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1、第7章热力学第二定律及其工程应用内容概要1)热力学第二定律的定性表述方式和熵衡算方程；2)弄清一些基本概念，如系统与环境、环境状态、可逆的热功转换装置(即Carnot循环)、理想功与损失功、有效能与无效能等；3)学会应用熵衡算方程、理想功与损失功的计算及有效能衡算方法对化工单元过程进行热力学分析，对能量的使用和消耗进行评价。能量相互转换的特点：能量相互转换过程中数量上守恒热力学第一定律能量转换有一定的条件和方向•功全部转换成热，热量只能部分转变为功•热量不能自动从低温物体传向高温物体不同能量的质量(品质)不同研究能量转化过程中能量品质的变化特点－－热力学第二定律7.1热力学第二定律的表
2、述方式热力学第二定律：¾不可能把热从低温物体传至高温物体而不发生其它变化—Clausius说法¾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—Kelvin说法¾不可能制造一个机器，使之在循环动作中把一重物体升高，而同时使一热源冷却—Planck说法¾第二类永动机是不可能制造成功的—Kelvin-Planck的说法¾在两个不同温度间工作的所有热机，不可能有任何热机的效率比可逆热机的效率更高¾孤立或绝热系统的熵只可能增加，或保持不变，但不可能减少7.1.1过程的不可逆性可逆过程：系统经历某一过程后，如果在外界不发生任何变化的情况下能够回复到初态的过程不可逆过程：状态恢复到初始
3、时外界必然发生变化。实际发生的一切过程都是不可逆过程两者关系可逆过程是一切实际不可逆过程的一种极限情况，实际应用中作为评价不可逆过程中技术设备、装置能量利用效率的标准。7.1.2熵熵(entropy)描述系统内分子无序热运动的状态函数封闭系统的熵变δQdS≥T热源或系统的温度系统与外界的热量交换会引起系统熵的变化热力系统与外界环境所构成的孤立系统，熵变为：ddd0SSS=+≥(Isolatedsystem)tsyssur表示总量表示系统表示环境7.1.3热源熵变和功源熵变封闭系统热源与外界只有热量交换而无功和质量交换的系统δQdS=HTH热源高温热源T低温热源T12QQTT12QQ11
4、高温与低温热源熵变之和：Δ=−=−SQ孤立()>0TTTT2121T与T相差越大，过程不可逆性越大，总熵变越大！21功源功源永远不可能有熵变7.2熵平衡方程7.2.1封闭系统的熵平衡方程式封闭系统和热源的熵增量之和等于过程内外不可逆性引起的熵产量ddddSSSS+==ddSS=+δQHgtgTHδδQQ−HdS==HTTHHdS熵产，仅与过程是否可逆有关gd0S=δQi可逆过程：gddSS=+∑giTH,i不可逆过程：d0Sg>7.2.2敞开系统熵平衡方程式熵流dQ∑iiTH,id,,,mpTSjjjj敞开系统δWs,id,,,mpTSiiiidSSYSdt图7-1敞开系统的熵衡算示意
5、图dt时间内的熵平衡关系dSQδSYSi≥+∑∑()Smiidd入−∑()Smjj出dtTiiH,ijΔSQSYSQiδi+−−≥∑∑∑()Smjj出()Smii入∫00ΔtTjiiH,i将不可逆因素引起的熵产代入，可使不等式转变为等式ΔSQSYSQiδi=∑∑∑∫0+−+()Smii入()Smjj出ΔSg系统总熵变ΔtTiijH,iΔSQQiδ或：SYSi+∑∑∑()Smjj出−−=()Smii入∫0ΔSgΔtTjiiH,i可逆过程，该项等于零ΔS对稳定流动敞开系统SYS=0ΔtQiδQiΔ=SSg∑∑∑()jjmS出−()iim入−∫0jiiTH,i7.3热机效率热机将热源提供的热
6、转换成功的循环操作装置。热机效率：热机产生的净功与向其提供的热量之比ηTWs热机产生的净轴功ηT=QH向热机提供的热量QQW+=QQWHLs−=HLs热机排出的热量QL<0QLη=−1TQH7.4理想功、损耗功与热力学效率7.4.1理想功Wid对确定的产功或耗功过程，最大的功的代数值为该过程的理想功获得理想系统的一切变化都在完全可逆的条件下进行功的条件：系统内部的系统与环境之间的系统内部所有变化是可逆的Θ系统与温度为T的外界环境之间换热也必须是可逆的7.4.2稳定流动过程的理想功WS(R)rotatingTpHS,,,TpHS,,,11112222QWCarnotQ0ΘTΘWH=−()
7、−HT+()S−Sid2121或Θ非流动过程呢？WH=−Δ+TΔSid例7.2试计算在流动过程中从1kmol氮气从温度为800K，压力为4.0MPa到环境温度为298.15K时所能给出的理想功，假设氮气为理想气体。1kmolN2解：初态(800K,4.0MPa)终态(298.15K,0.1013MPa)对理想气体ΘΘcTppR298.153.58.314×0.10138.314−−11Δ=STp∫∫∫d−d=dT−∫dp=1.84(kJkmol
