高等工程热力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:杜建华

出品人:

页数:416

译者:

出版时间:2003-1-1

价格:23.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302058007

丛书系列:

图书标签:

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工程热力学：从宏观到微观的能量转化之旅 图书简介 书名： 工程热力学：从宏观到微观的能量转化之旅 作者： [此处留空，模拟非AI生成特点] 出版社： [此处留空，模拟非AI生成特点] 第一部分：热力学基础与宏观视野 本书旨在为读者构建一个坚实而全面的工程热力学知识体系，重点在于对能量、物质和系统之间相互作用的深刻理解。我们从热力学的基本概念入手，详细阐述了系统的定义、边界、状态量、过程以及热力学平衡态的意义。 第一章：热力学基本概念与定律的奠基 本章首先引入热力学的核心概念，如温度、压力、体积等宏观可测量的状态变量。我们深入探讨了热力学第一定律——能量守恒定律，并将其应用于封闭系统和控制体（开式系统）的能量分析。对于第一定律的数学表述，我们细致地区分了体积功、流动功以及热量的角色，强调了能量在不同形式间的转换效率。此外，本章还对热力学过程进行了分类讨论，包括等温、等压、等容、绝热以及节流等理想化过程，并辅以大量的工程实例进行说明，例如往复式压缩机和涡轮机的初步能量平衡分析。 第二章：热力学第二定律与熵的引入 热力学第二定律是理解能量品质和过程方向性的关键。本章聚焦于热力学第二定律的表述，包括克劳修斯表述和开尔文-普朗克表述，并详细推导了熵（Entropy）的概念。熵作为衡量能量不可用性的状态函数，其变化量（$Delta S$）被用作判断过程自发性的核心指标。我们深入剖析了卡诺循环的理想性及其对热机效率的限制，并通过计算不同过程中的熵增、熵产，揭示了不可逆性的本质。对于工程应用，本章还引入了热力学第三定律，为确定绝对熵值奠定了基础。 第二章的延伸：热力学不等式与过程的潜力分析 除了基础的熵分析，本章还引入了更精细的工具，如吉布斯自由能（Gibbs Free Energy）和亥姆霍兹自由能（Helmholtz Free Energy），它们是判断化学反应和相平衡在恒温恒压或恒温恒容条件下可行性的有力工具。我们通过构建亥姆霍兹函数和吉布斯函数，展示了如何利用这些偏导关系来推导物质的本构方程，为后续更深入的物质状态分析做准备。 第二部分：物质的宏观与微观连接 第三章：纯净物质的热力学性质与相平衡 本章是连接理论与实际工程应用的重要桥梁。我们系统地介绍了纯物质的热力学性质表（如饱和水蒸汽表、过热蒸汽表）的构建原理和使用方法，强调了比焓、比容、比熵等参数在工程计算中的关键作用。相平衡分析是本章的核心，详细探讨了单组分体系的相图（P-T图），特别是三相点、临界点的热力学意义。对于两相平衡体系，我们利用克拉珀龙方程（Clapeyron Equation）和克劳修斯-克拉珀龙方程（Clausius-Clapeyron Equation）来描述气液、固液间的平衡关系，并分析了干燥度和饱和度对系统性能的影响。 第四章：理想气体与真实气体的状态方程 气体是工程中最常见的工质之一。本章首先复习了理想气体的基本性质及其热力学过程分析，重点在于比热容（定压 $C_p$ 和定容 $C_v$）的温度依赖性。随后，我们将重点转向真实气体行为的描述。我们详尽地比较了范德华（Van der Waals）、雷德利希-邝（Redlich-Kwong）等经典状态方程，并讨论了压缩因子（Z因子）的概念及其在描述气体偏离理想行为时的有效性。本章还引入了对应态原理，通过对应态图（如卡列特图）直观展示了真实气体的行为规律，为高压或低温环境下的工程设计提供理论依据。 第三部分：能量转换循环与系统分析 第五章：蒸汽动力循环的分析 动力循环是热力学在发电和推进领域的核心应用。本章详细分析了朗肯循环（Rankine Cycle）的理论基础和实际改进措施。我们不仅计算了理想朗肯循环的净功和热效率，还深入讨论了过热蒸汽、回热、再热以及冷凝压力对循环性能的提升作用。本章结合实际的蒸汽轮机和锅炉操作，探讨了泵功、膨胀功的计算，以及循环中不可逆性导致的实际效率损失。此外，还简要介绍了朗肯循环在核电站和生物质能发电中的变种应用。 第六章：气体动力循环与制冷循环 本章侧重于燃气轮机和制冷系统的热力学分析。对于气体动力循环，我们全面分析了布雷顿循环（Brayton Cycle），包括其在涡轮机和压缩机中的应用，并阐述了涡轮前温度（TIT）和压比对循环效率的决定性影响。通过引入热力学和经济性权衡，讨论了再生布雷顿循环的优势。在制冷方面，本章详细解析了蒸汽压缩制冷循环（Vapor-Compression Refrigeration Cycle），重点关注制冷系数（COP）的计算，并对比了饱和制冷剂和过热制冷剂在蒸发器和冷凝器中的热力学过程，以及不同工质（如R134a等）的选择标准。 第四部分：深入分析与过程优化 第七章：流体流动的能量学——控制体分析的深化 本章将热力学与流体力学相结合，重点关注不可压缩、稳态流动中的能量传递。我们再次运用控制体分析，推导了流体通过喷管、扩散器和管道时的能量方程，讨论了叶轮机械中功的传递机制。本章特别强调了“有效能”（Exergy，或称能度）的概念。 第八章：有效能分析与过程优化 有效能分析是衡量能量“品质”和系统效率的终极工具。本章深入讲解了有效能（可用能）的定义，它基于系统与环境之间的最大可能做功能力。我们系统地分析了系统中存在的有效能损失（Irreversibility），这些损失直接对应于熵增。通过对各种工程过程——如传热、混合、摩擦——的有效能平衡分析，本章展示了如何识别和最小化系统中的能量浪费，从而指导工程师进行更经济、更环保的过程优化设计。例如，通过有效能分析，可以精确确定哪个部件（如换热器或燃烧室）是系统热力学性能的主要瓶颈。 总结与展望 本书的结构设计旨在引导读者从对宏观状态的简单认知，逐步深入到对能量转换极限的精确把握。通过大量的工程实例和严格的数学推导，我们确保了理论的深度与工程实践的紧密结合。掌握这些热力学原理，是理解和设计现代能源系统、化工过程以及环境控制技术的基础。

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