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时间:2019-11-12
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1、ThermodynamicsAnEngineeringApproach工程热力学原理及工程技术应用张力教授二零零四年八月1自发过程的方向性只要Q'不大于Q,B向A传热并不违反第一定律QQ'?熵与热力学第二定律/过程的不可逆性2重物下落,水温升高水温下降,重物升高?只要重物位能增加小于等于水降内能减少,不违反第一定律。电流通过电阻,产生热量对电阻加热,电阻内产生反向电流?只要电能不大于加入热能,不违反第一定律。熵与热力学第二定律/过程的不可逆性3熵与热力学第二定律/过程的不可逆性温度不同的两物体A和B通过透热壁面传热,热量
2、一定自动地从高温物体A传向低温物体B。而反向过程,热量从低传向高温、系统回复到原状的过程,则不能自动进行,需要依靠外界的帮助,比如借助热泵装置消耗一定的外功W。有限温差下的传热是不可逆过程。不等温传热过程4熵与热力学第二定律/过程的不可逆性隔板将容器分为A、B两边,A边盛有气体,B边为真空。如果将隔板抽去,则A边的气体将膨胀并移向B边。因为B边为真空,对A边气体的膨胀没有造成阻力,这种膨胀称为无阻膨胀或自由膨胀,在膨胀过程中对外完成功量。自由膨胀自由膨胀的逆过程自动压缩却是不可能实现的5熵与热力学第二定律/过程的不可逆性混合
3、过程6熵与热力学第二定律/过程的不可逆性7归纳:1)自发过程有方向性;2)自发过程的反方向过程并非不可进行,而是要有附加条件;3)并非所有不违反第一定律的过程均可进行。能量转换方向性的实质是能质有差异无限可转换能—机械能,电能部分可转换能—热能不可转换能—环境介质的热力学能熵与热力学第二定律/过程的不可逆性8能质降低的过程可自发进行,反之需一定条件—补偿过程,其总效果是总体能质降低。熵与热力学第二定律/过程的不可逆性9准静态过程(quasi-staticprocess;quasi-equilibriumprocess)定义:
4、偏离平衡态无穷小,随时恢复平衡的状态变化过程。进行条件:破坏平衡的势—无穷小过程进行无限缓慢工质有恢复平衡的能力准静态过程可在状态参数图上用连续实线表示熵与热力学第二定律/可逆过程10可逆过程--reversibleprocess定义:系统可经原途径返回原来状态而在外界不留下任何变化的过程。反之,不满足上述条件的过程称为不可逆过程。可逆过程与准静态过程的关系非准静态(非准平衡)肯定不可逆;而准静态(准平衡)不一定是可逆的;熵与热力学第二定律/可逆过程11αf非准静态过程—nonequilibriumprocess准静态过程,
5、不可逆准静态过程,可逆熵与热力学第二定律/可逆过程PF12可逆=准静态+没有耗散效应;准静态着眼于系统内部平衡,可逆着眼于系统内部及系统与外界作用的总效果一个可逆过程必须同时也是一个准平衡过程,但准平衡过程则不一定是可逆的;系统在可逆过程上与外界的功量等于准静功,因此可以直接根据系统内部的参数来计算它,这在工程上将带来极大的方便一切实际过程不可逆,可逆过程是一个理想的极限过程,它可以想象但不可能实现。在工程问题的分析中,我们可利用可逆过程的概念找到简单易行的分析计算方法,同时,由于它代表一种最理想的状况,可以作为参照,以找出
6、实际问题的改进方向。熵与热力学第二定律/可逆过程13一切实际的宏观热过程都具有方向性,热过程不可逆,这是热过程的特征,是人们从大量热现象中总结出来的规律,也即是热力学第二定律揭示的基本事实和基本自然规律。热力学第二定律的典型表达如下:熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述1.克劳修斯叙述——热量不可能自发地不花代价地从低温物体传向高温物体。2.开尔文—普朗克叙述——不可能制造循环热机,只从一个热源吸热,将之全部转化为功,而不在外界留下任何影响。3.第二定律各种表述的等效性14熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述
7、热机的模型15熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述热机的效率16熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述开尔文—普朗克叙述开尔文—普朗克叙述——不可能制造循环热机,只从一个热源吸热,将之全部转化为功,而不在外界留下任何影响17熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述热泵的模型18熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述制冷机的热效率19熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述热泵的热效率20熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述克劳修斯叙述——热量不可能自发地不花代价地从低温物体传向高温物体。2
8、1熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述第二定律各种表述的等效性22熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述第一类永动机第二类永动机23熵与热力学第二定律/热力学第二定律的几种表述24定理1:不可能制造出在两温度不同的热源间工作的热机,而使其效率超过在同样热源间工作的可逆热机。定
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