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第二章 节能的热力学原理 热力学原理： 能量 热力学第一定律 热力学第二定律 2.1 基本概念 热力系统 平衡状态 状态参数（温度、压力、比容和密度、内能、焓、熵和 等）和状态方程 功和热 可逆过程 2.2 能量与热力学第一定律 2.2 能量与热力学第一定律 稳定流动体系的系统能量衡算式 在稳定流动的条件下， dU系统＝0，δm1＝ δ m2 2.3 和热力学第二定律 热力学第二定律的表述 克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传至高温物体而不引起其它变化。 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它影响。 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。 卡诺定理的表述。WMAX=Q(1-T0/T) 熵的概念和孤立系统的熵增原理 卡诺定理 熵增原理及平衡的熵判据 2.4 能量的 计算 2.4.1 yong(Exergy)和 wu(Anergy)的提出 能量的分类（不同形式的能量之间的转化） 第一类，具有完全转换能力的能量，如机械能、电能等 第二类，具有部分转换能力的能量，如热能和物质的内能或焓等 第三类，完全不具有转换能力的能量，如处于环境状态下的热能等 2.4.2物系与环境的基准状态 物理基准态 基准温度，环境温度，T0＝298.15K（25oC） 基准压力，环境压力，p0＝1atm 基准相态 化学基准态 化学能量（ ）是由于系统的组成物质及成分与环境不同而引起的。 基准物 基准物是在环境状态下处于平衡的、最稳定的物质。 基准物的特点（1）每种元素都有其相应的基准物；（2）环境（大气、海洋、地表）中能存在的物质；（3）基准物之间不可能发生任何自发的化学变化；（4）各种基准物都应是相应元素的最稳定物质，其能量值（ ）为0。 例如：龟山－吉田模型 基准温度，环境温度，T0＝298.15K（25oC） 基准压力，环境压力，p0＝1atm 大气中气态基准物组成： 2.4.3 机械形式能量的 运动系统所具有的宏观动能和位能 2.4.4热量的 和 热机为例来说明 热源温度恒定： 当系统温度低于环境温度 (TT0) 时，热量 可以设想一个工作在环境和物系温度之间的可逆热机 当系统温度低于环境温度 (TT0) 时， 温度低于环境温度时，热量 和 在T－S图上的表示 单位热量的 与温度的关系 例2－2（P43）把100kPa、127oC的1kg空气可逆加热到427oC，试求所加热量中的 和 。空气的平均定压比热容cp＝1.004kJ/(kg.K)。设环境的大气温度为27oC。 例2－3（P44）在某一低温装置中将空气自600kPa 和27oC定压预冷至－100oC，试求1kg空气所获冷量的 和 。空气的平均定压比热容cp＝1.0kJ/(kg.K)。设环境的大气温度为27oC。 2.4.5 封闭系统的 定义：任一封闭系统从给定状态以可逆的方式转变到环境状态，并只与环境交换热量时所能作出的最大有用功。 能量：宏观动能、位能和内能。 2.4.6 稳定流动系统的 2.4.7 化学反应的最大有用功( ) 例2－5 2.4.8 气体的扩散 在p0、T0下的气体可逆定温地转变到其在环境空气中的分压pi0时，所能作出的最大有用功，为该气体的扩散 2.4.9 元素和化合物的化学 元素和化合物的化学的 【例2－7】 试用龟山－吉田环境模型求碳（石磨）的标准化学 。 解：基准反应为 C＋O2 ? CO2 标准态：环境温度T0＝298.15K，pO2＝0.2034；pCO2＝0.0003。 【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 ? CH4 2.4.10 燃料的化学 例 2－9 2.5 损失和 衡算方程式1 在任何可逆过程中， 的总量保持不变，即不发生 向的转变。 在任何不可逆过程中，必然发生 向的转变， 的总量减少。 2.5.1 封闭系统的衡算方程式 封闭系统的 平衡 封闭系统的衡算方程式2 封闭系统的衡算方程式3 2.5.2 稳定流动系统的 衡算方程式 有限温差传热过程 绝热节流过程 不可逆绝热压缩过程 不可逆绝热膨胀过程 2.6装置的 效率和 损失系数 在系统或设备进行的过程中， 效率（ηe ）的定义：收益的（E收益）与耗费的（ E耗费）的比值。 例2－11 试导出电热水器效率与 效率（ηe ）的数学表达式。设电热水器绝热良好，通过器壁向环境散失的热量为0。并求当T1＝T0＝25oC，ΔT＝50oC时的热