本书主要介绍利用工程热物理理论解决各种工业工艺过程与自然过程中有关热的问题是热能与动力工程另一类重要课题。例如化工、冶金、建筑等工业工艺过程热的利用,地质运动、天体运动中的热的作用,以及生命体中的流体流动、能量传递和作用等等。因此,工程热力学课程教学也必须为分析研究探索解决各种工业工艺过程与自然过程中有关热的问题打好基础。
对于能源动力类专业来说,工程热力学相当于语言专业的语法课。不学语法也可以学好语言,但要成为语言学家,不学语法是万万不行的。同样,要成为能源动力领域的高端人才,必须学好工程热力学。
工程热力学是能源动力类专业的第一门专业课,是专业教学的重点,也是最难点。作者从事工程热力学课程教学30余年,烙印深刻,感悟良多,也不敢说完全把握了此门课程的精髓。随着时代的发展,能源动力工程不再限于电厂热能动力、内燃动力等领域,而是深入所有行业所有生产经营过程。节能减排作为全社会的共识,需要全社会的共同努力。东北大学的能源动力类各专业一直有着自己的鲜明特色,几代从事工程热力学教学的教师为此付出了大量的心血和努力,不断改革并调整教学内容与教学方法,力图在有限的学时内,既完整保持工程热力学课程通用体系、内容及深度,又充分联系和结合后续特色课程,以保证学生获得完整和全面的知识结构。本教材这一编写思路,力争使其成为一本重基础、宽口径、有特色的教科书。
本教材有别于以电厂热能动力或其他为中心内容的工程热力学教材,力求强化基础,弱化但明确应用。基础方面,注意与普通物理的衔接,把热力学的公理化体系较为完整地呈现给学生,并增加基本的多元复相理论,以结合混合工质和合金应用;应用方面,动力工程理论浅尝辄止,更注重热力学理论在工业系统中的拓展与灵活运用。本课程的目标不是让学生掌握某种动力设备或流程的设计方法,而是充分消化吸收热力学思考问题的视角、方法,具体的设计能力由后续专业课程来培养。
本书由王承阳(东北大学)、王炳忠(海军工程学院青岛分院)编写,王炳忠完成气体与蒸汽的流动、制冷循环和热泵、化学热力学基础等章的编著,其余由王承阳编著。全书由王承阳统稿,王炳忠负责习题的验算。谢兴同学在收集资料,整理热力学数据方面做了很多工作,在此向他表示感谢。
1 绪论
1.1 能源的利用与生产力的发展
1.2 热能的转换与利用
1.3 工程热力学的研究对象及主要内容
1.4 热力工程和工程热力学的发展简史
1.4.1 热机的历史
1.4.2 温度的测量
1.4.3 量热学的发展
1.4.4 热传导理论
1.4.5 热的本质
1.4.6 热力学第一定律
1.4.7 热力学第二定律
1.4.8 热力学第三定律
1.5 工程热力学的研究方法及学习方法
1.6 单位制
复习思考题与习题
2 基本概念
2.1 热力学系统
2.2 工质的热力学状态及其基本状态参数
2.2.1 热力学状态与状态参数
2.2.2 基本状态参数
2.2.3 平衡状态
2.2.4 状态方程式与状态参数坐标图
2.2.5 相空间
2.3 工质的状态变化过程
2.3.1 准静态过程(准平衡过程)
2.3.2 可逆过程
2.3.3 功和热量
2.3.4 热力循环
复习思考题与习题
3 热力学第一定律
3.1 热力学第一定律的内容
3.1.1 热力学第一定律
3.1.2 热力学能
3.2 热力学第一定律的表达式
3.3 稳定流动能量方程
3.4 热力学第一定律的具体应用
3.4.1 锅炉和各种换热器
3.4.2 汽轮机和燃气轮机等动力机械
3.4.3 压气机、泵与风机
3.4.4 管道
3.4.5 节流
3.4.6 涡轮机叶轮
3.5 企业热平衡
3.5.1 企业热平衡
3.5.2 热平衡的原则方法
3.5.3 热平衡的技术指标
复习思考题与习题
4 气体和蒸气的性质及热力过程
4.1 理想气体状态方程
4.1.1 经验定律
4.1.2 理想气体状态方程
4.1.3 分子运动论
4.2 理想气体的比热容
4.2.1 比热容的定义
4.2.2 理想气体的比热容
4.2.3 比定压热容和比定容热容(定压比热和定容比热)
4.2.4 比热容的变化问题
4.3 理想气体的热力学能、焓和熵
4.3.1 理想气体的热力学能
4.3.2 理想气体的焓
4.3.3 理想气体的熵
4.4 理想气体混合物
4.4.1 混合气体的折合摩尔质量和折合气体常数
4.4.2 质量分数侧ωi、摩尔分数xi和体积分数φi的换算关系
4.4.3 道尔顿分压定律和阿麦加分体积定律
4.4.4 理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵
……
5 热力学第二定律
6 实际气体的性质及热力学一般关系式
7 气体与蒸汽的流动——可压缩流体流动的热力学分析
8 动力循环
9 制冷循环
10 湿空气及其热力过程
11 化学热力学基础
附录
参考文献