篇一：41060824工程热力学论文
工程热力学论文
——热力学定律的发现及理
授课教师: 王永珍 姓名：王卫红 学号：41060824 时间：2008-12-20
热力学定律的发现及理论
化学反应不是一个孤立的变化过程，温度、压力、质量及催化剂都直接影响反应的方向和速度。
1901年，范霍夫因发现化学动力学定律和渗透压，提出了化学反应热力学动态平衡原理，获第一个化学奖。1906年能斯特提出了热力学第三定律，认为通过任何有限个步骤都不可能达到绝对零度。这个理论在生产实践中得到广泛应用，因此获1920年化学奖。1931年翁萨格发表论文“不可逆过程的倒数关系”，阐明了关于不可逆反应过程中电压与热量之间的关系。对热力学理论作出了突破性贡献。这一重要发现放置了20年，后又重新被认识。1968年获化学奖。
1950年代，普利戈金提出了著名的耗散结构理论。1977年，他因此获化学奖。这一理论是当代热力学理论发展上具有重要意义的大事。它的影响涉及化学、物理、生物学等广泛领域，为我们理解生命过程等复杂现象提供了新的启示。
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。这一结论称做“热力学第零定律”。热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物体或物体系。它为建立温度概念提供了实验基础。这个
定律反映出：处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数被定义为温度。而温度相等是热平衡之必要的条件。热力学中以热平衡概念为基础对温度作出定义的定律。通常表述为：与第三个系统处于热平衡状态的两个
系统之间，必定处于热平衡状态。 热力学第一定律
基本内容：热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功。
普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。
热力学的基本定律之一。
表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律，系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差，即UⅡ－UⅠ＝ΔU＝Q－A或Q＝ΔU＋A这就是热力学第一定
律的表达式。如果除作功、传热外，还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z，则应为ΔU＝Q－A＋Z。当然，上述ΔU、A、Q、Z均可正可负。对于无限小过程，热力学第一定律的微分表达式为 dQ＝dU＋dA因U是态函数，dU是全微分；Q、A是过程量，dQ和dA只表示微小量并非全微分，用符号d以示区别。又因ΔU或dU只涉及初、终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否平衡态无关。
热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然，第一类永动机违背能量守恒定律。
热力学第二定律
(1)概述
①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体。(不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化,这是按照热传导的方向来表述的)
②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的。）
(2)说明
①热力学第二定律是热力学的基本定律之一。它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。上述(1)中①的讲法是克劳修斯(Clausius)在1850年提出的。②的讲法是开尔文于1851年提出的。这些表述都是等效的。
在①的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。在②的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过
来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了创造能量和消灭能量的可能性，第二定律阐明了过程进行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。
②人们曾设想制造一种能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器，这种空想出来的热机叫第二类永动机。它并不违反热力学第一定律，但却违反热力学第二定律。有人曾计算过，地球表面有10亿立方千米的海水，以海水作单一热源，若把海水的温度哪怕只降低O。25度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能足够全世界使用一千年。但只用海洋做为单一热源的热机是违反上述第二种讲法的，因此要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。
③从分子运动论的观点看，作功是大量分子的有规则运动，而热运动则是大量分子的无规则运动。显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由几率小的状态向几率大的状态进行，从此可见热是不可能自发地变成功的。
④热力学第二定律只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。而不适用于少量的微观体系，也不能把它推广到无限的宇宙。 ⑤根据热力学第零定律，确定了态函数——温度；
根据热力学第一定律，确定了态函数——内能和焓；
根据热力学第二定律，也可以确定一个新的态函数——熵。．可以用熵来对第二定律作定量的表述。
第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原，要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用，由此可见，热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异，这
种差异决定了过程的方向，人们就用态函数熵来描述这个差异，从理论上可以进一步证明:
可逆绝热过程Sf=Si， 不可逆绝热过程Sf>Si，
式中Sf和Si分别为系统的最终和最初的熵。
也就是说，在孤立系统内对可逆过程，系统的熵总保持不变；对不可逆过程，系统的熵总是增加的。这个规律叫做熵增加原理。这也是热力学第二定律的又一种表述。熵的增加表示系统从几率小的状态向几率大的状态演变，也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则，更无秩序的状态演变。熵体现了系统的统计性质。
第二定律在有限的宏观系统中也要保证如下条件：
1、该系统是线性的；
2、该系统全部是各向同性的。另外有部分推论很有意思：比如热辐射：恒温黑体腔内任意任意位置及任意波长的辐射强度都相同，且在加入任意光学性质的物体时，腔内任意位置及任意波长的辐射强度都不变。
热力学第二定律与时间的单方向性
所有不涉及热现象的物理规律均时间反演对称, 它们没有对时间的方向作出规定。 所谓时间反演, 通俗地讲就是时光倒流; 而物理定律时间反演对称则指, 经过时间反演后, 该定律依然成立。以牛顿定律为例, 它是时间反演对称的。 不妨考察自由落体运动: 一物体由静止开始, 在重力作用下自由下落, 其初速度V(0)=0, 加速度a=g, 设其末速度为V(t), 下落高度为h。 现进行时间反演, 则有其初速度V'(0)=-V(t), 加
速度a'=g, 末速度V'(t)=V(0), 上升高度为h, 易证这依然满足牛顿定律。
但热现象则不同, 一杯水初始温度等于室温, 为T(0), 放在点燃酒精灯上, 从酒精灯火焰吸收热量Q后温度为T(t)。现进行时间反演, 则是水的初温为T'(0)=T(t), 放在点燃酒精灯上, 放出热量Q给酒精灯火焰, 自身温度降为T'(t)=T(0)。 显然这违背了热力学第二定律关于热量只能从高温物体传向低温物体的陈述。 故热力学第二定律禁止时间反演。 在第一个例子中, 如果考虑到空气阻力, 时间反演后也会与理论相悖, 原因在于空气阻力做功产生了热。
热力学第二定律体现了客观世界时间的单方向性, 这也正是热学的特殊性所在。
热力学第二定律是热力学定律之一，是指热永远都只能由热处转到冷处。 1824年法国工程师萨迪·卡诺提出了卡诺定理，德国人克劳修斯（Rudolph Clausius）和法国人开尔文（Lord Kelvin）在热力学第一定律建立以后重新审查了卡诺定理，意识到卡诺定理必须依据一个新的定理，即热力学第二定律。他们分别于1850年和1851年提出了克劳修斯表述和开尔文表述。这两种表述在理念上是相通的。
热力学第三定律
有各种不同的表达方式。对化学工作者来说，以普朗克（M。
Planck,1858-1947,德）表述最为适用。它可表述为“在热力学温度零度（即T=0开）时，一切完美晶体的熵值等于零。”所谓“完美晶体”是指没有任何缺陷的规则晶体。据此，利用量热数据，就可计算出任意物质在各种状态（物态、温度、压力）的熵值。这样定出的纯物质的熵值称为量热熵或第三定律熵。此定律还可表达为“不可能利用有限的操作使一物体冷却到热力学温度的零度。”此种表述可简称为“
绝对零度不可能达到原理。
热力学第三定律认为，当系统趋近
于绝对温度零度时，系统等温可逆过程的熵变化趋近于零。第三定律只能应用于稳定平衡状态，因此也不能将物质看做是理想气体。绝对零度不可达到这个结论称做热力学第三定律。
篇二：工程热力学论文
姓名： 钟正伍 学号：20113893班级：热能一班
工程热力学的魅力所在
1.序言
随着社会的不断发展，人们生活意识的不断提高，节能意识也在不知不觉中深入人心。然而当今的社会虽然人们对电能的利用已经达到了一个相当高的高度，却对发电技术中能源的利用率存在着很大的差距，尤其在火力发电中能源的利用率至今依旧是一个难题，这就迫使人们不得不在工程热力学中寻求答案。通过对能源的转换与利用来不断提高能源的利用率。
2.工程热力学与能源利用的关系
热力学基本定律构成了节能的理论基础。工程热力学的研究对象主要是能量的转换，特别是热能转换为机械能的规律和方法及提高转换率的途径，以提高能源利用的经济性。而其中的热力学第二定律从品质教的奠定了节能的基本思路。在第二定律中指出了不同形式的能量品质（功能力）是不同的。因此在能保证相同的效果下，应该尽可能的利用低品质能源，进而提高能源的利用率。因此可以说提高能源的利用率必定离不开工程热力学的帮助。
3.提高能源利用率的好处
目前我国的能源利用率平均水平在32%左右，比发达国家地将近十个百分点。就目前为止，我国一座大型的火力发电厂每天的耗煤量大约为几十万吨。就重庆本地的珞璜电厂年耗煤量为380万吨。
原煤经过磨煤机的效率：380*94%=357.2（万吨）；
煤炭燃烧吸热效率：357.2*46%=164.312（万吨）；
被加热的水蒸汽推动汽轮机运转：164.312*92%=151.167（万吨）；
汽轮机带动发电机发电 ：151.167*93%=140.585（万吨）；
提高后：
原煤经过磨煤机的效率：380*95%=361（万吨）；
煤炭燃烧吸热效率：361*47%=169.67（万吨）；
被加热的水蒸汽推动汽轮机运转：169.67*93%=157.793（万吨）；
汽轮机带动发电机发电 :1573793*94%=148.326（万吨）；
总节约煤：148.326-140.585=7.741（万吨）；
总结约钱：7.741*698=5403.218（万元）；
由计算可以得知一年就可以节约五千多万，这还是一个一般的电厂。如果全国上下都能用这种技术的话，那一年节约的钱将是一笔非常大的数目，也可以提高现在电厂的营业额，提高电厂人员的工资的整体水平，从而促使更多的人才投入到这个行业，让我们国家的电力事业达到另外一个高度。由此可知这不得不说是一项非常有利于社会发展的成果，必定也会产生更加深远的影响！
4.我们的责任
作为热能与动力工程专业的学生，研究热能与其他形式的能量尤其是机械能不仅是作为本专业的学生的重点研究方向同时也是我们的责任所在。如何依靠我们所学的知识来帮助电厂提高能源的转换率，减少对一次能源的消耗，这就需要我们现在努力学号本专业的知识，熟练掌握能源转换的规律，在不断的探索与研究之中改良方法与设备，进而提高能源的利用率，为人民服务。
篇三：工程热力学论文
目录
太阳能热机发电 ......................................................................................................................................................... 2
前言 ............................................................................................................................................................................. 2
一、太阳能发电类型 ................................................................................................................................................. 2
1.1. 太阳光发电（亦称太阳能光发电） ..................................................................................................... 2
1.2. 发电（亦称太阳能热发电） ................................................................................................................. 2
二、 太阳能热机发电原理 ................................................................................................................................. 2
2.1. 能热机发电系统 ................................................................................................................................. 2
三、热力学分析 ......................................................................................................................................................... 3
四、前景展望 ............................................................................................................................................................. 9
太阳能热机发电
前言
太阳能是一种干净的可再生的新能源，越来越受到人们的亲睐，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能，太阳能电池就是利用太阳能工作的。而太阳能热电站的工作原理则是利用汇聚的太阳光，把水烧至沸腾变为水蒸气，然后用来发电。
一、 太阳能发电类型
1.1. 太阳光发电（亦称太阳能光发电）
太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、
光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电
池、光电解电池和光催化电池。
1.2. 发电（亦称太阳能热发电）
太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。今天我们主要来看一下太阳能热能发电的第二种情况——通过热机发电。
二、 太阳能热机发电原理
2.1. 能热机发电系统
2.1.1. 太阳能蒸发器太阳能真空管、联集箱、导管、控制阀、安全阀、保温箱体、冷却器；
热机（活塞式发动），主要包括发动机箱体、活塞、连杆、曲轴、进排气阀、控制凸轮、发电机等。
2.1.2. 原理 太阳能集热器内装有介质，集热管吸收太阳辐射使介质蒸发，产生高温高压蒸汽，这种高温高压蒸汽
经管路进入热机，热机曲轴连接着活塞，高压蒸汽的膨胀使活塞通过连杆对曲轴做功，曲轴的一端连接发电机，发电机随曲轴同步旋转，产生电流。热机在进气阀和排气阀的作用下使高温蒸汽变为低温低压蒸汽，并通过排气阀排出，排出的蒸汽的温度仍然很高，需要进入冷却箱冷却成液体，液体进入注射阀，补压进蒸发器回用。
所以说，其实太阳能热机发电其实就是简单的将太阳能转化为热能之后利用热机将热能转化为机械能最终转化
为电能。
所以说我们要想更加高效率的利用太阳能最好
的方法意一是：在根本上增加光能的吸收效率，但
这与热力学知识无关我们不做探讨。二是提高热能
的利用效率。
三、 热力学分析
就最原始的动力的循环可知
wnet?t?
?1q1
所以，如果我们想要提高热能的利用率，我们就要增加净功量——即增加热能的吸收，即降低q1。
T1 失去Q1– Q2
T2 无得失
热机净输出功Wnet= Q1– Q2
有最原始的热力学分析我们可以简单地得出，如果要提高热机效率，原则上必须增加热量的输出，降低热量的流失，（即火用的升高，火无的降低。）所以我们在进行太阳能利用时可以寻找新的材料，提高热能的吸收。而另一个途径就是降低热量的流失，就此我们不妨看一下卡诺循环，以此来了解一下理想气体提高热效率的途径有哪些。
wnet?w1?2?w2?3?w3?4?w4?1
w1?2??1??RgT1??p2????1???????1p?1?????
讨论：
第二类永动机不可能实现
由卡诺循环我们可以很明显的看出提高热机效率的方法：提高吸热环境的温度，降低放热环境的温度。但是在实际应用中还用很多因素影响热机效率：
但是在实际应用中提高吸热环境的温度和降低放热环境的温度几乎无法实现，或者在实现过程中热损失与热效率的提高已不成正比，所以在太阳能热发电领域更多的在研发不同的发热发电系统，下面我们就看一下塔式发电系统的热损失和火用效率吧！
2.6两种腔式吸热器的性能比较
改良型腔式吸热器具有良好的热力学性能,相比于一般的吸热器而言,其辐射和对流换热损失较小。因此，我们选取25kW碟式斯特林太阳能热发电系统中常用的圆柱形吸热器，与这种新型的腔式吸热器进行了性能比较。
2.6.1热损失
我们根据表2.1提供吸热器的参数，分别计算出改良半球形吸热器与普通圆柱吸热器的热损失，计算结果如表2.4、2.5所示。
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