工程热力学原理_刘昌明主编_9787111794318

本书以生活中常见现象为例引入热力学基本理论温度、压力、体积的热力学关系，相变及能量的各种转换形式等，继而将热力学理论应用到汽车发动机、空调/冰箱压缩机、常规发电站和核电站、太阳能工业，甚至拓展到航空发动机、火箭发动机的分析设计。本书让读者在掌握热力学基本原理的基础上，能直接与现代工业实践相结合，了解并掌握工业前沿领域的热力学应用。例如，从气体动力循环中的机动车发动机Otto/Diesel循环，到蒸汽发电厂Rankine循环，再到用于核电站和飞机推进的气体涡轮发动机Brayton循环，以及在气体涡轮发动机基础上发展而成的、在飞机发动机中应用广泛的涡轮风扇发动机。作为涡轮风扇发动机的延伸，本书还介绍了超声速飞机和火箭推进标准设备，以及可压缩流、静滞焓、马赫数和冲击波等相关理论。
本书拓宽了读者学科前沿领域的视野，让每一位读者都可以成为生活中的工程师。本书可作为高等学校机械工程、机械电子工程、车辆工程等机械类或近机械类专业的教材，也可作为其他机电结合专业学习工程热力学原理的教材，还可作为制冷制热、汽车、发电、航空航天工程领域有关技术人员的参考用书。

当下制造业正经历着一场世界性的变革，以诊断、数智为代表的高端制造模式已成为推动新质生产力发展的第一源动力。结合国家教学新基建对教育教学新模式、面向前沿科技新应用的提升要求，本书拟打造兼具热力学基本原理、诊断测试技术、可压缩流在航空发动机中的测试与应用的理论、实践、前沿对接的立体化教材，更好地培养读者爱国情怀，提升读者创新思维和实践能力。
目前从对以诊断、数智为代表的课程建设现状的分析可以看出，建立在理论与实践，尤其是与前沿技术相结合的课程仍十分匮乏。以工程热力学为例，大多数教材的主要篇幅集中在对热力学基本定律等理论知识的讲解，没有充分体现跨学科、跨专业，以及前沿技术与理论的结合，无法满足教育教学建设的需要。而在课程体系建设方面，将理论、实践、前沿对接的立体化教学模式尚缺乏建设。本书汲取了许多同类教材的优点，根据目前热力学教学的发展趋势进行编写，是一本综合性较强的教材，适用于大部分工科专业同类课程的学生和科技工作者学习与参考。
本书的主要特点如下：
1）合理处理传统内容与现代内容的关系，在内容选取上贯彻少而精的原则，简化公式的推导，突出热力学应用特色，有助于读者掌握相对系统实用的热力学原理基础。
2）为突出重点、突破难点、紧贴实际，习题大部分以工程设备作为背景，适当提高了习题的难度，力求对读者的认知和分析能力有一定的帮助。
3）不再单纯地介绍热力学原理，而是围绕工程电器、交通工具、电力系统、航空航天领域中能量与能量传递机制、能量守恒、能量转换与诊断监测等问题的设计与原理展开叙述，围绕热力学三大定律，紧贴工程实践，以设备为主线，着重强调热力学变化过程中伴随的物理机理。
本书拟形成以读者为中心的教学体系，打破专业边界、知识边界、课堂边界与前沿技术边界，推进热力学与前沿技术的深度交叉融合，从创新思维、创新方法、创新实践三个维度构建创新创造能力，最终服务于满足制造强国战略发展的高素质专业化人才的培养需求。
本书由武汉科技大学刘昌明教授任主编并统稿。参与本书编写的有武汉科技大学刘昌明教授、华中科技大学李文龙教授、中冶南方工程技术有限公司褚学征高工、三峡大学王林军教授、武汉科技大学袁锐副教授、张磊副教授、郭万富讲师、武壮硕士生。感谢武汉科技大学李友荣教授和王兴东教授对本书编写过程中的帮助。
本书编写的具体分工如下：第1、6、7章由刘昌明编写，第2、3章由袁锐编写，第4、10章由郭万富和武壮编写，第5章由张磊编写，第8、12章由李文龙编写，第9章由褚学征编写，第11章由王林军编写。
本书的编写得到了教育部高等学校教学指导委员会各位委员的指导，还得到了中国机械工业教育协会的大力支持，在此一并表示衷心的感谢。
由于编者水平所限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。

编者

前言
第1章导言和基本概念1
11热力学与能量学1
12尺寸和单位2
13系统的种类6
14系统的属性8
15密度和比重8
16状态与平衡9
17过程和循环10
18温度和热力学第零定律12
19压力13
110压力测量装置16
111问题解决技巧20
习题20
第2章能量、能量的传递及其分析22
21能量的各种形式23
22热量传递28
23能量传递的方式之一做功29
24机械做功的方式32
25热力学第一定律35
26能量转换效率40
习题45
第3章纯物质的属性47
31纯物质47
32纯物质的相48
33纯物质的相变过程48
34相变过程的属性图52
35属性表56
36理想气体状态方程63
37压缩系数与理想气体行为偏差的量度65
38其他状态方程67
习题69
第4章封闭系统的能量分析71
41移动边界做功71
42封闭系统的能量守恒76
43比热容79
44理想气体的比内能、比焓和比热容80
45固体和液体的比内能、比焓和比热容85
习题87
第5章控制体积系统的质量和能量分析89
51质量守恒定律89
52流动功和流动能量92
53稳定流动系统的能量分析94
54一些稳定流动的工程装置96
55非稳定流动过程的能量分析102
习题105
第6章热力学第二定律106
61热源107
62热机107
63冰箱和热泵110
64永动机114
65可逆过程和不可逆过程115
66卡诺循环117
67卡诺原理119
68热力学温标120
69卡诺热机121
610卡诺制冷机和热泵123
习题125
第7章熵126
71熵的定义126
72熵增原理129
73纯物质的熵变131
74等熵过程132
75熵的属性图133
76熵的物理意义135
77Tds的关系136
78液体和固体的熵变137
79理想气体的熵变139
710可逆稳态功143
711最大限度地减少压缩机的做功输入145
712稳态流动设备的等熵效率148
713熵的守恒152
习题159
第8章气体动力循环162
81动力循环分析的基本考虑因素162
82卡诺循环及其工程价值164
83空气标准假设165
84往复式发动机概述165
85Otto循环：SI发动机的理想循环166
86Diesel循环：CI发动机的理想循环171
87Stirling和Ericsson循环172
88Brayton循环：气体涡轮发动机的理想循环175
89再生Brayton循环180
810具有中间冷却、再热和再生功能的Brayton循环181
811理想喷射脉冲循环184
习题187
第9章蒸汽动力循环189
91卡诺蒸汽循环189
92Rankine循环：蒸汽动力循环的理想循环190
93实际蒸汽动力循环与理想蒸汽动力循环的偏差193
94提高Rankine循环热效率的方法195
95理想再热Rankine循环198
96理想再生Rankine循环200
97热电联产206
98燃气蒸汽联合循环209
习题211
第10章制冷循环212
101制冷机和热泵212
102逆向卡诺循环213
103理想蒸汽压缩制冷循环214
104实际蒸汽压缩制冷循环217
105合适制冷剂的选择218
106热泵系统219
107创新的蒸汽压缩制冷系统220
108气体制冷循环224
109吸收式制冷系统226
习题228
第11章气体蒸气混合物和空调229
111干燥空气和大气空气229
112空气的比湿度和相对湿度230
113露点232
114绝热饱和和湿球温度233
115湿度表236
116人体舒适度与空调237
117空调工作过程238
习题245
第12章可压缩流246
121静滞特性246
122声速和马赫数249
123一维等熵流250
124通过喷嘴的等熵流255
125冲击波和膨胀波260
126具有传热和可忽略摩擦的管道流动（Rayleigh流）269
127蒸汽喷嘴274
习题276
参考文献277
附录二维码278

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