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等熵

等熵過程,也稱為可逆絕熱過程,是指在熱力學中,一個系統在無熱量交換的條件下經歷的狀態變化,其中熵值保持不變的過程。這種過程的特點是系統在變化過程中的每一微元段與外界交換的熱量為零,即dp=0和q=0。等熵過程在T—S圖上表現為與S坐標軸相垂直的直線。

等熵過程可以分為兩類:

可逆乾絕熱過程:這是指在沒有水汽相變的條件下,氣塊在垂直升降運動過程中狀態發生變化的過程。在這個過程中,氣塊中所含的水汽未達到飽和,沒有發生相變,因此是可逆的。

可逆濕絕熱過程:當氣塊上升至等熵凝結高度以上,水汽開始凝結並釋放潛熱,如果這些凝結物在氣塊內而不與外界交換熱量,那麼這個過程是可逆的。在這種情況下,即使發生了相變,水汽和凝結出來的液態水總質量以及乾空氣品質不變,因此也是等熵過程。

等熵過程在工程上是一個重要的概念,特別是在設計渦輪機壓縮機時,用來分析最大輸出功和最小輸入功。例如,渦輪噴氣發動機的壓氣機內空氣的壓縮過程和燃氣在渦輪內及尾噴管內的膨脹過程都可以近似看作等熵過程。

等熵過程的一個重要套用是在孤立體系中,其中熵增定律指出,在孤立體系中熵總是增加的。然而,等熵過程提供了一個例外,即在某些條件下,系統的熵可以保持不變。這表明,在特定的物理條件下,可以通過精確控制系統的狀態來實現熵的恆定。

綜上所述,等熵過程是一個重要的熱力學概念,它描述了在無熱量交換條件下熵值保持不變的系統狀態變化。這種過程在自然界和工程套用中都有廣泛的套用和重要性。