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(xiàn)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(dòng)力工程、環(huán)境工程、化學(xué)工程、機(jī)械工程、交通運(yùn)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(lái)，各專業(yè)課程設(shè)置有逐漸細(xì)化的趨勢(shì)，單門課程學(xué)時(shí)數(shù)有限。針對(duì)交通運(yùn)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(shí)。本書以交通運(yùn)輸工程、車輛工程、動(dòng)力機(jī)械及工程、流體機(jī)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(duì)象，使他們?cè)趯W(xué)習(xí)和研究中能夠很快地觸及學(xué)科的前沿問(wèn)題，并拋磚引玉，為交通運(yùn)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(kuò)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(huì)這樣工作。如在進(jìn)行液化石油氣、天然氣、二甲醚等氣體代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究中，僅具備常質(zhì)量熱力系統(tǒng)分析方法是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dá)式、熱力過(guò)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(guò)程盡量做到詳盡，便于理解。全書內(nèi)容共分9章，針對(duì)交通運(yùn)輸工程：車輛工程、動(dòng)力機(jī)械及工程、流體機(jī)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(dòng)分析和制冷機(jī)的變質(zhì)量循環(huán)。針對(duì)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(shí)際氣體的熱力性質(zhì)、過(guò)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(guò)程機(jī)械和電子工程等非交通類專業(yè)的量子統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、生物熱力學(xué)、不可逆過(guò)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(zhǎng)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(guò)程中參考了有關(guān)的文獻(xiàn)資料，謹(jǐn)向這些文獻(xiàn)的著作者表示衷心的感謝！本書在出版過(guò)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(shí)范圍，疏漏和不妥之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書是工程熱力學(xué)的延伸、拓展、擴(kuò)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(dòng)分析、制冷機(jī)的變質(zhì)量循環(huán)、熱力學(xué)第二定律、管內(nèi)氣體流動(dòng)、實(shí)際氣體狀態(tài)方程、實(shí)際氣體的熱力性質(zhì)與過(guò)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(huì)這樣工作。全書有大量的公式推導(dǎo)，推導(dǎo)過(guò)程詳盡，便于理解。    本書可作為交通運(yùn)輸工程、車輛工程、動(dòng)力機(jī)械及工程、流體機(jī)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(jí)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(hào)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(duì)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(dòng)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(guò)程    1．4．1  準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程    1．4．2  可逆過(guò)程    1．4．3  準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)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(dòng)分析第5章  制冷機(jī)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(dòng)第8章  實(shí)際氣體狀態(tài)方程第9章  實(shí)際氣體的熱力性質(zhì)與過(guò)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(duì)象和方法人們基于對(duì)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(duì)象包括物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)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(gè)重要分支，它是在一系列實(shí)驗(yàn)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(duì)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?cè)诤茉绲臅r(shí)候就開始在生產(chǎn)和生活中利用各種熱現(xiàn)象，19世紀(jì)中后期，熱的本質(zhì)逐漸被認(rèn)識(shí)，并且以無(wú)數(shù)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(guò)電的熱效應(yīng)以及不同的機(jī)械生熱方法來(lái)求得熱功當(dāng)量，并取得了一致的結(jié)果，焦耳的實(shí)驗(yàn)結(jié)論使得能量守恒定律成為科學(xué)界公認(rèn)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(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，大大推動(dòng)了整個(gè)自然科學(xué)的發(fā)展。在接下來(lái)的時(shí)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(biāo)，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(gè)系統(tǒng)完整的學(xué)科，并成為熱力學(xué)分析研究實(shí)際問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。熱力學(xué)是在對(duì)熱現(xiàn)象進(jìn)行大量觀測(cè)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(duì)于一切與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的現(xiàn)象與物質(zhì)都適用。熱力學(xué)所研究的對(duì)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(wèn)題可以歸納為以下三個(gè)方面：（1）熱現(xiàn)象過(guò)程中能量相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律性以及數(shù)量關(guān)系，如過(guò)程功、熱量以及熱功轉(zhuǎn)化效率的計(jì)算等。研究時(shí)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(guò)程進(jìn)行的方向。研究時(shí)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(guò)程沿所期望的方向進(jìn)行，改善熱能工程和能量轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計(jì)，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(duì)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(diǎn)。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(jì)算工質(zhì)在各種熱工設(shè)備中所經(jīng)歷的狀態(tài)變化過(guò)程和循環(huán)，探討影響能量轉(zhuǎn)換效果的實(shí)際因素。此外，熱力學(xué)還將研究與實(shí)際熱力學(xué)直接相關(guān)的一些物理、化學(xué)現(xiàn)象。例如，當(dāng)前熱能的一個(gè)主要來(lái)源是各種燃料的燃燒，由于燃燒過(guò)程本身就是一個(gè)劇烈的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因此討論時(shí)需要利用一些化學(xué)熱力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。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(shí)面和理解能力來(lái)編寫，考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)知過(guò)程，通過(guò)不同的工程案例或者示例深入淺出進(jìn)行講解，緊緊抓住學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的動(dòng)力點(diǎn)，鍛煉和提高學(xué)生獲取知識(shí)的能力。注重人文知識(shí)與科技知識(shí)的結(jié)合：以人文知識(shí)講解的手法來(lái)闡述科技知識(shí)，在講解知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，設(shè)置閱讀材料板塊介紹相關(guān)的人文知識(shí)，增強(qiáng)教材的可讀性，同時(shí)提高學(xué)生的人文素質(zhì)。注重實(shí)踐教學(xué)和情景教學(xué)：書中配備大量實(shí)景圖和實(shí)物圖，并輔以示意圖進(jìn)行介紹，通過(guò)模型化的教學(xué)案例介紹具體工程實(shí)踐中的相關(guān)知識(shí)技能，強(qiáng)化實(shí)際操作訓(xùn)練，加深對(duì)理論知識(shí)的理解；設(shè)計(jì)有豐富的題型，在鞏固知識(shí)技能的同時(shí)啟發(fā)創(chuàng)新思維。注重知識(shí)技能的實(shí)用性和有效性：以學(xué)生就業(yè)所需專業(yè)知識(shí)和操作技能為著眼點(diǎn)，緊跟最新的技術(shù)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用，在理論知識(shí)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(shí)用性和可操作性。

圖書封面

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