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
热力学第二定律的影响与应用
热力学第二定律的影响与应用热力学第二定律被誉为热力学中最重要的定律之一，其影响和应用也不仅仅局限于热力学领域，而是涉及到从环境保护到能源利用等众多方面。
本文将就热力学第二定律的影响与应用展开阐述。
一、热力学第二定律的原理热力学第二定律提出了热能无法从低温物体自发地流向高温物体的原则，即热量永远只能从热源向冷源流动，其体现为热力学第二定律的两种表述：1、卡诺定理：每个循环热机的效率都不可能达到只从单一热源吸热并完全转化为功的效率，仅当工作介质在与尽可能高温的热源接触并在与尽可能低温的环境接触时，效率才能最大。
2、克劳修斯表述：不可能从单一热源吸热并将热量完全转化为功而不产生其他影响。
热力学第二定律的原理突出了热力学的“不可逆性”，即热力学系统的一部分的知识无法单独回到初始状态。
这一原理广泛适用于热力学领域中的各个过程和实际问题。
二、影响：环境保护作为环境科学的重要理论基础之一，热力学第二定律主要通过三种途径体现其对环境的影响：1、利用低品位能源低品位能源包括太阳能、地热能、海洋能等，它们有着广阔的应用前景。
由于低品位能源的储存寿命较长，而且再生能力也较强，因此，它们可以更好地适应环境保护的要求，广泛应用于多领域。
2、减少能源的浪费热力学第二定律认为热能无法从高温物体自发地流向低温物体，因此，它强调对能量的优化使用和关注浪费。
在环境保护角度，可以借助这个原理指导企业和个人在生产和日常生活中的能源消费行为，充分利用能源、减少能源的浪费，实现节能减排。
3、降低产生废气和废水的可能性废气和废水的产生既会对环境造成污染，同时也是能源的浪费。
热力学第二定律提示我们，产生废气和废水的物质温度较高，因此，关注温度的变化是我们如何预防和减少废气和废水产生的关键之一。
三、应用：能源利用热力学第二定律在能源的利用方面，同样有着广泛的应用，如下：1、冷源利用热力学第二定律强调了热能的传递方向，因此，当环境温度较低时，可以将热能转化为冷能，从而达到冷源的利用和节约应用的效果。
节能技术—节能原理
➢能质系数（能级）λ
表征能量转变为功的能力和技术上的有用程度，因此可 以用 来评价能量的质量或级位。
➢ 能质系数 —— 能量中 所占的百分比，衡量能量作功能
力大小的统一尺度，其定义为：
Ex
E
总能量
▪ 高级能（功量）： 1 ▪ 低级能（环境中）： 0 ▪ 中级能（热量）： 0 1
➢ 热量
节流是典型的不可逆过程，在 缩口附近存在涡流，工质流过孔板 后压力总有不同程度的降低。
q h 1 2
c
2 f
g
z ws
工质流过孔口时间很短，即认为q=0，且两个截面上 流速差别不大，动能、位能的变化可以忽略；节流过程对 外不作轴功，则有：
节流前后焓值相等
注意：节流过程焓值并非处处相等
热力学第一定律揭示规律
吸收对的于热动量力为循Q1环，，则如循果环效循的率环所效收代做率益价的功ex为为：W，从高温热源
ex
Ex,W Ex,Q1
对于制冷循环，如果循环所消耗的功为W，从低温热
源吸收的热量为Q2，则循环的 效率 ex 为：
ex
Ex,Q2 Ex,W
能量利用经济性指标
对于热泵循环，如果循环所消耗的功为W，从高温热
c2f mg
z Ws
或
wt
1 2
c2f g
z ws
式中：Ws为稳定流动系通过轴与外界交换的轴功；
Wt为稳定流动系通过轴与外界交换的技术功。
工质在稳定流动过程中所作的膨胀功w，一部分用于
维持工质流动所必须作出的净流动功 ( p22 p11) ，一部
分用于增加工质本身的宏观动能和宏观位能，其余部分
热能属于第二类能量，其 值取决于自身的状态参数 （T、P等）和环境的状态（T0）。当与环境处于平衡状 态时，其 值＝0
热力学中的四大定律与应用
热力学中的四大定律与应用热力学是研究热能和物质转移的科学，是物理学中的一个重要分支。
在热力学中，有四大定律，它们是热力学理论体系的基础，是研究物质在热力学过程中的基本规律。
这四大定律不仅在科学研究中有着广泛的应用，同时也对我们的生活产生着重要影响。
第一定律：能量守恒定律热力学第一定律也称能量守恒定律，它是热力学的基本定律之一。
该定律表明，在一个系统内，能量不会被创建，也不会被破坏，只会从一种形式转换为另一种形式。
换句话说，系统内的能量总量是不变的。
该定律的应用比较广泛，例如在能源的利用和管理上，我们常常需要设计一些能量转换装置，如汽车引擎、火力发电厂、核电站等。
在设计这些设备时，必须保证能量输入等于输出，以符合热力学第一定律的要求。
第二定律：熵增定律热力学第二定律也称熵增定律，它是热力学的重要定律之一。
该定律排除了一切永动机和技术上不可行的热能转换过程。
它规定了热量只能从高温向低温流动。
热流只能由低温物体吸收高温物体的热量，随后再向低温物体散发热量。
因此，热能转换过程中总是会有些热量被浪费掉。
应用方面，热力学第二定律对我们的生活也产生了重要的影响。
例如，在节能环保方面，我们需要像冰箱、空调等家电的设计上增加密封措施和制冷技术的改进，以提高能源利用效率、减少能源的浪费。
第三定律：绝对零度定律热力学第三定律也称绝对零度定律，它是热力学的一个基本定律，规定在绝对零度时，正常的物质将处于绝对静止状态。
根据热力学第三定律，即使是最彻底的制冷，也不能将物体降到绝对零度。
因此，在物理制冷技术方面，我们需要通过其他技术手段来实现低温条件下的物理实验或应用。
例如，在超导材料的应用中，超导材料需要在低于一定的温度下才能实现零电阻。
因此，在超导材料的制备和应用方面，我们需要采用更加先进的低温制冷技术。
第四定律：热力学基本关系式热力学第四定律是一种调和行为，在热学中通常被称为热力学基本关系式。
该定律在热力学的数学表述中提供了一个统一的基础，以便于我们理解和应用热力学基础理论。
热力学第二定律高二物理教案：热力学第二定律应用于能源领域的案例分析与热能效率的提高
热力学第二定律高二物理教案：热力学第二定律应用于能源领域的案例分析与热能效率的提高热力学第二定律是热力学中非常重要的一条定律，它反映了热力学系统中能量的流动方向。
热力学第二定律描述了能量从热源到冷源的流动，它说明了热能不可能从低温区域自发地流向高温区域，而只能从高温区域流向低温区域，从而导致了熵的增加。
这个定律对于我们理解自然界中不可逆过程的本质、热能的利用效率等问题都有着非常重要的意义。
本教案将通过一些案例分析，介绍热力学第二定律在能源领域的应用，并讨论如何提高热能效率。
一、案例分析1.汽车发动机：汽车发动机是常见的内燃机，基本上是由节能功率和排泄功率两部分组成的。
而热力学第二定律是对于扩散的自发性反应的描述，所以可以应用于汽车发动机的分析中。
汽车发动机中的高温热能主要由可燃物燃烧产生，而低温状态则是出口排气。
根据热力学第二定律，热能必然从高温区域到低温区域流动，那么低温区域排放的热能都是无法被利用的。
因此，发动机能够利用的热能只有其燃料的一小部分，大量的热能被浪费，并导致空气污染。
为了提高发动机的热能利用效率，需要采取一系列措施，如降低排气温度、增加燃烧温度、提高进气量等方法，以减少热能浪费。
2.中央空调：中央空调是一种大型的空气调节系统，其机理是将室内空气抽出，在空气中加热或冷却后再排放回室内。
在这个过程中，中央空调的目标是保持室内的温度和湿度，因此，中央空调的热能利用效率对于能源消耗和环境保护都具有很大的作用。
而在中央空调冷却的过程中，制冷剂液化所释放的热量是一种可以被利用的能量，这就需要通过吸收式制冷剂的热能回收来实现。
在热能回收过程中，需要依靠热力学第二定律，利用制冷剂蒸发时所吸收的热能进行加热，使其达到较高的温度而减少浪费。
通过这种方式，中央空调的热能利用效率可以得到提高。
3.火力发电：火力发电是现代能源体系中最主要的能源供应形式之一，它是通过燃烧化石燃料向热能转化，再将热能转化为机械功或电能，以实现能源供应的。
3、热力学第二定律
1
T1 2 4 T2 3 v T1
q1 T1 s2 s1） T1 （
4
1
2 3
q2 T2 s2 s1） T2 （
s1
T2
s2
s
则卡诺循环的热效率
分析结论： 1、卡诺循环热效率的大小只取决于热源温度T1 与冷源温度 T2 ，提高热效率的途径是提高T1 或降低 T2 。 2、卡诺循环的热效率小于1。 3、当T1 = T2 时 (单热源) ，c = 0。 4、卡诺循环的热效率与工质的性质无关。
例：热量由高温传到低温物体 机械能转换为热能 气体自由膨胀 以上过程不需要任何外界作用而可以自动进行， 称为自发过程。
自然界的一切自发过程都具有方向性
自发过程的不可逆性： 自然界中牵涉热现象的一切过程都是单向进行 而无法使其回复到原状态而不引起外界的其它 变化，因而是不可逆的
自发过程的反向过程为非自发过程：
q2 T2 w T1 T2
其中：
q2 1200 T1 T2） （
w T2 1638 2 . T1 T2 293 20 1200 1200 室外温度：
T1 T2 20 293K
习题4-4图：
Q1 W Q2 Q1/ Q2/
习题4-3 1）热机的热效率 2）因为
w q2 T2 c 1 1 q1 q1 T1
对于逆卡诺循环是逆向进行的卡诺循环。其中 吸热量 q2 = T2 ( s2 – s1 ) 放热量 q1 = T1 ( s2 – s1 ) 工作系数 q2 q2 T2 制冷循环 c
w
q1 q2
T1 T2
供热循环
结论： 1、逆卡诺循环 的性能系数取决于热源温度T1 与冷源温度 T2 。 2、逆卡诺循环中制冷系数可大于或小于1，供热系数大 于1 ， 2,c = 1 + 1,c 。 3、同一台设备中可单独实现制冷与供暖，亦可联合实现 制冷与供暖。
热力学第二定律在能源利用中的应用
热力学第二定律在能源利用中的应用热力学是研究热能和其他形式能量之间转换的科学。
热力学第二定律是热力学中最重要的数学定律之一，其最基本的规律是热永远不会从低温的物体向高温的物体流动，除非做功。
这个定律对于能源利用、环境保护、和热力学工程设计有着广泛的应用。
1. 热力学第二定律的概念在热力学中，系统是指将分析的物体或空间。
热力学第二定律是一个关于系统的数学定律，规定了热力学过程不可逆的本质。
第二定律可以用许多不同的方式解释，但最简单的解释是称为“热机定理”或“热动力学第二定律”。
热机定理指出，做功的热力机从高温热源吸收热量，然后将一部分能量转化为有用的功，同时以低温热源的形式排出剩余的热量。
这进一步表明了热是一种非常低效的能源，因为大多数热能会被浪费掉。
2. 在能源利用中，热力学第二定律被广泛应用，以提高能源的效率和减少资源的浪费。
例如，在燃烧煤炭或石油的发电厂中，第二定律规定了废热的合理利用。
这些废热可以作为蒸汽冷凝器中的冷却剂，从而提高热电站的效率。
同样，汽车发动机的热效率也可以通过回收排气中的废热来提高。
例如，通过废气再循环技术 ((Exhaust Gas Recirculation, EGR)，可以将发动机排出的废气重新注入到发动机中，从而降低NOx排放并提高燃烧效率。
此外，热力学第二定律还广泛应用于太阳能、风能和生物质能等可再生能源的开发中。
例如，温差发电机可以利用地下热水或太阳辐射的温差来产生电力。
这种技术主要利用热量和电势梯度之间的差异来产生电能。
3. 热力学第二定律在环境保护中的应用除了在能源利用中的应用，热力学第二定律在环境保护方面也起着重要的作用。
例如，在传统的冷却塔中，大量的水被用来降低发电机的热量。
然而，在这个过程中，水虽然被“冷却”了，但其实它的温度仍然比周围的环境高，而这会增加水生生物的死亡率。
因此，许多发电厂采取了一种称为湿式冷却塔的技术，这种技术通过利用冷却塔周围的大量自然空气来代替水来排热。
工程热力学：6第五章 热力学第二定律
（5-3）
同样，逆向卡诺循环是最理想、经济性最高，但通常难以实现。
30
三种卡诺循环
T T1
制热
T0
制冷
T2
T1
动力
T2
s
31
四、多热源可逆循环
热源多于两个的可逆循环如 右图所示。要使循环可逆，必须 有无穷个热源和冷源，保持工质 和热源间无温差换热。
此循环的平均吸热温度 T1 和平 均放热温度 T2分别定义为：
属于“天上掉馅饼”，第三类无摩擦。
I.
违背热力学第一定律(热效率大于100％)。20世纪90年
代山东枣庄有人发明了一个“耗电12kW，可发电36kW”的
发电机，即为一例。类似专利申请美国专利局已有数以千计，
但尚无成功报道。
II.
违背热力学第二定律(热效率等于100％)。如果此类机
器能够制造成功，由于太阳能、地热能和海洋热能等的巨大，
汽车停止时摩擦产生热，但热消失时 汽车能否行驶？
4
热力学第一定律
序言
能量之间数量的关系 能量守恒与转换定律
不足之处：未表明能量传递或转化时的 方向、条件和限度。
低温物体会吸热，温度逐渐升高；高温 物体会放热，温度逐渐降低。但热量能 否无条件的由低到高？
5
热力学第一定律
序言
能量之间数量的关系 能量守恒与转换定律
第五章 热力学第二定律
序言 5-1 热力学第二定律 5-2 可逆循环分析及其热效率 5-3 卡诺定理 5-4 熵参数、热过程方向的判据 5-5 熵增原理 5-6 熵方程 5-7 （火用）参数的基本概念 热量（火用） 5-8 工质（火用）及系统（火用）平衡方程 5-9 热力学温标
目录
1
热力学与节能技术
热力学与节能技术热力学是一门研究能量转化和传递规律的学科，广泛应用于工程技术领域。
而节能技术则是指在降低能源消耗的同时，保证生产和生活需求得到满足的一系列措施。
本文将探讨热力学与节能技术之间的关系，并介绍一些常见的节能技术。
节能技术的背后是基于热力学定律的应用。
热力学第一定律，亦即能量守恒定律，表明能量在系统中的转化是从一种形式转化为另一种形式，总能量保持不变。
这个定律告诉我们，在能量转化过程中应尽量减少能量损耗，以提高能量利用效率，达到节能的目的。
在实际应用中，热力学定律可以应用于各行各业的节能技术中。
例如，在建筑环境中，通风、空调和供暖系统是消耗大量能源的设备。
通过优化建筑结构和设备设计，可以减少能量的损耗。
在节能建筑中，利用热力学原理，可以通过合理的隔热设计和采用高效节能设备，最大限度地减少能量的损失，达到节能的目的。
此外，热力学定律还可以应用于工业生产过程中。
通过优化生产工艺流程，减少能量的浪费，提高能量利用效率，可以达到节能的目的。
例如，在化工领域，通过改变反应条件、利用废热进行余热回收等手段，可以降低能源消耗，并减少环境污染。
此外，热力学定律还可以应用于交通运输领域的节能技术。
交通是能源消耗最为巨大的领域之一。
优化车辆设计，改进发动机效率，开发新能源汽车等，都可以减少能源的消耗。
利用热力学原理，优化发动机燃烧过程，降低能量的损耗，可以大幅度提高燃油利用率，实现节能减排。
除了以上所述的应用，热力学定律还可以应用于能源装备的研发和生产中。
通过研发高效节能的热能设备，如热泵、太阳能设备等，可以利用可再生能源替代传统的能源形式，减少化石能源的消耗，实现可持续发展。
总而言之，热力学作为一个提供能量转化和传递理论的学科，为节能技术的研发和应用提供了理论支持。
通过合理应用热力学原理，可以提高能源的利用效率，减少能源的浪费，达到节能的目的。
随着社会对节能技术的需求日益增长，热力学与节能技术将会更加紧密地结合在一起，为人类创造可持续发展的未来做出更大的贡献。
热力学中的热力学第二定律研究
热力学中的热力学第二定律研究热力学是研究能量转化和物质的性质变化的学科，是自然科学中重要的一个分支学科。
在热力学中，热力学第二定律是一个十分重要的定律。
下面，我们就来深入探究一下热力学第二定律的研究。
热力学第二定律是指在任何一种热力学过程中，不可避免地会有热量从高温处向低温处流动，而不能反过来。
这一定律可以描述很多自然现象，如蒸汽机的工作原理、自然界中的气象现象等。
热力学第二定律由法国科学家卡诺于1824年首次提出。
他认为，在任何一个完全的热机过程中，都不可能把热量完全转换为功。
这一点可以从以下几个方面来解释：首先，热力学第二定律要求系统的热力学过程必须是可逆的。
所谓可逆过程，是指在整个过程中，系统和外界之间不存在能量的损失。
可逆过程通常是一个平衡过程，即系统和外界之间相互作用并保持平衡的一种状态。
但是，当我们进行某些实际的热量转换时，不可避免地会出现能量损失，这阻碍了能量的完全转化。
其次，热力学第二定律还要求系统的热力学过程必须是自发的。
所谓自发过程，是指这个过程在不受外界影响的情况下能够自发发生。
但是，许多实际热量转换过程都是非自发的，需要外界的干预才能实现。
最后，热力学第二定律要求热机效率的上限为卡诺效率。
在热力学中，热机效率的定义是指在热机循环中，能够被转化为工作功的热量占总的输入热量的比例。
卡诺效率是指在最理想的情况下，工作流体的变化完全符合热力学第一定律和第二定律要求的情况下，热机效率可以达到的最大值。
热力学第二定律的研究在科学发展中非常重要。
随着科学技术的发展，对能量转化的要求也越来越高。
加强热力学第二定律的研究，可以帮助我们更好地理解热机的工作原理，发展更为高效和节能的能源转换方法。
总的来说，热力学第二定律在热力学中有着重要的地位。
它的提出和研究对于科学技术的发展起到了至关重要的作用。
在未来，我们可以通过不断深入研究热力学第二定律，发展更为高效、可持续的能源转换方法，使我们更好地利用自然资源，保护地球。
化工节能原理课程2
温物体而不引起其他变化。
9 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他影响。 9 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。
D T 2 ， Q2 卡诺循环
W
●
C V
卡诺定理的表述。WMAX=Q(1-T0/T) z 熵的概念和孤立系统的熵增原理
可逆时，∆S产＝0，系统做出的最大有用功为
从状态1 到状态2 所能完成的最大有用功
为
从反应物(1)到产物(2)，ΔS＝S2－S1， ΔH＝H2－H1，那么
5
在标准态（298.15K，1atm）进行反应时， 化学反应的最大有用功为
例2－5
在298.15K和1atm下， CO和O2进行燃烧反应生成CO2。反 应前反应物不混合，试求此化学反应的最大反应有用功。 解： CO ＋ O2/2 Æ CO2
标准生成焓和标准熵 C O2 CO2 (∆Hf0)i/(kJ/kmol) 0 0 -393800 Si0/[kJ/kmol•K)] 5.69 205.03 213.64
【例2－7】
【例2－8】
试用龟山－吉田环境模型求甲烷CH4气体的标准化学 解：甲烷的生成反应方程式为：C + 2H2 Æ CH4 。
2.4.10
燃料的化学
燃料的化学 ：p0、T0下的燃料与氧气一起稳定流经化学 反应系统时，以可逆方式转变到完全平衡的环境态所能作 出的最大有用功。又称为燃料 。
查的甲烷的标准生成自由焓 元素碳的标准摩尔化学 元素氢的标准摩尔化学
EF EO2
化学 反应 系统
例 2 －9
计算 C2H4燃料的标准化学 解： 。 z C2H4 + 3O2 Æ 2CO2 ＋ 2H2O
热力学第二定律
热量由高温物体传向低温物体
摩擦生热 水自动地由高处向低处流动 电流自动地由高电势流向低电势
自然界自发过程都具有方向性
4 4
自发过程的方向性
摩擦生热
功量
100% 发电厂
热量
功量
40%
热量
放热
自发过程具有方向性、条件、限度 5
5
热力学第二定律的实质
17 17
熵的物理意义
定义：熵
dS
Qre
T
比熵 ds
qre
T热源温度=工质温度可逆时dS 0 dS 0 dS 0
Q 0 Q 0 Q 0
18
熵的物理意义 熵变表示可逆 过程中热交换 的方向和大小
18
§ 5-6
孤立系统熵增原理
无质量交换 无热量交换 无功量交换
Available Energy
Availability
Anergy 㶲用 Ex表示
火无
火无 用An表示 34 34
三种不同品质的能量(P.173)
1、可无限转换的能量
（Ex） 理论上可以完全转换为功的能量
高级能量
如：机械能、电能、水能、风能
2、不能转换的能量 （An） 理论上不能转换为功的能量 如：环境（大气、海洋） 3、可有限转换的能量
热力学第一定律： 热力学第二定律： 一切过程，Ex+An总量恒定 由An转换为Ex不可能
在可逆过程中，Ex保持不变 在不可逆过程中， 部分Ex转换为An
Ex损失、作功能力损失、能量贬值
任何一孤立系， Ex只能不变或减少，不能增加—— 孤立系Ex减原理 （能量贬值原理） 即： dEx,iso≤0
过程热力学分析及节能
在管道中每输送1kg蒸汽，若保温不良，则其热损失为2129.7 kJ，这就是说，2129.7kJ的热量通过卡诺热机可提供612.10kJ的 功。此冷凝过程的理想功也为612.10kJ，验算如下：
Wid h T0S h1 h2 T0 S2 S1
2740 .3 610.63 2981.7907 6.8833
Sg m j S j
j
out
mi Si in S f
i
根据热力学第一定律
H Q WS 因此 对于理想气体等温混合过程 H 0， WS 0，
即
Q0 S f 0
Sg m j S j
j
out
mi Si in S f
等温混合过程对于每个组分而言，是等温膨胀过程；反之，等 温
i
分离过程对于每个组分而言，是等温压缩过程。混合过程是自发 过程，理想功大于零；分离过程是非自发过程，理想功小于零。 例 3 欲将0.10133MPa（1atm）、25℃的空气分离成相同 温度、压力下的纯氮和纯氧，至少需要消耗多少功？
[解] 设空气中氮的摩尔分数为0.79，氧的摩尔分数为0.21， 根据式（5—19a），对1mol空气分离最小功为
具有作功的能力，在冷凝成水的过程中将蒸汽的作功能力损耗掉
。试计算1kg蒸汽处于0.4154MPa、145℃下冷凝成同样压力和温 度的水时的热损失与损耗功。已知大气温度为25℃。 [解 ] 焓和熵为 查附表3（饱和水蒸气温度表）可得145 ℃饱和蒸汽的
h1 2740 .3kJ kg
1
s1 6.883kJ kg 1 K 1 s1 1.7907 kJ kg 1 K 1
热力学第一定律：
环保节能与物理：浅析节能减排中的物理原理
环保节能与物理在当今社会，环保节能已经成为人们日常生活中不可或缺的话题。
作为一门基础科学，物理学在节能减排方面发挥着重要作用。
本文将通过分析物理学中的几个重要原理，探讨节能减排中的物理原理。
能源守恒定律能量守恒定律是物理学中最基本的定律之一。
它表明在一个封闭系统内，能量的总量是守恒的，能量只能从一种形式转化为另一种形式，而不能被创造或毁灭。
在节能减排中，我们要想实现节能，就需要最大程度地利用和转化能量，而不是浪费。
热力学第二定律热力学第二定律指出了自然界中热能的转化方向。
它告诉我们在能量转化的过程中，总是会伴随着能量的逐渐失去和转化为无用的热能。
因此，在实践节能减排中，我们需要尽可能地减少能量转化中的热能损失，以提高能量转化的效率。
光伏效应光伏效应是光能电能直接转化的现象。
通过光伏效应，我们可以将太阳能转化为电能，从而实现清洁能源的利用。
这在环保节能中起到了至关重要的作用，因为太阳能是一种充分且不会枯竭的能源。
磁致发电磁致发电是一种利用磁场能量转化为电能的原理。
这种现象常用于发电机和变压器中。
在节能减排中，磁致发电可以帮助我们更高效地生成电能，减少对传统能源的依赖。
超导技术超导技术是利用超导材料在极低温下表现出的特殊电性质，达到零电阻和完全磁通排斥的现象。
这种技术在输电方面有很大潜力，可以降低电输送的损耗，实现更高效的能源利用。
通过以上物理原理的浅析，我们可以看到物理学在环保节能方面的重要性。
只有深入理解并利用这些物理学原理，我们才能更有效地实现节能减排的目标，为建设可持续发展的社会做出贡献。
李崇祥主编_节能原理与技术_第3章
y Qdw - (Q3 + Q4 ) η= ×100% y Qdw 4）毛效率与净效率： ①毛效率：扣除设备自用的能量损耗。 ②净效率：将锅炉自用能量作为损失计入得到的效率。 即：
3.3.3 锅炉各项热损失的确定 1、机械不完全燃烧热损失：
η j = η - Δη
(12640CO 10800 H 2 35800CH 4 )
第3章 能量平衡
2）燃气锅炉的化学不完全燃烧热损失： Vgy q3 (12640CO 10800 H 2 35800CH 4 ) Qr
在没有元素分析仪时，用经验公式计算： q 3 3.2 py CO
பைடு நூலகம்
例3：设某燃油锅炉的排烟中CO=0.28%，H2=0.002%，排烟 处空气过剩系数为1.05，干烟气容积Vgy=11.5Nm/kg，求q3。 解：①由例2计算结果q4=1.3%，而CH2=0，代入公式(3.38) ：
0.85
= 33988(kJ/k g）
第3章 能量平衡
2）当量热量：用能过程中所使用的二次能源在工艺过程中实
际完全转换成的能量。
例如：1kW.h的电完全转换为热时产生1×1000×3600 =3600000(J)=3600(kJ) 。
热平衡计算时 等价热量：计算系统二次能源输入热量时。 当量热量：计算实际放出的热量时。
2
T0 E ΔS λ = = 1 - T0 =1 Q Q T 热量和热量的T-s图为 ：
热量Q的能质系数为： 2、冷量 ：仍由和组成。 TT 2 T0 3 6 S2 E 4 A 5 S1 s
A = Q - E = T0 ΔS
冷量是温度低于环境温度时的 热量。 对于可逆卡诺循环有:
热力学在减少能源消耗中的应用
热力学在减少能源消耗中的应用摘要：在当代社会中，能源消耗问题日益突出，寻找有效途径减少能源消耗成为一个紧迫的课题。
本文以热力学为基础，探讨了热力学在减少能源消耗中的应用。
通过分析热力学的基本原理和相关概念，以及热力学在不同领域的应用案例，揭示了热力学在减少能源消耗中的重要作用。
文章以系统化的方法论探讨了热力学在减少能源消耗中的应用，希望能为进一步研究和实践提供指导。
一、热力学基本原理热力学是研究能量转化和传递的学科，其基本原理是能量守恒和热力学第一、第二定律。
能量守恒表明能量在系统内可以转化形式，但总能量永远保持不变。
热力学第一定律指出能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量不会增加或减少。
热力学第二定律指出能量转化的过程中，总是存在一定的能量损失。
二、热力学在能源转化中的应用1. 热力学循环热力学循环是将热能转化为有用能量的一种过程，常见的热力学循环包括卡诺循环、斯特林循环和布雷顿循环。
通过优化热力学循环的各个环节，可以提高能源转化效率，减少能源损耗。
2. 热力学分析与优化热力学分析是通过计算热力学参数来评估系统的能量转化效率，找出能源消耗的薄弱环节，并提出相应的优化方案。
例如，在能源供应系统中，利用热力学分析可以确定最佳供热温度和供热压力，以最大限度地减少能源消耗。
三、热力学在建筑领域的应用建筑领域是能源消耗的重要领域，热力学在建筑设计和运行中扮演着重要角色。
1. 建筑能量模拟通过建筑能量模拟软件，可以模拟建筑在不同季节和气候条件下的能量消耗情况，帮助设计师选择最优的建筑材料和能源系统，以减少能源消耗。
2. 节能建筑设计热力学在节能建筑设计中起到了关键性作用。
通过热传导、热辐射和对流的热力学分析，可以确定建筑的热工性能，设计合理的隔热结构和采暖、通风、空调系统，以减少能源消耗。
四、热力学在工业领域的应用工业领域是能源消耗的主要领域之一，热力学在工业过程改进和优化中扮演着重要角色。
1. 节能化工过程热力学可以用来分析化工过程中能量转化效率和能量损耗，进而提出优化方案。
热力学第二定律的应用热泵原理
热力学第二定律的应用热泵原理热力学第二定律的应用——热泵原理热力学第二定律是描述热转化过程不可逆性的基本规律，也是研究能量转化和能量利用的重要理论基础。
热泵作为热力学第二定律应用的一种重要形式，具有广泛的应用领域，对于能源的高效利用和环境保护具有重要意义。
下面将详细介绍热力学第二定律在热泵原理中的应用。
1. 热泵的基本原理热泵是一种能够将低温热源的热能转移至高温热源的装置，实现了热能从低温区域向高温区域的转移，与传统的热能自然传递的过程相反。
热泵的基本原理是根据热力学第二定律，利用外部做功的方式实现热量从低温热源向高温热源的传递。
2. 热泵的工作循环热泵的工作循环通常包括蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀四个主要部件。
通过这四个部件的协同作用，实现了热能的传递和转移。
首先，低温热源通过蒸发器中的制冷剂吸收热量并蒸发，从而使制冷剂从液态转变为气态；然后，压缩机将气态制冷剂压缩，提高其温度；接着，高温热源通过冷凝器中的制冷剂释放热量，使制冷剂从气态转变为液态；最后，经过节流阀的调节，制冷剂重新进入蒸发器，完成一个工作循环。
3. 热泵的应用热泵作为一种高效节能、环保的能源利用技术，广泛应用于空调、供暖等领域。
其应用主要体现在以下几个方面：3.1 空调领域热泵空调利用热泵原理，通过向室内传递热量来实现空调降温功能。
它能够有效地吸收室内的热量，经过制冷剂的循环流动，使室内温度得到降低。
与传统的空调方式相比，热泵空调不仅能够节省能源，还可以减少对大气环境的污染。
3.2 供暖领域热泵供暖利用环境中存在的热能来进行供暖，不同于传统的燃煤或电加热。
热泵通过热能的转移，将低温热源中的热量转移到室内，以提供舒适的供暖效果。
热泵供暖具有高效节能、安全环保等特点，是未来供暖领域的发展趋势。
3.3 热水供应领域热泵热水器是一种利用热泵技术来加热水的设备。
热泵热水器通过将热泵工作循环应用到热水加热过程中，利用低温热源中的热能来加热水，实现高效、节能的热水供应。
热力学第二定律在能源利用中的应用
热力学第二定律在能源利用中的应用在我们的日常生活和工业生产中，能源的利用无处不在。
从驱动汽车的燃油到为家庭供电的电能，能源是现代社会运转的基石。
然而，在能源利用的过程中，热力学第二定律扮演着至关重要的角色。
这一定律不仅决定了能源转换的效率上限，还对我们如何更有效地利用能源提供了深刻的指导。
热力学第二定律的核心表述是：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体，而不引起其他变化。
简单来说，就是在任何能量转换过程中，总会有一部分能量以无用的形式散失掉，这部分散失的能量被称为熵增。
以常见的火力发电为例，煤炭燃烧产生的热能通过蒸汽轮机转化为机械能，进而驱动发电机产生电能。
然而，在这个过程中，并非所有的热能都能成功地转化为电能。
大量的热量会通过烟囱排放到环境中，或者在机器的摩擦和热传递中损失掉。
根据热力学第二定律，这种能量的散失是不可避免的。
再来看汽车发动机。
汽油在气缸内燃烧产生的能量，只有一部分用于推动汽车前进，其余的则以热量的形式通过尾气排放和发动机冷却系统散发到周围环境中。
即使是最先进的发动机技术，也无法突破热力学第二定律所设定的效率极限。
那么，热力学第二定律对能源利用的启示是什么呢？首先，它告诉我们要尽可能地减少不可逆过程。
在能源转换和利用的各个环节中，减少摩擦、优化热传递、提高燃烧效率等措施都可以降低能量的损失。
例如，采用更好的润滑技术可以减少机械部件之间的摩擦，从而提高能量的利用率。
其次，热力学第二定律促使我们思考能源的梯级利用。
由于能量在转换过程中不可避免地会有损失，我们应该根据不同的能量品质和温度水平，合理安排能源的使用顺序。
比如，高温热能可以先用于发电，然后将低温余热用于供暖或工业加热等需求较低的用途，从而最大限度地利用能源。
另外，可再生能源的开发和利用也是基于对热力学第二定律的认识。
太阳能、风能、水能等可再生能源的本质是从自然界中获取相对低熵的能量，并将其转化为我们所需的有用形式。
与传统的化石能源相比，可再生能源在利用过程中对环境的影响较小，并且在一定程度上可以缓解能源短缺和环境污染问题。
热力学第二定律与热机效率
热力学第二定律与热机效率热力学第二定律是热力学中的基本定律之一，它与能量传递和转换有关，尤其涉及到热机的效率。
在本文中，我们将探讨热力学第二定律的基本原理以及热机效率的概念和计算方法。
一、热力学第二定律的基本原理热力学第二定律可以通过两种等价的形式进行陈述：克劳修斯陈述形式和开尔文陈述形式。
克劳修斯陈述形式表明，不可能将热量从低温物体完全转化为功而不产生其他影响。
具体而言，热量永远不能自行从冷的物体传递到热的物体，热量只能从热的物体传递到冷的物体。
开尔文陈述形式则强调，不可能创造一个永远只从单个热源吸热、不放热的周期过程。
换言之，不可能创造出一个热机，它的效率为100%，即完全将吸收的热量转化为功而不放热。
以上两种形式表明了热力学第二定律的特点，即它是热力学不可逆性的基础。
二、热机效率的概念和计算方法热机效率是衡量热机性能的重要指标之一。
热机效率定义为实际输出功与理论可能输出功之比。
具体计算方法如下：效率（η）= 实际输出功 / 热机输入热量其中，实际输出功是指热机从输入热量中获得的对外做功，而理论可能输出功则是指在理想情况下，热机所能获得的最大做功。
热机效率的理论上限由卡诺循环给出，即卡诺循环效率。
卡诺循环是一个完全可逆的循环过程，由两个等温和两个绝热过程组成。
卡诺循环效率可以通过两个热源的温度计算得到，公式如下：η_Carnot = 1 - T_C / T_H其中，T_C为低温热源的温度，T_H为高温热源的温度。
卡诺循环效率是一个理论上的上限，实际热机往往无法达到这个效率。
三、热机效率的应用和意义热机效率不仅在热力学和能源领域具有重要意义，而且在工程实践中也具有实际应用。
热机效率的提高对于能源利用的效益至关重要。
通过提高热机效率，我们可以减少能源的消耗和浪费，达到节能的目的。
在实际工程中，一些热能回收系统利用废热来产生额外的能量，提高整体能源的利用效率。
此外，热机效率的提高还与环境保护密切相关。
热学与热力学
制冷与空调：利 用热力学原理， 实现制冷和空调 功能
热处理：利用热 力学原理，对金 属材料进行热处 理，改善其性能
热力学在能源领 域的应用：利用 热力学原理，提 高能源利用效率， 减少能源消耗
热力学在气候变化研究中的作 用：如全球变暖、极端天气等
热力学在环境保护中的应用： 如废热回收、节能减排等
热力学在能源利用中的影响： 如太阳能、风能、水能等可再
汇报人：XX
法
热学是研究热现 象的科学，热力 学是研究热现象 的力学理论
热学主要研究热 能的转化和传递， 热力学主要研究 热能的转换和利 用
热学与热力学都 是研究热现象的 科学，但研究方 法和侧重点不同
热学与热力学的 联系在于，热力 学是热学的理论 基础，热学是热 力学的应用领域
研究对象：热学主 要研究热现象的宏 观规律，热力学则 主要研究热现象的 微观机理。
热力学第三定律是熵增原理，也 称为熵增定律。
熵增原理是热力学的重要基础， 它描述了系统从有序到无序的演 化过程。
熵增原理在自然界中普遍存在， 如能量转换、化学反应等。
熵增原理在工程技术中也有广泛 应用，如热机效率、制冷技术等。
熵的定义：表 示系统混乱程
度的量
熵增原理：系 统自发过程总 是朝着熵增的
汇报人：XX
温度：表示物体冷热程度 的物理量
温度与热量的关系： 温度升高，物体吸收 热量；温度降低，物
体放出热量
热量：物体吸收或放出的 热量
热力学第一定律：能量守 恒定律，表示在一个热力 学过程中，系统吸收的热 量等于系统放出的热量。
传导：通过固体或液体中的分子或原子之间的碰撞传递热量 对流：通过流体（液体或气体）的流动传递热量 辐射：通过电磁波传递热量，不需要介质 热传递的方式与温度差、传热面积、传热时间等因素有关
热力学第二定律在能源利用中的应用
热力学第二定律在能源利用中的应用在我们的日常生活和工业生产中，能源的利用无处不在。
从驱动汽车的燃油到为家庭供电的电力，能源是现代社会运转的基石。
然而，在能源的利用过程中，有一个重要的科学定律在起着关键作用，那就是热力学第二定律。
热力学第二定律有多种表述方式，其中最常见的是克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述指出：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。
开尔文表述则表明：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他影响。
那么，热力学第二定律在能源利用中到底有哪些具体的应用呢？首先，让我们来看看火力发电。
在火力发电厂中，煤炭、石油或天然气等燃料被燃烧，产生高温高压的蒸汽。
蒸汽推动汽轮机旋转，进而带动发电机发电。
然而，这个过程并不是 100%高效的。
根据热力学第二定律，在将燃料的化学能转化为电能的过程中，必然会有一部分能量以废热的形式散失到环境中。
即使采用最先进的技术和设备，火力发电的效率也很难超过 50%。
这意味着大量的能源被浪费了，同时也带来了环境热污染等问题。
再来看看汽车发动机。
无论是汽油发动机还是柴油发动机，其工作原理都是通过燃料的燃烧产生膨胀力来推动活塞运动，从而将燃料的化学能转化为机械能。
然而，由于热力学第二定律的限制，发动机的效率同样无法达到 100%。
在实际运行中，只有大约 30%至 40%的燃料能量被用于驱动车辆，其余的能量则以热量的形式通过尾气排放和冷却系统散失掉。
为了提高发动机的效率，工程师们采取了多种措施，如采用涡轮增压技术、改进燃烧过程、优化发动机的结构等，但仍然无法突破热力学第二定律的限制。
除了传统的能源利用方式，新能源的开发和利用也受到热力学第二定律的影响。
以太阳能光伏发电为例，虽然太阳能是一种清洁、可再生的能源，但在将太阳能转化为电能的过程中，也存在能量损失。
例如，光伏电池的材料特性和制造工艺会影响其光电转换效率，目前最先进的光伏电池的效率也只有 20%左右。
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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。
逆流换热器，质量为mH的热流体从状态1放热 至状态2，质量为mL的冷流体从状态3吸热至状态4。 换热器内任一截面TH大于冷流体的温度TL 。 以整个换热器为系统，设换热器与环境大气无 热量交换，且不计冷、热流体的动能和位能变化。
T2, p2 , ex2 2 TH TL T3, p3 , ex3 3 4 T4, p4 , ex4 δQ 1 T1, p1 , ex1
由热力学第一定律， H1 H 2 H 4 H 3
E X , L T0 ( S 2 S1 ) ( S 4 S3 )
T2, p2 , ex2 2 TH T3, p3 , ex3 TL 3 4 δQ T4, p4 , ex4 1 T,p ,e 1 1 x1
几个问题的讨论
对于不可逆的传热过程的㶲损失
EX ,L
1 TH TL 1 T0 Q T0 Q TH TL TL TH
TH和TL分别为热、冷物体的温度。 传热过程中，传递单位热量的㶲损失不仅与 温差（ TH - TL ）成正比，而且与高、低温物体 的绝对温度和乘积成反比，传热温差越大，㶲 损失越大。
WA,max
T0 1 H TH
QH
对于动力循环，有 QH WA QL WA Q0
E X , L Q0 T0
QH
TH
Q0 An ,QH
不可逆动力循环的㶲损失等于实际循环向环境 的排热量与所吸热量火无之差。
换热器的㶲损失
循环最大有用功：
WA,max
T0 1 H TH
T0 QH L 1 TL
QL
WA WA,max E X , L
当低温热源为环境时，TL=T0，则
T0 WA 1 H TH QH E X , L
2
p2 v2 m2
流入系统的㶲： ① 从热源得到的热量㶲EX,Q ② 焓㶲EX,H1
1 2 ③ 工质的机械能㶲： mc1 mgz 1 2
流出系统的㶲： ① 对外所做的有用功EX,W ② 焓㶲EX,H2
1 2 mc ③ 工质的机械能㶲 2 mgz 2 2
系统㶲的增量：△EX,sys=0 设㶲损为EX,L
S iso
Q Q 1 1 S B S A Q 0 TB TA TB TA
孤立系统熵增等于熵产，得
I T0 S iso T0 S g
——Gouy – Stodla公式（G - S公式） 它表明：环境温度T0一定时，孤立系统㶲损 失与其熵增成正比。
A为热源，环境为冷源，其间工作的可逆热机作出 的最大循环净功即为体系A放出热量Q中的热量㶲。
TA Q Q Wmax,(A)=Ex,Q(A) Q0 T0 Q0 TB Wmax,(B)=Ex,Q(B)
体系A放出热量Q中的热量㶲：
E x , Q A W max( A )
T0 1 TA
根据㶲平衡关系式，
E X , L E X , H1 E X , H 3 E X , H 2 E X , H 4
X , H1
E
EX ,H2
E
X , H3
EX ,H4
=( H1 H 2 ) T0 ( S1 S 2 ) ( H 3 H 4 ) T0 ( S3 S 4 )
动力循环
高温热源TH QH Ex,L QL
T0 1 H TH QH
E
WA
T0 1 L TL QL
低温热源TL
工质从高温热源吸热向低温热源放热，输出净 功，则㶲平衡方程式为：
T0 1 H TH T0 QH L 1 TL QL WA E X , L
分析：
系统㶲的增量中没有考虑真空系统的㶲。 任何p ≠p0、T ≠T0的系统都具有㶲。 真空系统： p =0，与环境有压差，∆ p =p0，因 此一定具有㶲。 事实上，要制造一个真空系统，外界必须消耗 功，这样真空系统就具有了㶲。
真空系统的㶲
如图所示气缸活塞系统，为了获得真空系 统，必须使活塞右行，消耗有用功以克服作用在 活塞右侧的环境压力。 这部分有用功作为㶲储存在 真空系统中：
能量系统的㶲分 析方法
—— 节能的热力学原理
㶲平衡方程及㶲损失
㶲损失
在同样的给定条件下，系统在确定的初、 终状态之间经实际不可逆过程完成的有用功 Wu必小于最大有用功，其差值称为㶲损失或 有效能损失或做功能力损失，用EX,L表示。 㶲损失是由于不可逆因素的存在而造成的 作功能力的损失。
㶲损失不是系统具有的能量数量的减少， 而是能量品质的贬值。 一切实际不可逆过程不可避免地要发生能 的贬值，㶲将部分的“退化”为 㶲 。 孤立系的㶲值不会增加，只能减少，至多 维持不变，这称为孤立系㶲减原理。 实际过程中的一切不可逆因素，一方面引 起了作功能力损失，另一方面又引起了孤立 系熵的增加。
A
B
不可逆过程的㶲损失计算 ① 熵分析法
i T0 sg T0 s2 s1
② 㶲分析法
E X , L E X ,Q E X ,U E X ,W
与熵法所得 结论不符
eX , L eX ,U u1 u2 T0 ( s1 s2 ) p0 (v1 v2 ) eX , L T0 ( s2 s1 ) p0 (v2 v1 )
孤立系熵增与㶲损失
体系的㶲值是指其处于环境条件下经完全可 逆过程过渡到与环境平衡时所做出的有用功； 孤立系中出现的任何不可逆过程，必然有机 械能损失，体系的作功能力降低，或者说必 然有㶲损失。 不可逆程度愈严重，作功能力降低愈多，㶲 损失愈大。 㶲损可以作为不可逆程度的又一个度量。
单纯的传热过程： 两个恒温体系A和B，TA> TB
循环系统的㶲平衡方程及㶲损失分析
对于循环而言，不仅可以对每个设备或过程建立㶲 平衡方程和计算其㶲损失，而且可以对整个装置或循环建 立㶲平衡方程和计算其㶲损失。
对于整个装置的循环系统，由于工质完成循 环而作为状态参数的㶲没有变化，则有
E X ,Q ( E X ,W E X , L ) 0
㶲损失： EX , L
1 2 EX ,Q EX , H1 mc1 mgz1 2 1 2 EX , H2 mc1 mgz1 EX ,W 2
若忽略进出口动能和势能变化，则有：
E X , L E X ,Q E X , H1 E X , H 2 E X ,W
关于真空系统的㶲
真空系统是一特殊的系统，从理论上讲，真空 系统不含任何工质。 物质是能量的载体，能量是物质的属性。 既然真空系统内没有工质，显然就没有能量。 没有能量的真空系统有没有㶲呢
？
一刚性隔板将刚性绝热容器分为两部分A、 B。A中为氮气N2，压力p1=200kPa，温度 T1=300K，B中为真空且VA=VB。抽去隔板 后，A侧氮气自由膨胀达到新的平衡态。求 抽去隔板后的温度及不可逆过程的㶲损失。 (设环境温度T0=300K)
由此可见，热量Q由A传入B，热量的数量并 未减少，但是Q中的㶲减少了，热量的“质量” 降低了，称之为能量贬值。 孤立系统中进行热力过程时㶲只会减少不会 增大，极限情况（可逆）下㶲保持不变，这就 是能量贬值原理，即
dE x ,iso 0
㶲平衡方程
热力学第一定律能量方程的一般关系式：
入-出=增量
而VB =VA =V2 –V1，故有
E X , L T0 ( S 2 S1 )
开口系㶲平衡方程及㶲损失
对于稳定流动系统， 热力学第一定律： Q H 1 mc f 2 mg z WS
2
流入系统的㶲：
p1 v1 m1 1
① 从热源得到的热量㶲EX,Q ② 焓㶲EX,H1 ③ 工质的机械能㶲：
1 2 mc1 mgz 1 2