工程熱力學(xué)

前言

本書內(nèi)容根據(jù)教育部熱工課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的工程熱力學(xué)（30～40學(xué)時(shí)）教學(xué)基本要求確定，同時(shí)也適當(dāng)反映科學(xué)技術(shù)的新進(jìn)展。書中主要講述熱力學(xué)的基本概念、基本定律以及氣體和蒸氣的性質(zhì)、過程和循環(huán)，并有計(jì)算例題穿插配合。每章末還附有適量的思考題和習(xí)題，書后附有習(xí)題答案，便于自學(xué)和檢查。全書共分12章，第1章重點(diǎn)介紹系統(tǒng)、平衡、狀態(tài)參數(shù)、可逆過程、循環(huán)、熱量和功等基本概念；第2章介紹理想氣體及其混合物的性質(zhì)；第3章介紹熱力學(xué)第一定律及工程應(yīng)用，第4章介紹氣體的熱力過程與氣體壓縮，這兩章是全書熱力過程分析及計(jì)算的理論基礎(chǔ)；第5章重點(diǎn)闡述熱力過程的方向性與不可逆性，熵的概念及其物理意義；第6章介紹研究物質(zhì)熱力性質(zhì)不可缺少的基本關(guān)系式；第7章介紹水蒸氣的一般概念及各種圖表的應(yīng)用；第8章介紹濕空氣性質(zhì)；第9章講述氣體和蒸氣流動(dòng)；第10章介紹動(dòng)力和制冷循環(huán)；第11章介紹化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)；第12章是為拓寬學(xué)生能源科學(xué)方面的知識(shí)，介紹了新能源的開發(fā)及建設(shè)。本書從工程實(shí)際出發(fā)，以宏觀觀點(diǎn)來研究物質(zhì)的熱力性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換的規(guī)律和方法以及有效合理利用熱能的途徑。對(duì)基本概念、基本定律、過程計(jì)算、循環(huán)分析等主要內(nèi)容都作了較詳細(xì)的論述，力求幫助讀者能較好地分析這些內(nèi)容的基本原理及相互關(guān)系，掌握分析熱工問題的方法，培養(yǎng)思考問題的靈活性以及提高解決實(shí)際問題的能力。對(duì)某些章節(jié)的內(nèi)容略超過《課程基本要求》的范圍，適當(dāng)作一些擴(kuò)充和拓寬，一則是教師有選擇的余地，二則適應(yīng)不同專業(yè)不同學(xué)時(shí)及不同層次的需要。在保證學(xué)科系統(tǒng)性與完整性的基礎(chǔ)上，努力提高教材的科學(xué)性、先進(jìn)性、啟發(fā)性、實(shí)用性和適用性，同時(shí)也注意適當(dāng)反映熱工科技的新進(jìn)展。本書除滿足建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教學(xué)用書外，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。全書均采用國際單位制。但考慮到目前使用的儀表及參考書，仍有使用其它單位制的，因此，在本書附錄中列出各種單位制的換算表。本書的緒論、第6章、第11章和附錄由譚羽非編寫；第1章、第8章由王海濤編寫；第2章、第3章、第4章由羅勇編寫；第5章和第10章由張?jiān)品寰帉?；?章、第12章由呂靜編寫；第9章由胡明江編寫。全書由哈爾濱工業(yè)大學(xué)譚羽非教授承擔(dān)主編和統(tǒng)稿工作。本書承哈爾濱工業(yè)大學(xué)廉樂明教授細(xì)致審閱，謹(jǐn)致謝意。

內(nèi)容概要

本書內(nèi)容根據(jù)教育部熱工課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制定的工程熱力學(xué)（30～40學(xué)時(shí)）教學(xué)基本要求確定，同時(shí)也適當(dāng)反映科學(xué)技術(shù)的新進(jìn)展。    本書從工程實(shí)際出發(fā)，以宏觀觀點(diǎn)來研究物質(zhì)的熱力性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換的規(guī)律和方法以及有效合理利用熱能的途徑。書中主要講述熱力學(xué)的基本概念、基本定律以及氣體和蒸氣的性質(zhì)、過程和循環(huán)。對(duì)基本概念、基本定律、過程計(jì)算、循環(huán)分析等主要內(nèi)容都作了較詳細(xì)的論述，并有計(jì)算例題穿插配合。每章末還附有適量的思考題和習(xí)題，并附有習(xí)題答案，便于自學(xué)和檢查，力求幫助讀者能較好地分析這些內(nèi)容的基本原理及相互關(guān)系，掌握分析熱工問題的方法，培養(yǎng)思考問題的靈活性以及提高解決實(shí)際問題的能力。對(duì)某些章節(jié)的內(nèi)容略超過《課程教學(xué)基本要求》的范圍，適當(dāng)作一些擴(kuò)充和拓寬，一則是教師有選擇的余地，二則適應(yīng)不同專業(yè)不同學(xué)時(shí)及不同層次的需要。    本書除滿足建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教學(xué)用書外，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

0  緒論  0.1  工程熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史  0.2  能源的分類及利用  0.3  工程熱力學(xué)的研究對(duì)象及主要內(nèi)容  0.4  工程熱力學(xué)的主要研究方法  0.5  工程熱力學(xué)常用的計(jì)量單位第1章  基本概念  1.1  熱力系統(tǒng)    1.1.1  定義    1.1.2  熱力系統(tǒng)的分類  1.2  熱力狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)    1.2.1  熱力狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)    1.2.2  基本狀態(tài)參數(shù)  1.3  平衡狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖    1.3.1  平衡狀態(tài)    1.3.2  狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖  1.4  熱力過程和循環(huán)    1.4.1  準(zhǔn)平衡過程    1.4.2  可逆過程    1.4.3  熱力循環(huán)  1.5  功和熱量  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第2章  理想氣體及其混合氣體的熱力性質(zhì)  2.1  理想氣體狀態(tài)方程式  2.2  理想氣體的比熱容    2.2.1  比熱容的定義及單位    2.2.2  定容比熱容和定壓比熱容    2.2.3  理想氣體的定值比熱容、真實(shí)比熱容和平均比熱容  2.3  理想混合氣體的性質(zhì)    2.3.1  理想氣體的分壓力和道爾頓分壓力定律    2.3.2  理想氣體的分容積和阿密蓋特分容積定律    2.3.3  理想氣體混合物的成分表示法及換算關(guān)系    2.3.4  混合氣體的折合分子量與折合氣體常數(shù)    2.3.5  總壓力與分壓力的關(guān)系    2.3.6  混合氣體的比熱容  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第3章  熱力學(xué)第一定律  3.1  系統(tǒng)的儲(chǔ)存能    3.1.1  熱力學(xué)能    3.1.2  外儲(chǔ)存能    3.1.3  系統(tǒng)的總儲(chǔ)存能  3.2  系統(tǒng)與外界傳遞能量的形式    3.2.1  閉口系統(tǒng)與外界傳遞的能量    3.2.2  開口系統(tǒng)與外界傳遞的能量    3.2.3  焓及其物理意義  3.3  閉口系統(tǒng)能量方程    3.3.1  閉口系統(tǒng)能量方程表達(dá)式    3.3.2  熱力學(xué)第一定律在循環(huán)過程中的應(yīng)用    3.3.3  理想氣體熱力學(xué)能變化的計(jì)算式  3.4  開口系統(tǒng)能量方程  3.5  開口系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程    3.5.1  穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程的表達(dá)式    3.5.2  技術(shù)功    3.5.3  理想氣體焓變計(jì)算式  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第4章  理想氣體的熱力過程及氣體壓縮  4.1  研究理想氣體熱力過程的任務(wù)與方法  4.2  基本熱力過程  4.3  多變過程  4.4  壓縮機(jī)的理論壓縮軸功    4.4.1  單級(jí)活塞式壓氣機(jī)工作原理    4.4.2  單級(jí)活塞式壓氣機(jī)理論壓氣軸功的計(jì)算  4.5  多級(jí)壓縮及中間冷卻    4.5.1  多級(jí)活塞式壓氣機(jī)的工作過程    4.5.2  級(jí)間壓力的確定  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第5章  熱力學(xué)第二定律  5.1  熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)與表述    5.1.1  自發(fā)過程的方向性    5.1.2  熱力學(xué)第二定律的表述    5.1.3  兩種表述的等價(jià)性證明  5.2  卡諾定理和卡諾循環(huán)    5.2.1  正卡諾循環(huán)    5.2.2  逆卡諾循環(huán)    5.2.3  卡諾定理  5.3  狀態(tài)參數(shù)熵    5.3.1  狀態(tài)參數(shù)熵的導(dǎo)出    5.3.2  熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式    5.3.3  不可逆絕熱過程分析  5.4  熵方程    5.4.1  閉口系統(tǒng)的熵方程    5.4.2  開口系統(tǒng)的熵方程    5.4.3  穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)  5.5  孤立系統(tǒng)熵增原理與做功能力損失    5.5.1  孤立系統(tǒng)的熵增原理    5.5.2  熵增原理的實(shí)質(zhì)  5.6  熱力學(xué)第二定律對(duì)工程實(shí)踐的指導(dǎo)意義    5.6.1  為熱機(jī)的高效節(jié)能運(yùn)行提供理論指導(dǎo)    5.6.2  為預(yù)測(cè)實(shí)際過程進(jìn)行的方向、判斷平衡狀態(tài)提供理論判據(jù)    5.6.3  為能源的節(jié)約及合理用能提供理論指導(dǎo)  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第6章  熱力學(xué)一般關(guān)系式  6.1  二元連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)特性  6.2  簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)的基本關(guān)系式    6.2.1  四個(gè)基本關(guān)系式    6.2.2  麥克斯韋關(guān)系式    6.2.3  熱系數(shù)  6.3  熵、焓、熱力學(xué)能和比熱容的微分方程式    6.3.1  熵方程    6.3.2  焓方程    6.3.3  熱力學(xué)能的微分方程式    6.3.4  比熱容的微分關(guān)系式    6.3.5  熱量的微分方程式  6.4  克拉貝龍方程  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第7章  水蒸氣  7.1  水的飽和狀態(tài)    7.1.1  蒸發(fā)和沸騰    7.1.2  飽和狀態(tài)    7.1.3  臨界點(diǎn)和三相點(diǎn)  7.2  水蒸氣的定壓發(fā)生過程  7.3  水蒸氣的相變參數(shù)圖和熱力性質(zhì)表    7.3.1  水蒸氣熱力性質(zhì)表    7.3.2  水蒸氣的p—v圖和T-s圖    7.3.3  水蒸氣的h-s圖  7.4  水蒸氣的熱力過程  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第8章  濕空氣  8.1  濕空氣和干空氣    8.1.1  濕空氣成分及壓力    8.1.2  飽和空氣與未飽和空氣    8.1.3  濕空氣的分子量及氣體常數(shù)  8.2  濕球溫度  8.3  濕空氣的熱力性質(zhì)    8.3.1  濕空氣的壓力和溫度    8.3.2  濕空氣的濕度    8.3.3  濕空氣的含濕量（比濕度）    8.3.4  濕空氣的比體積    8.3.5  濕空氣的焓  8.4  濕空氣的焓濕圖    8.4.1  焓濕圖的構(gòu)造    8.4.2  焓濕圖的使用  8.5  濕空氣的熱濕處理過程    8.5.1  加熱過程    8.5.2  冷卻過程    8.5.3  絕熱加濕過程    8.5.4  濕空氣的混合  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第9章  氣體和蒸汽的流動(dòng)  9.1  一維絕熱流動(dòng)的基本方程  9.2  定熵流動(dòng)的基本特性    9.2.1  氣體流速變化與狀態(tài)參數(shù)問的關(guān)系    9.2.2  管道截面變化的規(guī)律  9.3  噴管中流速及流量計(jì)算  9.4  擴(kuò)壓管  9.5  具有摩擦的流動(dòng)  9.6  絕熱節(jié)流  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第10章  蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)  10.1  蒸汽動(dòng)力基本循環(huán)    10.1.1  朗肯循環(huán)    10.1.2  朗肯循環(huán)的能量分析及熱效率    10.1.3  提高朗肯循環(huán)熱效率的基本途徑  10.2  回?zé)嵫h(huán)與再熱循環(huán)    10.2.1  回?zé)嵫h(huán)    10.2.2  再熱循環(huán)  10.3  熱電循環(huán)  10.4  空氣壓縮致冷循環(huán)  10.5  蒸汽壓縮制冷循環(huán)  10.6  蒸氣噴射制冷循環(huán)  10.7  吸收式制冷循環(huán)  10.8  熱泵  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第11章  化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)  11.1  概述  11.2  熱力學(xué)第一定律在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用    11.2.1  具有化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式    11.2.2  反應(yīng)熱與反應(yīng)熱效應(yīng)  11.3  反應(yīng)熱與反應(yīng)熱效應(yīng)的計(jì)算    11.3.1  生成焓    11.3.2  定溫下反應(yīng)熱效應(yīng)的計(jì)算    11.3.3  非定溫下反應(yīng)熱的計(jì)算    11.3.4  理論燃燒溫度  11.4  熱力學(xué)第二定律在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用  11.5  化學(xué)平衡及平衡常數(shù)  11.6  化學(xué)反應(yīng)定溫方程式  11.7  熱力學(xué)第三定律  思考題  習(xí)題  習(xí)題參考答案第12章  能源的合理利用及新能源簡(jiǎn)介  12.1  概述  12.2  能源的合理利用    12.2.1  能量的梯級(jí)利用    12.2.2  低品位能的合理利用  12.3  新能源    12.3.1  太陽能    12.3.2  生物質(zhì)能    12.3.3  風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、氫? 思考題附錄  附表1  單位換算表  附表2  常用氣體的某些基本熱力性質(zhì)  附表3  某些常用氣體在理想氣體狀態(tài)下的定壓比熱容與溫度的關(guān)系式  附表4  某些常用氣體在理想氣體狀態(tài)下的平均定壓比熱容  附表5  某些常用氣體在理想氣體狀態(tài)下的平均定容比熱容  附表6  空氣在理想氣體狀態(tài)下的熱力性質(zhì)表  附表7  飽和水與飽和水蒸氣的熱力性質(zhì)表（按溫度排列）  附表8  飽和水與飽和水蒸氣的熱力性質(zhì)表（按壓力排列）  附表9  未飽和水與過熱水蒸氣的熱力性質(zhì)表  附圖1  水蒸氣焓熵圖  附圖  2濕空氣焓濕圖參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：0.1工程熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史從18世紀(jì)末到20世紀(jì)初開始，隨著蒸汽機(jī)在生產(chǎn)中的廣泛使用，如何充分利用熱能來推動(dòng)機(jī)器做功成為重要的研究課題。1798年，英國物理學(xué)家倫福德通過炮膛鉆孔實(shí)驗(yàn)開始對(duì)功轉(zhuǎn)換為熱進(jìn)行定量研究。1824年，法國工程師卡諾發(fā)表了“關(guān)于火的動(dòng)力研究”的論文，提出了卡諾定理和卡諾循環(huán)，他通過對(duì)自己構(gòu)想的理想熱機(jī)的分析指出，熱機(jī)必須在兩個(gè)熱源之間工作，同時(shí)給出了熱機(jī)的最高效率。卡諾的論文發(fā)表后，沒有馬上引起人們的注’意。過了十年，法國工程師克拉佩隆把卡諾循環(huán)以解析圖的形式表示出來，并用卡諾原理研究了汽液平衡，導(dǎo)出了克拉佩隆方程。1842年，德國工程師邁耶，提出了熱與機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間相互轉(zhuǎn)化的思想。1847年，德國的科學(xué)家赫姆霍茲發(fā)表了“論力的守恒”一文，全面論證了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律，即熱力學(xué)第一定律。1843～1848年間，英國物理學(xué)家焦耳以確鑿無疑的定量實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，論述了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。焦耳的熱功實(shí)驗(yàn)是熱力學(xué)第一定律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律熱功可以按當(dāng)量轉(zhuǎn)化，而根據(jù)卡諾原理熱卻不能全部變?yōu)楣?，?dāng)時(shí)不少人認(rèn)為二者之間存在著根本性的矛盾。1850年，德國物理學(xué)家克勞修斯進(jìn)一步研究了熱力學(xué)第一定律和克拉佩隆轉(zhuǎn)述的卡諾原理，發(fā)現(xiàn)二者并不矛盾，并據(jù)此提出熱力學(xué)第二定律?？藙谛匏乖?854：年給出了熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，1865年提出“熵”的概念。1851年，英國物理學(xué)家開爾文提出了熱力學(xué)第二定律的另一種說法。1853年，他把能量轉(zhuǎn)化與物系的內(nèi)能聯(lián)系起來，給出了熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。熱力學(xué)第一定律和第二定律的確立，奠定了工程熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)，并最終在19世紀(jì)中葉形成了“工程熱力學(xué)”這門學(xué)科。工程熱力學(xué)形成至今，在能源、動(dòng)力、機(jī)械、化工、冶金、空調(diào)、制冷、超導(dǎo)等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近幾十年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是可再生能源利用技術(shù)、新能源開發(fā)、自然資源的循環(huán)利用等一系列新課題的提出，推動(dòng)了工程熱力學(xué)學(xué)科的迅速發(fā)展，其理論體系日趨完善，已成為科技進(jìn)步不可或缺的基礎(chǔ)理論支撐。

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《高等院校建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)規(guī)劃教材?工程熱力學(xué)》除滿足建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)教學(xué)用書外，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

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