆的判别式。
①等于零，为循环可以发生，且可逆； ②小于零，为循环可以发生，但不可逆； ③大于零，为不可能发生的循环。
卡诺定理
1、卡诺定理的表述： 定理1
TL hc = 1 TH
在温度相同的两恒温热源间工作的一切可逆
循环，其热效率都相等,与可逆循环的种类无关，
与采用哪种工质也无关。 定理2 在温度相同的两恒温热源间工作的一切不可 逆循环，其热效率恒＜可逆循环热效率。
采用反证法证明定理一: 设有可逆热机A和B ,分别从 同一高温热源吸取热,向同一低 温热源放热; 设： 两热机分别吸热QHA和 QHB,放热量QLA和QLB ,对外作功 WA和WB ； 则它们的热效率CA和CB分 别为： CA＝1－QLA／QHA CB ＝1－QLB／QHB
⑵ 平均吸热温度和平均放热温度
① 概念
在熵变Δ S不变的前提下,
假想一个定温吸热（或放热） 过程a-b（或d-c),使其吸热量 (或放热量）等于原循环的吸热 量QH或放热量（QL），则这个
假想换热温度Ta-b（或Td-c)，就
是平均吸热（或放热）温度。
②平均吸热（放热）温度计算
工质在变温吸热过程e-hg中的吸热量为：
每一个不可逆微元循环，其热效率η t＜η
c
热工基础—第2章
即：
注意：效率η公式中Q为绝对值
考虑到δ QL为工质放热,
补充“－”号。
改写上式，不可逆微元
循环有：
※而每一个可逆微元循环有：
对包括可逆与不可逆的所有微元循环的吸
热和放热过程，进行积分求和,则有：
因此，对于一般热力循环：
（2）热力学第二定律的数学表达式
的条件下,尽量提高工质的平均吸热温度和降低工质
的平均放热温度是提高其热效率的有效措施和途径。
③引人平均温度,使得任意可逆循环热效率
的定性比较十分方便。
作业：P57
2－31 思考题: P54
15 18 20
四、 熵参数、热过程方向的判据
熵是描述所有不可逆过程共同特性的热力学 状态参数。 熵是与热力学第二定律紧密相关的状态参数。 它是判别实际过程的方向，提供过程能否实现、
率不可能等于100%,只能小于100%。这就是说,
在动力循环中,不可能把从热源吸取的热量全部
转变为功。
(4)当TH=TL时,η c=0。 这说明单一热源的热机是不可能造成的。
(5) 不花代价的冷源温度TL以“大气温度T0”为最
低极限,因此，热源 T 放出的热量Q中能转变为机 械功（有用功）的最大份额是： T0 Ex ,Q = Q(1 - ) = Q hc T 称为热量火用（热量有效能），这里η c又称为 卡诺因子。 同理，不能转变为机械功而排向大气的热量称之为 热量火无（热量无效能）：
证明:第二定律各种表述的等效性
如图所示,取热机A为系 统；
它自高温热源吸热Q1；
将其一部分(Q1-Q2)转 化为功Wo； 并向低温热源放热Q2。
如果违反克劳修斯的 说法（热量不可能自发地、 不花代价地 从低温物体传 向高温物体）； 这也就否定了开尔文说 法（不可能制造一种循环热 机，只从一个热源吸热，将 之全部转化为功，而 不留 下任何影响）。
于热源和冷源的温度,而与工质无关。
※提高热源温度TH和降低冷源温度TL是提高
可逆循环热效率的根本途径和方法。
(2) 在温度相同的两恒温热源间工作的一切不可
逆循环，其热效率恒＜可逆循环热效率。
因此，要尽量减少循环中的不可逆因素。
热工基础—第2章
TL hc = 1 TH
(3)由于TL=0K和TH→∞是不可能的,故循环热效
陕西科技大学机电学院《热工基础》
第二章 热力学第二定律
主讲教师：袁 越 锦
热工基础—第2章
2-3
热力学第二定律
一 、热力过程的方向性 由热力学第一定律知:
如果发生了一个热力过程，其能量的传递
和转换必然遵循热力学第一定律。
然而一个遵循热力学第一定律的热力过程
是否能够发生? 热力学第一定律并未告诉我们。 事实上，自然界中遵循热力学第一定律的 热力过程，未必一定能够发生。
2、热力学第二定律要解决的问题
要实现非自发过程，必须付出某种代价作为
补偿，但应最大限度地减少补偿。 减少补偿的最大限度是多少的问题,它正是 热力学第二定律要解决的问题！！！ 例如：在以消耗功作为补偿的制冷工程中,在
相同制冷量条件下,为提高制冷系数尽量减少外
界耗功; 同样在动力机中,为使热效率提高,在相同吸 热量条件下尽量减少向冷源放热。
TH和TL都是换热时热源的温度,也可用
T表示,这样上式可写为：（注意计算时换热量
与温度相对应）
此称为克劳修斯积分等式，表明Q／T的积 分与路径无关！！
再进一步说明δ Q／T的积分与路径无关: 由于： 将式变换为：
结论
①δ Q/T的积分,无论经1－A－2，还是经1－B 一2,只要是可逆过程，其积分值相等。 即可逆过程δ Q/T的积分与路径无关。 ②定义状态参数熵S： 微元熵： dS＝δ Qre/T 比熵为：
是否可逆的判据，在过程不可逆程度的量度、热
力学第二定律的量化2章
1、状态参数熵的导出
对卡诺循环： 变换得：
上式中QH和QL分别为工质在循环中的吸热
量和放热量,且为绝对值。
考虑到QL是工质放热,取值为负,则有：
对任意可逆循环
如图所示。
用无数条可逆绝热过程线（ad,bc等）把 循环分割成了无数个微元可逆循环。
①自发过程的不可逆性，要使非自发过程得以
实现，必须伴随一个适当的自发过程作为补充条件。 (向低温放热，外界对系统做功） ②过程的不可逆性和方向性互为因果！！ ③ 第二类永动机——以环境为单一热源，使
机器从中连续吸热并使之全部对外作功。
"第二类永动机"不违背热力学第一定律，但却 违背了热力学第二定律。 故，热力学第二定律也可以表述为： 第二类永动机是造不成的。
热工基础—第2章
1、分析热力过程的方向性 （1）有限温差传热
只要Q=Q，B向 A传热并不违反第一
Q
Q'
定律（总热能不变）
（2） 功热转化
重物下落，水温升高是可行；
而反方向让水温下降，重物升高？ 只要使重物位能增加=水内能减少，不违 反第一定律。 △U＋W＝0
热工基础—第2章
（3） 电热转化
电流通过电阻，产生热量是可行；
热工基础—第2章
例如：
制冷就是把热量从低温的物体(或空间)传向
温度高的物体(或空间)。但这一非自发过程的发
生,必须以外界消耗功等作为代价。 同样,在动力机（蒸气机）中可以使热能转变
为机械能,但这一非自发过程的发生是以一部分
热量从高温物体传向低温物体(或从热源传向冷
源)作为代价。
即一个非自发过程的进行，必须付出某种代 价作为补偿。
但对电阻加热，电阻内产生电流？ 只要使产生的电能=加入的热能，不 违反第 一定律。
Q＝电能
除上述比较典型的例子外,还有许多例子可以 说明热力过程的方向性，如：气体自由膨胀、混
合过程等。
有些热力过程可以自动发生,有些则不能。 结论： 在自然界中,热力过程若要发生, ①必然遵循 热力学第一定律； ②但满足热力学第一定律的热
温度为：
Te - Th - Tg
放热热源温度为：
Tg－TL－Te
在吸热和放热过程中，工质随时保持与热
源温度相等（进行无温差可逆传热）。
⑴对变温热源处理为——多热源可逆循环 变温热源——简化为无
穷多个宽度为ds的微元
可逆循环，（对每个小
循环可认为是温度相差
无限小的恒温吸热和恒 温放热，即组成多热源
可逆卡诺循环。
则其总效果为热机A从高 温热源吸热Q1 -Q2,并使 之全部转变为功Wo
即热量Q2可以自动地、无偿 地从低温热源传至高温热源
可逆循环分析及其热效率