高等工程熱力學(xué)

前言

高等工程熱力學(xué)是介于工程熱力學(xué)和專題文獻之間的課程。高等工程熱力學(xué)方面的書籍不多，但由于其涉及專業(yè)廣泛，有動力工程、環(huán)境工程、化學(xué)工程、機械工程、交通運輸和電子工程等諸多專業(yè)，導(dǎo)致其內(nèi)容往往繁復(fù)。近年來，各專業(yè)課程設(shè)置有逐漸細化的趨勢，單門課程學(xué)時數(shù)有限。針對交通運輸領(lǐng)域的專業(yè)教學(xué)工作需要，我們編寫了這本《高等工程熱力學(xué)》教材，建議授課40～60學(xué)時。本書以交通運輸工程、車輛工程、動力機械及工程、流體機械及工程、低溫及制冷工程、交通新能源及節(jié)能工程、交通環(huán)境與安全技術(shù)、環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程等專業(yè)的研究生、教師和有關(guān)科技人員為讀者對象，使他們在學(xué)習(xí)和研究中能夠很快地觸及學(xué)科的前沿問題，并拋磚引玉，為交通運輸類專業(yè)的發(fā)展做一塊鋪路石。本書屬于經(jīng)典熱力學(xué)范疇，是工程熱力學(xué)的延伸、拓展、擴大與深化。從某種意義上講，工程熱力學(xué)是研究常質(zhì)量熱力系統(tǒng)是“如何”工作的，而高等工程熱力學(xué)不僅是研究常質(zhì)量系統(tǒng)和變質(zhì)量系統(tǒng)是“如何”工作的，還要研究“為什么”會這樣工作。如在進行液化石油氣、天然氣、二甲醚等氣體代用燃料發(fā)動機的研究中，僅具備常質(zhì)量熱力系統(tǒng)分析方法是遠遠不夠的，還要掌握變質(zhì)量熱力系統(tǒng)熱功轉(zhuǎn)換的規(guī)律和方法、基本定律的表達式、熱力過程和熱力循環(huán)等。本書涉及大量的公式推導(dǎo)，由于主要作為教材使用，因此推導(dǎo)過程盡量做到詳盡，便于理解。全書內(nèi)容共分9章，針對交通運輸工程：車輛工程、動力機械及工程、流體機械及工程、低溫及制冷工程和交通新能源及節(jié)能工程等專業(yè)，論述了變質(zhì)量系統(tǒng)熱力學(xué)的基本概念、基本方程、瞬變流動分析和制冷機的變質(zhì)量循環(huán)。針對交通環(huán)境與安全技術(shù)、環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程等專業(yè)，論述了實際氣體的熱力性質(zhì)、過程和狀態(tài)方程。本書刪節(jié)了工程熱物理、熱能工程、化工過程機械和電子工程等非交通類專業(yè)的量子統(tǒng)計熱力學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、生物熱力學(xué)、不可逆過程熱力學(xué)和汽液相平衡等內(nèi)容，使本書更適合于交通類專業(yè)讀者的需求。本書由長安大學(xué)曹建明、李跟寶合作編寫，其中第4章、第8章和第9章由曹建明編寫，第1章～第3章、第5章～第7章由李跟寶編寫。本書編寫過程中參考了有關(guān)的文獻資料，謹向這些文獻的著作者表示衷心的感謝！本書在出版過程中，得到了北京大學(xué)出版社的大力支持，也在此深表謝意！限于作者的水平和知識范圍，疏漏和不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書是工程熱力學(xué)的延伸、拓展、擴大與深化。全書共有9章：內(nèi)容包括變質(zhì)量系統(tǒng)熱力學(xué)的基本概念、熱力學(xué)第一定律、變質(zhì)量系統(tǒng)熱力學(xué)的基本方程、瞬變流動分析、制冷機的變質(zhì)量循環(huán)、熱力學(xué)第二定律、管內(nèi)氣體流動、實際氣體狀態(tài)方程、實際氣體的熱力性質(zhì)與過程。本書不僅研究熱力系統(tǒng)是“如何”工作的，而且還深入研究“為什么”會這樣工作。全書有大量的公式推導(dǎo)，推導(dǎo)過程詳盡，便于理解。    本書可作為交通運輸工程、車輛工程、動力機械及工程、流體機械及工程、低溫及制冷工程、交通新能源及節(jié)能工程、交通環(huán)境與安全技術(shù)、環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程等專業(yè)的研究生教材和高年級本科生的選修課教材，也可供在相關(guān)領(lǐng)域工作的教師、科研人員和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

主要符號第1章  變質(zhì)量系統(tǒng)熱力學(xué)的基本概念  1．1  熱力學(xué)的研究對象和方法    1．1．1  常質(zhì)量系統(tǒng)    1．1．2  變質(zhì)量系統(tǒng)  1．2  平衡狀態(tài)    1．2．1  熱動平衡    1．2．2  平衡、均勻和穩(wěn)定  1．3  熱力學(xué)系統(tǒng)  1．4  過程    1．4．1  準靜態(tài)過程    1．4．2  可逆過程    1．4．3  準靜態(tài)過程的功和熱量  1．5  循環(huán)    習(xí)題第2章  熱力學(xué)第一定律第3章  變質(zhì)量系統(tǒng)熱力學(xué)的基本方程第4章  瞬變流動分析第5章  制冷機的變質(zhì)量循環(huán)第6章  熱力學(xué)第二定律第7章  管內(nèi)氣體流動第8章  實際氣體狀態(tài)方程第9章  實際氣體的熱力性質(zhì)與過程附錄

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 變質(zhì)量系統(tǒng)熱力學(xué)的基本概念1.1 熱力學(xué)的研究對象和方法人們基于對于各種熱現(xiàn)象加以利用的需求而建立了熱學(xué)，研究的對象包括物質(zhì)的熱運動和各種與熱現(xiàn)象相聯(lián)系的規(guī)律。熱力學(xué)屬于熱學(xué)理論的一個重要分支，它是在一系列實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合整理而形成的系統(tǒng)的理論。熱力學(xué)研究的對象包括能量、能量轉(zhuǎn)化以及能量與物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系。人們在很早的時候就開始在生產(chǎn)和生活中利用各種熱現(xiàn)象，19世紀中后期，熱的本質(zhì)逐漸被認識，并且以無數(shù)的實踐經(jīng)驗為基礎(chǔ)總結(jié)并相繼確立了熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律。從1840-1850年，焦耳（James Prescott Joule）先后通過電的熱效應(yīng)以及不同的機械生熱方法來求得熱功當量，并取得了一致的結(jié)果，焦耳的實驗結(jié)論使得能量守恒定律成為科學(xué)界公認的自然規(guī)律，而能量守恒定律就是熱力學(xué)第一定律。熱力學(xué)第一定律建立后，在物理學(xué)乃至生產(chǎn)實際中得到了廣泛的應(yīng)用，大大推動了整個自然科學(xué)的發(fā)展。在接下來的時間里，卡諾（Sadi Carnot）在1824年發(fā)表了著名的卡諾定理，開爾文（Lord Kel-vin）在1848年根據(jù)卡諾定理制定了熱力學(xué)溫標，克勞修斯（Rudolf Clausius）于1850年同樣根據(jù)卡諾定理，建立了熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第一、第二定律使得熱力學(xué)成為一個系統(tǒng)完整的學(xué)科，并成為熱力學(xué)分析研究實際問題的理論基礎(chǔ)。熱力學(xué)是在對熱現(xiàn)象進行大量觀測基礎(chǔ)上總結(jié)出的普遍的系統(tǒng)理論。熱力學(xué)基本理論是普適的理論，對于一切與熱運動有關(guān)的現(xiàn)象與物質(zhì)都適用。熱力學(xué)所研究的對象分布廣泛，涉及自然界的各種現(xiàn)象，其主要范圍包括物理學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)、氣象學(xué)以及生物學(xué)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)熱力學(xué)主要研究的問題可以歸納為以下三個方面：（1）熱現(xiàn)象過程中能量相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律性以及數(shù)量關(guān)系，如過程功、熱量以及熱功轉(zhuǎn)化效率的計算等。研究時常常需要以熱力學(xué)第一定律為理論基礎(chǔ)。（2）判斷不可逆過程進行的方向。研究時常常需要以熱力學(xué)第二定律為理論基礎(chǔ)，其目的在于使過程沿所期望的方向進行，改善熱能工程和能量轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計，以盡可能充分地提高能源效益。（3）物質(zhì)的平衡性質(zhì)。能量的轉(zhuǎn)換必須以物質(zhì)為媒介，因此對于物質(zhì)性質(zhì)的研究將成為系統(tǒng)狀態(tài)與系統(tǒng)性質(zhì)研究的出發(fā)點。熱力學(xué)將研究工質(zhì)的一系列基本熱力性質(zhì)，并分析計算工質(zhì)在各種熱工設(shè)備中所經(jīng)歷的狀態(tài)變化過程和循環(huán)，探討影響能量轉(zhuǎn)換效果的實際因素。此外，熱力學(xué)還將研究與實際熱力學(xué)直接相關(guān)的一些物理、化學(xué)現(xiàn)象。例如，當前熱能的一個主要來源是各種燃料的燃燒，由于燃燒過程本身就是一個劇烈的化學(xué)反應(yīng)過程，因此討論時需要利用一些化學(xué)熱力學(xué)的基礎(chǔ)知識。熱力學(xué)的研究方法可以分為宏觀研究方法和微觀研究方法兩種。

編輯推薦

《高等工程熱力學(xué)》注重以學(xué)生為本：站在學(xué)生的角度、根據(jù)學(xué)生的知識面和理解能力來編寫，考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)認知過程，通過不同的工程案例或者示例深入淺出進行講解，緊緊抓住學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的動力點，鍛煉和提高學(xué)生獲取知識的能力。注重人文知識與科技知識的結(jié)合：以人文知識講解的手法來闡述科技知識，在講解知識點的同時，設(shè)置閱讀材料板塊介紹相關(guān)的人文知識，增強教材的可讀性，同時提高學(xué)生的人文素質(zhì)。注重實踐教學(xué)和情景教學(xué)：書中配備大量實景圖和實物圖，并輔以示意圖進行介紹，通過模型化的教學(xué)案例介紹具體工程實踐中的相關(guān)知識技能，強化實際操作訓(xùn)練，加深對理論知識的理解；設(shè)計有豐富的題型，在鞏固知識技能的同時啟發(fā)創(chuàng)新思維。注重知識技能的實用性和有效性：以學(xué)生就業(yè)所需專業(yè)知識和操作技能為著眼點，緊跟最新的技術(shù)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用，在理論知識夠用的前提下，著重講解應(yīng)用型人才培養(yǎng)所需的技能，突出實用性和可操作性。

圖書封面

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