工程热力学/潘颢丹

绪论1

0.1热能及其利用1

0.2热力学及其发展简史2

0.2.1什么是工程热力学？2

0.2.2工程热力学发展简史3

0.2.3工程热力学的主要研究内容和研究方法5

0.3热分析动力学概论6

0.3.1热分析动力学理论7

0.3.2动力学方程的发展史9



**篇工程热力学

第1章基本概念12

1.1热力系统12

1.1.1系统与外界12

1.1.2系统的分类12

1.2热力学状态及基本状态参数14

1.2.1热力学状态14

1.2.2状态参数及其特性14

1.2.3基本状态参数15

1.3平衡状态20

1.4状态方程和状态参数坐标图21

1.4.1状态公理21

1.4.2状态方程21

1.4.3状态参数坐标图22

1.5准静态过程与可逆过程22

1.5.1准静态过程22

1.5.2可逆过程23

1.5.3过程功24

1.5.4热量与熵27

1.6热力循环28

思考题29

习题29



第2章热力学**定律32

2.1热力学**定律及其实质32

2.2热力学能和总能33

2.2.1内部储存能35

2.2.2外部储存能35

2.2.3总储存能36

2.3推动功/流动功36

2.4热力学**定律的基本能量方程式37

2.4.1闭口系统的能量方程式37

2.4.2开口系统的能量方程式38

2.5焓39

2.6稳定流动能量过程41

2.6.1稳定流动能量方程41

2.6.2稳定流动过程中几种功的关系42

2.6.3准静态条件下的技术功wt43

2.6.4准静态条件下热力学**定律的两个解析式43

2.6.5准静态稳流过程中的机械能守恒关系式44

2.7能量方程式的应用44

2.7.1动力机44

2.7.2压力机45

2.7.3换热器45

2.7.4特殊管道46

2.7.5绝热节流46

思考题47

习题48



第3章理想气体的热力性质和过程50

3.1理想气体及其状态方程50

3.2理想气体的比热容51

3.2.1热容的定义51

3.2.2理想气体的比定容热容和比定压热容52

3.3理想气体的内能、焓和熵54

3.3.1理想气体内能和焓的特性54

3.3.2理想气体内能和焓的计算55

3.3.3理想气体的熵57

3.4研究热力过程的目的和方法58

3.5理想气体的基本热力过程59

3.5.1定容过程和定压过程59

3.5.2定温过程和定熵过程（可逆绝热过程）64

3.5.3理想气体热力过程的综合分析69

思考题74

习题75



第4章热力学第二定律79

4.1自发过程的方向性79

4.1.1能量转换过程79

4.1.2传热过程79

4.1.3自由膨胀过程79

4.1.4混合过程80

4.2热力学第二定律的表述及实质80

4.3卡诺循环与多热源可逆循环82

4.3.1卡诺循环82

4.3.2概括性卡诺循环83

4.3.3逆卡诺循环84

4.3.4多热源可逆循环85

4.4卡诺定理86

4.5熵的导出86

4.6热力学第二定律的数学表达式87

4.6.1克劳修斯积分式87

4.6.2不可逆过程的熵变89

4.7熵方程90

4.8孤立系统的熵增原理94

4.9及平衡99

思考题105

习题106



第5章水蒸气和水的热力过程113

5.1水蒸气的饱和状态和相图113

5.2水蒸气的表和图115

5.3水蒸气的基本过程118

5.4水的定压汽化过程122

5.4.1水的等压汽化过程122

5.4.2水蒸气的p-v图与T-s图123

5.5水和水蒸气的状态参数124

思考题125

习题125



第6章气体的流动和压缩127

6.1一元稳定流动的基本方程式127

6.1.1连续性方程127

6.1.2能量方程式128

6.1.3过程方程128

6.2促使流速改变的条件129

6.2.1力学条件129

6.2.2几何条件130

6.3喷管的热力计算131

6.3.1流速的计算131

6.3.2流速与状态参数的关系132

6.3.3临界流速和临界压力比133

6.3.4喷管形状的选择134

6.3.5喷管尺寸的计算134

6.3.6喷管的校核计算136

6.4单级活塞式压气机138

6.5多级压缩和级间冷却141

思考题144

习题145



第7章热力装置及其循环147

7.1活塞式内燃机循环147

7.1.1活塞式内燃机的实际循环148

7.1.2活塞式内燃机实际循环的抽象和概括149

7.1.3活塞式内燃机理想循环的分析150

7.1.4活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较153

7.2燃气轮机装置循环156

7.2.1燃气轮机工作原理156

7.2.2燃气轮机装置定压加热理论循环156

7.2.3实际定压加热循环分析160

7.3蒸汽动力循环163

7.3.1蒸汽动力循环简述163

7.3.2朗肯循环的装置与流程164

7.3.3朗肯循环的能量分析及热效率165

7.3.4提高朗肯循环热效率的基本途径165

7.3.5有能量损失的实际蒸汽动力装置循环168

7.4制冷循环175

7.4.1压缩空气制冷循环177

7.4.2压缩蒸气制冷循环180

思考题182

习题184



第8章化学热力学基础189

8.1基本概念189

8.2热力学**定律在化学反应中的应用190

8.2.1化学反应系统的**定律表达式190

8.2.2化学反应热效应与燃料热值191

8.2.3标准生成焓193

8.2.4理想气体反应热效应Qp与QV的关系195

8.3化学反应过程的热力学**定律分析196

8.3.1燃料热值计算196

8.3.2燃烧过程放热量计算197

8.3.3理论燃烧温度199

8.4热力学第二定律在化学反应中的应用200

8.4.1化学反应过程的*大有用功200

8.4.2标准生成吉布斯函数201

8.4.3化学202

8.4.4燃料的化学203

8.4.5损失（做功能力损失）204

8.5化学平衡204

8.5.1化学反应方向和限度的判据204

8.5.2反应度205

8.5.3化学反应等温方程式206

8.5.4化学平衡常数208

8.5.5温度、压力对平衡常数的影响211

思考题212

习题212



第二篇热分析动力学

第9章热分析动力学方程214

9.1第Ⅰ类动力学方程214

9.2第Ⅱ类动力学方程215

9.2.1导出途径之一215

9.2.2导出途径之二216

9.2.3导出途径之三219

9.3两类动力学方程的比较219

习题219



第10章温度积分的近似解221

10.1温度积分221

10.2数值解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近似式优于Coats-Redfern近似式的理论依据225

10.3.7Li Chung-Hsiung近似式226

10.3.8Agrawal近似式 227

10.3.9冉全印-叶素近似式 229

10.3.10冯仰婕-袁军近似式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）表达式和温度积分近似式一览表237

10.5∫T0T′mexp(－ERT′)dT′的计算239

习题240



第11章热分析曲线的动力学分析-积分法242

11.1Phadnis法242

11.2冯仰婕-陈炜-邹文樵法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-叶素法247

11.11冯仰婕-袁军-邹文樵-戴浩良法248

11.12Zsakó法248

11.13MacCallum-Tanner法248

11.14atava-estk法249

11.15一般积分法250

11.16普适积分法250

11.17Krevelen-Heerden-Huntjens法251

11.18Broido法252

11.19Zavkovic法252

11.20Segal法253

11.21胡荣祖-高红旭-张海法254

11.22唐万军法255

习题256



第12章热分析曲线的动力学分析——微分法258

12.1Kissinger法258

12.2微分方程法259

12.3放热速率方程法261

12.4特征点分析法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

习题274



附表276

附表1能量和功率常用单位换算表276

附表2空气的热力性质表276

附表3气体的平均比定压热容279

附表4气体的平均比定容热容280

附表5气体的平均定压容积热容281

附表6气体的平均定容容积热容282

附表7某些理想气体的标准生成焓、焓和101.325kPa下的绝对熵283

附表8平衡常数的对数值（lnKp）285



参考文献286