热力学方法

热力学方法是从物质的宏观物理量，例如压力、温度和热量等方面来研究物质性质和变化规律的方法。热力学理论以三个定律为出发点。热力学第一定律阐明内能、热量和功之间的转化关系，它也是能量守恒定律的另一种表述。热力学第二定律指明与宏观热现象有关的一切过程的不可逆性质，热量只能自动地从热物体流到冷物体，而不是相反。熵是热力学中衡量系统状态无规则性的一个状态变量。

对一个变化着的孤立系统而言，其熵总是增加的。热力学第三定律是绝对零度不能达到原理。热力学的三个定律是以直接观测到的和由实验得到的事实为基础而总结出来的。因此热力学理论及其推论有高度的可靠性和普遍性，广泛用于研究物质的平衡状态以及与平衡状态偏离不大的物理和化学过程。由于生物学、气象学和天体物理过程中多数是不可逆的，因此目前不可逆过程热力学和非平衡热力学正在发展和完善之中。 2100433B

经典热力学方法是建立在系统处于平衡态或可逆过程的基础上,进而引入相应热力学参量描述热力学规律和热物理性质。

热力学是研究多体系统的唯象理论。通常划分为经典热力学和不可逆热力学两部分。经典热力学方法是建立在系统处于平衡态或可逆过程的基础上,进而引入相应热力学参量描述热力学规律和热物理性质。这些热力学参量又区分为独立参量、状态参量、强度量、广延量或相应的响应函数。2100433B

过程热力学分析就是用热力学方法对过程中能量转化、传递、使用和损失情况进行分析，揭示出能量消耗的大小、原因和部位，为改进过程，提高能量利用率指出方向和方法。

热力学分析方法有三种，能量衡算法、熵分析法、㶲分析法。

过程热力学分析能量衡算法

以热力学第一定律为基础，通过物料衡算、能量衡算求出过程总能量的利用率（代表第一定律的效率）。

能量损失与㶲损失 建立了㶲和㷻的概念后，我们对能量的守恒性和实际过程的不可逆性有了较深的认识。能量守恒是指在一切过程（无论可逆的还是不可逆的过程）中，㶲和㷻的总量保持恒定。若分别讨论㶲和㷻则只有在可逆过程中，两者才各自保持恒定；而在实际不可逆的过程中，都会导致㶲向㷻的转化。

能量损失与㶲损失在概念上是完全不同的。由于能量是守恒的，所以笼统地讲能量损失是违反热力学第定律的。通常讲的能量损失是指某个系统的㶲和㷻的总量损失，它是一种外部损失，又称排出损失，即通过各种途径散失和排放到环境中去的能量，如排出系统的废气、乏汽、冷却水、冷能水、废液、废渣等带走的能量、保温不良的热损失。

㶲损失包括两部分，内部损失和外部损失。内部损失是由系统内部各种不可逆因素造成的㶲损失。例如，直接接触式换热器或间壁式换热器的有温差△T的传热，吸收、精馏、萃取塔中上升和下降的两相流体之间有浓度差△c的传质，管道中、设备中有压差△p为推动力的流体流动（包括节流），在反应设备中进行的有化学位差△μ的化学反应过程。外部损失是通过各种途径散失和排放到环境的㶲损失，如废气、乏汽、冷却水、冷凝水、废液、废渣带走的炯、保温不良的炯损失。

工程上各种能源实际上就是㶲源，而环境介质中储存的大量能量都是不能利用的。有些人往往将能量的概念和㶲的概念等同起来，要注意两者的差异。

过程热力学分析熵分析法

熵分析法是通过计算不可逆熵产量，以确定过程的损耗功和热力学效率。熵分析法的主要内容包括： ·

①确定出入系统的各种物流量、热流量和功流量，以及各物流的状态参数；

②确定物流的熵变和过程的损耗功、㶲损失；

③确定过程的热力学效率。

由不可逆因素引起的㶲损失就等于相应的㷻增量，所以㶲损失可以用两种方法计算，一种是㶲平衡法，另一种是㷻平衡法。由㶲平衡法计算㶲损失将在后面介绍，这里介绍用㷻平衡法计算㶲损失。

WL=ΔA₀=T₀ΔS_T

熵分析法的局限性是只能求出过程的不可逆㶲损失，而没有计算排出系统的物流㶲和能流㶲；也就是说，只能求出有效能的内部损失，不能求出有效能的外部损失。因此。不能确定排出物流㶲和能流㶲的可用性。以及由此而造成的㶲损失。熵分析法的局限性在㶲分析法中可以避免。

过程热力学分析㶲分析法

㶲分析法是通过㶲平衡确定过程的㶲损失和㶲效率。㶲分析法的主要内容有：

①确定出入系统的各种物流量、热流量和功流量，以及各物流的状态参数；

②由㶲平衡方程确定过程的㶲损失；

③确定热力学第二定律效率。

下面介绍怎样进行㶲平衡计算。考察图1所示的稳流过程，对该系统进行有效能衡算。通常，位能、动能变化较小，可以忽略，对于可逆过程W_L=0，有效能守恒

E_XQ ΣE_Xi入 = W_S ΣE_Xj出

式中，ΣE_Xi入为进入系统的物流㶲；ΣE_Xj出为流出系统的物流㶲；E_XQ为进入系统的热流㶲。对于不可逆过程W_L>0，㶲衡算式为

E_XQ ΣE_Xi入 = W_S ΣE_Xj出 W_L

当前，主要的热力学温度测定方法有：定压气体温度计法、气体声学温度计法、辐射温度计法（包括光谱福射温度计和全福射温度计）、介电常数温度计法、噪声温度计法等，不同原理的热力学温度测定方法受自身条件的限制，适用于不同的温度区间，与气体折射率基准温度计测温区间相重合的主要是声学温度计。