热工基础(周艳)

《热工基础》是为本科机械类及近机类专业学生编写的教材，分工程热力学和传热学两篇。工程热力学部分将理想气体的性质及其相关热力过程合成一章，气体动力循环、水蒸气和蒸汽动力循环以及制冷循环等几章紧接在热力学第一、第二定律之后，以便学生加深对基本定律的理解，更好地掌握与运用基本定律;传热学部分在阐述三种基本传热方式的基础上，讲解了传热过程分析和换热器的计算，这部分内容对学生解决实际工程中的传热问题很有帮助。 为了帮助学生复习以及培养学生独立思考和解决问题的能力，每章附有例题、思考题和习题，这些题的针对性、启发性与工程性较强，并与正文内容配合较好。在工程热力学部分附加了重点难点内容的在线资源，学生可以通过扫描二维码实现课下自学与复习。 《热工基础》可作为机械类及近机类专业本科生的教材，也可供相关专业人员参考。

周艳，青岛科技大学机电工程学院，能源与动力工程系系主任，副教授，主要教学经历； 2002年化工过程机械专业硕士毕业，然后任教于青岛科技大学，期间于2010年获工学博士学位。 自2002年以来，承担了本科专业的教学工作，主讲课程有《工程热力学》、《换热设备专题》、《工业炉》、《强化传热技术》、《太阳能利用技术》等。 10年主讲的《工程热力学》课程获山东省省级精品课程，11年所在教学团队获山东省省级优秀教学团队，12年参研的《化工机械专业培养内涵研究》获校级教学成果一等奖，13年参研的《国际化背景下化工过程机械专业硕士研究生教学模式研究》获省级教学成果二等奖；09年主持的实验项目《制冷压缩机性能实验》获校级精品实验。多次在学院主办的教学标兵评比活动中获“教学标兵”荣誉称号。目前主持校级教学立项1项，参与省级教学立项1项。撰写教研论文7篇。 主要教学、科学研究、实践经历: 自2002年以来，参与完成了青岛市科技计划项目1项，山东省教育厅科技计划项目1项，山东省自然基金项目1项，国家自然基金项目1项，横向项目3项。目前主持青岛市科技计划项目1项，山东省自然基金项目1项，国家自然基金项目1项，参与国家自然基金项目1项，山东省科技攻关项目1项，横向项目1项。撰写科技论文20余篇，其中EI收录10余篇。

0绪论1 0.1热能和热能利用1 0.2热工理论发展简史1 0.3热工理论的研究对象和方法3 工程热力学篇 1基本概念6 1.1热力系统6 1.2状态及状态参数7 1.2.1状态定义及状态参数的特征7 1.2.2温度8 1.2.3比体积及密度8 1.2.4压力8 1.3平衡状态、状态方程式、坐标图10 1.4工质的状态变化过程11 1.4.1准平衡过程11 1.4.2可逆过程和不可逆过程11 1.5过程功和热量12 1.5.1可逆过程的功12 1.5.2有用功12 1.5.3过程热量13 1.6热力循环13 思考题15 习题15 2热力学第一定律17 2.1热力学第一定律的实质及表达式17 2.2热力学第一定律在闭口系统中的表达17 2.2.1热力学能和总能17 2.2.2闭口系统的能量守恒方程18 2.3开口系统稳定流动过程的热力学第一定律19 2.3.1推动功和流动功19 2.3.2焓19 2.3.3稳定流动的特征20 2.3.4稳定流动的能量守恒方程式20 2.4技术功21 2.4.1技术功的定义21 2.4.2可逆过程中的技术功21 2.5稳定流动能量方程式的应用23 思考题24 习题24 3理想气体的性质与热力过程27 3.1理想气体的性质27 3.1.1理想气体的概念27 3.1.2理想气体的状态方程27 3.1.3理想气体的比热容28 3.1.4理想气体的热力学能、焓和熵31 3.2理想气体混合物33 3.2.1理想气体混合物的基本定律33 3.2.2混合气体的成分、摩尔质量及气体常数34 3.2.3理想气体混合物热力性质的计算34 3.3理想气体的热力过程35 3.3.1研究热力过程的目的及一般方法35 3.3.2理想气体的基本热力过程35 3.3.3多变过程42 3.4气体的压缩过程46 3.4.1单级活塞式压气机的工作原理46 3.4.2多级压缩和级间冷却48 3.4.3余隙容积对压气机的影响49 3.5气体在喷管中的流动过程51 3.5.1稳定流动中的基本方程式51 3.5.2喷管截面的变化规律51 3.5.3喷管的计算52 思考题56 习题56 4热力学第二定律59 4.1自发过程的方向性与热力学第二定律的表述59 4.1.1自发过程的方向性59 4.1.2热力学第二定律的表述59 4.2卡诺循环与卡诺定理60 4.2.1卡诺循环60 4.2.2卡诺定理61 4.3热力学第二定律的数学表达式63 4.3.1克劳修斯不等式63 4.3.2熵的导出65 4.3.3不可逆过程的熵变66 4.4熵增原理68 4.4.1孤立系统的熵增原理68 4.4.2做功能力的损失70 思考题70 习题71 5气体动力循环74 5.1活塞式内燃机的实际循环74 5.1.1活塞式内燃机实际循环的简化74 5.1.2活塞式内燃机的理想循环76 5.1.3活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较78 5.2燃气轮机装置的循环79 5.2.1燃气轮机装置简介79 5.2.2燃气轮机装置定压加热理想循环——布雷顿循环79 思考题81 习题82 6水蒸气的热力性质及蒸汽动力循环83 6.1水的定压加热汽化过程83 6.2水和水蒸气的状态参数84 6.2.1水蒸气表85 6.2.2水蒸气图87 6.3水蒸气的基本热力过程88 6.4蒸汽动力装置循环90 6.4.1朗肯循环90 6.4.2朗肯循环分析91 6.4.3蒸汽参数对循环的影响92 6.4.4提高蒸汽动力循环效率的其他措施93 思考题95 习题95 7制冷循环97 7.1空气压缩式制冷循环97 7.2蒸气压缩式制冷循环99 7.3吸收式制冷循环100 7.4热泵101 思考题102 习题102 传热学篇 8传热的基本形式和传热过程104 8.1热量传递的基本方式104 8.1.1热传导104 8.1.2热对流105 8.1.3热辐射106 8.2传热过程简介107 8.2.1传热过程和传热方程107 8.2.2复合换热109 思考题110 习题110 9导热112 9.1导热理论基础112 9.1.1温度场112 9.1.2导热基本定律113 9.1.3导热系数113 9.1.4导热微分方程114 9.1.5单值性条件116 9.2稳态导热117 9.2.1通过平壁的稳态导热117 9.2.2通过圆筒壁的稳态导热120 9.2.3通过肋片的稳态导热123 9.3非稳态导热127 9.3.1非稳态导热的基本概念127 9.3.2集总参数法128 9.3.3一维非稳态导热问题的分析解131 思考题136 习题137 10对流传热139 10.1对流传热概述139 10.1.1牛顿冷却公式139 10.1.2对流传热的影响因素140 10.1.3对流传热的主要研究方法141 10.2对流传热问题的数学描述142 10.2.1传热微分方程142 10.2.2对流传热微分方程组142 10.2.3对流传热的单值性条件144 10.3边界层与边界层传热微分方程组145 10.3.1边界层的概念145 10.3.2边界层传热微分方程组147 10.4流体外掠平板层流传热147 10.4.1对流传热特征数关联式147 10.4.2外掠平板层流传热分析解149 10.5对流传热的实验研究151 10.5.1相似原理151 10.5.2特征数实验关联式的常用形式151 10.6单相流体强迫对流传热特征数关联式153 10.6.1管内强迫对流传热153 10.6.2外部强迫对流传热159 10.7大空间自然对流传热163 10.7.1大空间自然对流传热特点163 10.7.2大空间自然对流传热的实验关联式164 10.8凝结与沸腾传热166 10.8.1凝结传热166 10.8.2沸腾传热170 思考题172 习题173 11辐射换热175 11.1热辐射的基本概念175 11.1.1热辐射和电磁波谱175 11.1.2吸收比、反射比和透射比176 11.1.3黑体辐射176 11.1.4辐射强度177 11.1.5辐射力178 11.2黑体辐射178 11.2.1普朗克定律178 11.2.2斯蒂芬-玻尔兹曼定律179 11.2.3兰贝特定律181 11.3实际物体辐射181 11.3.1实际物体的辐射特性182 11.3.2实际物体的吸收特性184 11.3.3基尔霍夫定律184 11.4角系数185 11.4.1角系数的定义185 11.4.2角系数的性质185 11.4.3角系数的计算方法186 11.5两表面封闭系统的辐射传热190 11.5.1两黑体表面间的辐射传热190 11.5.2有效辐射190 11.5.3两灰体表面组成的封闭系统的辐射换热191 11.5.4遮热板193 11.6多个灰体表面组成的封闭系统的辐射换热195 思考题197 习题198 12传热过程与换热器201 12.1传热过程201 12.1.1通过平壁的传热过程201 12.1.2 通过圆筒壁的传热过程202 12.1.3通过肋壁的传热过程204 12.2换热器205 12.2.1换热器的分类205 12.2.2换热器中传热平均温差的计算207 12.2.3换热器的传热计算210 思考题211 习题211 附录213 附录1几种气体的比定压热容213 附录2理想气体的平均比定压热容214 附录3气体的平均比定压热容的直线关系式214 附录4空气的热力性质215 附录5气体的热力性质216 附录6低压时一些常用气体的比热容217 附录7一些常用气体25℃、100kPa*时的比热容218 附录8饱和水和饱和蒸汽的热力性质（按温度排列）219 附录9饱和水和饱和蒸汽的热力性质(按压力排列)220 附录10水和过热蒸汽的热力性质222 附录11氨（NH3）饱和液和饱和蒸气的热力性质227 附录12过热氨（NH3）蒸气的热力性质228 附录13氟利昂134a的饱和性质（温度基准）229 附录14氟利昂134a的饱和性质（压力基准）230 附录15过热氟利昂134a蒸气的热力性质231 附录16水蒸气焓-熵（h-s）图233 参考文献234