高等工程熱力學(xué)第一章

1、高等工程熱力學(xué),章學(xué)來,第一章 基本概念,1.1工程熱力學(xué)的研究對(duì)象及其特點(diǎn)熱物理學(xué)(簡稱熱學(xué)) 研究有關(guān)物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)以及與熱相聯(lián)系的各種規(guī)律的科學(xué)，它滲透到自然科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。工程熱科學(xué) 熱物理學(xué)在工程領(lǐng)域的分支和應(yīng)用，工程熱科學(xué)涉及的內(nèi)容很多，主要有工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、物質(zhì)的熱物理性質(zhì)以及這些性質(zhì)在工程領(lǐng)域和新技術(shù)方面的應(yīng)用等等。,第一章 基本概念,熱力學(xué)研究方法 經(jīng)典熱力學(xué)方法 ：宏觀描述方法

2、 統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的方法 ：微觀描述方法分別從不同角度去研究問題，它們自成獨(dú)立體系，相互間又存在密切的聯(lián)系，相互補(bǔ)充。宏觀描述方法與微觀描述方法的緊密結(jié)合，使熱力學(xué)成為聯(lián)系微觀世界與宏觀世界的一座橋梁。,第一章 基本概念,熱力學(xué) 從對(duì)熱現(xiàn)象的大量的直接觀察和實(shí)驗(yàn)測量所總結(jié)出來的普適的基本定律出發(fā)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，通過邏輯推理及演繹，得出有關(guān)物質(zhì)各種宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系、宏觀物理過程進(jìn)行的方向和限度等結(jié)論。 任何宏

3、觀的物質(zhì)系統(tǒng)包括化學(xué)的、生物的系統(tǒng)，只要與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)，總應(yīng)遵循熱力學(xué)規(guī)律。熱力學(xué)基本定律是自然界中的普適規(guī)律，只要在數(shù)學(xué)推理過程中不加上其他假設(shè)，這些結(jié)論也具有同樣的可靠性與普遍性。,第一章 基本概念,經(jīng)典熱力學(xué) 具有普遍內(nèi)容的唯一的物理理論，是具有普遍性的一門科學(xué)，可應(yīng)用于任何的宏觀的物質(zhì)系統(tǒng)。 局限性： 第一，它只適用于粒子數(shù)很多的宏觀系統(tǒng)； 第二，它主要研究物質(zhì)在平衡態(tài)下的性質(zhì)； 其三，它把物質(zhì)看為

4、連續(xù)體，不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。它只能說明應(yīng)該有怎樣的關(guān)系，而不能解釋為什么有這種基本關(guān)系。,第一章 基本概念,統(tǒng)計(jì)物理學(xué) 熱力學(xué)的微觀描述方法 從物質(zhì)由數(shù)量巨大的分子、原子組成的前提出發(fā)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法，把宏觀性質(zhì)看作微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均值，由此找出微觀量與宏觀量之間的關(guān)系。 彌補(bǔ)了熱力學(xué)方法的不足，使熱力學(xué)的理論具有更深刻的意義。 局限性在于它需對(duì)研究的體系作出簡化假設(shè)(微觀模型)，使得所得到的理論結(jié)果

5、常與實(shí)驗(yàn)不能完全符合。,第一章 基本概念,工程熱力學(xué) 熱力學(xué)在工程領(lǐng)域的分支，是研究能量(特別是熱能)的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)換規(guī)律的科學(xué) 熱力學(xué)引用的概念常與能量及其轉(zhuǎn)換有關(guān)。 能量和物質(zhì)不可分割，能量的轉(zhuǎn)換有賴于物質(zhì)狀態(tài)的改變，而且能量具有數(shù)量和質(zhì)量的雙重屬性。 引入了與物質(zhì)有關(guān)的概念，如理想氣體、實(shí)際氣體和蒸汽等； 與描寫狀態(tài)和過程有關(guān)的概念，如平衡態(tài)、可逆過程等； 又有熵、熱能與機(jī)

6、械能、熱量與功量等對(duì)應(yīng)的概念。 圍繞工程應(yīng)用還引進(jìn)表征能量利用經(jīng)濟(jì)性的概念，如熱效率、火用效率等。 熱力學(xué)中的概念有些是建立熱力學(xué)基本理論必不可少的，例如溫度、平衡態(tài)、可逆過程、能量、熵、熱量與功等，稱為基本概念。 基本概念中，溫度是為研究熱現(xiàn)象引進(jìn)的物理量，平衡態(tài)與可逆過程是經(jīng)典熱力學(xué)的研究前提，因此這三個(gè)基本概念尤其重要。,第一章 基本概念,傳熱學(xué) 研究由于溫差而實(shí)現(xiàn)的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。

7、熱力學(xué)指出，凡是有溫差的地方，就有熱量自高溫物體傳向低溫物體(或從物體的高溫部分傳向低溫部分)。由于自然界到處存在溫差，所以熱量傳遞是普遍的現(xiàn)象。由于熱量傳遞的推動(dòng)力是溫差，所以溫度分布對(duì)熱量傳遞有重大影響。 采用數(shù)學(xué)的手段研究、分析熱量傳遞過程，一般要假定研究對(duì)象是連續(xù)體，由于熱科學(xué)研究對(duì)象由數(shù)量十分龐大的微觀粒子所組成，所以只要被研究對(duì)象的幾何尺度大于微觀粒子的平均自由程，連續(xù)體的假定即可成立，溫度等參數(shù)即可認(rèn)為是連續(xù)函數(shù)。

8、,第一章 基本概念,1.2 溫 度1.2.1 溫度的熱力學(xué)定義 物系的溫度是用以判別它與其他物系是否處于熱平衡狀態(tài)的參數(shù)。 溫度的熱力學(xué)定義明確給出了溫度的物理意義。 溫度和熱平衡概念直接聯(lián)系，兩物系只要溫度相同，它們間就處于熱平衡，而與其他狀態(tài)參數(shù)如壓力、體積等的數(shù)值是否相同無關(guān)，只有溫度才是熱平衡的判據(jù)。,第一章 基本概念,1.2.2熱力學(xué)溫標(biāo) 溫度測量的理論依據(jù):熱力學(xué)第零定律 經(jīng)驗(yàn)指出，實(shí)際測

9、溫物質(zhì)標(biāo)志溫度的物理量和溫度的關(guān)系，嚴(yán)格地講都是非線性的，這一函數(shù)隨測溫物質(zhì)的性質(zhì)而定。,第一章 基本概念,建立溫標(biāo)時(shí)，首先要規(guī)定溫度和標(biāo)志溫度的物理量的函數(shù)關(guān)系這一關(guān)系不受具體測溫物質(zhì)的限制，可以任意規(guī)定。為使溫度和標(biāo)溫物理量成正比，通常取成線性關(guān)系：為了確定待定常數(shù)，要選定溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的溫度數(shù)值。確定待定常數(shù)實(shí)質(zhì)上就是規(guī)定溫度計(jì)量單位的大小和溫度的計(jì)數(shù)起點(diǎn)。,第一章 基本概念,國際上用水的汽、液、固共存的三相點(diǎn)為

10、標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定三相點(diǎn)的溫度為273.16K。國際單位制(SI)中溫度的計(jì)量單位稱為“開爾文”，單位符號(hào)為K。標(biāo)定溫度的公式,,某種標(biāo)志溫度的物理量相應(yīng)于三相點(diǎn)狀態(tài)之值,第一章 基本概念,國際溫標(biāo):以水的三相點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，并規(guī)定其溫度為273.16K，而建立的溫標(biāo)稱為國際溫標(biāo)。攝氏溫標(biāo):如標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)和溫度計(jì)量單位的大小保持不變，而把標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)(三相點(diǎn))的溫度規(guī)定為0.01℃時(shí)，所得溫標(biāo)稱為國際攝氏溫標(biāo)。國際溫標(biāo)與國際攝氏溫標(biāo)的關(guān)系是,第一章

11、基本概念,建立溫標(biāo)時(shí)，對(duì)標(biāo)定溫度的物理量僅要求它和溫度的變化成線性關(guān)系，除此以外，不受其他的限制。因此，標(biāo)溫的物理量可以和物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，也可以和物質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，甚至實(shí)際中是否真正有這種性質(zhì)的物理量存在也無關(guān)緊要。,第一章 基本概念,如理想氣體體積不變時(shí)，它的壓力和溫度成線性變化 標(biāo)溫物質(zhì)：理想氣體當(dāng)作，而把作為標(biāo)溫物理量：壓力標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)：水的三相點(diǎn),第一章 基本概念,理想氣體溫標(biāo)公式,第一章 基本概念,另例：與物性無關(guān)的熱量Q

12、作為標(biāo)溫的物理量 卡諾循環(huán),第一章 基本概念,卡諾循環(huán)熱源放出或吸入的熱量與熱源的溫度成正比這種應(yīng)用熱力學(xué)原理建立的溫標(biāo)稱為熱力學(xué)溫標(biāo)。但是，可逆循環(huán)難以實(shí)現(xiàn)，精確地測量Q和Qtp也有困難，所以熱力學(xué)溫標(biāo)無法直接實(shí)施。盡管如此，熱力學(xué)溫標(biāo)的建立有著深遠(yuǎn)的理論價(jià)值，它是最科學(xué)、最嚴(yán)密的基本溫標(biāo)。,第一章 基本概念,理想氣體溫標(biāo)的氣體溫度計(jì) 雖與采用的某種氣體種類無關(guān)，但溫度讀數(shù)必須校正到理想氣體狀態(tài)時(shí)讀數(shù)。這種測量和修正都

13、是極為精確和繁復(fù)的工作，只有極少數(shù)實(shí)驗(yàn)室有此條件，因此，目前氣體溫度計(jì)僅作為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。 實(shí)用的二級(jí)溫度計(jì)采用國際實(shí)用溫標(biāo)，它所得出的溫度偏離熱力學(xué)溫標(biāo)極小，廣泛用于校核科研或工業(yè)用溫度計(jì)。,第一章 基本概念,1990國際溫標(biāo)(ITS-90)規(guī)定： ①容易復(fù)現(xiàn)的固定點(diǎn)的氣體溫標(biāo)溫度和用以檢定儀器的二級(jí)參考點(diǎn)的溫度； ②二級(jí)溫度標(biāo)準(zhǔn)的儀器儀表的度數(shù)用于根據(jù)固定點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插的公式。,第一章 基本概念,第一章 基本概念,

14、(ITS-90)將適用于溫度測量和內(nèi)插的方法概括為四個(gè)分區(qū)： (1)從0.65K到5.0K根據(jù)3He和4He的蒸氣壓測量；(2)從3.0K到24.5561K用氦氣定容氣體溫度計(jì)測量；(3)從13.8033K到1234.93K按照技術(shù)規(guī)范用在表中的固定點(diǎn)標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)鉛電阻溫度計(jì)測量；(4)高于1234.93K通過測量可見光譜的輻射強(qiáng)度，與Ag、Au或Cu凝固點(diǎn)同波長輻射強(qiáng)度比較，并且根據(jù)普朗克黑體輻射方程確定溫度值。,第一章 基本概

15、念,1.3.1 平衡狀態(tài)1.3平衡狀態(tài)一個(gè)熱力系統(tǒng)，如果在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)能夠始終保持不變，則系統(tǒng)的這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)是研究熱現(xiàn)象時(shí)為簡化物體狀態(tài)隨時(shí)間變化的復(fù)雜性而引用的基本概念。熱力學(xué)中的平衡是指物系的宏觀狀態(tài)而言，由于組成物系的粒子總在永恒不息的運(yùn)動(dòng)中，其微觀狀態(tài)，是不能不變的，如平衡態(tài)物系的溫度不隨時(shí)間變化，是指分子的平均移動(dòng)動(dòng)能為恒值。,第一章 基本概念,平衡和均勻 處于平衡狀態(tài)物系的狀

16、態(tài)不隨時(shí)間改變，平衡和時(shí)間的概念聯(lián)系在一起。 均勻則指物系內(nèi)部空間各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)均勻一致，均勻是相對(duì)空間而言的。 不平衡系一般是不均勻系，但處于平衡態(tài)的物系未必一定是均勻的。,第一章 基本概念,處于重力場中的氣體或液體平衡時(shí)上部和下部的密度不同，不能稱為均勻系。但若所研究物系的高度有限，重力場對(duì)氣體密度的影響甚微，可以忽略不計(jì)，從而把處于平衡狀態(tài)的單相物系看作均勻系。汽液兩相平衡的物系，即使略去重力場的影響，兩相的密度相差甚大，

17、此時(shí)，物系雖處于復(fù)相平衡狀態(tài)，但不能看作均勻系了。,第一章 基本概念,1.3.2局部平衡假設(shè) 平衡狀態(tài)下，由于勢差消失，所以無論是熱量的傳遞還是其他能量的傳遞的速率均趨于零。為了描述實(shí)際有限勢差作用過程，常引用局部平衡假設(shè)。 局部平衡假設(shè)是把處在不平衡狀態(tài)的體系，分割成許多小部分(這些宏觀上“小”的部分，在微觀上仍包含有大量的粒子)，假設(shè)每小部分各自近似地處于平衡狀態(tài)。 這樣，每一子體系，就可用狀態(tài)參數(shù)來描述。

18、 對(duì)于像熱力學(xué)能、熵等這樣的廣延參數(shù)，將各部分的數(shù)值相加，即可得整個(gè)體系的值， 溫度和壓力這類強(qiáng)度參數(shù)，可以看作連續(xù)分布，形成所謂的“場’’的概念。,第一章 基本概念,溫度場就是物體中溫度隨時(shí)間和空間坐標(biāo)的分布穩(wěn)態(tài)溫度場,第一章 基本概念,1.4平衡的判據(jù) 熱平衡 力平衡 相平衡 化學(xué)平衡,第一章 基本概念,1.4.1 平衡判據(jù) 在沒有外界影響的條件下，一個(gè)系統(tǒng)是否平衡，完全由其本身的狀態(tài)確定，所

19、以可以用系統(tǒng)的某種狀態(tài)函數(shù)作為平衡的判據(jù)。同時(shí)，可以想象平衡判據(jù)應(yīng)隨系統(tǒng)的約束條件而異。另外在導(dǎo)出平衡判據(jù)時(shí)應(yīng)注意，系統(tǒng)可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或相變，一個(gè)總質(zhì)量恒定的化學(xué)系統(tǒng)在達(dá)到化學(xué)平衡前各組分的質(zhì)量并非恒量，因而系統(tǒng)的熱力學(xué)能、焓及體積等性質(zhì)也隨各組分質(zhì)量變化而變化。,第一章 基本概念,孤立系孤立系熵增原理 孤立系自發(fā)變化的方向(dsiso>0)和實(shí)現(xiàn)平衡的條件(dsiso=0) 約束條件 :E=常數(shù),第一章 基本概念,對(duì)

20、于只有體積變化功一種模式的功交換的簡單可壓縮系統(tǒng)和外界沒有功交換：系統(tǒng)的體積不應(yīng)改變無熱交換：系統(tǒng)的熱力學(xué)能也不變,第一章 基本概念,非孤立系統(tǒng)簡單可壓縮系統(tǒng),,與系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換的外界熱源溫度,,包括膨脹功在內(nèi)的系統(tǒng)對(duì)外作功的總和,第一章 基本概念,若系統(tǒng)變化過程中溫度T為常數(shù)，考慮到系統(tǒng)與外熱源保持熱平衡，則二者溫度相等T=Tr,,A,亥姆霍茲函數(shù)(Helmholtz function),第一章 基本概念,V=常數(shù)

21、定溫定容系統(tǒng)過程進(jìn)行的方向是dAT,V<0；實(shí)現(xiàn)平衡的條件為dAT,V=0,第一章 基本概念,如約束條件為T=常數(shù)及p=常數(shù) 定溫定壓系統(tǒng)可用自由焓變化指出過程的方向(dGT,p<0)及平衡的條件(dGT,p=0),,自由焓，又稱吉布斯函數(shù)(Gibbs function),第一章 基本概念,一個(gè)由r種物質(zhì)組成的化學(xué)系統(tǒng)，它的自由焓函數(shù),,因化學(xué)不平衡而產(chǎn)生的G的變化,第一章 基本概念,第一章 基本概念,第一章 基本

22、概念,1.4.2穩(wěn)定平衡判據(jù)孤立系統(tǒng),,判別是平衡或是非平衡,,用以確定平衡是否穩(wěn)定,第一章 基本概念,難以觀察到的平衡態(tài)---不穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡穩(wěn)定與亞穩(wěn)定平衡純質(zhì)飽和狀態(tài)的飽和蒸汽和飽和液體屬穩(wěn)定平衡態(tài)，但是溫度高于飽和溫度的液體(過熱液)和低于飽和溫度的蒸汽(過冷蒸汽)只有在實(shí)驗(yàn)中方可觀察到。如有凝結(jié)核心形成，過冷蒸汽會(huì)迅速消失而成飽和液體。過熱液和過冷蒸汽都是亞穩(wěn)定平衡態(tài)。,第一章 基本概念,定溫定容系統(tǒng)

23、定溫定壓系統(tǒng),第一章 基本概念,1.5準(zhǔn)平衡(準(zhǔn)靜態(tài))過程和可逆過程1.5.1準(zhǔn)平衡過程過程進(jìn)行得相對(duì)緩慢，工質(zhì)在平衡被破壞后自動(dòng)回復(fù)平衡所需的時(shí)間，即所謂的弛豫時(shí)間又很短，工質(zhì)有足夠的時(shí)間來恢復(fù)平衡，隨時(shí)都不致顯著偏離平衡狀態(tài)，這樣的過程叫做準(zhǔn)平衡過程,第一章 基本概念,1.5.2可逆過程 當(dāng)物系完成了某一過程之后，如果有可能使它沿相同的路徑逆行而回復(fù)到原來狀態(tài)，并使相互作用中所涉及到的外界亦回復(fù)到原來狀態(tài)，而不留下任何

24、改變，則這一過程叫做可逆過程。不滿足上述條件的過程為不可逆過程。,第一章 基本概念,一個(gè)可逆過程，首先應(yīng)是準(zhǔn)平衡過程，同時(shí)在過程中不應(yīng)有任何耗散效應(yīng)，這是可逆過程的基本特征。準(zhǔn)平衡過程和可逆過程的區(qū)別在于：準(zhǔn)平衡過程著眼于系統(tǒng)內(nèi)部的平衡，有無外部機(jī)械摩擦對(duì)工質(zhì)內(nèi)部的平衡并無關(guān)系，準(zhǔn)平衡過程進(jìn)行時(shí)可能發(fā)生能量耗散；可逆過程則是分析系統(tǒng)與外界作用所產(chǎn)生的總效果，不僅要求系統(tǒng)內(nèi)部平衡，而且要求過程進(jìn)行時(shí)不存在任何能量的耗散?？梢?，可逆

25、過程必然是準(zhǔn)平衡過程，而準(zhǔn)平衡過程只是可逆過程的必要條件。,第一章 基本概念,1.6 熱量和功 1.6.1 熱量定義為：僅僅由于兩個(gè)系統(tǒng)之間溫度不同而引起的從一個(gè)系統(tǒng)向另一個(gè)系統(tǒng)傳遞的能量。按照這個(gè)定義，熱量是在能量傳遞過程中的一種能的傳遞量，只有當(dāng)熱量越過系統(tǒng)的邊界時(shí)，才能被確認(rèn)為產(chǎn)生傳熱現(xiàn)象。所以，熱量是在傳送過程中的能量，不是存貯在系統(tǒng)中的能量，熱量一旦傳入系統(tǒng)，便轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)的分子、原子等粒子的微觀動(dòng)能或位能。雖然在系

26、統(tǒng)與外界的能量相互作用的過程中可以區(qū)別為熱量、各種形式的功量和其他能量，但一旦進(jìn)入系統(tǒng)的邊界，就無法再區(qū)分了。存儲(chǔ)在系統(tǒng)中只有能量而區(qū)分不出哪些能量是通過傳熱、作功或其他方式傳進(jìn)來的。因此熱量不是系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，說物體有多少熱量是錯(cuò)誤的，只能說物體有多少能量。,第一章 基本概念,,第一章 基本概念,1.6.2 功量力學(xué)中把力和力方向位移的乘積定義為功功是熱力系統(tǒng)通過邊界而傳遞的能量，且其全部效果可表現(xiàn)為舉起重物。這里“

27、舉起重物”是指過程產(chǎn)生的效果相當(dāng)于舉起重物，并不要求真的舉起重物。顯然，和熱量一樣，功是熱力系通過邊界與外界交換的能量，不是狀態(tài)的函數(shù)，所以與系統(tǒng)本身具有的宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和宏觀位能不同。,第一章 基本概念,上述各式不僅對(duì)氣體適用，不論是固體和液體只要是 可壓縮性物質(zhì)都是適用的。,第一章 基本概念,(2)拉伸彈性杠或金屬絲所耗的功,第一章 基本概念,,第一章 基本概念,,第一章 基本概念,,第一章 基本概念,,第一章 基本概念,,第

28、2 章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,2.1 熱力學(xué)第一定律轉(zhuǎn)移中的能量 ― 熱量及功儲(chǔ)存中的能量 ― 內(nèi)部儲(chǔ)存能與外部儲(chǔ)存能 2.1.1 熱力學(xué)第一定律一般表達(dá)式 能量轉(zhuǎn)換及守恒定律指出：自然界中的一切物質(zhì)都具有能量；能量有各種不同形式，并能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式；在轉(zhuǎn)換中，能量的數(shù)量保持不變。,第 2 章熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,對(duì)于孤立系，無論其內(nèi)部如何變化，它的總能量保持不變。 式中， E 是物系儲(chǔ)存的

29、總能量。 物系儲(chǔ)存的能量有熱力學(xué)能（內(nèi)部儲(chǔ)存能）和外部儲(chǔ)存能之分。 熱力學(xué)能是與物質(zhì)內(nèi)部粒子的微觀運(yùn)動(dòng)和粒子在空間的位置有關(guān)的能量，用 U 表示。如分子熱運(yùn)動(dòng)的微觀動(dòng)能，分子相互吸引的微觀位能，分子內(nèi)束縛原子的化學(xué)能以及原子內(nèi)部的束縛能等都屬熱力學(xué)能。 熱力學(xué)能由物質(zhì)內(nèi)部粒子的狀態(tài)確定，是物質(zhì)狀態(tài)的函數(shù)。 除熱力學(xué)能外，物體作整體運(yùn)動(dòng)時(shí)還可有其他能量，這類能量要由物系外的參考坐標(biāo)確定，故稱為物系的外部儲(chǔ)

30、存能 熱力學(xué)中常見的外部儲(chǔ)存能有物系作宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)的宏觀動(dòng)能和在重力場中重力勢能,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,物系的儲(chǔ)存能如系統(tǒng)由多種物質(zhì)所組成系統(tǒng)總能量 E 表示在給定狀態(tài)下的全部能量，是系統(tǒng)處于某一狀態(tài)下的狀態(tài)參數(shù)。,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,,熱力學(xué)第一定律的一般表達(dá)式,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,2.1.2 閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式,,僅取決于過程的初態(tài)及終態(tài)，

31、而與過程所經(jīng)歷的路徑無關(guān)點(diǎn)函數(shù)，這個(gè)參數(shù)就是系統(tǒng)的儲(chǔ)存能 E,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,靜止閉口系中,,閉口系（控制質(zhì)量系統(tǒng)）熱力學(xué)第一定律表達(dá)式，它表明在過程中傳入系統(tǒng)的熱量等于系統(tǒng)儲(chǔ)存能的變化及系統(tǒng)與外界交換功量之和。,系統(tǒng)對(duì)外的功一般形式靜止閉口系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為閉口的簡單可壓縮系統(tǒng)在與外界只有可逆膨脹功交換時(shí)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,,廣義力,,廣義

32、位移的微量,,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,2.2 開口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式2.2.1 變質(zhì)量系統(tǒng)基本方程變質(zhì)量系統(tǒng)理想氣體,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,變質(zhì)量系統(tǒng)的理想氣體狀態(tài)方程的微分形式熱力學(xué)能及焓的微分表達(dá)式,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,理想氣體在對(duì)控制體進(jìn)行能量分析時(shí)應(yīng)考慮到控制體中的質(zhì)量可能發(fā)生變化。若在 d 時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入系統(tǒng)的微元質(zhì)量為 6 鞏，離開系統(tǒng)的

33、微元質(zhì)量為 6 伙，則,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,如控制體的出、入口有多個(gè)，則質(zhì)量方程可寫為,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,質(zhì)量流量,閉口系統(tǒng)變質(zhì)量系統(tǒng),第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,可逆過程,1kg,把上列 ds、du、dv 代入單位質(zhì)量的吉布斯函數(shù)等于化學(xué)勢變質(zhì)量系統(tǒng)的熱力學(xué)能變化除了由熱交換，體積功交換引起外，還可以是由系統(tǒng)的質(zhì)量改變而造成。,,吉布斯函數(shù)，自由焓,第

34、 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,2.2.2 開口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律表達(dá)式,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,如控制體沒有位能及動(dòng)能的變化忽略進(jìn)出口截面上氣流的動(dòng)能差和位能差,第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,,熱流量,,控制體中儲(chǔ)存能的變化率,,進(jìn)入控制體的質(zhì)量流量,,離開控制體的質(zhì)量流量,軸功率,多股氣流只有單股流體進(jìn)出的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng),第 2 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程,第 2

35、 章 熱力學(xué)基本定律和能量的可用性,2.3 非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程變質(zhì)量熱力過程向鋼瓶充入氧氣或自壓縮氣瓶放出空氣啟動(dòng)柴油機(jī)等都是非穩(wěn)定流動(dòng)過程工程應(yīng)用的例子。以容器壁面為控制面的熱力系統(tǒng)，在進(jìn)行過程時(shí)工質(zhì)的數(shù)量會(huì)發(fā)生變化，變化的大小和快慢將直接影響到壓力、溫度等其他參數(shù)的變化情況。又如內(nèi)燃機(jī)、活塞式壓氣機(jī)的壓縮過程，或多或少總有漏氣，這時(shí)，以汽缸內(nèi)壁面為控制面的熱力系統(tǒng)也是一個(gè)變質(zhì)量系統(tǒng)。這種有工質(zhì)數(shù)量變化的壓縮過程在參數(shù)間的關(guān)系以

36、及功量和傳熱量的計(jì)算上與常質(zhì)量系統(tǒng)有較大的差別。,,基本任務(wù)是找出過程中系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系，計(jì)算系統(tǒng)與外界交換的熱量、功量和質(zhì)量。在分析變質(zhì)量系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意變質(zhì)量系統(tǒng)與外界除了有功量及熱量的交換外，還有質(zhì)量的交換。通常，遷移的質(zhì)量在離開系統(tǒng)時(shí)的狀態(tài)為該時(shí)刻系統(tǒng)所處的狀態(tài)，但進(jìn)入系統(tǒng)的工質(zhì)的狀態(tài)則是由外界條件所決定的。,,非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)是指體系內(nèi)狀態(tài)是隨時(shí)間變化的流動(dòng)過程，這時(shí)至少有一個(gè)狀態(tài)參數(shù)隨時(shí)間變化。很多情況下熱力系開口邊界處流

37、入工質(zhì)與流出工質(zhì)的質(zhì)流量不相同，流動(dòng)工質(zhì)做出的功率或與外界交換的熱流量不一定為常數(shù)，這時(shí)熱力系統(tǒng)內(nèi)的總能往往是時(shí)間的函數(shù)。而任意時(shí)刻控制體積內(nèi)的狀態(tài)仍可作為均勻態(tài)。同時(shí)，需指出，充蒸汽與充氣在物理本質(zhì)上沒有什么差別，只是對(duì)于各種蒸汽通常沒有理想氣體那樣簡單的狀態(tài)方程式及熱性質(zhì)計(jì)算式，因而不易導(dǎo)出簡明的解析式，求解時(shí)需進(jìn)行迭代，或借助計(jì)算機(jī)。,非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)多為變質(zhì)量系統(tǒng)，對(duì)控制體積寫出以微分形式表達(dá)的能量平衡一般化關(guān)系式，結(jié)合質(zhì)量平衡方

38、程和氣體的特性方程，最終確定控制體積中參數(shù)的變化規(guī)律以及通過控制面與外界交換的熱量和功量，是求解非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)問題廣泛采用的方法。有時(shí)對(duì)非穩(wěn)態(tài)問題用控制質(zhì)量法也很方便。例如剛性容器中氣體的放氣過程，取放氣前氣體質(zhì)量為控制質(zhì)量（放氣后則為控制體積內(nèi)的質(zhì)量與流出的氣體質(zhì)量之和）。針對(duì)控制質(zhì)量寫出定質(zhì)量系能量方程及其他相關(guān)方程，最終也可得到控制體積的參數(shù)變化規(guī)律及能量關(guān)系。采用了兩種方法，所得出結(jié)果是一致的，可以靈活選用。對(duì)于由多個(gè)子系統(tǒng)組

39、成的復(fù)雜熱力系，還需各個(gè)子系統(tǒng)之間的約束關(guān)系作為補(bǔ)充方程。,,,剛性容器絕熱放氣過程中留在系統(tǒng)內(nèi)氣體狀態(tài)變化規(guī)律與閉口系統(tǒng)可逆絕熱膨脹過程相同。由于放氣后壓力降低，所以容器內(nèi)氣體溫度與常質(zhì)量系統(tǒng)可逆絕熱膨脹一樣總是下降的。物理意義上的區(qū)別:后者是一個(gè)不可逆過程，只是其不可逆性，僅表現(xiàn)在流出系統(tǒng)的那部分質(zhì)量上，前者是可逆過程。此外，閉口系統(tǒng)絕熱膨脹過程熱力學(xué)能的減少用于對(duì)外作膨脹功，開口系統(tǒng)放氣過程熱力學(xué)能的減少，一部分是由于本

40、身質(zhì)量的減少，另一部分用于對(duì)排出氣體作推動(dòng)功。,2.4 過程的方向性與熱力學(xué)第二定律過程具有方向性在自然界中自發(fā)發(fā)生的過程都是自發(fā)地趨向于平衡的過程：熱量從高溫物體流向低溫物體氣體從高壓向低壓膨脹物質(zhì)從高濃度向低濃度擴(kuò)散能量轉(zhuǎn)換的方向性當(dāng)機(jī)械能經(jīng)過摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軙r(shí)，全部機(jī)械能均可無條件地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。但在?dòng)力機(jī)械中，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能時(shí)，只能有部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，其余部分必須變?yōu)楦蜏囟鹊臒崮?。這就是能量在相互轉(zhuǎn)變

41、時(shí)的條件，實(shí)質(zhì)上也反映了能量轉(zhuǎn)換的方向性。熱力學(xué)第二定律概括了人類對(duì)于熱力過程方向性的經(jīng)驗(yàn)，是一個(gè)基本的自然定律，它不能從任何其他定律推導(dǎo)出來。,熱力學(xué)第二定律的各種表達(dá)形式都是等效的。開爾文一普朗克說法：從一個(gè)熱源吸取熱量，而使之全部變成機(jī)械能的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)是制造不出來的?？藙谛匏拐f法：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體。 喀喇氏說法：“從系統(tǒng)的一個(gè)給定狀態(tài)出發(fā)，在其鄰近的區(qū)域內(nèi)必然有這樣的狀態(tài)，它們是不能從給定的狀態(tài)

42、經(jīng)絕熱過程而達(dá)到的?！笨险f法雖抽象，但更具有普遍意義。不必求助于卡諾循環(huán)和卡諾定理即可推演出熵的存在，進(jìn)而得關(guān)系式,熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，就是表達(dá)了自然界中自發(fā)過程的方向性與不可逆性。進(jìn)行自發(fā)過程的逆過程也是可以的，但必須有補(bǔ)償過程同時(shí)存在。如把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，除要在循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)中吸熱，還必須有一部分熱量排向冷源作為補(bǔ)償?shù)臈l件。這樣就得出循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率必然小于 1 的結(jié)論。又如要使低溫物體的熱量排向高溫物體，可以通過制冷

43、機(jī)，消耗一定量的機(jī)械功（或其他形式的能量）之后實(shí)現(xiàn)。這部分消耗的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成了熱量，這一機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃康倪^程就是補(bǔ)償?shù)臈l件。自發(fā)過程的逆過程需補(bǔ)償條件，故自發(fā)過程不可逆。上面的分析表明，所謂過程的方向性是指各種過程總是朝著一個(gè)方向進(jìn)行，而不能自發(fā)地反向進(jìn)行。這個(gè)方向就是孤立系統(tǒng)總是從不平衡態(tài)朝平衡態(tài)方向進(jìn)行，當(dāng)孤立系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)后，一切宏觀變化停止。自發(fā)過程的不可逆性即是當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)后，在無外界影響的條件下，絕不會(huì)自發(fā)地變?yōu)榉?/p>

44、平衡態(tài)。,從宏觀角度來看，自然界一切熱過程具有方向性與不可逆性是完全正確的，是一個(gè)客觀真理。如熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體.從微觀角度看，在某一瞬間，也許較冷物體中的某些動(dòng)能較大的分子與較熱物體中的某些動(dòng)能較低的分子相互碰撞，這樣就有可能使能量倒傳。但從有限時(shí)間（宏觀上很短，但微觀上足夠長的時(shí)間間隔）上來看，總是較熱物體中的分子向較冷物體中的分子傳輸能量。又如在極小的空間中或高真空容器中，極有可能出現(xiàn)分子分布的不均勻

45、狀態(tài)，會(huì)不斷地交替出現(xiàn)系統(tǒng)的平衡與非平衡的狀態(tài)，即所謂“漲落現(xiàn)象”。但宏觀的物體具有大量粒子，占有一定的體積，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)平衡態(tài)后，絕不可能自發(fā)地又出現(xiàn)宏觀意義上的非平衡狀態(tài)。從宏觀觀察所得到的熱力學(xué)第二定律的結(jié)論，在指導(dǎo)工程實(shí)際中是完全正確的。,2.5 熵與孤立系熵增原理 2.5.1 熵與孤立系熵增原理卡諾定理指出：任何一個(gè)熱機(jī)的循環(huán)熱效率不能大于工作在同樣的兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g的可逆循環(huán)熱效率，其表達(dá)式為從卡諾定理可

46、導(dǎo)出克勞修斯不等式：工質(zhì)在循環(huán)中與熱源的換熱量和換熱時(shí)熱源絕對(duì)溫度之比的循環(huán)積分小于等于零，即,狀態(tài)參數(shù)熵的定義式,不可逆過程,等號(hào)適用于可逆過程不等號(hào)適用于不可逆過程,必須強(qiáng)調(diào)指出：系統(tǒng)的熵是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，其值只與系統(tǒng)所處的狀態(tài)有關(guān)，與狀態(tài)是如何達(dá)到的過程無關(guān)。,孤立系統(tǒng),孤立系統(tǒng)熵增原理表達(dá)式，也是熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。按照熱力學(xué)第一定律，孤立系統(tǒng)中系統(tǒng)的總能量不變。按照熱力學(xué)第二定律，孤立系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的一切實(shí)際過程雖

47、然使孤立系統(tǒng)的總能量保持不變，但使熵增加。這一結(jié)論稱為孤立系統(tǒng)熵增原理。,由上述討論可得到： 熵增原理可作為過程方向性的表述。對(duì)于絕熱的閉口系統(tǒng)或者具有相互熱作用的復(fù)合系統(tǒng)所組成的孤立系統(tǒng)，熵是絕對(duì)不會(huì)減少的。因此使孤立系統(tǒng)和閉口絕熱系熵減少的過程是不可能發(fā)生的。孤立系統(tǒng)熵增原理說明，熵是不守恒的，只有在可逆過程中，孤立系統(tǒng)的熵才守恒。 正是由于發(fā)生了不可逆過程，才使孤立系統(tǒng)的熵增大，不可逆的程度愈大，熵的增加也愈大。因此，可

48、以用孤立系統(tǒng)的熵增來度量過程不可逆的能量耗散效應(yīng)。當(dāng)孤立系統(tǒng)的熵達(dá)到最大值時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到平衡。孤立系統(tǒng)總是由不平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)過渡，其熵值不斷增大，達(dá)到平衡時(shí)，一切變化停止，熵也達(dá)到最大值。,2.5.2 熵的微觀意義,要從本質(zhì)上去理解熵的意義必須采用微觀的方法，即統(tǒng)計(jì)物理的方法。可以把熵看成系統(tǒng)“無序”程度大小的度量。所謂無序是相對(duì)于有序來講的，空間中粒子分布越是不均勻、越是集中在某局部區(qū)域，即認(rèn)為越有序，而粒子分布越均勻，則系

49、統(tǒng)越無序。例如，在密閉的容器中，部分液體蒸發(fā)構(gòu)成氣液兩相系統(tǒng)，由于液體中分子的密集程度大于氣體，所以系統(tǒng)無序程度增加，反之，若密閉容器中氣體液化成液體，其無序度變小。相同溫度下，氣體要比液體無序，液體則比固體無序。,2.6 熵方程,2.6.1閉口系熵方程,（熱）熵流，是換熱對(duì)系統(tǒng)熵變的“貢獻(xiàn)”,熵產(chǎn)，是不可逆性對(duì)系統(tǒng)熵變的“貢獻(xiàn)”,閉口系（定質(zhì)量系統(tǒng)）的熵方程,需要強(qiáng)調(diào)： ( l ）系統(tǒng)的熵變只取決于系統(tǒng)的初、終態(tài)，

50、它可正可負(fù)；但熵流和熵產(chǎn)不只取決于系統(tǒng)的初、終態(tài)，與過程有關(guān)，而且熵產(chǎn)永遠(yuǎn)不小于零。,熵平衡關(guān)系式,流入控制體的熵+控制體熵產(chǎn)-流出控制體的熵=控制體熵的變化,(2.50),(2.51),通過分析系統(tǒng)的熵產(chǎn)，可以了解過程的不可逆程度，指導(dǎo)確定和改進(jìn)能量的轉(zhuǎn)換過程。由于熵概念比較抽象，近年來引進(jìn)了帶有能量因次的新參數(shù)― ，以較方便地在第二定律和第一定律結(jié)合的范疇下討論有關(guān)能量轉(zhuǎn)換問題。,熱量,任意數(shù)量的功總是可以借助于不可逆耗散

51、過程全部轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)能。,系統(tǒng)熱力學(xué)能轉(zhuǎn)換為功也有一定的限度,閉口系統(tǒng)經(jīng)絕熱過程,環(huán)境介質(zhì)可以看作無限大的系統(tǒng)，可認(rèn)為它永遠(yuǎn)處于平衡狀態(tài)，即將環(huán)境介質(zhì)作為一個(gè)無限蓄熱系統(tǒng)而參與一切熱力過程，它能吸收熱量或放出熱量而不改變其強(qiáng)度參數(shù)T0及 P0 。 環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能的擁值為零，故而一切排放到環(huán)境中的能量不可能積聚起來重新轉(zhuǎn)化為有用功，因此在環(huán)境中積聚的能量是無法利用的。,全球海水的質(zhì)量約為1.42x1021 kg ，如使海

52、洋里的海水溫度降低 3.36 x10-6 K ，則其熱力學(xué)能減小量相當(dāng)于 20 世紀(jì) 80 年代中全世界一年的用電量。但是這種能量轉(zhuǎn)換的結(jié)果將使孤立系統(tǒng)的熵減小，是違背熱力學(xué)第二定律的，因此這種轉(zhuǎn)化是絕對(duì)不可能的。 環(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能以及由環(huán)境介質(zhì)吸收的熱量，自身完全喪失轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能力。系統(tǒng)達(dá)到與環(huán)境介質(zhì)的溫度和壓力相同的狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)與環(huán)境介質(zhì)處于相互熱力平衡狀態(tài)，與環(huán)境平衡的狀態(tài)稱為“死態(tài)”，在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)的熱力學(xué)

53、能也完全喪失轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能力。 因此，各種形式能量中可轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠值挠?jì)算都以環(huán)境狀態(tài)為基點(diǎn)。,2.7.3 第一定律分析法和第二定律分析法能量分析的理論依據(jù)：熱力學(xué)第一定律和第二定律能量分析的方法：第一定律分析法和第二定律分析法第一定律分析法：依據(jù)能量在數(shù)量上守恒的關(guān)系，通過分析揭示系統(tǒng)各部位能量數(shù)量上轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失的情況，確定該系統(tǒng)的能量利用或轉(zhuǎn)換效率。 特點(diǎn)：抓住能量數(shù)量上的平衡，考

54、慮了能量數(shù)量的利用程度，反映了能量數(shù)量的“外部損失”。 例如，蒸汽動(dòng)力裝置的熱平衡揭示鍋爐散熱、排煙和不完全燃燒損失、汽輪機(jī)和管道等的散熱損失及冷凝器的熱損失，得到裝置熱效率。,第二定律分析法：綜合熱力學(xué)第一定律、第二定律作為依據(jù)，從能量的數(shù)量和質(zhì)量來分析系統(tǒng)各部位對(duì)能量利用和損失情況。 其中 煙分析法揭示能量中擁的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失情況，得到系統(tǒng)擁效率。 特點(diǎn)：抓住不可逆過程中擁轉(zhuǎn)變?yōu)閾帷岵豢赡?/p>

55、轉(zhuǎn)變?yōu)閾恚沂境鱿到y(tǒng)內(nèi)部存在的能量質(zhì)的貶值。兩類方法所揭示的不完善部位及損失的大小是不同的。,第一定律分析，最大的能量損失發(fā)生在冷凝器中第二定律分析法，由于放熱溫度很低，不可逆性及由此造成的擁損失并不大。 相反，鍋爐中的擁損失卻高達(dá) 49 ％。鍋爐內(nèi)燃料燃燒過程和高溫?zé)煔馀c水蒸氣之間傳熱過程這兩個(gè)不可逆過程使大量的擁蛻變?yōu)閾幔舱沁@兩種不可逆過程引起的擁損失，才大大增加了通過冷凝器所排棄的熱量。,由以上分析可見，擁分析與

56、能分析相比較，在揭露損失的原因、部位以及指出改進(jìn)方向等方面更科學(xué)、更合理。但是能分析也能為節(jié)約用能指明一定的方向，譬如通過回收余熱、回收未加利用的廢、副物資和減少物料的泄漏、加強(qiáng)保溫等措施以減少外部損失。所以在能分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步做好擁分析，以能分析和擁分析結(jié)合的方法分析用能系統(tǒng)是必要的。,冷量擁數(shù)值上可以大于冷量本身，所以冷量擁更珍貴，超低溫系統(tǒng)可以獲得很大的有用功。,閉口系統(tǒng)中工質(zhì)從初態(tài)出發(fā)，在只與環(huán)境相互作用下，經(jīng)過一系列可逆

57、過程而達(dá)到與環(huán)境平衡，此時(shí)工質(zhì)所完成的最大有用功，就稱為閉口系統(tǒng)工質(zhì)的熱力學(xué)能傭（也稱閉口系的作功能力）,閉口系統(tǒng)在微元膨脹過程中，工質(zhì)推動(dòng)環(huán)境介質(zhì)所作的體積功，這部分功不能用作有用功輸出,,閉口系統(tǒng)在微元可逆過程中對(duì)外所能提供的最大有用功，就是閉口系統(tǒng)工質(zhì)的熱力學(xué)能擁,,熱力學(xué)能擁本身具有狀態(tài)參數(shù)的特征。環(huán)境參數(shù)的值一定時(shí)，工質(zhì)熱力學(xué)能擁的大小只決定于工質(zhì)本身的初態(tài)參數(shù)。閉口系統(tǒng)工質(zhì)熱力學(xué)能變化中只有一部分能轉(zhuǎn)化成熱力學(xué)能擁。

58、環(huán)境狀態(tài)下，閉口系統(tǒng)工質(zhì)的熱力學(xué)能擁為零。,在只與環(huán)境相互作用下，工質(zhì)穩(wěn)定流經(jīng)開口系統(tǒng)，經(jīng)過一系列可逆過程而達(dá)到與環(huán)境平衡，此時(shí)開口系統(tǒng)所完成的最大有用功，稱為開口系統(tǒng)的焓傭（也稱開口系的作功能力）用 Ex,H 表示。,在開口系統(tǒng)工質(zhì)微元可逆過程中，如不考慮工質(zhì)動(dòng)能及位能的變化，則開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程為,,,狀態(tài)位于環(huán)境直線上的穩(wěn)定物流的傭都是零；狀態(tài)位于環(huán)境直線以上的所有穩(wěn)定物流的傭都具有正值；狀態(tài)位于環(huán)境直線以下的所有

59、穩(wěn)定物流的擁都具有負(fù)值。負(fù)的擁意味著在環(huán)境條件下轉(zhuǎn)變到環(huán)境狀態(tài)必須消耗有用功，或反之，從環(huán)境狀態(tài)轉(zhuǎn)變到給定狀態(tài)能夠做出有用功。,孤立系統(tǒng)的擁減少原理：“在孤立系統(tǒng)中一切實(shí)際的或不可逆的過程都使系統(tǒng)的傭減少，其極限（所有過程都可逆）是使系統(tǒng)的擁保持不變。任何使孤立系統(tǒng)的擁增加的過程是不可能發(fā)生的?！币虼撕拖到y(tǒng)或過程的能量方程式不同，系統(tǒng)在不可逆過程中各項(xiàng)擁的變化是不滿足守恒關(guān)系的。只有類似建立熵平衡方程那樣，附加一項(xiàng)擁損失（擁損失永

60、遠(yuǎn)是正值），才能建立系統(tǒng)或過程擁平衡方程：,,,,封閉系統(tǒng)在進(jìn)行不可逆過程時(shí)引起的擁損失，等于由該系統(tǒng)及其外界組成的孤立系統(tǒng)的熵增量（即不可逆過程的熵產(chǎn)）與環(huán)境溫度的乘積。這種不可逆性所引起的傭損失與熵產(chǎn)之間的關(guān)系是一個(gè)普遍關(guān)系，不僅適用于封閉系統(tǒng)和穩(wěn)定流動(dòng)，也適用于循環(huán)系統(tǒng)，不僅適用于一般熱力過程，也適用于化學(xué)過程，只是在應(yīng)用于化學(xué)過程時(shí)，式中的熵要用絕對(duì)熵來計(jì)算。對(duì)熱力過程因不可逆性引起的傭損失可以有兩種計(jì)算方法，一是應(yīng)用熵