本书是清华大学精品课“工程热力学”的教学材料之一，可作为主教材《工程热力学（第3版）》的教学参考用书，也可单独使用。为了便于与主教材对照参考，本书各章的排序与主教材基本相同。每章内容包括主要要求、内容精要、思考题和习题的详细解答以及解题中易出现的问题和相关提示等。内容安排循序渐进，注重引导读者清晰理解和掌握基本概念、基本定律及基本定理，明确重点和难点，培养从热力学的角度抽象和解决实际问题的思维和能力。
内容安排循序渐进，注重引导读者清晰理解和掌握基本概念、基本定律及基本定理，明确重点和难点，培养从热力学的角度抽象和解决实际问题的思维和能力。
普通高等教育“十一五”规划教材
清华大学能源动力系列教材
工程热力学精要与题解(第2版)
Engineering Thermodynamics Summaries,
Problems and Solutions(Second Edition)
吴晓敏编著
内 容 简 介
本书是清华大学精品课“工程热力学”的教学材料之一，可作为主教材《工程热力学（第3版）》的教学参考用书，也可单独使用。为了便于与主教材对照参考，本书各章的排序与主教材基本相同。每章内容包括主要要求、内容精要、思考题和习题的详细解答以及解题中易出现的问题和相关提示等。内容安排循序渐进，注重引导读者清晰理解和掌握基本概念、基本定律及基本定理，明确重点和难点，培养从热力学的角度抽象和解决实际问题的思维和能力。
本书适宜读者对象： 能源、动力、工程热物理、制冷与低温、化工及核工程等专业学生、教师及工程技术人员等。
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图书在版编目 （CIP） 数据
工程热力学精要与题解 / 吴晓敏编著. 2版. 北京 : 清华大学出版社, 2025. 8.
(清华大学能源动力系列教材). ISBN 9787302700739
Ⅰ. TK123
中国国家版本馆CIP数据核字第2025TY7201号
责任编辑： 冯昕
封面设计： 常雪影
责任校对： 薄军霞
责任印制： 刘海龙
出版发行： 清华大学出版社
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印装者： 天津安泰印刷有限公司
经销： 新华书店
开本： 185mm×260mm印张： 13〓〓 字数： 316千字
版次： 2012年9月第1版2025年9月第2版印次： 2025年9月第1次印刷
定价： 39.00元
产品编号： 08760501
前言
能源危机和环境污染是制约世界经济和人类社会发展的重要问题。在我国，此问题则更加突出： 我国人均占有能源量仅为世界平均水平的1/2，且能源利用率低下。为此，节能是我们的基本国策。而工程热力学是研究热能与其他形式能量转换规律的一门学科，是节能的理论基础，是能源、动力、制冷与低温、化工及核工程等专业的重要的专业技术基础课。
笔者多年从事工程热力学的一线教学工作，教学实践中发现，一些同学感觉工程热力学的基本概念、基本定律和基本定理似乎并不难，但在解答具体问题时常常不知如何着手，还有一些同学在解答问题中逻辑不清、推导不够规范等，为此在教学中时常为同学提供习题解答参考，同学们反映习题解答参考对他们的学习帮助很大。为了给更多的同学及相关人员在工程热力学的学习中提供更多的帮助与参考，特对习题解答参考进行了全面整理与完善。另外，针对同学们反映的工程热力学内容略显庞杂难以抓住重点等问题，提炼了内容精要，明确了基本要求，从而形成本书。
为了便于与主教材对照参考，本书各章的排序与主教材基本相同。各章内容包括主要要求、内容精要、思考题和习题的详细解答以及同学们做题中易出现的问题和相关提示等。内容安排循序渐进，注重引导读者清晰理解和掌握基本概念、基本定律及基本定理，明确重点和难点，培养读者从热力学的角度抽象和解决实际问题的思维和能力。
在本版修订中，主要增加了绝热稳定流动系统熵增原理。目前在大多数工程热力学教材及习题集中，与稳定流动过程相关的热力学第二定律问题常采用孤立系统熵增原理来处理，而这是错误的，因为含有稳定流动过程的系统有工质的进出，并非孤立系统。本书经推导提出的绝热稳定流动系统熵增原理是解决含有稳定流动过程系统的热力学第二定律问题的科学、严谨的方法。另外，结合时代发展对某些习题进行了修改完善以及新增了一些习题等。
本书适宜读者对象： 能源、动力、工程热物理、制冷与低温、化工及核工程等专业学生、教师及工程技术人员等。
本书编写过程中汲取了清华大学工程热物理研究所及兄弟院校同仁丰富的教学经验及成果，并参考了一些国外教材的内容，在此一并致谢。由衷地感谢给予笔者关心、支持和帮助的各位前辈、各位同仁、助教以及清华大学出版社的相关工作人员。
书中若有错误或不妥之处，请读者不吝指正。
作者
2025年春于清华园
主要符号表
拉 丁 字 母
A截面积
a声速
An,an总； 比
C,c热容，临界点； 比热容，速度
cp,cV定压比热容； 定容比热容
C′容积热容
Cm摩尔热容
d比湿度，汽耗率
E,e总能； 比能
Ek,Ep动能； 位能
Ex,Exm,e； 摩尔； 比
F,f亥姆霍兹函数； 比亥姆霍兹函数
G,Gm,g吉布斯函数； 摩尔吉布斯函数； 比吉布斯函数
°f标准生成吉布斯函数
H,Hm,h总焓，磁场强度； 摩尔焓； 比焓
°f标准生成焓
［-ΔHlf］，［-ΔHhf］低发热量； 高发热量
i分子运动自由度
Kp,Kx平衡常数
k比热容比
M摩尔质量
Ma马赫数
m,m·质量； 质量流率
n摩尔数，准静态功的数目，多变指数
P功率
p压力
pb,pg,pv环境压力，大气压力； 表压力； 真空度
Q,q传热量，反应热； 单位质量的传热量
Qp定压过程传热量，定压热效应
Qv定容过程传热量，定容热效应
r汽化潜热
R,Rm气体常数； 摩尔气体常数，通用气体常数
S,Sm,s熵； 摩尔熵； 比熵
S°m，S°m（T）标准状态的非常熵； TK，101.325 kPa下的非常熵
T,t热力学温度； 摄氏温度
U,Um,u总热力学能（亦称总内能）； 摩尔热力学能（亦称摩尔内能）； 比热力学能（亦称比内能）
V,Vm,v容积； 摩尔容积； 比容
W,w容积变化功，闭口系统净功； 比容积变化功，闭口系统比净功
Wnet,wnet开口系统净功； 开口系统比净功
Ws,ws轴功； 比轴功
Wt,wt技术功； 比技术功
x干度
xi摩尔成分
Z压缩因子
z高度
希 腊 字 母
α抽汽量，离解度
αv,αp弹性系数； 定压热膨胀系数
βT，βs定温压缩系数； 绝热压缩系数
γi容积成分
ε制冷系数，内燃机压缩比，反应度
ε′供热系数
η,ηt效率； 热效率
ηoi相对内效率
ηV压气机容积效率
λ内燃机定容增压比
μ化学势
μJ焦汤系数
νcr临界压力比
π单位质量工质做功能力损失或损失，燃气轮机循环增压比
ρ密度，内燃机定压预胀比
σ回热度，表面张力
τ时间，燃气轮机循环增温比
φ相对湿度，速度系数
wi质量成分
ζ能量损失系数
下标
吴晓敏，清华大学热能工程系教授、博导。研究领域强化传热、换热器技术、制冷、相变传递过程与机理、环保节水及节能新技术等。曾获中国石油和化工自动化行业科技进步二等奖等多项奖项。
目录
第1章基本概念
1-1处理工程热力学问题的一般方法
1-2本章主要要求
1-3本章内容精要
1-3-1热力系统
1-3-2状态和状态参数
1-3-3基本状态参数
1-3-4平衡状态及状态参数坐标图
1-3-5准静态过程与可逆过程
1-3-6功
1-3-7热量与熵
1-3-8热力循环
1-4思考题及解答
1-5习题详解及简要提示
第2章热力学优质定律
2-1本章主要要求
2-2本章内容精要
2-2-1主要概念
2-2-2热力学优质定律及各种系统的能量方程
2-2-3常用热力设备的能量方程
2-3思考题及解答
2-4习题详解及简要提示
第3章理想气体的性质与过程
3-1本章主要要求
3-2本章内容精要
3-2-1定容比热容和定压比热容
3-2-2理想气体概念及状态方程
3-2-3理想气体比热容、内能、焓及熵的计算
3-2-4理想气体绝热过程的分析
3-2-5理想气体典型热力过程的综合分析
3-2-6活塞式压气机压气过程的分析
3-3思考题及解答
3-4习题详解及简要提示
第4章热力学第二定律与熵
4-1本章主要要求
4-2本章内容精要
4-2-1热力学第二定律的经典表述
4-2-2卡诺定理与卡诺循环
4-2-3克劳修斯不等式与熵的导出
4-2-4熵变与传热量的关系及熵变计算
4-2-5孤立系熵增原理及做功能力损失
4-2-6熵方程
4-2-7绝热稳定流动系统熵增原理
4-2-8关于熵的小结
4-2-9物理
4-3思考题及解答
4-4习题详解及简要提示
第5章气体动力循环
5-1本章主要要求
5-2本章内容精要
5-2-1活塞式内燃机的三种理想循环及其对比
5-2-2勃雷登循环与燃气动力的实际循环
5-2-3提高勃雷登循环热效率的主要途径
5-3思考题及解答
5-4习题详解及简要提示
第6章水蒸气的性质与过程
6-1本章主要要求
6-2本章内容精要
6-2-1工质物态变化的相关术语
6-2-2水及水蒸气状态参数的确定
6-2-3水蒸气的定压及绝热过程分析
6-3思考题及解答
6-4习题详解及简要提示
第7章蒸汽动力循环
7-1本章主要要求
7-2本章内容精要
7-2-1朗肯循环及其分析
7-2-2实际蒸汽动力循环的热效率及分析
7-2-3改进循环等提高热效率的措施
7-3思考题及解答
7-4习题详解及简要提示
第8章制冷及热泵循环
8-1本章主要要求
8-2本章内容精要
8-2-1空气压缩制冷循环
8-2-2蒸气压缩制冷循环
8-2-3热泵循环
8-3思考题及解答
8-4习题详解及简要提示
第9章理想混合气体和湿空气
9-1本章主要要求
9-2本章内容精要
9-2-1混合气体的质量成分与摩尔成分
9-2-2分压定律与分容积定律
9-2-3混合气体的参数计算及绝热混合熵增
9-2-4湿空气及其性质
9-2-5比湿度的确定和湿球温度
9-2-6湿空气的焓湿图及基本热力过程
9-3思考题及解答
9-4习题详解及简要提示
第10章热力学微分关系式及实际气体的性质
10-1本章主要要求
10-2本章内容精要
10-2-1吉布斯方程及麦克斯韦关系
10-2-2熵、内能、焓及比热容的微分关系式
10-2-3克拉珀龙方程和焦-汤系数
10-2-4实际气体对理想气体性质的偏离
10-2-5维里方程与范德瓦耳斯状态方程
10-2-6对比态原理与通用压缩因子图
10-3思考题及解答
10-4习题详解及简要提示
第11章气体在喷管中的流动
11-1思考题及解答
11-2习题详解及简要提示
第12章化学热力学基础
12-1本章主要要求
12-2本章内容精要
12-2-1热力学优质定律在化学反应中的应用
12-2-2化学反应过程的热力学第二定律分析
12-2-3化学平衡
12-2-4热力学第三定律与非常熵
12-3思考题及解答
12-4习题详解及简要提示
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