工程熱力學[2011年朱明善、劉穎、林兆莊等所編著圖書]

《工程熱力學》是2011年清華大學出版社出版的圖書，作者是朱明善、劉穎、林兆莊。

圖書3

書名：工程熱力學（第2版）

書號：9787302257387

工程熱力學[2011年朱明善、劉穎、林兆莊等所編著圖書]

作者：朱明善、劉穎、林兆莊等

定價：35元

出版日期：2011-7-26

出版社：清華大學出版社

內容簡介

本書是根據我國高等工業學校“工程熱力學課程教學基本要求”並參照清華大學熱能工程、動力工程、空調、內燃機及反應堆熱工等專業的教學大綱，在清華大學試用教材及多年教學實踐的基礎上修訂而成的，並注意吸收了國內外同類教科書的經驗與優點。

本書充實並強化了基本概念與基本定律的論述，力求嚴謹深入、由淺及深，並且還突出工程觀點，使理論密切聯繫實際，注重培養學生靈活分析問題的能力。在編排方面注意與“物理”、“化學”等課程的銜接，起點較高，避免不必要的重複，並且將氣體動力循環、蒸氣動力循環、製冷循環以及濕空氣過程緊接在基本定律之後，依理想氣體、蒸汽與濕空氣三個層次循序漸進，引導學生加深對熱力學基本規律的理解、掌握與運用。全書取材廣泛，內容有所拓寬，著意反映一些最新科技進展，加強了的概念、計算及套用的敘述； 介紹了保護臭氧層對製冷劑提出的新要求，首次引入了作為CFC12最有希望的替代物HFC134a的lnp-h圖等。

本書可用作高等工業學校熱能工程、動力工程、空調製冷、供暖通風、內燃機、反應堆熱工以及工程熱物理等專業的教科書或參考書，也可供有關科技人員參考。

前言

本書是根據教育部制定的“工程熱力學課程教學基本要求”並參照清華大學四年制機械學院平台及暖通專業的教學大綱，在清華大學多年教學實踐的基礎上，由第1版修訂而成的。本修訂版被列入普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。

本書基本反映了我們在清華大學講授“工程熱力學”課程的教學內容，並吸收了國內外同類教科書的優點與經驗。

在體系編排方面，本書將氣體動力循環、水蒸氣和蒸汽動力循環以及製冷循環等幾章緊接在熱力學第一、第二定律之後，以便加深學生對基本定律的理解，能更好地掌握與運用基本定律。

在內容方面，本書力圖對基本概念和基本理論部分進行嚴密而深入的論述，充實熱力學基本定律的本質及其數學表達式。例如開口系統能量方程、熵的性質及熵方程、及的計算、熱力學微分關係式及其套用等內容，並且突出工程觀點，使理論密切聯繫實際，注重培養學生運用熱力學理論解決工程問題的能力。為適應學科發展的需要，本書還注意引進國內外科學研究的新成果與新技術，更新與充實了內容。例如，考慮到能源合理利用和節能工作的需要，本書深化了熱力學第二定律及其分析方法的敘述，加強了物理與化學，分析、損失等概念； 又如，結合全球環境保護的熱點——臭氧層保護，著重介紹了環保方面對製冷工質提出的要求與挑戰 ，首次在教材中引入了作為CFC12目前的替代物HFC134a的基本物性及我們自行開發的HFC134a的lnp-h圖； 再如，較為詳細地介紹了各種熱泵和一些很有前景的吸附製冷技術的基本原理等。

在編寫安排方面，本書儘量避免與物理化學等課程不必要的重複，但又注意保持相應的銜接。例如對理想氣體狀態方程、理想氣體基本熱力過程、理想混合氣體等部分採用總結歸納的方法加以敘述，不從頭推導。化學熱力學部分中，對於化學反應方程式等反映質量守恆規律的內容，融合在化學熱力學的整個敘述中，而不另列一節。這樣，使本書在取材方面有一定的深度，起點較高。

為了幫助學生複習以及培養學生獨立思考和解決問題的能力，本書每章附有例題、思考題和習題，這些題的針對性、啟發性與工程性較強，並與正文內容配合較好。全書採用我國法定計量單位。在本修訂版中，專門編制了水蒸氣物性軟體。本軟體不僅便於閱讀者進行水蒸氣性質的計算，還設定了焓熵圖，可與計算點直觀對應。

參加本書第1版編寫工作的有朱明善(緒論、第3章、第9章與第10章)、林兆莊(第1章、第5章、第8章與第11章)、劉穎(第4章、第6章與第7章)、陳宏芳(第12章)和鄧小雪(第2章)。第1版中，緒論、第1、9與10章由朱明善改編； 第2、3、4、6與7章由劉穎改編； 第5、8與11章由林兆莊改編； 第12章由彭曉峰改編。全書由朱明善統稿。

本次修訂中，史琳、吳曉敏和段遠源進行主要改編工作，劉穎和林兆莊進行審定。其中，第1~4章由史琳改編，第5~12章由吳曉敏改編，水蒸氣物性軟體由段遠源編寫，全書由吳曉敏統稿。

鑒於編者水平有限，難免有疏漏與不妥之處，請讀者指正。

編者

2010年冬於清華園

目錄

目錄

緒論

0-1熱能及其利用

0-2熱能轉換裝置的工作過程

0-2-1蒸汽動力裝置的工作原理

0-2-2燃氣輪機裝置的工作原理

0-2-3內燃機的工作原理

0-2-4壓縮製冷裝置的工作原理

0-3工程熱力學的研究對象及其主要內容

0-4熱力學的研究方法

第1章基本概念

1-1熱力系統

1-1-1系統與外界

1-1-2閉口系統與開口系統

1-1-3簡單系統、絕熱系統與孤立系統

1-1-4均勻系統與非均勻系統，單元系統與多元系統

1-2狀態和狀態參數

1-2-1熱力系統的狀態和狀態參數

1-2-2狀態參數的數學特性

1-2-3廣延參數與強度參數

1-3基本狀態參數

1-3-1壓力

1-3-2比容及密度

1-3-3溫度

1-4平衡狀態

1-4-1平衡狀態的概念

1-4-2實現平衡的充要條件

1-5狀態方程和狀態參數坐標圖

1-5-1狀態公理

1-5-2狀態方程

1-5-3狀態參數坐標圖

1-6準靜態過程與可逆過程

1-6-1準靜態過程

1-6-2耗散效應

1-6-3可逆過程

1-7功量

1-7-1功的定義

1-7-2準靜態過程中的容積變化功——膨脹功和壓縮功

1-7-3其他形式的準靜態功

1-8熱量與熵

1-8-1熱量

1-8-2熵

1-8-3T-S圖

1-9熱力循環

思考題

習題

第2章熱力學第一定律

2-1熱力學第一定律的實質

2-2儲存能

2-2-1內部儲存能——內能

2-2-2外部儲存能

2-2-3系統的總儲存能

2-3閉口系統的能量方程

2-4開口系統的能量方程

2-4-1推進功

2-4-2開口系統的能量方程

2-4-3焓

2-5穩定流動能量方程

2-5-1穩定流動能量方程

2-5-2穩定流動過程中幾種功的關係

2-5-3準靜態條件下的技術功wt

2-5-4準靜態條件下熱力學第一定律的兩個解析式

2-5-5機械能守恆關係式

2-6穩定流動能量方程的套用

2-6-1熱交換器

2-6-2動力機械

2-6-3壓縮機械

2-6-4噴管

2-6-5絕熱節流

思考題

習題

第3章理想氣體的性質與過程

3-1理想氣體狀態方程

3-2熱容

3-2-1熱容的定義和單位

3-2-2比定容熱容和比定壓熱容

3-3理想氣體的內能、焓和比熱容

3-3-1理想氣體內能和焓的特性

3-3-2理想氣體的比熱容

3-3-3理想氣體內能和焓的計算

3-4理想氣體的熵

3-5研究熱力過程的目的和方法

3-6絕熱過程

3-6-1絕熱過程的過程方程

3-6-2過程初、終態基本狀態參數間的關係

3-6-3過程曲線

3-6-4絕熱過程中的能量轉換

3-7基本熱力過程的綜合分析

3-7-1多變過程方程

3-7-2多變過程的分析

3-7-3套用p-v圖與T-s圖分析多變過程

3-8變比熱容的可逆絕熱過程

3-9氣體的壓縮

3-10活塞式壓氣機的過程分析

3-10-1壓氣機理論壓氣功

3-10-2分級壓縮、中間冷卻

3-10-3活塞式壓氣機的余隙影響

思考題

習題

第4章熱力學第二定律與熵

4-1自然過程的方向性

4-1-1摩擦過程

4-1-2傳熱過程

4-1-3自由膨脹過程

4-1-4混合過程

4-1-5燃燒過程

4-2熱力學第二定律的實質與表述

4-3卡諾循環與卡諾定理

4-3-1卡諾循環

4-3-2卡諾定理

4-4熱力學溫標

4-5熵的導出

4-6克勞修斯不等式

4-7不可逆過程熵的變化

4-7-1不可逆過程熵變分析

4-7-2熵變的計算

4-8孤立系統熵增原理

4-8-1孤立系統熵增原理

4-8-2做功能力損失

4-8-3熱力學第二定律的局限性

4-9熵方程

4-9-1封閉系統的熵方程

4-9-2開口系統的熵方程

4-9-3關於熵的小結

4-10及其計算

4-10-1與能

4-10-2物理的計算

思考題

習題

第5章氣體動力循環

5-1活塞式內燃機動力循環

5-1-1活塞式內燃機實際循環的抽象與概括

5-1-2活塞式內燃機的理想循環

5-2活塞式內燃機各種理想循環的比較

5-2-1具有相同的壓縮比和吸熱量的比較

5-2-2具有相同的最高壓力和最高溫度的比較

5-2-3最高壓力和熱負荷q1相同的比較

5-3斯特林循環

5-4勃雷登循環

5-4-1燃氣輪機裝置的理想循環

5-4-2燃氣輪機裝置的實際循環

5-5提高勃雷登循環熱效率的其他途徑

5-5-1採用回熱

5-5-2回熱基礎上的分級壓縮中間冷卻

5-5-3回熱基礎上的分級膨脹中間再熱

5-6噴氣式發動機簡介

思考題

習題

第6章水蒸氣

6-1純物質的熱力學面及相圖

6-2汽化與飽和

6-3水蒸氣的定壓發生過程

6-3-1水的定壓預熱過程

6-3-2飽和水定壓汽化過程

6-3-3乾飽和蒸氣的定壓過熱過程

6-4水及水蒸氣狀態參數的確定及其熱力性質圖表

6-4-1水及水蒸氣狀態參數的確定原則

6-4-2水及水蒸氣熱力性質表

6-4-3水蒸氣焓熵圖

6-5水蒸氣的熱力過程

6-5-1定壓過程

6-5-2絕熱過程

6-5-3定溫過程

思考題

習題

第7章蒸汽動力循環

7-1概述

7-2朗肯循環

7-2-1朗肯循環定量計算方法

7-2-2朗肯循環定性分析

7-2-3蒸汽參數對熱效率的影響

7-3實際蒸汽動力循環分析

7-3-1熱效率法

7-3-2分析法

7-3-3兩種方法比較

7-4蒸汽再熱循環

7-5回熱循環

7-5-1回熱循環概念

7-5-2回熱循環計算

7-5-3回熱循環與朗肯循環比較

7-5-4多級回熱循環

7-6熱電聯產循環

7-7燃氣-蒸汽聯合循環簡介

思考題

習題

第8章製冷及熱泵循環

8-1空氣壓縮製冷循環

8-2蒸氣壓縮製冷循環

8-3製冷劑

8-3-1對製冷劑的熱力學要求

8-3-2環境保護對製冷劑提出的新要求

8-3-3製冷劑HFC134a

8-3-4製冷劑命名規則

8-4吸收式製冷循環

8-5吸附式製冷循環

8-6熱泵循環

思考題

習題

第9章理想混合氣體和濕空氣

9-1混合氣體的成分

9-1-1成分

9-1-2成分表示方法的換算

9-1-3混合氣體的平均摩爾質量和折合氣體常數

9-2分壓定律與分容積定律

9-2-1分壓力與分壓定律

9-2-2分容積與分容積定律

9-3混合氣體的參數計算

9-3-1總參數的加和性

9-3-2比參數的加權性

9-3-3理想混合氣體的焓

9-4理想氣體絕熱混合過程的熵增

9-5濕空氣的性質

9-5-1飽和與未飽和

9-5-2結露和露點

9-5-3相對濕度及含濕量

9-6濕空氣的焓、熵與容積

9-6-1濕空氣的焓值

9-6-2濕空氣的熵值

9-6-3濕空氣的容積

9-7比濕度的確定和濕球溫度

9-7-1絕熱飽和溫度

9-7-2濕球溫度

9-8濕空氣的焓濕圖與熱濕比

9-9濕空氣的基本熱力過程

9-9-1加熱或冷卻過程

9-9-2冷卻去濕過程

9-9-3絕熱加濕過程

9-9-4加熱加濕過程

9-9-5絕熱混合過程

思考題

習題

第10章熱力學微分關係式及實際氣體的性質

10-1研究熱力學微分關係式的目的

10-2特徵函式

10-2-1亥姆霍茲函式和吉布斯函式

10-2-2特徵函式

10-3數學基礎

10-3-1全微分的條件

10-3-2循環關係式與倒數式

10-3-3鏈式與不同下標式

10-3-4麥克斯韋關係

10-4熱係數

10-5熵、內能和焓的微分關係式

10-5-1熵的微分關係式

10-5-2內能的微分關係式

10-5-3焓的微分關係式

10-6比熱容的微分方程

10-6-1比熱容與壓力及比容的關係

10-6-2定壓比熱容與定容比熱容的關係

10-7克拉貝龍方程和焦-湯係數

10-7-1克拉貝龍方程

10-7-2焦-湯係數

10-8實際氣體對理想氣體性質的偏離

10-9維里方程概念

10-9-1維里方程

10-9-2截斷形維里方程

10-10經驗性狀態方程

10-10-1范德瓦爾狀態方程

10-10-2R-K狀態方程

10-11普遍化狀態方程與對比態原理

10-11-1普遍化狀態方程

10-11-2對比態原理

10-11-3通用壓縮因子圖

思考題

習題

第11章氣體在噴管中的流動

11-1穩定流動基本方程式

11-1-1連續性方程

11-1-2能量方程式

11-1-3可逆絕熱過程的過程方程

11-2聲速

11-3促進速度變化的條件

11-3-1力學條件

11-3-2幾何條件

11-4噴管的計算

11-4-1設計計算

11-4-2噴管的校核計算

11-5有摩擦阻力的絕熱流動

11-6定熵滯止參數

思考題

習題

第12章化學熱力學基礎

12-1概述

12-1-1有化學反應的熱力系統與平衡

12-1-2化學反應的基本過程

12-2熱力學第一定律在反應系統中的套用

12-2-1化學反應系統的第一定律表達式

12-2-2化學反應熱效應與燃料熱值

12-2-3標準生成焓

12-2-4理想氣體反應熱效應Qp與QV的關係

12-3化學反應過程的熱力學第一定律分析

12-3-1燃料熱值計算

12-3-2燃燒過程放熱量計算

12-3-3理論燃燒溫度

12-4化學反應過程的熱力學第二定律分析

12-4-1化學反應過程的最大有用功

12-4-2標準生成吉布斯函式

12-4-3化學

12-4-4燃料的化學

12-4-5損失(做功能力損失)

12-5化學平衡

12-5-1化學反應方向和限度的判據

12-5-2反應度

12-5-3化學反應等溫方程式

12-5-4化學平衡常數

12-5-5溫度、壓力對平衡常數的影響

12-6熱力學第三定律

12-7絕對熵及其套用

思考題

習題

習題答案

附錄

參考文獻

主要符號表

拉 丁 字 母

A截面積

a聲速

An,an總； 比

C,c熱容，臨界點； 比熱容，速度

cp,cV比定壓熱容； 比定容熱容

C′容積熱容

Cm摩爾熱容

d比濕度，汽耗率

E,e總能； 比能

Ek,Ep動能； 位能

Ex,Exm,ex總； 摩爾； 比

F,f亥姆霍茲函式； 比亥姆霍茲函式

G,Gm,g吉布斯函式； 摩爾吉布斯函式，比吉布斯函式

°f標準生成吉布斯函式

H,Hm,h總焓； 摩爾焓； 比焓

°f標準生成焓

[-ΔHlf]，[-ΔHhf]低發熱量； 高發熱量

i分子運動自由度

Kp,Kx平衡常數

k比熱比

M摩爾質量

Ma馬赫數

m,質量； 質量流率

n摩爾數，準靜態功的數目，多變指數

P功率

p壓力

pb,pg,pv大氣壓力； 表壓力； 真空度

Q,q傳熱量，反應熱； 單位質量的傳熱量

Qp定壓過程傳熱量，定壓熱效應

Qv定容過程傳熱量，定容熱效應

r汽化潛熱

R,Rm氣體常數； 摩爾氣體常數

S,Sm,s總熵； 摩爾熵； 比熵

S°m，S°m（T）標準狀態的絕對熵； TK，101.325 kPa下的絕對熵

T,t熱力學溫度； 攝氏溫度

U,Um,u總熱力學能（亦稱總內能）； 摩爾熱力學能（亦稱摩爾內能）； 比熱力學能（亦稱比內能）

V,Vm,v容積； 摩爾容積； 比容

W,w容積變化功，閉口系統淨功； 比容積變化功，閉口系統比淨功

Wnet,wnet開口系統淨功； 開口系統比淨功

Ws,ws軸功； 比軸功

Wt,wt技術功； 比技術功

x乾度

xi摩爾成分

Z壓縮因子

z高度

希 臘 字 母

α抽汽量，離解度

αv,αp彈性係數； 定壓熱膨脹係數

βT，βs定溫壓縮係數； 絕熱壓縮係數

γi容積成分

ε製冷係數，內燃機壓縮比，反應度

ε′供熱係數

η,ηt效率，熱效率

ηoi相對內效率

ηV壓氣機容積效率

λ內燃機定容增壓比

μ化學勢

μJ焦-湯係數

νcr臨界壓力比

π單位質量工質做功能力損失或損失，燃氣輪機循環增壓比

ρ密度，內燃機定壓預脹比

σ回熱度，表面張力

τ時間，燃氣輪機循環增溫比

φ相對濕度，速度係數

ωi質量成分

ζ能量損失係數

下標

a乾空氣

c卡諾循環，臨界狀態，冷凝器； 壓氣機

c.v開口系統或控制容積

d露點

ex（亦稱有效能）

f燃料，(熵)流

g(熵)產，氣體

i第i種組元

in進口條件

iso孤立系統

IR不可逆機

l液體

m混合加熱內燃機循環

max最大

min最小

mix混合

n多變過程

opt最佳

out出口條件

p定壓，定壓加熱內燃機循環

P生成物，水泵

Q,q熱量

Qo冷量

R可逆循環，朗肯循環，反應物

RG,RH回熱循環； 再熱循環

r熱源，對比狀態

rev可逆

s飽和狀態，定熵

T定溫

tu管道

U,u內能

V,v定容； 水蒸氣，定容加熱內燃機循環

w濕球

0死態，環境

1,2狀態1與2，瞬時1與2

上標

′,″飽和液； 飽和氣

﹡滯止狀態

—平均

?單位時間的物理量

°環境參數，標準態