本書主要介紹利用工程熱物理理論解決各種工業(yè)工藝過程與自然過程中有關(guān)熱的問題是熱能與動力工程另一類重要課題。例如化工、冶金、建筑等工業(yè)工藝過程熱的利用,地質(zhì)運動、天體運動中的熱的作用,以及生命體中的流體流動、能量傳遞和作用等等。因此,工程熱力學課程教學也必須為分析研究探索解決各種工業(yè)工藝過程與自然過程中有關(guān)熱的問題打好基礎(chǔ)。
對于能源動力類專業(yè)來說,工程熱力學相當于語言專業(yè)的語法課。不學語法也可以學好語言,但要成為語言學家,不學語法是萬萬不行的。同樣,要成為能源動力領(lǐng)域的高端人才,必須學好工程熱力學。
工程熱力學是能源動力類專業(yè)的第一門專業(yè)課,是專業(yè)教學的重點,也是最難點。作者從事工程熱力學課程教學30余年,烙印深刻,感悟良多,也不敢說完全把握了此門課程的精髓。隨著時代的發(fā)展,能源動力工程不再限于電廠熱能動力、內(nèi)燃動力等領(lǐng)域,而是深入所有行業(yè)所有生產(chǎn)經(jīng)營過程。節(jié)能減排作為全社會的共識,需要全社會的共同努力。東北大學的能源動力類各專業(yè)一直有著自己的鮮明特色,幾代從事工程熱力學教學的教師為此付出了大量的心血和努力,不斷改革并調(diào)整教學內(nèi)容與教學方法,力圖在有限的學時內(nèi),既完整保持工程熱力學課程通用體系、內(nèi)容及深度,又充分聯(lián)系和結(jié)合后續(xù)特色課程,以保證學生獲得完整和全面的知識結(jié)構(gòu)。本教材這一編寫思路,力爭使其成為一本重基礎(chǔ)、寬口徑、有特色的教科書。
本教材有別于以電廠熱能動力或其他為中心內(nèi)容的工程熱力學教材,力求強化基礎(chǔ),弱化但明確應(yīng)用。基礎(chǔ)方面,注意與普通物理的銜接,把熱力學的公理化體系較為完整地呈現(xiàn)給學生,并增加基本的多元復相理論,以結(jié)合混合工質(zhì)和合金應(yīng)用;應(yīng)用方面,動力工程理論淺嘗輒止,更注重熱力學理論在工業(yè)系統(tǒng)中的拓展與靈活運用。本課程的目標不是讓學生掌握某種動力設(shè)備或流程的設(shè)計方法,而是充分消化吸收熱力學思考問題的視角、方法,具體的設(shè)計能力由后續(xù)專業(yè)課程來培養(yǎng)。
本書由王承陽(東北大學)、王炳忠(海軍工程學院青島分院)編寫,王炳忠完成氣體與蒸汽的流動、制冷循環(huán)和熱泵、化學熱力學基礎(chǔ)等章的編著,其余由王承陽編著。全書由王承陽統(tǒng)稿,王炳忠負責習題的驗算。謝興同學在收集資料,整理熱力學數(shù)據(jù)方面做了很多工作,在此向他表示感謝。
1 緒論
1.1 能源的利用與生產(chǎn)力的發(fā)展
1.2 熱能的轉(zhuǎn)換與利用
1.3 工程熱力學的研究對象及主要內(nèi)容
1.4 熱力工程和工程熱力學的發(fā)展簡史
1.4.1 熱機的歷史
1.4.2 溫度的測量
1.4.3 量熱學的發(fā)展
1.4.4 熱傳導理論
1.4.5 熱的本質(zhì)
1.4.6 熱力學第一定律
1.4.7 熱力學第二定律
1.4.8 熱力學第三定律
1.5 工程熱力學的研究方法及學習方法
1.6 單位制
復習思考題與習題
2 基本概念
2.1 熱力學系統(tǒng)
2.2 工質(zhì)的熱力學狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)
2.2.1 熱力學狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)
2.2.2 基本狀態(tài)參數(shù)
2.2.3 平衡狀態(tài)
2.2.4 狀態(tài)方程式與狀態(tài)參數(shù)坐標圖
2.2.5 相空間
2.3 工質(zhì)的狀態(tài)變化過程
2.3.1 準靜態(tài)過程(準平衡過程)
2.3.2 可逆過程
2.3.3 功和熱量
2.3.4 熱力循環(huán)
復習思考題與習題
3 熱力學第一定律
3.1 熱力學第一定律的內(nèi)容
3.1.1 熱力學第一定律
3.1.2 熱力學能
3.2 熱力學第一定律的表達式
3.3 穩(wěn)定流動能量方程
3.4 熱力學第一定律的具體應(yīng)用
3.4.1 鍋爐和各種換熱器
3.4.2 汽輪機和燃氣輪機等動力機械
3.4.3 壓氣機、泵與風機
3.4.4 管道
3.4.5 節(jié)流
3.4.6 渦輪機葉輪
3.5 企業(yè)熱平衡
3.5.1 企業(yè)熱平衡
3.5.2 熱平衡的原則方法
3.5.3 熱平衡的技術(shù)指標
復習思考題與習題
4 氣體和蒸氣的性質(zhì)及熱力過程
4.1 理想氣體狀態(tài)方程
4.1.1 經(jīng)驗定律
4.1.2 理想氣體狀態(tài)方程
4.1.3 分子運動論
4.2 理想氣體的比熱容
4.2.1 比熱容的定義
4.2.2 理想氣體的比熱容
4.2.3 比定壓熱容和比定容熱容(定壓比熱和定容比熱)
4.2.4 比熱容的變化問題
4.3 理想氣體的熱力學能、焓和熵
4.3.1 理想氣體的熱力學能
4.3.2 理想氣體的焓
4.3.3 理想氣體的熵
4.4 理想氣體混合物
4.4.1 混合氣體的折合摩爾質(zhì)量和折合氣體常數(shù)
4.4.2 質(zhì)量分數(shù)側(cè)ωi、摩爾分數(shù)xi和體積分數(shù)φi的換算關(guān)系
4.4.3 道爾頓分壓定律和阿麥加分體積定律
4.4.4 理想氣體混合物的比熱容、熱力學能、焓和熵
……
5 熱力學第二定律
6 實際氣體的性質(zhì)及熱力學一般關(guān)系式
7 氣體與蒸汽的流動——可壓縮流體流動的熱力學分析
8 動力循環(huán)
9 制冷循環(huán)
10 濕空氣及其熱力過程
11 化學熱力學基礎(chǔ)
附錄
參考文獻