熱工基礎

篇，篇工程熱力學，共七章，包括：熱力學基本概念；熱力學第一定律及其應用；理想氣體及其熱力過程；熱力學第二定律；水蒸汽；氣體和蒸汽的流動；蒸汽動力裝置循環；另外一篇為傳熱學，共四章，包括：導熱；對流換熱；熱輻射及輻射換熱；傳熱過程與換熱器。本書按照相關專業人才培養方案和課程教學標準要求，並結合高職高專教育的特點精選教材內容，本書作為專業理論基礎教材，編寫中既要遵循學生的認知規律，同時也應圍繞培養高技能人才的目標，注重工學結合，強化應用。為便於教學與學生學習，每章安排了學習目標、小結、自測練習題。

言

緒論

【學習目標】1

0 1能量、能源和熱能的利用1

0 2火力發電廠的生產過程4

0 3“熱工基礎”課程的主要內容及其

在專業中的作用7

小結9

自測練習題9

第一篇工程熱力學10

第1章熱力學基本概念10

【學習目標】10

1 1熱力系及類型10

1 1 1熱力系、外界和邊界10

1 1 2熱力系的類型11

1 2平衡狀態及基本狀態參數13

1 2 1工質的狀態與狀態參數13

1 2 2基本狀態參數14

1 2 3狀態方程和狀態參數坐標圖18

1 3熱力過程19

1 3 1准平衡過程20

1 3 2可逆過程20

1 4功與熱量22

1 4 1功 22

1 4 2熱量24

1 5熱力循環26

1 5 1熱力循環及其類型26

1 5 2正向循環及其熱效率27

1 5 3逆向循環及其性能係數28

小結29

自測練習題30

第2章熱力學第一定律及其應用34

【學習目標】34

2 1熱力系的儲存能與熱力學能34

2 1 1熱力學能34

2 1 2外部儲存能35

2 1 3熱力系的總儲存能35

2 2熱力學第一定律的實質及表述36

2 3閉口系能量方程式36

2 4開口系的穩定流動能量方程式和焓39

2 4 1穩定流動和推動功39

2 4 2穩定流動能量方程式41

2 4 3焓和技術功42

2 5穩定流動能量方程的應用45

2 5 1換熱設備45

2 5 2熱力發動機45

2 5 3泵與風機46

2 5 4噴管與擴壓管46

小結47

自測練習題49

第3章理想氣體及其熱力過程53

【學習目標】53

3 1理想氣體狀態方程式53

3 1 1理想氣體與實際氣體53

3 1 2理想氣體狀態方程式及其應用54

3 2理想氣體的比熱容56

3 2 1比熱容的定義及分類56

3 2 2比定容熱容和比定壓熱容57

3 2 3真實比熱容、平均比熱容與定值

比熱容59

3 3理想氣體的熱力學能、焓和熵變化量

的計算62

3 3 1理想氣體的熱力學能、焓變化量

的計算62

3 3 2理想氣體的熵變化量的計算63

3 4理想混合氣體的性質64

3 4 1混合氣體的基本狀態參數及基本

定律64

3 4 2混合氣體的成分表示方法65

3 4 3混合氣體的平均千摩爾質量與

平均氣體常數66

3 4 4混合氣體分壓力的確定67

3 4 5混合氣體的比熱容67

3 5理想氣體的基本熱力過程68

3 5 1定容過程69

3 5 2定壓過程70

3 5 3定溫過程71

3 5 4絕熱過程72

3 5 5多變過程74

小結75

自測練習題77

第4章熱力學第二定律82

【學習目標】82

4 1熱力學第二定律的實質和表述82

4 1 1自發過程的特性82

4 1 2熱力學第二定律的表述83

4 1 3過程方向性與能量品質變化的

關係84

4 2卡諾循環與卡諾定理85

4 2 1卡諾循環85

4 2 2卡諾定理86

4 2 3等效卡諾循環86

4 3熵與孤立系統熵增原理89

4 3 1熵的導出89

4 3 2不可逆過程熵的變化——熵流

和熵產90

4 3 3孤立系統熵增原理與做功能力

損失91

4 4參數及分析方法簡介94

4 4 1的定義94

4 4 2熱量94

4 4 3穩定流動工質的94

小結95

自測練習題96

第5章水蒸氣99

【學習目標】99

5 1水的相變及相圖99

5 1 1汽化與凝結99

5 1 2飽和狀態100

5 1 3水的相圖(p—T圖)101

5 2水蒸氣的定壓產生過程102

5 2 1水蒸氣定壓產生過程的三個階

段102

5 2 2水蒸氣的p—v圖與T—s圖104

5 2 3高參數水蒸氣對電廠鍋爐汽水

受熱面的影響106

5 3水蒸氣的狀態參數和水蒸氣表106

5 3 1焓、熵值零點的規定106

5 3 2飽和水與干飽和蒸汽熱力性質

表107

5 3 3未飽和水與過熱蒸汽熱力性質

表108

5 3 4水蒸氣熱力性質表的應用108

5 4水蒸氣的h—s圖110

5 4 1水蒸氣h—s圖的構成110

5 4 2水蒸氣h—s圖的應用111

5 5水蒸氣的典型熱力過程112

5 5 1定壓過程113

5 5 2可逆絕熱過程(定熵過程)113

5 6濕空氣的性質115

5 6 1干空氣和濕空氣115

5 6 2濕空氣的狀態及狀態參數115

5 6 3濕空氣應用實例118

小結119

自測練習題120

第6章氣體和蒸汽的流動123

【學習目標】123

6 1一維穩定流動的基本方程式123

6 1 1連續性方程123

6 1 2穩定流動的能量方程式124

6 1 3過程方程式124

6 1 4聲速與馬赫數124

6 2管內定熵流動的基本特性125

6 2 1流速變化與壓力變化間的關係125

6 2 2流速變化與比體積變化間的關

系126

6 2 3管道截面變化的規律126

6 2 4臨界參數與滯止參數128

6 3噴管的計算129

6 3 1出口流速計算129

6 3 2臨界壓力比及臨界流速130

6 3 3噴管的形狀選擇130

6 3 4噴管的尺寸計算131

6 3 5噴管內有摩擦阻力的絕熱流動132

6 4絕熱節流133

6 4 1節流過程及其特性133

6 4 2絕熱節流的應用134

小結136

自測練習題137

第7章蒸汽動力裝置循環141

【學習目標】141

7 1朗肯循環141

7 1 1以水蒸氣為工質的卡諾循環141

7 1 2朗肯循環的組成142

7 1 3朗肯循環的熱經濟指標計算143

7 1 4有摩擦阻力的實際循環144

7 1 5提高朗肯循環熱效率的基本途

徑145

7 2再熱循環148

7 2 1再熱循環的裝置系統圖和T—s

圖149

7 2 2再熱循環的熱經濟指標計算149

7 2 3再熱循環分析150

7 3回熱循環151

7 3 1回熱循環的裝置系統圖和T—s

圖152

7 3 2回熱循環的熱經濟性指標計算152

7 3 3回熱循環分析154

7 3 4同時採用回熱和再熱的蒸汽動

力循環155

7 4熱電聯產循環156

7 5燃氣—蒸汽聯合循環簡介158

7 6核能發電廠循環161

小結165

自測練習題166

第二篇傳熱學170

第8章導熱170

【學習目標】170

8 1傳熱學概述170

8 2導熱的基本概念及基本定律173

8 2 1基本概念173

8 2 2基本定律176

8 2 3導熱係數和保溫材料177

8 3通過平壁的一維穩態導熱179

8 3 1單層平壁導熱179

8 3 2多層平壁導熱181

8 4通過圓筒壁的一維穩態導熱184

8 4 1單層長圓筒壁的一維穩態導熱184

8 4 2多層圓筒壁導熱186

8 5非穩態導熱187

8 5 1非穩態導熱及其類型187

8 5 2熱擴散率a189

8 5 3火電廠非穩態導熱實例分析190

小結191

自測練習題192

第9章對流換熱196

【學習目標】196

9 1對流換熱概述196

9 1 1對流換熱的概念196

9 1 2對流換熱的計算公式199

9 1 3影響對流換熱的因素199

9 2對流換熱的研究方法201

9 3流體無相變的對流換熱203

9 3 1管內強制對流換熱203

9 3 2流體繞流圓管的對流換熱208

9 3 3自然對流換熱211

9 4流體有相變的對流換熱214

9 4 1凝結換熱215

9 4 2沸騰換熱218

小結222

自測練習題223

第10章熱輻射及輻射換熱227

【學習目標】227

10 1熱輻射的基本概念227

10 1 1熱輻射的本質和特徵227

10 1 2物體的熱輻射特性——吸收、

反射和透射228

10 1 3輻射力和黑度231

10 2熱輻射的基本定律232

10 2 1普朗克定律和維恩位移定律232

10 2 2斯蒂芬 玻爾茲曼定律233

10 2 3蘭貝特餘弦定律235

10 2 4實際物體的輻射特性和基爾

霍夫定律235

10 3物體間輻射換熱的計算237

10 3 1輻射角係數237

10 3 2黑體表面之間的輻射換熱240

10 3 3灰體表面之間的輻射換熱241

10 3 4輻射換熱的強化與削弱245

10 4氣體輻射和太陽輻射248

10 4 1氣體輻射的特點248

10 4 2太陽輻射簡介249

小結250

自測練習題252

第11章傳熱過程與換熱器257

【學習目標】257

11 1換熱器及其分類257

11 1 1換熱器的類型257

11 1 2表面式換熱器的主要形式259

11 2傳熱過程及傳熱方程式261

11 2 1傳熱過程的基本概念261

11 2 2傳熱方程式262

11 3通過平壁和圓筒壁的傳熱過程263

11 3 1通過平壁的傳熱過程263

11 3 2通過圓筒壁的傳熱過程265

11 4傳熱的強化與削弱267

11 4 1強化傳熱267

11 4 2削弱傳熱270

11 5表面式換熱器的傳熱計算273

11 5 1傳熱計算的基本方程式273

11 5 2平均溫差的計算274

11 5 3表面式換熱器的傳熱計算方

法277

11 6火電廠典型換熱器傳熱過程分析281

11 6 1鍋爐各受熱面的傳熱分析282

11 6 2汽輪機主要輔助設備的傳熱

分析283

小結284

自測練習題286

附錄291

附錄A291

附表1常用單位換算表291

附表2氣體的平均質量定壓熱容cpt0292

附表3氣體的平均質量定容熱容cVt0293

附表4氣體的平均體積定壓熱容c′pt0294

附表5氣體的平均體積定容熱容c′Vt0295

附表6飽和水與干飽和蒸汽的熱力性質(按溫度排列)296

附表7飽和水與干飽和蒸汽的熱力性質(按壓力排列)298

附表8未飽和水與過熱蒸汽的熱力性質300

附表9飽和水的熱物理性質307

附表10標準大氣壓(pb=1 01325×105Pa)下過熱水蒸氣的熱物理性質308

附表11標準大氣壓(pb=1 01325×105Pa)下干空氣的熱物理性質308

附表12標準大氣壓(p=1 01325×105Pa)下煙氣的熱物理性質309

附表13幾種油的熱物理性質309

附表14幾種材料的密度、熱導率、比熱容和熱擴散率310

參考文獻311

附錄B水蒸氣的焓—熵圖插頁