流體與過程熱力學
流體與過程熱力學
本書基本構架分作兩部分：第2章至第4章介紹基礎物性與工程熱力學知識部分，第5章至第8章介紹化學熱力學知識部分。在第1章“緒論”里，主要介紹熱力學的學科範疇與沿革發展；本課程的內容、應用與學習目的。第2章“流體的pVT關係”討論單組分流體和氣體混合物的狀態方程，這是熱力學物性模型的基礎。第3章“流體的熱力學性質：焓與熵”以剩餘性質和偏摩爾性質的概念為基礎，解決計算流體狀態性質的方法。第4章“能量利用過程與循環”結合流動體系 的熱力學第一定律，介紹流體壓縮與膨脹等熱力過程，以及動力循環、製冷與熱泵和流體的液化。第5章“過程熱力學分析”則是從熱力學第二定律，引出函數的概念，並討論過程與系統的分析。以第6章“流體熱力學性質：逸度與活度”中建立起來的逸度與活度的熱力學模型為基礎，在第7章“流體相平衡”中討論汽液相平衡分析方法與數據檢驗方法，在第8章“化學平衡”中則討論均相與非均相流體的化學平衡分析方法。
本書附有思考題與習題供師生參考，附錄給出了常用的熱力學物性數據和圖表，而且在附屬的光碟中給出了計算熱力學物性軟體Therm 60。
本書可作為高等院校過程技術專業(如化工、石油與天然氣、建材、冶金、輕紡、電力、食品等專業）的本科課程和碩士課程的選用教材，亦可作為相關專業（如熱能工程類專業、能源或環境工程類專業）的本科生、研究生、科研與技術人員的教材或參考書、工具書。
第1章 緒論1
1.1 範疇1
1.2 沿革與發展2
1.3 課程內容3
1.4 應用與教學目的4
1.4.1 學科位置與應用4
1.4.2 教學目的4
1.5 學習輔助資料5
第2章 流體的pVT關係7
2.1 單組分流體的pVT行為7
2.2 均相流體pVT行為的模型化11
2.2.1 不可壓縮流體與狀態方程11
2.2.2 氣體的非理想性及其修正13
2.3 單組分的汽液相平衡的模型：蒸氣壓方程16
2.4 virial方程17
2.4.1 方程基本形式17
2.4.2 舍項方程18
2.4.3 virial係數的獲取18
2.5 立方型狀態方程19
2.5.1 vanderWaals方程19
2.5.2 立方型狀態方程的普適形式20
2.5.3 幾種常用的立方型方程21
2.5.4 立方型方程參數的決定21
2.5.5 汽相及類似汽相體積的根23
2.5.6 液相及類似液相體積的根23
2.6 狀態方程的普遍化關聯25
2.6.1 Pitzer的三參數普遍化關聯式與Edmister的壓縮因子圖25
2.6.2 Lee Kesler方程25
2.6.3 普遍化的第二virial係數27
2.7 狀態方程的選用30
2.8 飽和液體的體積關聯式33
2.9 氣體混合物的pVT關係35
2.9.1 虛擬臨界性質與Kay規則35
2.9.2 狀態方程的混合規則與相互作用參數37
2.9.3 泡點下的液體混合物密度41
第3章 流體的熱力學性質：焓與熵43
3.1 純流體的熱力學關係43
3.1.1 基本關係式43
3.1.2 焓和熵表示為T及p的函數45
3.1.3 Gibbs函數作為基本運算的函數47
3.2 熱容、蒸發焓與蒸發熵48
3.2.1 理想氣體的熱容48
3.2.2 液體的熱容48
3.2.3 蒸發焓與蒸發熵48
3.3 剩餘性質50
3.4 以狀態方程計算剩餘性質53
3.4.1 利用virial方程求MR53
3.4.2 利用立方型方程求MR55
3.4.3 利用Lee Kesler關聯式求MR57
3.5 純流體的焓變與熵變的計算61
3.6 熱力學性質圖和表64
3.6.1 類型與構成64
3.6.2 熱力學性質圖繪製原理66
3.6.3 水蒸氣表67
3.7 多組分流體的熱力學關係68
3.8 偏摩爾性質及其與流體性質關係71
3.8.1 偏摩爾性質的加成關係71
3.8.2 偏摩爾性質間的關係72
3.8.3 偏摩爾性質的計算73
3.8.4 Gibbs Duhem方程76
3.9 混合性質與多組分流體性質78
3.9.1 理想混合物78
3.9.2 混合性質79
3.10 多組分流體焓變與熵變的計算82
3.10.1 焓變與熵變的計算基本公式82
3.10.2 焓濃圖84
第4章 能量利用過程與循環87
4.1 熱力學第一定律與能量平衡方程87
4.1.1 開放體系的質量平衡87
4.1.2 能量平衡的一般式88
4.1.3 穩流體系的能量平衡90
4.1.4 測量焓的流動卡計91
4.1.5 焓變的應用92
4.2 流體壓縮與膨脹95
4.2.1 氣體壓縮95
4.2.2 流體膨脹98
4.3 動力循環100
4.3.1 蒸汽動力循環100
4.3.2 燃氣動力循環105
4.3.3 聯合動力循環108
4.4 製冷與熱泵109
4.4.1 Carnot製冷循環109
4.4.2 蒸氣壓縮製冷循環110
4.4.3 製冷劑的選擇112
4.4.4 吸收式製冷113
4.4.5 熱泵114
4.5 液化過程115
第5章 過程熱力學分析119
5.1 熱力學第二定律與熵平衡方程119
5.1.1 熵產生與熵平衡方程119
5.1.2 能量質量的差異121
5.2 函數122
5.2.1 的概念122
5.2.2 環境參考態124
5.2.3 功和熱的126
5.2.4 物質的標準126
5.2.5 穩定流動體系的128
5.3 平衡方程131
5.3.1 損失與穩流系的平衡方程131
5.3.2 效率133
5.4 過程與系統的分析135
5.4.1 “過程 體系”的分析方法135
5.4.2 “狀態 體系”的分析方法138
第6章 流體熱力學性質：逸度與活度141
6.1 逸度141
6.1.1 純組分的逸度141
6.1.2 純組分汽液相平衡時的逸度142
6.1.3 多組分體系中組分的逸度143
6.1.4 Lewis Randall規則144
6.1.5 剩餘性質的基本關係144
6.2 逸度的計算145
6.2.1 氣體純組分逸度的計算145
6.2.2 液體純組分逸度的計算147
6.2.3 多組分體系逸度的計算150
6.3 活度155
6.3.1 純液體與固體組分的活度155
6.3.2 液態多組分體系中的組分的活度156
6.3.3 活度與混合性質159
6.4 超額性質160
6.4.1 超額Gibbs函數160
6.4.2 超額Gibbs函數與活度係數162
6.4.3 超額性質的本質163
6.5 活度係數模型165
6.5.1 ScatchardHildebrand方程與溶解度參數165
6.5.2 Redlich Kister經驗式166
6.5.3 Margules模型167
6.5.4 vanLaar模型168
6.5.5 局部組成模型168
6.5.6 活度係數模型的選用170
第7章 流體相平衡176
7.1 穩定性準則176
7.2 汽液相平衡的相圖179
7.3 汽液相平衡模型化185
7.3.1 平衡判據185
7.3.2 汽液相平衡基本關係式185
7.3.3 溶液體系的汽液相平衡關係187
7.4 互溶系的共沸現象189
7.5 汽液相平衡的基本計算190
7.5.1 露點和泡點的計算191
7.5.2 閃蒸的計算198
7.5.3 DePriester列線圖與K值關聯汽液相平衡201
7.6 熱力學一致性檢驗206
7.7 液液相平衡209
7.7.1 液液相平衡相圖209
7.7.2 液液相平衡的模型化210
第8章 化學平衡214
8.1 化學平衡模型化方法214
8.1.1 反應進度214
8.1.2 反應體系的獨立反應數217
8.1.3 化學平衡判據219
8.1.4 平衡常數220
8.2 氣相單一反應平衡223
8.3 氣相多個反應平衡228
8.4 液相反應平衡230
8.4.1 液體混合物反應平衡230
8.4.2 溶液反應平衡232
8.5 非均相反應平衡233
8.5.1 氣固相反應平衡233
8.5.2 氣液相反應平衡236
思考題與習題241
附錄254
參考文獻295
