第1章热力学第一定律和第二定律课件

热热 科科 学学 基基 础础童童 钧钧 耕耕Tel:Mail:1工程热力学工程热力学 热物理学在工程领域的分支和应用。热物理学在工程领域的分支和应用。工程热科学工程热科学 热力学和传热学基本理论、物质热力学和传热学基本理论、物质 的热物理性质以及在工的热物理性质以及在工 程领域和程领域和 新技术方面的应用新技术方面的应用。2热科学在现代科技的作用：热科学在现代科技的作用：全国全国21类专业中中19类专业以以热工理工理论为基基础或与之密切相关；或与之密切相关；永动机阴魂不散永动机阴魂不散 国内外机械类课程设置；国内外机械类课程设置；密西根大学工学院机械系学科基础和专业课课程学分密西根大学工学院机械系学科基础和专业课课程学分力学力学类类热科学热科学类类振动振动类类机械设机械设计类计类系统与系统与控制类控制类材料材料类类实实验验494124483 第一章第一章 热力学第一定律和第二定律热力学第一定律和第二定律41.热能动力装置热能动力装置分类：共同本质：共同本质：由媒介物通过吸热由媒介物通过吸热膨胀作功膨胀作功排热排热 气体动力装置气体动力装置 内燃机、燃气轮机动力装置、内燃机、燃气轮机动力装置、喷气动力装置、喷气动力装置、蒸汽动力装置蒸汽动力装置 从燃料中获得热能，以及从燃料中获得热能，以及利用热能得到动力的整套设利用热能得到动力的整套设备（包括辅助设备），统称备（包括辅助设备），统称热能动力装置。热能动力装置。1-1系统和平衡状态系统和平衡状态 幻灯片 6幻灯片 7幻灯片 85幻灯片 56幻灯片 572.工质工质定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质对工质的要求:物质三态中气态气态最适宜。1）膨胀性膨胀性;2）流动性流动性 3）热容量热容量 4）稳定性，安全性稳定性，安全性 5）对环境友善对环境友善 6）价廉，易大量获取价廉，易大量获取83.3.热源热源定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。高温热源（热源）高温热源（热源）:高温烟气高温烟气 低温热源（冷源）低温热源（冷源）:冷却水冷却水 恒温热源恒温热源:稳定工况的烟气稳定工况的烟气 变温热源变温热源:启动时的烟气启动时的烟气94.14.1热力系统（热力系、系统、体系）热力系统（热力系、系统、体系）,外界和边界外界和边界 系统系统-：人为分割出来，作为热力学人为分割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统。研究对象的有限物质系统。外界外界-：与体系发生质、能交换的物系。与体系发生质、能交换的物系。边界边界-：系统与外界的分界面（线）。系统与外界的分界面（线）。10汽缸汽缸-活塞装置活塞装置11 汽汽车车发发动动机机124.2 边界示意图边界示意图134.3 热力系分类热力系分类 按系统与外界质量交换分按系统与外界质量交换分：闭口系闭口系（控制质量CM）没有质量越过边界没有质量越过边界 开口系开口系（控制体积CV）通过边界与外界有质量交换通过边界与外界有质量交换14 1）闭口系与系统内质量不变的区别；）闭口系与系统内质量不变的区别；2）开口系与绝热系的关系；）开口系与绝热系的关系；3）孤立系与绝热系的关系）孤立系与绝热系的关系；注意注意：绝热系绝热系 与外界无热量交换与外界无热量交换;孤立系孤立系与外界无任何形式的质能与外界无任何形式的质能交换。交换。154.2.1 热力系示例热力系示例刚性绝热气缸-活塞系统，B侧设有电热丝 红线内红线内闭口绝热系黄线内黄线内不包含电热丝闭口系黄线内黄线内包含电热丝闭口绝热系兰线内兰线内孤立系164.3.1 热力系例热力系例闭口系刚性绝热喷管取红线为系统取喷管为系统开口系绝热系开口系绝热系?174.3.2 热力系例热力系例热力系示例A、B两部落“鸡、犬之声相闻，民至老死不相往来”ABA部落为系统A+B部落为系统孤立系闭口系185.热力学状态和状态参数热力学状态和状态参数 5.1热力学状态热力学状态 系统宏观物理状况的综合系统宏观物理状况的综合 状态参数状态参数 描述物系所处状态的宏观物描述物系所处状态的宏观物 理量理量 a）状态参数是宏观量状态参数是宏观量，是大量粒子的 平均效 应，只有平衡态平衡态才有状参，系统有多多个状态 参数，如等。19b）状态参数的特性状态参数的特性状态的单值函数状态的单值函数 物理上与过程无关与过程无关 数学上其微量是全微分其微量是全微分，C）状态参数分类状态参数分类：广延量广延量 强度量强度量又：广延量的比性质，如比体积具有强度量特性。205.2系统两个状态相同的充要条件系统两个状态相同的充要条件 系统两个状态相同的充要条件：系统两个状态相同的充要条件：所有所有状参一一对应相等状参一一对应相等 简单可压缩系两状态相同的充要条件：简单可压缩系两状态相同的充要条件：两个独立的两个独立的状态参数对应相等状态参数对应相等21定义：若无外界影响系统保持状态参数值若无外界影响系统保持状态参数值 不随时间而改变的状态不随时间而改变的状态。热平衡热平衡：在无外界作用的条件下，系统内部系统与外界 处处温度相等。力平衡力平衡：在无外界作用的条件下，系统内 部，系统与外 界处处压力相等。热力平衡的充要条件热力平衡的充要条件系统同时达到热平 衡和力平衡。6.平衡状态平衡状态22讨论：1）系统平衡与均匀系统平衡与均匀2）平衡与稳定平衡与稳定 平衡可不均匀平衡可不均匀 稳定未必平衡稳定未必平衡231.温度和温标温度和温标 温度的定义：温度的定义：热力学温标和国际摄氏温标热力学温标和国际摄氏温标附：华氏温标和朗肯温标华氏温标和摄氏温标1-2 基本状态参数基本状态参数242.压力压力2.1 绝对压力绝对压力p 表压力表压力 pe 真空度真空度 pv 当地大气压当地大气压pb252.2 压力单位压力单位 常用压力单位：26 如图，已知大气压pb=101325Pa，U型管内 汞柱高度差H=300mm，气体表B读数为0.2543MPa，求：A室压力pA及气压表A的读数pgAA400144127强调：pb是测压仪表所在环境压力解：283.比体积和密度比体积和密度比体积比体积单位质量工质的体积密度密度单位体积工质的质量291.理想气体的状态方程理想气体的状态方程状态方程状态方程1-3 状态方程状态方程 302.状态参数坐标图状态参数坐标图 一简单可压缩系只有两个独立参数，一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平面坐标上一点确定其状态，所以可用平面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在平面坐标上找到对应反之任一状态可在平面坐标上找到对应点，如：点，如：pv1p1v1Ts2T2s2pT3p3T331纯物质的p-v-T图32水p-v-T图331-4 热力学能、焓和熵热力学能、焓和熵 UchUnuUthUkE 平移动能平移动能转动动能转动动能振动动能振动动能UpE2 总（储存）能总（储存）能总能热力学能，内部储存能外部储存能宏观动能宏观位能1 热力学能热力学能34热力学能是状态参数热力学能是状态参数热力学能单位热力学能单位 宏观动能与内动能的区别宏观动能与内动能的区别35（1）推动功和流动功推动功和流动功推动功：系统引进或排除工质传递的功量。推动功：系统引进或排除工质传递的功量。pvp1v113.焓焓36流动功流动功：系统维持流动系统维持流动 所花费的代价所花费的代价。推动功在p-v图上：37（2）焓）焓定义：H=U+pV h=u+pv单位：J（kJ）J/kg（kJ/kg）焓是状态参数物理意义物理意义：引进或排出工质而输入或排出系统的总能量引进或排出工质而输入或排出系统的总能量。4.熵熵定义定义熵是状态参数熵是状态参数38波尔茨曼熵波尔茨曼熵 熵是由大量微观粒子组成的宏观体系的一种特性，正比于体系熵是由大量微观粒子组成的宏观体系的一种特性，正比于体系宏观状态的对数，某种宏观状态的熵值大，意味着这种状态出现宏观状态的对数，某种宏观状态的熵值大，意味着这种状态出现的概率大，表示这种状态中微观粒子处于的概率大，表示这种状态中微观粒子处于“无序无序”、“混乱混乱”；宏观；宏观状态的熵值小，意味着这种状态出现概率小，表示微观粒子状态的熵值小，意味着这种状态出现概率小，表示微观粒子“有有序序”、“整齐整齐”。吸收热量，系统微观粒子的运动更为剧烈，微观粒子处于更吸收热量，系统微观粒子的运动更为剧烈，微观粒子处于更“无序无序”、“混乱混乱”的状态，即熵值增大；反之放热系统微观粒子的状态，即熵值增大；反之放热系统微观粒子的运动受的运动受“冻结冻结”，使微观粒子，使微观粒子“有序有序”、“整齐整齐”，熵值减小。，熵值减小。克劳修斯熵克劳修斯熵391.准静态过程准静态过程 定义：定义：偏离平衡态无穷小，随时偏离平衡态无穷小，随时 恢复平衡的状态变化过程恢复平衡的状态变化过程。进行条件进行条件：破坏平衡的势破坏平衡的势 过程进行无限缓慢过程进行无限缓慢工质有恢复平衡的能力工质有恢复平衡的能力准静态过程可在状态参数图上用准静态过程可在状态参数图上用连续实线连续实线表示表示无穷小无穷小1-5 可逆过程可逆过程402.可逆过程可逆过程定义定义：系统可经原途径返回原来状系统可经原途径返回原来状 态而在外界不留下任何变化态而在外界不留下任何变化 的过程的过程。可逆过程与准静态过程的关系 1.可逆可逆=准静态准静态+没有耗散效应；没有耗散效应；2.一切实际过程不可逆；一切实际过程不可逆；3.内部可逆过程；内部可逆过程；4.可逆过程可用状态参数图上实线表示可逆过程可用状态参数图上实线表示。41=常数常数 多变过程多变过程3.多变过程多变过程 p-v图及图及T-s图图42多变指数多变指数431.功、可逆过程的功功、可逆过程的功 功的力学定义 功的热力学定义功的热力学定义：通过边界传递的能通过边界传递的能 量其全部效果可表现为举起重物量其全部效果可表现为举起重物。（1）功的热力学定义功的热力学定义1-6 功和热量功和热量44功是过程量功是过程量功可以用功可以用p-v图上过程线与图上过程线与v轴包围的面积表示轴包围的面积表示（2）可逆过程功的计算可逆过程功的计算45 功的符号约定功的符号约定：系统对外作功为系统对外作功为“+”；外界对系统作功为外界对系统作功为“-”功的单位：功率的单位：附：（3）功的符号和单位功的符号和单位46（4）有用功概念有用功概念其中 W膨胀功；Wl摩擦耗功；Wp排斥大气功pbf47 1kg某种气态工质，在可逆膨胀过程中分别遵循：（1）（2）从初态1到达终态2 求：两过程中各作功多少？（a，b为常数）A700133148解：（1）（2）492.热量热量定义定义：仅仅由于温差而仅仅由于温差而 通过边界传递的能量通过边界传递的能量。符号约定：系统吸热符号约定：系统吸热“+”；放热放热“-”单位：计算式及状态参数图热量是过程量热量是过程量（T-s图上）表示503.热量与功的异同热量与功的异同：1.通过边界传递的能量通过边界传递的能量；3.功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志；功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志；热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志；4.功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的功是物系间通过宏观运动发生相互作用传递的能量；能量；热是物系间通过紊乱的微粒运动发生相互作用热是物系间通过紊乱的微粒运动发生相互作用而传递的能量而传递的能量。功功2.过程量过程量；热是无条件的；热是无条件的；热热功是有条件、限度的功是有条件、限度的。511.热力循环热力循环（1）定义定义：封闭的热力过程封闭的热力过程 特性特性：一切状态参数恢复原值一切状态参数恢复原值，（2）可逆循环与不可逆循环可逆循环与不可逆循环1-7 循环循环52 （3）动力循环（正向循环）动力循环（正向循环）输出净功；输出净功；在在pv图及图及Ts图上顺时针进行；图上顺时针进行；膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方；膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方；53（4）逆向循环逆向循环 制冷循环 热泵循环 一般地讲：输入净功；输入净功；在状态参数图逆时针运行；在状态参数图逆时针运行；吸热小于放热。吸热小于放热。54 经济性指标：动力循环：热效率制冷循环：制冷系数供暖系数（5）经济性指标经济性指标552.卡诺循环卡诺循环（1）卡诺循环及其热效率卡诺循环及其热效率 卡诺循环卡诺循环是两两个热源的可逆可逆循环56卡诺循环热效率卡诺循环热效率讨论：讨论：2）3）第二类永动机不可能制成；1）4）实际循环不可能实现卡诺循环；5）卡诺循环指明了一切热机提高热效率的方向。57（2）逆向卡诺循环逆向卡诺循环 制冷系数制冷系数：供暖系数供暖系数：583 卡诺定理卡诺定理 定理定理1：在在相同温度相同温度的高温热源和相同的低温热源的高温热源和相同的低温热源 之间工作的之间工作的一切可逆循环一切可逆循环，其，其热效率都相热效率都相 等等，与可逆循环的，与可逆循环的种类无关种类无关，与采用哪种，与采用哪种 工质也无关工质也无关。定理定理2：在同为温度：在同为温度T1的热源和同为温度的热源和同为温度T2的冷源的冷源 间工作的间工作的一切不可逆循环一切不可逆循环，其热效率必，其热效率必小小 于可逆循环热效率于可逆循环热效率。理论意义：理论意义：1）提高热机效率的途径：可逆、提高）提高热机效率的途径：可逆、提高T1，降低，降低T2 2）提高热机效率的极限。）提高热机效率的极限。59 某项专利申请书上提出一种热机，它从167的热源 接受热量，向7冷源排热，热机每接受1000kJ热量，能发出0.12kWh的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？解：从申请是否违反自然界普遍规律着手故不违反第一定律 根据卡诺定理，在同温限的两个恒温热源之间工作的热机，以可逆机效率最高例题A440155.ppt60违反卡诺定理，所以不可能611-8 热力学第一定律的实质和解析式热力学第一定律的实质和解析式二.第一定律的表述：第一定律的表述：热是能的一种，机热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。们之间的比值是一定的。或：热可以变为功，功也可以变为热；一定热可以变为功，功也可以变为热；一定量的热消失时必定产生相应量的功；消耗量的热消失时必定产生相应量的功；消耗一定量的功时，必出现与之相应量的热。一定量的功时，必出现与之相应量的热。一.第一定律的实质：第一定律的实质：能量守恒与转换定律在热现象中的应用能量守恒与转换定律在热现象中的应用。62三.热力学第一定律基本表达式热力学第一定律基本表达式 加入系统的能量总和加入系统的能量总和热力系统输出的能量总和热力系统输出的能量总和=热力系总储存能的增量热力系总储存能的增量EE+dE流入：流出：内部贮能的增量：dE63据 对闭口系，忽略宏观动能Uk和位能Up，可得：第一定律第一解析式第一定律第一解析式热热功的基本表达式功的基本表达式64讨论：1）对于可逆过程2）对于循环3）对于定量工质吸热与升温关系，还取决于W的 “+”，“”，大小。65例例 自由膨胀如图，解：取气体为热力系 闭口系？开口系？强调：功是通过边界传递的能量。抽去隔板，求?66一、稳定流动能量方程一、稳定流动能量方程稳定流动特征稳定流动特征：注意：区分各截面间参数可不同。1）各截面上参数不随时间变化。各截面上参数不随时间变化。2）ECV=0，SCV=0，mCV=0 19 稳定流动开口系能量方程稳定流动开口系能量方程69流入系统的能量:流出系统的能量:系统内部储能增量:ECV=考虑到稳流特征：ECV=0 qm1=qm2=qm;及h=u+pv 有70讨论讨论：1）改写（B）为（C）热能转变热能转变成机械功成机械功部分部分输出轴功输出轴功流动功流动功机械能增量机械能增量（C）712）技术功技术功由（由（C）技术上可资利用的功技术上可资利用的功 wt723)第一定律第二解析式通过膨胀，由热能把wt的概念代入（B）式，可得第一定律第二解析式 功，w=qu总之：73二、稳定流动能量方程式的应用二、稳定流动能量方程式的应用1.蒸汽轮机、气轮机蒸汽轮机、气轮机 流进系统：流出系统：内部储能增量：0742、压气机，水泵类压气机，水泵类流入流出内增 0753、换热器（蒸汽发生器等）76 流入：流出：内增：0若忽略动能差、位能差774、管内流动、管内流动流入：流出：内增：078A4312661例例 0.1MPa，20的空气在压气机中绝热压缩升压升温后导入换热器排走部分热量后再进入喷管膨胀到0.1MPa20。喷管出口截面积A=0.0324m2气体流速cf2=300m/s已知压气机耗功率710kW，问换热器中空气散失的热量。30万kW锅炉引风机两台耗电3200kW80解：对CV列能量方程流入：流出：内增：081或稳定流动能量方程黑箱技术据题义，82110 热力学第二定律热力学第二定律一、自发过程的方向性一、自发过程的方向性只要只要Q不大于不大于Q，大气向咖啡传热并不违反第一定律，大气向咖啡传热并不违反第一定律QQ?83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。84归纳：归纳：1）自发过程有）自发过程有方向性方向性；2）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是）自发过程的反方向过程并非不可进行，而是 要有要有附加条件附加条件；3）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。）并非所有不违反第一定律的过程均可进行。能量转换方向性的能量转换方向性的实质是实质是能质能质有差异有差异无限可转换能无限可转换能机械能，电能机械能，电能部分可转换能部分可转换能热能热能不可转换能不可转换能环境介质的热力学能环境介质的热力学能85二二.第二定律的两种典型表述第二定律的两种典型表述1.克劳修斯叙述克劳修斯叙述热量不可能热量不可能自发地不花代价地自发地不花代价地 从低温物体传向高温物体。从低温物体传向高温物体。2.开尔文开尔文普朗克叙述普朗克叙述不可能制造循环热机，不可能制造循环热机，只从只从一个热源一个热源吸热，将之吸热，将之全部全部转化为功，而转化为功，而 不在外界留下任何影响不在外界留下任何影响。三三.关于第二类永动机关于第二类永动机86111 熵方程与孤立系统熵增原理熵方程与孤立系统熵增原理一一.热力学第二定律的数学表达式热力学第二定律的数学表达式可逆可逆“=”；不可逆，不等号；不可逆，不等号 1)违反上述任一表达式就可导出违反第二定律2）第二定律数学表达式给出了热过程的方向判据1）T Tr r是热源温度；是热源温度；2）q的符号以工质考虑。的符号以工质考虑。87二二.熵方程熵方程 1.熵流熵流和熵产和熵产其中吸热吸热“+”放热放热“”系统与外界系统与外界换热换热造成系造成系统熵的变化统熵的变化。sg熵产，熵产，非负非负不可逆不可逆“+”可逆可逆“0”系统进行系统进行不可逆过程不可逆过程造成系统熵的增加造成系统熵的增加88 例例 1kg p=0.1MPa，t1=20的水定压加热到90，若热源R温度Tr恒为500K，环境温度T0=293K，求：1）水的熵变；2）以水为系统此加热过程的熵流和熵产。已知，水：解：1）定压加热892）取水为系统闭口系90 2.熵方程熵方程 考虑系统与外界发生质量交换，系统熵变除（热）熵流，熵产外，还应有质量迁移引起的质熵流，所以熵方程应为：流入系统熵流入系统熵-流出系统熵流出系统熵+熵产熵产=系统熵增系统熵增其中流入流出热迁移质迁移造成的热质熵流9192熵方程核心熵方程核心：熵可随热量和质量迁移而转移；可在不可逆过程中自熵可随热量和质量迁移而转移；可在不可逆过程中自发产生。由于一切实际过程不可逆，所以熵在能量转移发产生。由于一切实际过程不可逆，所以熵在能量转移过程中自发产生（熵产），过程中自发产生（熵产），因此熵是不守恒的，熵产是因此熵是不守恒的，熵产是熵方程的核心熵方程的核心。闭口系熵方程闭口系熵方程：闭口绝热系：可逆“=”不可逆“”闭口系：93绝热稳流开系：稳定流动开口系熵方程（稳定流动开口系熵方程（仅考虑一股流出，一股流进）稳流开系：94三三.孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理可逆，可逆，“=”不可逆不可逆“”孤立系统熵增原理：孤立系统熵增原理：孤立系内一切过程均使孤立系统熵增加，其极孤立系内一切过程均使孤立系统熵增加，其极限限一切过程均可逆时系统熵保持不变一切过程均可逆时系统熵保持不变。由闭口绝热系熵方程95 3）一切实际过程都不可逆，所以可）一切实际过程都不可逆，所以可根据熵增原理判根据熵增原理判 别过程进行的方向别过程进行的方向；讨论：讨论：1）孤立系统熵增原理孤立系统熵增原理Siso=Sg 0，可作为，可作为第二定律第二定律 又一数学表达式，而且是又一数学表达式，而且是更基本的一种表达式更基本的一种表达式；2）孤立系统的熵增原理可推广到闭口绝热系；）孤立系统的熵增原理可推广到闭口绝热系；4）孤立系统中一切过程孤立系统中一切过程均不改变其总内部储能，即均不改变其总内部储能，即 任意过程中任意过程中能量守恒能量守恒。但各种不可逆过程均可。但各种不可逆过程均可 成机械能损失，而成机械能损失，而任何不可逆过程均是任何不可逆过程均是Siso0，所以所以熵可反映某种物质的共同属性熵可反映某种物质的共同属性。例。例96R“=”IR”所以，不可逆使孤立系熵增大造成后果是不可逆使孤立系熵增大造成后果是机械能（功）减少机械能（功）减少a)热能机械能由卡诺定理由卡诺定理97b)R”=”IR”若不可逆，TATB,，以A为热源B为冷源，利用热机可使一部分热能转变成机械能，所以孤立系熵增大这孤立系熵增大这里也意味这机械能损失。里也意味这机械能损失。98 c)机械功（或电能）转化为热能输入WsQ（=Ws），气体由T1 上升到T2，v1=v2工质熵变外界 S外=0 由于热能不可能100%转变成机械能而不留任何影响，故这里Siso0还是意味机械能损失还是意味机械能损失。孤立系熵增意味机械能损失孤立系熵增意味机械能损失99 例例 利用孤立系统熵增原理证明下述循环发动机是不可能制成的:它从167的热源吸热1000kJ向7的冷源放热568kJ，输出循环净功432kJ。证明：取热机、热源、冷源组成闭口绝热系所以该热机是不可能制成的100112 系统的作功能力（系统的作功能力（）及熵产与作功能力损失及熵产与作功能力损失 系统与外界有不平衡不平衡存在，即具备作功能力作功能力，作功能力也可称为有效能，可用能有效能，可用能等。一一.热源热量的可用能热源热量的可用能 热源传出的热量中理论上可转化为最大有用功的能量。因T0基本恒定，故quns12101讨论：1）qa是环境条件下热源传出热量中可转化为功的最高 分额，称为热量；2）qun是理想状况下热量中仍不能转变为功的部分，是 热能的一种属性，环境条件和热源确定后不能消除 减少称为热量；3）与环境有温差的热源传出的热量具备作功能力，但 循环中排向低温热源的热量未必是废热，而环境介环境介 质中的内热能全部是废热。质中的内热能全部是废热。4）qa与热源放热过程特征有关，因此qa从严格意义上 讲不是状态参数。102二二.定质量物系的作功能力定质量物系的作功能力 工质的作功能力工质的作功能力工质因其状态不同于环境而具备的作功能力。通常是指系统只与环境交换热量可逆过渡到系统只与环境交换热量可逆过渡到与环境平衡状态作出的最大理论有用功与环境平衡状态作出的最大理论有用功。103气体从初态（p，T）（p0，T0）据微卡诺机104讨论：1）相对于p0，T0，wu,max是状态参数，称之为热力热力 学能学能 ，用Ex,U（ex,U）表示。2）从状态1状态2，闭口系的最大有用功。105三三.稳流工质的作功能力稳流工质的作功能力1062）从状态12，稳流工质可作出的最大有用功3）若考虑动能，则称之为物流物流，用Ex（ex）表示讨论讨论：1）对于 p0、T0，wu,max仅取决于状态，称之为焓焓 ，用Ex,H（ex,H）表示。107四、四、熵产与系统作功能力（熵产与系统作功能力（）损失）损失据第一定律：面积129101 =面积348103qAa=面积16721qAun=面积691076=T0(s1s2)qBa=面积45734qBun=面积581075=T0(s4s3)108循环12341比循环12341少输出的净功即为不可逆绝热膨胀过程2-3造成的作功能力损失。109例例 110kg水被电加热器从15加热到50 后又自然冷却到环境温度（15）。设加热器维持370K不变，求：1）加热过程总熵变及作功能力的损失；2）冷却过程的作功能力损失；3）全部过程的总熵变及作功能力损失。解：过程中能量守恒，能质逐步蜕化 电力 可用能：16119.95kJ加热器热能Q=mc(t2-t1)=110kg4.187kJ/(kgK)(50-15)=16119.95kJ16119.95kJQa=Q(1-T0/T)=3572.53kJ16119.95kJ水内能增加16119.95kJQa=Q(1-T0/Tm)=906.75kJI2=3572.53kJ-906.75kJ =2665.8kJ可用能损失：I1=16119.95kJ-3572.53kJ =12547.42kJ 114水内能增加Qa=Q(1-T0/Tm)=906.75kJI2=3572.53kJ-906.75kJ =2665.8kJ16119.95kJ环境大气16119.95kJ0可用能可用能损失I3=906.5kJI=I1+I2+I3=12547.42kJ+2665.8kJ+906.5kJ=16119.72kJ 或 I=T0Sg第二定律的指导意义：1）对热机理论的指导意义；2）预测过程进行的方向；3）指导节约能源。115