工程熱力學

本書在編寫過程中，充分結合了能源動力、石油、化工、農工行業的特點，以清潔能源的開發與利用為結合點，力求滿足各相近專業的需求。全書共12章，分為兩篇：*篇（1～8章）為工程熱力學，主要介紹熱力學基本概念、熱力學*和第二定律、理想氣體和水蒸氣的性質及熱力過程、氣體的流動和壓縮、熱力裝置及循環以及化學熱力學的基礎知識等；第二篇（9～12章）為熱分析動力學，主要介紹熱分析動力學基礎知識、動力學方程和熱分析曲線的動力學分析方法等。本書在加強基礎理論的同時還注重聯繫工程實際，以便更好地培養學生的創新實踐和解決實際問題的能力。

緒論1

0.1熱能及其利用1

0.2熱力學及其發展簡史2

0.2.1什麼是工程熱力學？2

0.2.2工程熱力學發展簡史3

0.2.3工程熱力學的主要研究內容和研究方法5

0.3熱分析動力學概論6

0.3.1熱分析動力學理論7

0.3.2動力學方程的發展史9

篇工程熱力學

第1章基本概念12

1.1熱力系統12

1.1.1系統與外界12

1.1.2系統的分類12

1.2熱力學狀態及基本狀態參數14

1.2.1熱力學狀態14

1.2.2狀態參數及其特性14

1.2.3基本狀態參數15

1.3平衡狀態20

1.4狀態方程和狀態參數座標圖21

1.4.1狀態公理21

1.4.2狀態方程21

1.4.3狀態參數座標圖22

1.5準靜態過程與可逆過程22

1.5.1準靜態過程22

1.5.2可逆過程23

1.5.3過程功24

1.5.4熱量與熵27

1.6熱力循環28

思考題29

習題29

第2章熱力學定律32

2.1熱力學定律及其實質32

2.2熱力學能和總能33

2.2.1內部儲存能35

2.2.2外部儲存能35

2.2.3總儲存能36

2.3推動功/流動功36

2.4熱力學定律的基本能量方程式37

2.4.1閉口系統的能量方程式37

2.4.2開口系統的能量方程式38

2.5焓39

2.6穩定流動能量過程41

2.6.1穩定流動能量方程41

2.6.2穩定流動過程中幾種功的關係42

2.6.3準靜態條件下的技術功wt43

2.6.4準靜態條件下熱力學定律的兩個解析式43

2.6.5準靜態穩流過程中的機械能守恆關係式44

2.7能量方程式的應用44

2.7.1動力機44

2.7.2壓力機45

2.7.3換熱器45

2.7.4特殊管道46

2.7.5絕熱節流46

思考題47

習題48

第3章理想氣體的熱力性質和過程50

3.1理想氣體及其狀態方程50

3.2理想氣體的比熱容51

3.2.1熱容的定義51

3.2.2理想氣體的比定容熱容和比定壓熱容52

3.3理想氣體的內能、焓和熵54

3.3.1理想氣體內能和焓的特性54

3.3.2理想氣體內能和焓的計算55

3.3.3理想氣體的熵57

3.4研究熱力過程的目的和方法58

3.5理想氣體的基本熱力過程59

3.5.1定容過程和定壓過程59

3.5.2定温過程和定熵過程（可逆絕熱過程）64

3.5.3理想氣體熱力過程的綜合分析69

思考題74

習題75

第4章熱力學第二定律79

4.1自發過程的方向性79

4.1.1能量轉換過程79

4.1.2傳熱過程79

4.1.3自由膨脹過程79

4.1.4混合過程80

4.2熱力學第二定律的表述及實質80

4.3卡諾循環與多熱源可逆循環82

4.3.1卡諾循環82

4.3.2概括性卡諾循環83

4.3.3逆卡諾循環84

4.3.4多熱源可逆循環85

4.4卡諾定理86

4.5熵的導出86

4.6熱力學第二定律的數學表達式87

4.6.1克勞修斯積分式87

4.6.2不可逆過程的熵變89

4.7熵方程90

4.8孤立系統的熵增原理94

4.9及平衡99

思考題105

習題106

第5章水蒸氣和水的熱力過程113

5.1水蒸氣的飽和狀態和相圖113

5.2水蒸氣的表和圖115

5.3水蒸氣的基本過程118

5.4水的定壓汽化過程122

5.4.1水的等壓汽化過程122

5.4.2水蒸氣的p-v圖與T-s圖123

5.5水和水蒸氣的狀態參數124

思考題125

習題125

第6章氣體的流動和壓縮127

6.1一元穩定流動的基本方程式127

6.1.1連續性方程127

6.1.2能量方程式128

6.1.3過程方程128

6.2促使流速改變的條件129

6.2.1力學條件129

6.2.2幾何條件130

6.3噴管的熱力計算131

6.3.1流速的計算131

6.3.2流速與狀態參數的關係132

6.3.3臨界流速和臨界壓力比133

6.3.4噴管形狀的選擇134

6.3.5噴管尺寸的計算134

6.3.6噴管的校核計算136

6.4單級活塞式壓氣機138

6.5多級壓縮和級間冷卻141

思考題144

習題145

第7章熱力裝置及其循環147

7.1活塞式內燃機循環147

7.1.1活塞式內燃機的實際循環148

7.1.2活塞式內燃機實際循環的抽象和概括149

7.1.3活塞式內燃機理想循環的分析150

7.1.4活塞式內燃機各種理想循環的熱力學比較153

7.2燃氣輪機裝置循環156

7.2.1燃氣輪機工作原理156

7.2.2燃氣輪機裝置定壓加熱理論循環156

7.2.3實際定壓加熱循環分析160

7.3蒸汽動力循環163

7.3.1蒸汽動力循環簡述163

7.3.2朗肯循環的裝置與流程164

7.3.3朗肯循環的能量分析及熱效率165

7.3.4提高朗肯循環熱效率的基本途徑165

7.3.5有能量損失的實際蒸汽動力裝置循環168

7.4製冷循環175

7.4.1壓縮空氣製冷循環177

7.4.2壓縮蒸氣製冷循環180

思考題182

習題184

第8章化學熱力學基礎189

8.1基本概念189

8.2熱力學定律在化學反應中的應用190

8.2.1化學反應系統的定律表達式190

8.2.2化學反應熱效應與燃料熱值191

8.2.3標準生成焓193

8.2.4理想氣體反應熱效應Qp與QV的關係195

8.3化學反應過程的熱力學定律分析196

8.3.1燃料熱值計算196

8.3.2燃燒過程放熱量計算197

8.3.3理論燃燒温度199

8.4熱力學第二定律在化學反應中的應用200

8.4.1化學反應過程的有用功200

8.4.2標準生成吉布斯函數201

8.4.3化學202

8.4.4燃料的化學203

8.4.5損失（做功能力損失）204

8.5化學平衡204

8.5.1化學反應方向和限度的判據204

8.5.2反應度205

8.5.3化學反應等温方程式206

8.5.4化學平衡常數208

8.5.5温度、壓力對平衡常數的影響211

思考題212

習題212

第二篇熱分析動力學

第9章熱分析動力學方程214

9.1第Ⅰ類動力學方程214

9.2第Ⅱ類動力學方程215

9.2.1導出途徑之一215

9.2.2導出途徑之二216

9.2.3導出途徑之三219

9.3兩類動力學方程的比較219

習題219

第10章温度積分的近似解221

10.1温度積分221

10.2數值解222

10.3近似解析解222

10.3.1Frank-Kameneskii近似式223

10.3.2Coats-Redfern近似式223

10.3.3Doyle近似式224

10.3.4Gorbatchev近似式224

10.3.5Lee-Beck近似式225

10.3.6Gorbatchev近似式優於Coats-Redfern近似式的理論依據225

10.3.7Li Chung-Hsiung近似式226

10.3.8Agrawal近似式 227

10.3.9冉全印-葉素近似式 229

10.3.10馮仰婕-袁軍近似式231

10.3.11Zsakó近似式232

10.3.12MacCallum-Tanner近似式233

10.3.13Krevelen-Heerden-Huntjens近似式233

10.3.14Broido近似式234

10.3.15Luke近似式235

10.3.16Senum-Yang近似式235

10.3.17estk-atava-Wendlandt近似式236

10.3.18Tang-Liu-Zhang-Wang-Wang近似式236

10.4P（u）表達式和温度積分近似式一覽表237

10.5∫T0T′mexp(－ERT′)dT′的計算239

習題240

第11章熱分析曲線的動力學分析-積分法242

11.1Phadnis法242

11.2馮仰婕-陳煒-鄒文樵法242

11.3Coats-Redfern法242

11.4改良Coats-Redfern法243

11.5Flynn-Wall-Ozawa法244

11.6Gorbatchev法245

11.7Lee-Beck法246

11.8Li Chung-Hsiung法246

11.9Agrawal法247

11.10冉全印-葉素法247

11.11馮仰婕-袁軍-鄒文樵-戴浩良法248

11.12Zsakó法248

11.13MacCallum-Tanner法248

11.14atava-estk法249

11.15一般積分法250

11.16普適積分法250

11.17Krevelen-Heerden-Huntjens法251

11.18Broido法252

11.19Zavkovic法252

11.20Segal法253

11.21胡榮祖-高紅旭-張海法254

11.22唐萬軍法255

習題256

第12章熱分析曲線的動力學分析——微分法258

12.1Kissinger法258

12.2微分方程法259

12.3放熱速率方程法261

12.4特徵點分析法266

12.4.1方法1266

12.4.2方法2270

12.5Newkirk法270

12.6Achar-Brindley-Sharp-Wendworth法271

12.7Friedman-Reich-Levi法271

12.8Piloyan-Ryabchinov-Novikova-Maycock法271

12.9Freeman-Carroll法272

12.10Anderson-Freeman法272

12.11Vachuska-Voboril法272

12.12Starink法273

習題274

附表276

附表1能量和功率常用單位換算表276

附表2空氣的熱力性質表276

附表3氣體的平均比定壓熱容279

附表4氣體的平均比定容熱容280

附表5氣體的平均定壓容積熱容281

附表6氣體的平均定容容積熱容282

附表7某些理想氣體的標準生成焓、焓和101.325kPa下的熵283

附表8平衡常數的對數值（lnKp）285

參考文獻286