热工基础A第四章(热力学第二定律)西南交大载运.
热工基础与应用第三版课后题答案
热工基础与应用第三版课后题答案热工基础与应用第三版课后题答案：第一章热力学基础1. 什么是热力学系统？热力学系统的分类？答：热力学系统是指一定空间范围内的物质，它可以与外界进行能量、物质和动量的交换。
热力学系统分为开放系统、闭合系统和孤立系统。
2. 热力学第一定律及其公式表达？答：热力学第一定律是指能量守恒原理，即一定量的能量在各种形式间的转换中，总能量量保持不变。
它的公式表达为： $\Delta U = Q -W$，其中$\Delta U$表示系统内能的变化，$Q$ 表示系统所吸收的热量，$W$表示系统所做的功。
第二章理想气体1. 什么是理想气体？理想气体的特点有哪些？答：理想气体是指在一定温度和压力下，以分子作为粗略模型，遵守物理气体状态方程，没有相互作用力的气体。
理想气体的特点是分子间没有相互作用力，分子大小可忽略不计，分子数很大，分子与容器壁之间的碰撞是完全弹性碰撞。
2. 理想气体状态方程及其公式表达？答：理想气体状态方程是描述理想气体状态的基本方程，公式表达为$pV=nRT$，其中$p$表示压力，$V$表示体积，$n$表示物质的定量，$R$为气体常数，$T$表示气体的绝对温度。
第三章湿空气1. 什么是湿空气？湿空气的组成及其特点？答：湿空气是指空气中含有一定量的水蒸气的气体体系。
湿空气主要由氧气、氮气和水蒸气等气体组成。
湿空气的特点是其含水量随着温度和压力的变化而发生变化，同时湿空气的性质也会随着水蒸气的增加发生改变。
2. 湿空气状态的计算方法？答：湿空气的状态可用气体混合物的状态方程描述，即Dalton分压定律。
同时，根据水蒸气分压度和空气分压度的表格，可以通过查表法来计算湿空气的状态。
第四章热功学性质1. 热功学性质的三种基本类型是什么？答：热功学性质的三种基本类型是热力学势、热容和熵。
2. 熵的基本概念及其计算？答：熵是指物理系统内部不可逆过程的度量。
根据定义，熵的计算公式为$\Delta S = Q/T$，其中$\Delta S$表示熵的变化量，$Q$表示系统吸收的热量，$T$表示系统的温度。
西南科技大学《热工基础及流体力学》期末考试复习
热工基础及流体力学第一章 气体的热力性质（名词解释）1.工质：实现能量传递与转换的媒介物质 。
2.热力学系统：热力学研究时，根据研究问题的需要人为选取一定的工质或空间作为研究对象，称为热力系统，简称热力系或系统。
3. 热力系分类：①封闭热力系（与外界有能量传递,无物质交换的系统。
系统的质量恒定不变）②开口热力系：（与外界有能量、物质交换的系统，系统的质量可变）③绝热热力系（与外界没有热量交换的系统）④孤立热力系：（与外界既无能量（功、热量）交换又无物质交换的系统）4.热力状态：工质在某一瞬间所呈现的全部宏观物理特性，称为热力学状态，简称状态。
5. 状态参数：描述工质热力状态的宏观的物理量叫做热力学状态参数，简称状态参数。
基本状态参数：温度（T ）、压力（p ）、比体积（v ）导出状态参数：热力学能（U ）、焓（H ）、熵（S ）6. 理想气体：是指状态变化完全遵循波义耳-不占体积的质点，分子之间没有相互作用力。
7. 热力学能：指组成物质的微观粒子本身所具有的能量, 即所谓的热能。
包括了：①内动能:分子热运动的动能。
②内位能: 分子之间由于相互作用力而具有的位能。
第二章 热力学基本定律（填空+计算（卡洛循环）+名词解释） 1.准平衡过程：过程中热力系所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的热力过程称为 准平衡过程，或准静态过程 。
2. 可逆过程：如果热力系完成某一热力过程后, 再沿原来路径逆向进行时 , 能使热力系和外界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为 可逆过程。
反之,则称为不可逆过程 。
(可逆过程是一个理想过程，可逆过程的条件：可逆过程= 准平衡过程 ＋ 无耗散效应）。
3.关系：准平衡过程概念只包括热力系内部的状态变化，而可逆过程则是分析热力系与外界所产生的总效果。
可逆过程必然是准平衡过程，而准平衡过程只是可逆过程的条件之一。
4.热力学第一定律：实质就是热力过程中的能量守恒定律。
“热工基础”课程教学大纲
“热工基础”课程教学大纲课程编号：学时：48 （理论学时：44 实验学时：4 课外学时：58）学分：2.5适用对象：机械工程与自动化、材料科学与工程、航空航天和工程力学等专业本科生先修课程：高等数学，大学物理一、课程性质和目的（100字左右）性质：基础理论目的：通过本课程学习，使学生掌握包括热能与机械能相互转换基本理论和热量传递规律两方面的热工理论知识，获得有关热科学的基本分析计算训练和解决有关热工工程问题的基本能力。
同时还应为学生对热学科的建模和问题的处理奠定基础。
二、课程内容简介（200字左右）热工基础是研究热现象的一门技术基础课程，主要讲授热能与机械能相互转换基本理论和热量传递规律，以提高热能利用完善程度的一门技术基础课，是机械学科、材料学科、航空航天和建筑等学科相关专业的一门必修课程。
本课程为学生学习有关专业课程和将来解决热工领域的工程技术问题奠定坚实的基础。
三、教学基本要求1．掌握热能和机械能相互转换的基本规律(第一、第二定律)，以解决工程实际中有关热能和机械能相互转换的能量分析计算和不可逆分析计算；2．掌握包括理想气体、蒸气和湿空气在内的常用工质的物性特点，能熟练应用常用工质的物性公式和图表进行物性计算；3．掌握不同工质热力过程和循环的基本分析方法，能对工质的热力过程和循环进行计算，具有解决实际工程中有关热能转换的能量分析和计算能力；4．掌握包括导热、对流换热、辐射换热三种热量传递方式的机理，进而掌握热量传递的基本规律和基本理论；5．能对较简单的工程传热问题进行分析和计算，具有解决较简单的传热问题，尤其解决是与力学分析有关的传热问题的能力。
四、教学内容及安排0绪论（能源概述）1、内容:能源和热能利用的基本知识：本学科研究对象，主要研究内容和方法。
2、要求：使学生掌握本学科的研究概况；了解能源和热能利用的概况，能源利用和社会、经济可持续发展的关系，节能的重大意义；正确认识、理解本课程与专业的关系。
热工基础(机械)第4章
孤立系熵增原理也是热Ⅱ的一种表达式，指出了过程
进行的方向。
例1 卡诺热机（取热源、热机组成孤立系）
Siso S A S B S工
Q2 Q1 S B S A T2 T1 ，
S工 0 （循环）
由卡诺循环可知 Q2 Q1 T2 T1
4. 对可逆过程，熵变就等于熵流，但从概念上
熵变是状态参数，而熵流不是状态参数，当然熵
产也不是状态参数。 熵产是系统过程不可逆程度的一种度量。
四、熵方程
1. 闭口系熵方程 或 ds = dsf + dsg Δs=Δsf+Δsg
2. 开口系熵方程： 系统的熵变＝流入的熵＋系统的熵产－流出的熵 设系统进、出口截面工质处于平衡稳定状态，则
制冷系数 1
供热系数 ' 1
（ w0、 q1 、q2 均取绝对值）
二、卡诺循环与卡诺定理 由以上分析知，热机循环的热效率不可能达到100%， 那么在一定条件下，热机的热效率最大能达到多少？ 热机的热效率与那些因素有关？这正是卡诺循环与卡
诺定理要解决的问题。
由于难以解决的结构问题以及其它多种原因，卡诺循
Q2 T T1 Q1 Q2 Q1 T1 ， T
T1 W0 Q1 Q2 Q2 1 T
Q2 T2 t 1 tc 1 Q1 T1
Q1
T1
Q2
T2
上式中δQ2 若取负值, 则有：
Q1
T1
Q2
T2
0
1 A2
Q
T
2 B1
Q
T
0 ，即
对不可逆循环
热工基础ppt热力学第二定律
克劳修斯不等式
Q
Tr
0
dS
0
第四章 热力学第二定律
33
克劳修斯不等式例题
A 热机是否能实现
Ñ TTQQ
2000 1000
800 300
可能
0.667kJ/K 0
1000 K 2000 kJ
如果：W=1500 kJ
Ñ TTQQ
2000 1000
500 300
不可能
0.333kJ/K 0
A 1200 kJ 1500 kJ
36
熵流和熵产
对于任意微元过程有：
定义
dS Q
T
=：可逆过程 >：不可逆过程
熵流：工质与热源之间热交换引起的熵变
dSf
Q
T
熵产：纯粹由不可逆因素引起
dSg 0 永远
dS dSf dSg S Sf Sg
结论：熵产是过程不可逆性大小的度量
内燃机为什么只能将40%左右的热 能转化为机械能呢？或者说燃料燃 烧产生的热能为什么不能全部转化 为机械能呢？
这是由于总有一部分热量在做完功后，随着废气排 入到大气中，造成热量损失。
第四章 热力学第二定律
10
开尔文－普朗克表述 Kelvin－Planck Statement
不可能从单一热源取热，并使之完全转变为 功而不产生其它影响。
火力发电 t1=600oC，t2=25oC
tC =65.9% 实际t =40% 回热和联合循环t 可达50%
第四章 热力学第二定律
27
4-3 熵
熵的导出 定义：熵
比熵
dS Qre
T
ds qre
T
在微元可逆过程中，工质 熵的增加等于工质所吸收 的热量除以工质的热力学 温度。
西安交大热工基础课件
热与流体研究中心
28
4. 状态参数熵
定义ds
( q
T
)r
为状态参数熵的微分
p ab A
用一组可逆绝热线，把它分
割成无限多种微元循环，每个微 元循环都是可逆旳。
1 dc
O
2
B
v
热与流体研究中心
29
pA
q1 b
• a•
• 1
对任意微元循环abcda：
2 •
•c •d q2 q2
B v
吸热：q1，温度为T1
理想气体等温膨胀
T
Q
W
多种说法等效
热与流体研究中心
9
热力学第二定律多种表述旳等效性：
QL QL
QH
热源：失去 QH QL QH QL QO WOt
外界：得到 WO
QL
冷源：失去 QL QL 0
TH WO QL TL
总效果：从单一热源吸热 Q1 Q2 Qnet
பைடு நூலகம்
全部转变为功
Wnet
Ex,Q
Q(1
T0 T
)
En,Q
Q T0 T
热与流体研究中心
25
3. 多热源旳可逆循环
1. 热源多于两个旳可逆循环
任意可逆循环，如左图之1H2L1。
T
H
•
•2 1•
L• s
吸热过程： 1H2，工质温度变化，为可逆，
需热源温度时时与工质相等，这么就 要有无限多种热源。
放热过程： 2L1，无限多种冷源。
第三节 热力学第二定律
热与流体研究中心
1
一、热力过程旳方向性
温差传热
A
QA
B
热工基础-04第四章_热量传递的基本理论
定解条件 r r1 , t tw1; r r2 , t tw2
通解 t c1 ln r + c2
dt 1 tw2 tw1 dr r ln(r2 / r1 )
tw2 tw1 t t1 + ln(r / r1 ) ln(r2 / r1 )
q dt tw1 tw2 dr r ln(r2 / r1 )
山东大学（威海）机械系
例4-6用图4一15所示的带套管的温 度计测定管道内的水蒸气温度。测温套 管是一头封闭的细长金属管，用焊接或 其他办法固定在管道壁上。温度计位于 测温套管内，管底有不易挥发的油或金 属屑，并浸没温度计泡，温度计指示温 度接近于测温套管的端部温度。如温度 计的指示温度为250 ℃，水蒸气管道的 壁温为140℃，套管壁厚δ= 2. 5 mm，外 径d0=5mm, 高H = 80mm，套管壁的热导 率为40W/（m· K），水蒸气侧的表面传 热系数h＝100 W/（m2· K），求水蒸气 的实际温度和测温误差。
tw2 tw1
tw1
q
/
t w2
热阻网络图
tw1 tw2 dt t q dx
山东大学（威海）机械系
（b）、多层平壁导热
t
t w1
t w2
t w3
q
1
t w,n+1
q
t w1 t w,n+1
2
n
i i 1 i
n
t w1 t w,n+1
通解
h
(x, ) x f1 ( Fo, Bi, ) 0
当 x 0 时,
m(0, ) f1 ( Fo, Bi) 0
热工基础A(习题课(1)--工热总复习)西南交大载运
6) 讨论
(1) 取两个系统的关键是找到二者的相互关系
(2) 上端如果改为定压、绝热等条件
(3) 有时取一个系统更方便
例 2： 已知：如图所示，
A、B室内各盛有相同的某理想气体 10kg， t1＝ 27 oC，P1= 0.15 MPa,
Cp =1.2 kJ/kg.k，Rg = 0.4 kJ/kg.k，
B:
A:
qB = wB = RgT1ln(P1/P2) u
qA = Δu+ wA= Cv( TA2-TA1) - wB
①
②
4) 补充方程
2(RgT1/P1) = (RgTA2/P2) + (RgT1/P2) = Rg (TA2+ T! ) /P2
③
5) 计算
由 ①: qB = wB = 0.281×290ln(1/4) = -115.4 kJ/kg 由 ③: TA2= (2P2/P1- 1)T1 = 7T1 = 2030 K 由 ②: qA = 0.716(2030- 290) + 115.4 = 1361.24 kJ/kg
热力学第二定律
1. 热力学第二定律的实质：一切自发过程都是不可
逆的。 2. 热力学第二定律的两种经典表述（开尔文－普朗 克说法和克劳修斯说法），注意热力学第二定律
在表述上的完整性（缺少任何一部分内容都不正
确）。
3. 卡诺循环的组成、热效率，卡诺定理的指导意义。 4. 熵的定义式，过程中引起熵变的原因，热熵流和
2) 湿空气绝对湿度、相对湿度、含湿量、焓、
露点 温度、湿球温度；
湿空气的湿度图
3.湿空气的热力过程分析
第七章
气体与蒸汽的流动
1. 当地音速，截面方程，马赫数与喷管外形选择的 关系。 2. 定熵滞止，滞止焓、滞止温度、滞止压力。
《轮机热工基础》复习题
《轮机热工基础》复习题提醒大家：该题库由轮机工程学院葛景华老师创建，供集美大学轮机工程学院本科生教学过程中使用。
请大家珍惜老师的劳动成果，未经老师允许，不得向其他学校传播。
第一章基本概念1. 与外界只发生能量交换而无物质交换的热力系统称为 B 。
A、开口系统B、闭口系统C、绝热系统D、孤立系统2. 与外界既无能量交换又无物质交换的热力系统称为 D 。
A、开口系统B、闭口系统C、绝热系统D、孤立系统3. 开口系统与外界可以有 D 。
A、质量交换B、热量交换C、功量交换D、A+B+C4. 与外界没有质量交换的系统是闭口系统，同时它也可能是＿＿D＿＿系统。
A．开口 B．绝热 C．孤立 D．B＋C5. 下列 B 与外界肯定没有质量交换但可能有热量交换。
A、绝热系统B、闭口系统C、开口系统D、孤立系统6. 实现热功转换的媒介物质称为 C 。
A、系统B、气体C、工质D、蒸气7. 工质应具有良好的和。
AA、流动性/膨胀性B、耐高温性/导热性C、耐高压性/纯净D、耐腐蚀性/不易变形8. 下列各项为工质热力状态参数的是：。
CA、热量、压力、熵B、功、比容、焓C、内能、压力、温度D、内能、比热、焓9. 在工质的热力状态参数中，属于基本状态参数的是。
AA．温度 B．内能 C．焓 D．熵10. 500℃等于_______C____。
，则绝对压力为 D 。
A、160KPaB、100KPaC、60KPaD、40KPa11.若大气压力为100KPa，表压力为60KPa，则绝对压力为 A 。
A、160KPaB、100KPaC、60KPaD、40Kpa12.在没有相变和化学反应时，处于＿C＿＿＿是系统实现平衡的充分和必要条件。
A．热平衡 B．力平衡 C．热和力同时平衡 D．都不是14. 在下列各项中，＿＿A＿＿都不是状态参数，是过程量。
A．功和热量 B．功和压力 . C．热量和温度 D．压力和比体积15. 下列热力学过程中视为可逆过程的是 C 。
热工基础第四章习题答案
热工基础第四章习题答案热工基础第四章习题答案热工基础是热能科学的基础学科，是热能工程学、热力学和热工学的基础。
在学习热工基础的过程中，习题是非常重要的一部分，通过做习题可以巩固理论知识，提高解题能力。
本文将为大家提供热工基础第四章习题的详细解答。
1. 问题描述：一个理想气体在等温过程中，体积从V1变为V2，压强由P1变为P2。
求气体对外做功。
解答：根据理想气体的状态方程PV=nRT，我们可以得到P1V1=P2V2。
由于等温过程，气体的温度保持不变，因此气体的内能也不变。
根据热力学第一定律，等温过程中气体对外做功等于热量的负值。
所以，气体对外做功为W=-Q。
由于内能不变，所以热量Q=0。
因此，气体对外做功W=0。
2. 问题描述：一个理想气体在绝热过程中，体积从V1变为V2，压强由P1变为P2。
求气体对外做功。
解答：绝热过程中，气体与外界没有热量交换，所以热量Q=0。
根据热力学第一定律，气体对外做功等于热量的负值，即W=-Q。
所以，气体对外做功W=0。
3. 问题描述：一个理想气体在等容过程中，温度从T1变为T2，压强由P1变为P2。
求气体对外做功。
解答：等容过程中，气体的体积保持不变，所以体积的改变量为ΔV=0。
根据理想气体的状态方程PV=nRT，我们可以得到P1V1=P2V2。
由于等容过程，气体的体积不变，所以V1=V2，所以P1=P2。
根据热力学第一定律，等容过程中气体对外做功等于热量的负值。
所以，气体对外做功W=-Q。
根据理想气体的内能公式U=CvΔT，其中Cv为等容热容量，ΔT为温度变化量。
所以，热量Q=CvΔT。
因此，气体对外做功W=-CvΔT。
4. 问题描述：一个理想气体在等压过程中，温度从T1变为T2，体积由V1变为V2。
求气体对外做功。
解答：等压过程中，气体的压强保持不变，所以压强的改变量为ΔP=0。
根据理想气体的状态方程PV=nRT，我们可以得到P1V1=P2V2。
由于等压过程，气体的压强不变，所以P1=P2。
西安交大热工基础课件
热与流体研究中心
14
热工基础
导热、对流和辐射综合表现
房间散热
h1, tf1
h2, tf2
研究传热过程的基本目的： 传热量和温度分布
热与流体研究中心 15
热工基础
第二节 导热的基本定律及稳态导热
1. 导热的基本定律
（1）温度场和温度梯度
定义： 物体中各点温度值所组成的集合
z
y
x
热与流体研究中心
16
0 1 bt
热与流体研究中心
34
热工基础
（三）通过等截面直肋的导热
肋片：指依附于基础表面上的扩展表面。
热与流体研究中心
35
热工基础
特点：前面分析中例题在导热热流量传递路径 上处处相等，工程实际中还会遇到热流量处处变化 的稳态导热情况，肋片的导热既是如此。
热与流体研究中心
36
热工基础
1.定义：温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直 接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动 而进行的热量传递现象。
导热特点:
1) 依靠微观粒子的无规则热运动 2) 物体之间不发生宏观相对位移
热与流体研究中心 3
热工基础
基本公式：
t w1
t w2
A
t A
t q A
qdx dt 0 t w1 q t t w1 x
q t w1 t w2
x
t w2
t
t
r
Φ qA
t
A
t R
热与流体研究中心
26
热工基础
热阻的概念
t1 t2
《热工基础》第六讲_820106888
13 14
q1 T1sab q 2 T2 sab
5-2 卡诺循环与卡诺定理
c 1
T2 T1
5-2 卡诺循环与卡诺定理
c 1
T2 T1
3）当T1等于T2时，热循环效率等于0，即单一热源连续 作功是不可能的
1
28
2
2
Qrev
T
克劳修斯积分
27
1
5-4 熵、热力学第二定律的数学表达式
二、热力学第二定律的数学表达式
对于可逆循环有克劳修斯积分等式：
5-4 熵、热力学第二定律的数学表达式
（1）克劳修斯积分不等式
可逆小循环 用一组等熵线分割循环 不可逆小循环
Qrev
T
0
此式可作为可逆循环的一种判据。 对于不可逆循环呢？
气体自发向真空膨胀，但却不能自发压缩
5-1 热力学第二定律
（4）功热转化
重物下落，水温升高; 水温下降，重物升高？ 只要重物势能增加小于等于水降内能 减少，不违反第一定律。 可以自动、无条 件地、全部转化 不可能全部 无条件转化
（2）有限温差下的传热
热可以自发地从高温物体传到低温物体，但却不能 自发地从低温物体传到高温
第四章：热力学第二定律
热力学第一定律揭示了这样一个自然规律，即在热力 过程中参与转换与传递的各种能量在数量上是守恒的。但 它并没有说明，满足能量守恒原则的过程是否都能实现。 经验告诉我们，自然过程是有方向性的。
揭示热力过程方向、条件与限度的定律是热力 学第二定律。
2
5-1 热力学第二定律
（1）自由膨胀
三、 不可逆绝热过程分析
工程热力学：第四章 热力学第二定律
4-5 热二律的表述与实质
热二律的表述有 60-70 种
热功转换
传热
1851年 开尔文－普朗克表述
热功转换的角度
1850年 克劳修斯表述
热量传递的角度
开尔文－普朗克表述
不可能从单一热源取热，并使之完 全转变为有用功而不产生其它影响。
理想气体 T 过程 q = w
卡诺逆循环卡诺制冷循环
T
T0
制冷
T2 s1 s2 s
C
q2 w
q2 q1 q2
T2 (s2 s1)
T2
T0 (s2 s1) T2 (s2 s1) T0 T2
T0 c T2 c
1 T0 1 T2
T0 q1
Rc w q2
T2
卡诺逆循环卡诺制热循环
T
T1
制热
T0 s1 s2 s
' q1 q1
T1 热源
Q1
Q1’
A WA B
Q2’
冷源 T2 <T1
证明2、违反克表述导致违反开表述
反证法：假定违反克表述
Q2热量无偿从冷源送到热源
假定热机A从热源吸热Q1
T1 热源
对外作功WA 对冷源放热Q2
Q1
Q2
WA = Q1 - Q2 冷源无变化
A WA
从热源吸收Q1-Q2全变成功WA Q2
Q2
违反开表述
w q1 q2
T1(s2 s1)
T1
T1(s2 s1) T0 (s2 s1) T1 T0
T1 ’ T0 ’
1
1 T0 T1
T1 q1
Rc w q2
T0
热工基础 第4章 工程热力学绪论和基本概念
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观物理状况。 状态参数：描述热力系状态的物理量。 状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只
与初终态有关。 3、状态参数的微分特征：全微分
1.2 状态和状态参数
状态参数的积分特征：状态参数的变化量与路径无关，只与初终
温度测量的理论基础
温度的热力学定义： 处于同一热平衡状态的各个热力系，必定有某一宏观特征彼此 相同，用于描述此宏观特征的物理量⎯温度。 温度是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。
1.2 状态和状态参数
温标：温度的数值表示。
基准点 温标三要素 测温物质的性质
分度方法 绝对温标：符号T，单位K 新摄氏温标：符号t，单位℃ t(℃)=T(K)-273.15
态有关。
2
2
2
∫dz = ∫ dz = ∫dz = z2 − z1
1 1,a 1,b
∴ ∫ dz = 0
例：温度变化、山的高度变化
1
a
2 b
状态参数的微分特征：设 z =z (x , y)，dz是全微分。 可判断是否 是状态参数
dz
=
⎛ ⎜⎝
∂z ∂x
⎞ ⎟⎠
y
dx
+
⎛ ⎜ ⎝
∂z ∂y
⎞ ⎟ ⎠x
耗散效应
通过摩擦使功 变热的效应(摩阻， 电阻，非弹性变性， 磁阻等）
1.4 准静态过程、可逆过程
3、典型的不可逆过程
不等温传热
自由膨胀
T1
QT1>T2T2源自•• ••• ••
•• •
•• ••
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④ tc与工质的性质无关。
⑤ 要作功必须排给冷源q2, 说明必须有自发过程作补偿
2. 卡诺定理 定理一：
在两个恒温热源T1 、T2间工作的所有可逆热机，
则有 :
t1(可逆) t2(可逆) ……
定理二：
在两个恒温热源T1 、T2间工作的所有可逆热机， 若 A为任何热机（可逆或不可逆），B为可逆热机，则有
熵的定义式为:
dS Qre J/k（或kJ/k）
适用微元
T
ds qre J/（kg·k）[或kJ/（kg·k）]
可逆过程
T
式中 T
热源温度（可逆换热过程中等于工质温度）
对于可逆等温过程: Δ S= ∫δQ／T 即 ΔS= Q／T
Δ s= ∫δq／T 即 Δs= q／T
对简单可压缩系统任意过程熵变计算式
2 Q
1 T
对孤立系: ds=δsf+δsg
∵ Qiso 0 dSiso ≥ 0 或 Siso ≥ 0
Δsf = δQ/T = 0 但 δsg≥ 0
孤立系熵增原理表达式， 同样适用于绝热系
结论：孤立系的熵可以增大或保持不变，
但不可能减少。
孤立系熵增原理也是热力学第二定律的另一种表达式，
q2 adcT ·ds（均取正值）
令 T1 ·s q1 ，T2 ·s q2
则
T1
abcT s
·ds
,
T2
adcT ·ds s
概括性卡诺循环
式中 T1 ——平均加热温度； T2 ——平均放热温度。
结论：
t 1
adcTds 1 T2
abcTds
T1
1）在两个变温热源间工作的可逆热机，
热力学第二定律 可逆 -----火用 守恒
不可逆 -----火用 ↓ 不可能 -----火用 ↑, 火无 ↓
注: ① 火无--无用能
s2 - s1 = Δsf+Δsg
如为可逆、绝热、稳定流动： s2 - s1= 0 ,
如为不可逆、绝热、稳定流动： s2 – s1> 0,
s1、s2 分别为进出口截面工质的比熵
Δsg = s1-s2 = 0 Δsg = s2 – s1> 0
2. 孤立系统熵增原理
对任意过程 :
Q
dS ≥ T
或
S ≥
只有同时遵循热力学第一、第二定律的过程 才有可能发生和进行。 热力学第二定律的实质：从能量品质的角度说明了 热力过程进行的方向、条件以及进行的限度 （最高极限）。
二、热力学第二定律的表述
热力学第二定律的表述有很多种，各种表述虽形式不同，但本质 相同,是等效的 。而且是可以相互证明的. 两种常见的表述： 1. 克劳修斯说法：热量不可能自发地、不花任何代价地从
2. 逆循环（制冷或热泵循环）——沿逆时针方向进行
w2 = w1- w2
w1
由热Ⅰ：w0=q2－q1 （ q2为吸热量，q1为放热量均取绝对值）
∵ q1 ＞ q2 ∴ w0的值为负，说明循环消耗外功。
循环有效性指标（适用于任意循环）：
制冷系数(制冷机)
q2 q2
w0 q1 q2
T1 T2
若考虑Q2为放热量，代入负号，则
Q1 Q2 0
T1
T2
对卡诺循环，则可导得
Q
T
0
根据状态参数的性质，状态参数是全微分，循环积分为零,
即“δQ／T “也具有状态参数的特征,所以定义为状态参数熵。
( 对于任意的可逆循环，经过P68、 图4.6的分割， 可以推导出与卡诺循环相同的结果 )
过程的不可逆程度越大，熵产的值越大。
三、熵方程和孤立系统熵增原理
1. 熵方程
闭口系熵方程：ds=δsf+δsg
或
Δs=Δsf+Δsg
开口系熵方程： Δs = Δsf+Δsg + (s1-s2)
s2-s1 --------工质进出口熵的变化
对稳流系：系统所有参数都不变, 即 系统的熵Δs=0 。
故得
第一节 热力学第二定律的实质及表述
一、热力学第二定律的实质
热力学第一定律的实质是能量在转换过程中数量守恒。 没有涉及能量的品位和在转换过程中的方向、条件、限度问题. 实际上 :
1、 能量有品质的高低
◆ 电能、机械能，几乎可100%地转换成任何其它形式的能量，称为无 限可转换能；
◆ 高于环境的势能（热能、重力势能、压力势能等）只能部分地转换为 机械能，而且势能所处的势越高，可转换的份额就越大，这部分 势能称为有限可转换能；
对不可逆过程：克劳修斯积分式小于该过程的熵变。
对不可逆微元过程：
dS Q
T
或
ds q
T
。
结论：在不可逆过程中，熵的变化大于过程中工
质的吸热量除以热源温度所得的商。
熵方程定义：用dsg 表示δQ/T 与ds 之间的差值
ds = δQ/T + dsg = dsf + dsg
或
dS g
dS
Q2 Q1
tc
1
T2 T1
Q1 Q2
T1 T2
上式中 Q2 若改为代数值，则有
Q1 Q2 0
T1 T2
Q
Q
1A2 T 2B1 T 0
，即
对不可逆循环
Q
T
0
（注意：δQ／T 不是熵）
对可逆循环则可导得
对任意循环：
Q
T
0
Q
T
≤0
— 克劳修斯积分不等式
非自发过程: 使能量品质升高，不能自发进行的过程.
包括: 所有自发过程的逆过程 ∴ 一切自发过程都是不可逆的。
3. 非自发过程的进行需要一定的条件 非自发过程必须以某种补偿过程为条件才能进行，该补偿 过程是使能量品质降低的自发过程，从而保证整个过程中 能量的品质不会升高。 例如：热能变为机械能(热力发动机)必须损失一部分热能
第二节 卡诺循环和卡诺定理
一、热力循环
封闭的热力过程称为循环, 循环分正循环和逆循环。 1. 正循环（动力循环）——沿顺时针方向进行
由热力学第一定律： w0 q1 q2 （ q1 、q2均取绝对值）
循环有效性指标（ 所得／代价）：
热效率:
t
w0 q1
1
q2 q1
＜1
此式适用于任意过程
tA≯ tB
定理二证明思路：利用反证法证明。(参考 p65)
3. 卡诺定理的指导意义
提供了两个热源间循环效率的最高限度，从而给一切循
环确定了最佳经济性的指标。是一切热机可望而不可及的奋斗目标 !
三、变温热源的可逆循环
在两个非恒温的变温热源间 进行一个任意可逆循环abcda
则 q1 abcT ·ds
且随 T1 ↑，T2 ↓，t ↑。
t
1 T2 T1
2）在两个相同的温度界限间工作的一切可逆热 机中，卡诺热机的热效率最高。
第三节 熵方程与孤立系统熵增原理
一、熵的导出（一种经典方法） 由卡诺定理 （两恒温热源间的可逆2 T1
可推得
Q1 Q2
二、作功能力损失与熵产
作功能力损失是指由于过程的不可逆性所造成的最大 有用功（作功能力）减少的部分。
作功能力损失的计算： I= T0ΔSg
T0——环境温度。
三、能量贬值原理
表述：孤立系中发生的一切过程总是朝
着能质（作功能力）下降的方向进行 的，极限条件（可 逆）下保持不变 。
热力学定律的新描述:
热力学第一定律 火用 + 火无 = 恒量
tc ↑，
但T1受材料和燃烧效率的限制，T2受环境条件的限制；
② ∵T1<，T2>0，∴
tc 1 ；
故 热不能全部变为功, 吸入热量分为两部分:
有用部分---- (1-T2/T1)q 称为热量的作功能力(热量火用) 无用部分---- (T2/T1)q 称为无用能(热量 火无) T1↑, 热量品位↑,有用能↑, 无用能↓
第四章 热力学第二定律
一、本章要点
热力学第二定律的实质；循环的经济性指标；卡诺循环、卡诺定 理及其意义；熵流和熵产的概念；熵方程；孤立系统熵增原理； 做功能力和做功能力损失的概念及其计算。
二、学习目标
深刻理解热力学第二定律的实质，认识能量不仅有“数量”的 多少，而且还有“品质”的高低；掌握不同循环经济性指标的定 义及特点；理解卡诺循环、卡诺定理的意义，了解提高循环经济 性的方法；掌握熵流、熵产和熵的定义、计算和应用；掌握孤立 系统和绝热系统熵增的计算；了解做功能力和做功能力损失的概 念，掌握利用熵产计算做功能力损失的方法。
指出了过程进行的方向。
例1 题意: 试证明右图中的温差传热过程
是不可逆过程 设： A、B内部过程视为可逆
A内保持T1，B内保持T2
且 T1 T2
取: 孤立系统 = A + B 则: △Siso = △SA + △SB = Sg
△SA = Q/T1 △SB = Q/T2
∵ ∣ △SA ∣＜ ∣ △SB ∣ 又 △SA ＜ 0, △SB＞0
低温物体传向高温物体（代价就是要消耗外功 ---用热变 功的自发过程补偿）。 2. 开尔文－普朗克说法： 不可能从单一热源吸热，并使之连续不断地全部转化 为有用功,而不留下任何变化（“变化”就是动力循环需向环境 放热 --- 用高温向低温传热的自发过程补偿）。
实质：揭示传热和热转换为功过程的不可逆性。
1
供热系数(热 泵)