工程热力学.pdf

前言本书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”中“热工课程教学内容和课程体系改革的研究与实践”项目的研究成果，教育部热工课程“九五”规划教材。本书是根据国家教育委员会制定的多学时“工程热力学课程教学基本要求”(1995年修订版)以及多年来工程热力学课程教学内容和课程体系改革的实践经验，并考虑到21世纪初叶的教学需要，在第二版的基础上修订而成的。编写中特别注意到热工科技的发展及高等教育的发展趋势，在加强基础理论的同时注意吸收当今热工科技的新成果，注意联系工程实践，注意学生创新能力的培养。本书保持了第二版的体系，对工程热力学的基本概念、基本定律，气体及蒸汽的热力性质，各种热力过程和循环的分析计算及化学热力学基础知识等内容作了比较详细的论述，力求帮助读者能较好地掌握能量守恒原理、能量贬值原理以及基本热力过程和循环的计算和分析方法。同时，本书根据上述基本要求增删了一些内容以满足21世纪初叶的教学需要。本书增加了非稳态流动过程、熵方程、用、用平衡方程、通用焓图与通用熵图、饱和蒸气压方程、单元系相平衡及水和水蒸气热力性质程序简介等内容；精简了热力学第二定律和熵的统计意义、热力学一般关系式在求实际气体的h和s等函数时的应用、二冲程活塞式内燃机的循环、增压式内燃机及其循环等内容。为了更好地培养学生的自学能力，一些内容让学生通过独立思考自己去解决，如流动混合改写成例题或习题。为了帮助学生复习掌握所学的理论知识，本书各章的例题、思考题和习题有较大的加强。编撰这些例题、思考题和习题时，力求使其有代表性、启发性和灵活性。这些题目中有些也可作为课堂讨论的题材。本书中水和水蒸气的热力性质采用我国学者严家瞬教授等编制的水和水蒸气热力性质图表中的数据。书中的名词术语、单位均符合国家标准。参加本书修订工作的有沈维道教授、蒋智敏教授（第三、四、五、十三章）和童钧耕教授（绪论及第一、二、六、七、八、九、十、十一、十二、十四章），受沈维道教授和蒋智敏教授委托，全书最后由童钩耕统稿。本书主审人哈尔滨工业大学严家绿教授仔细审阅了书稿，提出了许多宝贵意见。1999年7月教育部热工课程教学指导委员会会议对书稿进行了认真审2前言阅。对热工课程教学指导委员会和严家瞬教授，以及对本书的编写给予过帮助的各位同志和教研室同仁，在此一并表示衷心感谢。由于水平所限，书中难免有不妥之处，敬请读者不吝指正编者2000年9月内容简介本书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”中“热工课程教学内容和课程体系改革的研究与实践”项目的研究成果，是面向21世纪课程教材和教有部热工课程“九五”规划教材。本书系根据国家教有委员会制定的多学时“工程热力学课程教学基本要求”(1995年修订版)，在第二版的基础上，考虑到21世纪初叶的教学需要修订而成的。本书保持了第二版的体系，主要讲述了工程热力学的基本概念、基本定律，气体及蒸汽的热力性质，各种热力过程和循环的分析计算及化学热力学基础知识等内容，在阐明工程热力学的基本内容的同时，吸收了当今热工科技的新成果，加强了熵产与不可逆过程作功能力损失等内容的阐述，增加了熵方程、烟、烟平衡方程等内容。本书在加强基础理论的同时，注意联系工程实践，注意学生创新能力的培养。本书既继承了第二版便于自学的特点，又在内容的深度与广度方面有所充实。经教育部热工课程教学指导委员会审订，可作为能源、热能机械、核工程及化学工程等专业的工程热力学教材，也可供有关工程技术人员参考。第一章基本概念1-1热能在热机中转变成机械能的过程当今热力工程所利用的热源物质主要是矿物燃料。从燃料燃烧中得到热能，以及利用热能得到动力的整套设备（包括辅助设备），统称热能动力装置。热能动力装置可分为蒸汽动力装置及燃气动力装置两大类。下面以内燃机和蒸汽动力装置为例分析热能动力装置中的能量转换情况。内燃机的主要部分为气缸、活塞（图1一1）。内燃机工作时，活塞作往复运动，由于这一运动并借助于连杆和曲柄使内燃机曲轴转动，以带动工作机器。燃料和空气的混合物在气缸中燃烧，释放出大火花塞量热能，使燃气的温度、压力大大高于周围介质的进气阀温度和压力而具备作功的能力。它在气缸中膨胀（阀作功，推动活塞，这时气体的能量通过曲柄连杆机气缸构传给装在内燃机曲轴上的飞轮，转变成飞轮的动活能。飞轮的转动带动曲轴，向外作出轴功，同时完成活塞的逆向运动，排出废气，为下一轮进气作好准备。每经过一定的时间间隔，空气和燃料即被送入气缸中，并在其中燃烧、膨胀，推动活塞作功。这曲轴样，活塞不断地往复运动，曲轴则连续回转。飞轮从气体那里所得到的能量，除了部分作为带动活塞逆向运动所需的能量外，其余部分传递给工作机械加以利用。此外，排出的废气把一部分燃料化学能图1-1内燃机示意图转换来的热能排向环境大气。蒸汽动力装置的系统简图如图1一2所示。这是由锅炉、汽轮机、冷凝器、泵等组成的一套热力设备。燃料在锅炉中燃烧，使化学能转变为热能，锅炉沸水管内的水吸热后变为蒸汽，并且在过热器内过热，成为过热蒸汽。此时蒸汽的温度、压力比外界介质（空气）的温度及压力高，具有作功的能力。当它被导入汽轮机后，先通过喷管膨胀，速度增大，热力学能转变成动能。这样，具有一定动能的