高等工程热力学复习02

第3章热力学第二定律和熵

3.1 自发过程·能量传递与转换的方向性

1.自发过程–能够自动，无需外力帮忙即可发生变化的过程
常见的自发过程：第一类：能量形态不变，从高势能转向地势能的由势差而引起的自发过程第二类：能量的形态发生变化，从高品位有序功能向低品位的热能转化的自发过程
2.能量传递与转换的方向性

3.2 热力学第二定律

1.热力学第二定律的两种表述
克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化
开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量使之完全变为功而不引起其他变化（第二类永动机是不可能制成的）
2.热力学第二定律推论
(1)推论1
只和单一热源交换热量的热力系统，在其确定的初始与最终平衡状态之间进行的一切可逆过程的输出总功相同；如为不可逆过程，则输出的总功总是小于可逆过程所输出的总功
(2)推论2
只能与单一热源交换热量的热力系统，在完成一个可逆循环后，所输出的总功以及和热源交换的热量均为零

3.3 卡诺定理

等温吸放热，绝热压缩膨胀
理想气体卡诺循环的热效率 $\eta_c=1-\frac{T_2}{T_1}$
两热源间一切可逆循环的热效率都相等，与工质、热机形式以及循环组成都无关
实际热机在温度为 $T$ 的热源吸收热量 $Q$ ，所做的有用功 $W_u$ 为 $W_u\leq Q(1-\frac{T_0}{T})$

3.4 熵–状态参数

定义式： ${\rm d }S=(\frac{\delta Q}{T})_R=\frac{{\rm d}E_n}{T_0}$
可以作为系统与外界功热交换计算使用的参数，又可作为过程不可逆度的判据。

3.5 热力学第一定律与第二定律结合的表达式

利用可逆过程推导的结果 ${\rm d }U=T{\rm d}S-p{\rm d }V$
在不可逆过程中有一部分本来可转化为功的能量状态量转变为了系统的表示热能的状态量。
在不可逆过程中 $T{\rm d }S>\delta Q_R,Q_R表示可逆过程的热量$
$p{\rm d}V<W_R,W_R为可逆卡诺热机对外界做的功$

3.6 熵变·熵流·熵增

1.熵变系统中熵的变化=熵流+熵产
(1)熵流在系统与外界的热量和质量的交换中纯粹由非做功能的迁移引起的系统熵的变化，记作 ${\rm d}S_f$
${\rm d }S_f={\rm d }S_{f,Q}+{\rm d }S_{f,m}$ 熵流=热熵流+质熵流
(2)熵产不可逆过程引起的熵变化，由不可逆过程消耗的功量产生的，记作 ${\rm d }S_g$
2.熵方程— ${\rm d }S={\rm d}S_f+{\rm d }S_g={\rm d }S_{f,Q}+{\rm d }S_{f,m}+{\rm d }S_g$
对于闭口系，只存在热熵流和熵产
${\rm d }S={\rm d }S_{f,Q}+{\rm d }S_g=\frac{\delta Q}{T}+{\rm d }S_g$
稳定流动系统的熵方程 $\frac{\delta Q}{T_r}+\delta m(s_{in}-s_{out})+{\rm d}S_g=0$
当系统进行不可逆过程时， ${\rm d}S_g>0$ ,故有 ${\rm d }S-\frac{\delta Q}{T}>0$
3.克劳修斯不等式