工程热力学（第4版）内容简介

《工程热力学（第4版）》基本保持了第3版的体系，全书共13章，以能量传递、转移过程中数量守恒和质量蜕变为主线，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热力学在化学过程中的应用等内容。

《工程热力学（第4版）》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是在第3版的基础上，根据教育部新制定的“高等学校工科本科工程热力学（多学时）教学基本要求”，并总结近年来教学研究和教学改革成果修订而成的。

2007年12月10日，《工程热力学（第4版）》由高等教育出版社出版。

• 配套教材

• 课程资源

《工程热力学（第4版）》提供有电子教案、与纸质教材内容配套的光盘资源，《工程热力学（第4版）》所附光盘内包含工程热力学导论录像、多媒体课件、各章习题的提示及答案、气体热力性质查询软件及工程热力学名词和术语查询软件等内容。

《工程热力学（第4版）》基本保持了第3版的体系，在加强基础理论的同时注意吸收当今热工科技的新成果，注意联系工程实践和学生创新能力的培养，既继承了前几版便于自学的特点，又进一步拓展了内容的广度和深度。

沈维道：上海交通大学教授。

童钧耕：上海交通大学教授。 2100433B

绪论

0-1热能及其利用

0-2热能转换装置的工作过程

0-2-1蒸汽动力装置的工作原理

0-2-2燃气轮机装置的工作原理

0-2-3内燃机的工作原理

0-2-4压缩制冷装置的工作原理

0-3工程热力学的研究对象及其主要内容

0-4热力学的研究方法

第1章基本概念

1-1热力系统

1-1-1系统与外界

1-1-2闭口系统与开口系统

1-1-3简单系统、绝热系统与孤立系统

1-1-4均匀系统与非均匀系统，单元系统与多元系统

1-2状态和状态参数

1-2-1热力系统的状态和状态参数

1-2-2状态参数的数学特性

1-2-3广延参数与强度参数

1-3基本状态参数

1-3-1压力

1-3-2比容及密度

1-3-3温度

1-4平衡状态

1-4-1平衡状态的概念

1-4-2实现平衡的充要条件

1-5状态方程和状态参数坐标图

1-5-1状态公理

1-5-2状态方程

1-5-3状态参数坐标图

1-6准静态过程与可逆过程

1-6-1准静态过程

1-6-2耗散效应

1-6-3可逆过程

1-7功量

1-7-1功的定义

1-7-2准静态过程中的容积变化功——膨胀功和压缩功

1-7-3其他形式的准静态功

1-8热量与熵

1-8-1热量

1-8-2熵

1-8-3T-S图

1-9热力循环

思考题

习题

第2章热力学第一定律

2-1热力学第一定律的实质

2-2储存能

2-2-1内部储存能——内能

2-2-2外部储存能

2-2-3系统的总储存能

2-3闭口系统的能量方程

2-4开口系统的能量方程

2-4-1推进功

2-4-2开口系统的能量方程

2-4-3焓

2-5稳定流动能量方程

2-5-1稳定流动能量方程

2-5-2稳定流动过程中几种功的关系

2-5-3准静态条件下的技术功wt

2-5-4准静态条件下热力学第一定律的两个解析式

2-5-5机械能守恒关系式

2-6稳定流动能量方程的应用

2-6-1热交换器

2-6-2动力机械

2-6-3压缩机械

2-6-4喷管

2-6-5绝热节流

思考题

习题

第3章理想气体的性质与过程

3-1理想气体状态方程

3-2热容

3-2-1热容的定义和单位

3-2-2比定容热容和比定压热容

3-3理想气体的内能、焓和比热容

3-3-1理想气体内能和焓的特性

3-3-2理想气体的比热容

3-3-3理想气体内能和焓的计算

3-4理想气体的熵

3-5研究热力过程的目的和方法

3-6绝热过程

3-6-1绝热过程的过程方程

3-6-2过程初、终态基本状态参数间的关系

3-6-3过程曲线

3-6-4绝热过程中的能量转换

3-7基本热力过程的综合分析

3-7-1多变过程方程

3-7-2多变过程的分析

3-7-3应用p-v图与T-s图分析多变过程

3-8变比热容的可逆绝热过程

3-9气体的压缩

3-10活塞式压气机的过程分析

3-10-1压气机理论压气功

3-10-2分级压缩、中间冷却

3-10-3活塞式压气机的余隙影响

思考题

习题

第4章热力学第二定律与熵

4-1自然过程的方向性

4-1-1摩擦过程

4-1-2传热过程

4-1-3自由膨胀过程

4-1-4混合过程

4-1-5燃烧过程

4-2热力学第二定律的实质与表述

4-3卡诺循环与卡诺定理

4-3-1卡诺循环

4-3-2卡诺定理

4-4热力学温标

4-5熵的导出

4-6克劳修斯不等式

4-7不可逆过程熵的变化

4-7-1不可逆过程熵变分析

4-7-2熵变的计算

4-8孤立系统熵增原理

4-8-1孤立系统熵增原理

4-8-2做功能力损失

4-8-3热力学第二定律的局限性

4-9熵方程

4-9-1封闭系统的熵方程

4-9-2开口系统的熵方程

4-9-3关于熵的小结

4-10及其计算

4-10-1与能

4-10-2物理的计算

思考题

习题

第5章气体动力循环

5-1活塞式内燃机动力循环

5-1-1活塞式内燃机实际循环的抽象与概括

5-1-2活塞式内燃机的理想循环

5-2活塞式内燃机各种理想循环的比较

5-2-1具有相同的压缩比和吸热量的比较

5-2-2具有相同的最高压力和最高温度的比较

5-2-3最高压力和热负荷q1相同的比较

5-3斯特林循环

5-4勃雷登循环

5-4-1燃气轮机装置的理想循环

5-4-2燃气轮机装置的实际循环

5-5提高勃雷登循环热效率的其他途径

5-5-1采用回热

5-5-2回热基础上的分级压缩中间冷却

5-5-3回热基础上的分级膨胀中间再热

5-6喷气式发动机简介

思考题

习题

第6章水蒸气

6-1纯物质的热力学面及相图

6-2汽化与饱和

6-3水蒸气的定压发生过程

6-3-1水的定压预热过程

6-3-2饱和水定压汽化过程

6-3-3干饱和蒸气的定压过热过程

6-4水及水蒸气状态参数的确定及其热力性质图表

6-4-1水及水蒸气状态参数的确定原则

6-4-2水及水蒸气热力性质表

6-4-3水蒸气焓熵图

6-5水蒸气的热力过程

6-5-1定压过程

6-5-2绝热过程

6-5-3定温过程

思考题

习题

第7章蒸汽动力循环

7-1概述

7-2朗肯循环

7-2-1朗肯循环定量计算方法

7-2-2朗肯循环定性分析

7-2-3蒸汽参数对热效率的影响

7-3实际蒸汽动力循环分析

7-3-1热效率法

7-3-2分析法

7-3-3两种方法比较

7-4蒸汽再热循环

7-5回热循环

7-5-1回热循环概念

7-5-2回热循环计算

7-5-3回热循环与朗肯循环比较

7-5-4多级回热循环

7-6热电联产循环

7-7燃气-蒸汽联合循环简介

思考题

习题

第8章制冷及热泵循环

8-1空气压缩制冷循环

8-2蒸气压缩制冷循环

8-3制冷剂

8-3-1对制冷剂的热力学要求

8-3-2环境保护对制冷剂提出的新要求

8-3-3制冷剂HFC134a

8-3-4制冷剂命名规则

8-4吸收式制冷循环

8-5吸附式制冷循环

8-6热泵循环

思考题

习题

第9章理想混合气体和湿空气

9-1混合气体的成分

9-1-1成分

9-1-2成分表示方法的换算

9-1-3混合气体的平均摩尔质量和折合气体常数

9-2分压定律与分容积定律

9-2-1分压力与分压定律

9-2-2分容积与分容积定律

9-3混合气体的参数计算

9-3-1总参数的加和性

9-3-2比参数的加权性

9-3-3理想混合气体的焓

9-4理想气体绝热混合过程的熵增

9-5湿空气的性质

9-5-1饱和与未饱和

9-5-2结露和露点

9-5-3相对湿度及含湿量

9-6湿空气的焓、熵与容积

9-6-1湿空气的焓值

9-6-2湿空气的熵值

9-6-3湿空气的容积

9-7比湿度的确定和湿球温度

9-7-1绝热饱和温度

9-7-2湿球温度

9-8湿空气的焓湿图与热湿比

9-9湿空气的基本热力过程

9-9-1加热或冷却过程

9-9-2冷却去湿过程

9-9-3绝热加湿过程

9-9-4加热加湿过程

9-9-5绝热混合过程

思考题

习题

第10章热力学微分关系式及实际气体的性质

10-1研究热力学微分关系式的目的

10-2特征函数

10-2-1亥姆霍兹函数和吉布斯函数

10-2-2特征函数

10-3数学基础

10-3-1全微分的条件

10-3-2循环关系式与倒数式

10-3-3链式与不同下标式

10-3-4麦克斯韦关系

10-4热系数

10-5熵、内能和焓的微分关系式

10-5-1熵的微分关系式

10-5-2内能的微分关系式

10-5-3焓的微分关系式

10-6比热容的微分方程

10-6-1比热容与压力及比容的关系

10-6-2定压比热容与定容比热容的关系

10-7克拉贝龙方程和焦-汤系数

10-7-1克拉贝龙方程

10-7-2焦-汤系数

10-8实际气体对理想气体性质的偏离

10-9维里方程概念

10-9-1维里方程

10-9-2截断形维里方程

10-10经验性状态方程

10-10-1范德瓦尔状态方程

10-10-2R-K状态方程

10-11普遍化状态方程与对比态原理

10-11-1普遍化状态方程

10-11-2对比态原理

10-11-3通用压缩因子图

思考题

习题

第11章气体在喷管中的流动

11-1稳定流动基本方程式

11-1-1连续性方程

11-1-2能量方程式

11-1-3可逆绝热过程的过程方程

11-2声速

11-3促进速度变化的条件

11-3-1力学条件

11-3-2几何条件

11-4喷管的计算

11-4-1设计计算

11-4-2喷管的校核计算

11-5有摩擦阻力的绝热流动

11-6定熵滞止参数

思考题

习题

第12章化学热力学基础

12-1概述

12-1-1有化学反应的热力系统与平衡

12-1-2化学反应的基本过程

12-2热力学第一定律在反应系统中的应用

12-2-1化学反应系统的第一定律表达式

12-2-2化学反应热效应与燃料热值

12-2-3标准生成焓

12-2-4理想气体反应热效应Qp与QV的关系

12-3化学反应过程的热力学第一定律分析

12-3-1燃料热值计算

12-3-2燃烧过程放热量计算

12-3-3理论燃烧温度

12-4化学反应过程的热力学第二定律分析

12-4-1化学反应过程的最大有用功

12-4-2标准生成吉布斯函数

12-4-3化学

12-4-4燃料的化学

12-4-5损失(做功能力损失)

12-5化学平衡

12-5-1化学反应方向和限度的判据

12-5-2反应度

12-5-3化学反应等温方程式

12-5-4化学平衡常数

12-5-5温度、压力对平衡常数的影响

12-6热力学第三定律

12-7绝对熵及其应用

思考题

习题

习题答案

附录

参考文献

主要符号表

拉 丁 字 母

A截面积

a声速

An,an总； 比

C,c热容，临界点； 比热容，速度

cp,cV比定压热容； 比定容热容

C′容积热容

Cm摩尔热容

d比湿度，汽耗率

E,e总能； 比能

Ek,Ep动能； 位能

Ex,Exm,ex总； 摩尔； 比

F,f亥姆霍兹函数； 比亥姆霍兹函数

G,Gm,g吉布斯函数； 摩尔吉布斯函数，比吉布斯函数

°f标准生成吉布斯函数

H,Hm,h总焓； 摩尔焓； 比焓

°f标准生成焓

[-ΔHlf]，[-ΔHhf]低发热量； 高发热量

i分子运动自由度

Kp,Kx平衡常数

k比热比

M摩尔质量

Ma马赫数

m,质量； 质量流率

n摩尔数，准静态功的数目，多变指数

P功率

p压力

pb,pg,pv大气压力； 表压力； 真空度

Q,q传热量，反应热； 单位质量的传热量

Qp定压过程传热量，定压热效应

Qv定容过程传热量，定容热效应

r汽化潜热

R,Rm气体常数； 摩尔气体常数

S,Sm,s总熵； 摩尔熵； 比熵

S°m，S°m（T）标准状态的绝对熵； TK，101.325 kPa下的绝对熵

T,t热力学温度； 摄氏温度

U,Um,u总热力学能（亦称总内能）； 摩尔热力学能（亦称摩尔内能）； 比热力学能（亦称比内能）

V,Vm,v容积； 摩尔容积； 比容

W,w容积变化功，闭口系统净功； 比容积变化功，闭口系统比净功

Wnet,wnet开口系统净功； 开口系统比净功

Ws,ws轴功； 比轴功

Wt,wt技术功； 比技术功

x干度

xi摩尔成分

Z压缩因子

z高度

希 腊 字 母

α抽汽量，离解度

αv,αp弹性系数； 定压热膨胀系数

βT，βs定温压缩系数； 绝热压缩系数

γi容积成分

ε制冷系数，内燃机压缩比，反应度

ε′供热系数

η,ηt效率，热效率

ηoi相对内效率

ηV压气机容积效率

λ内燃机定容增压比

μ化学势

μJ焦-汤系数

νcr临界压力比

π单位质量工质做功能力损失或损失，燃气轮机循环增压比

ρ密度，内燃机定压预胀比

σ回热度，表面张力

τ时间，燃气轮机循环增温比

φ相对湿度，速度系数

ωi质量成分

ζ能量损失系数

下标

a干空气

c卡诺循环，临界状态，冷凝器； 压气机

c.v开口系统或控制容积

d露点

ex（亦称有效能）

f燃料，(熵)流

g(熵)产，气体

i第i种组元

in进口条件

iso孤立系统

IR不可逆机

l液体

m混合加热内燃机循环

max最大

min最小

mix混合

n多变过程

opt最佳

out出口条件

p定压，定压加热内燃机循环

P生成物，水泵

Q,q热量

Qo冷量

R可逆循环，朗肯循环，反应物

RG,RH回热循环； 再热循环

r热源，对比状态

rev可逆

s饱和状态，定熵

T定温

tu管道

U,u内能

V,v定容； 水蒸气，定容加热内燃机循环

w湿球

0死态，环境

1,2状态1与2，瞬时1与2

上标

′,″饱和液； 饱和气

﹡滞止状态

—平均

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°环境参数，标准态 2100433B

本书是根据我国高等工业学校“工程热力学课程教学基本要求”并参照清华大学热能工程、动力工程、空调、内燃机及反应堆热工等专业的教学大纲，在清华大学试用教材及多年教学实践的基础上修订而成的，并注意吸收了国内外同类教科书的经验与优点。

本书充实并强化了基本概念与基本定律的论述，力求严谨深入、由浅及深，并且还突出工程观点，使理论密切联系实际，注重培养学生灵活分析问题的能力。在编排方面注意与“物理”、“化学”等课程的衔接，起点较高，避免不必要的重复，并且将气体动力循环、蒸气动力循环、制冷循环以及湿空气过程紧接在基本定律之后，依理想气体、蒸汽与湿空气三个层次循序渐进，引导学生加深对热力学基本规律的理解、掌握与运用。全书取材广泛，内容有所拓宽，着意反映一些最新科技进展，加强了的概念、计算及应用的叙述； 介绍了保护臭氧层对制冷剂提出的新要求，首次引入了作为CFC12最有希望的替代物HFC134a的lnp-h图等。

本书可用作高等工业学校热能工程、动力工程、空调制冷、供暖通风、内燃机、反应堆热工以及工程热物理等专业的教科书或参考书，也可供有关科技人员参考。

该教材是在董景新、赵长德、郭美凤、陈志勇、李冬梅编著的《控制工程基础》第3版的基础上重新编写的。《控制工程基础》第3版自2009年6月正式出版已五年多。自第1、2、3版教材相继出版以来，该教材随着“控制工程基础”课程在全国各高等院校的机械类、仪器类等非控制专业逐渐普遍开设，以及本教材声誉的不断提升，对教材的需求量也稳步增加。自出版以来根据需求该教材多次重新印刷，第1版11年时间累计印刷11次，总印数达53000册；第2版5年多时间累计印刷10次，总印数达60000册；第3版不到5年时间就累计12次印刷，总印数已达62500册。

本课程相继被评为清华大学、北京市和国家级精品课程，国家级精品资源共享课；清华大学等院校也将本课程确定为机械学院平台课。除本校使用该教材外，另有约100所兄弟院校的仪器仪表类和机械类专业将我们编著的教材选为使用教材和研究生入学考试参考书。随着需求量的增加，我们深感责任的加重，促使我们对于教材的编写精益求精、与时俱进，于是由目前在教学第一线的教师进一步编写了第4版教材。

第4版教材在以前各版的基础上各章都作了或多或少的补充和修改。鉴于LabVIEW是更加直观方便的图形化程序编译平台，在控制工程中得到越来越多的应用，增加了LabVIEW工具在控制工程应用的内容，独立成章，该章节由刘云峰副教授完成。该章介绍了借助LabVIEW，进行控制系统的数学建模、时间响应分析、频域响应分析、系统稳定性分析和系统综合校正设计等。同时，为了方便更好地理解掌握教材其他章节论述的概念和方法，特基于LabVIEW设计编写了配合教材使用的控制系统动态仿真、分析、演示软件，不仅可以完成对控制系统在时域和频域进行特性仿真分析，还可以动态地分析和演示控制系统中不同参数及参数变化对系统特性的影响。

另外，根据实际工程和科研的基本需求和多年的教学经验，在各章节内容论述上力求概念表达清楚准确，加强对问题的归纳说明，同时也适当增加了一些诸如内模原理和内模控制简要介绍的内容。

全书由董景新教授整理统编。

该教材广泛参考了国内外同类教材和其他有关文献，保持并突出以下特点:第4版前言控制工程基础（第4版）(1) 突出机械运动作为主要受控对象，并对其数学模型和分析综合重点研究;

(2) 对自动调节原理基本内容表达清楚，着重基本概念的建立和解决机电控制问题的基本方法的阐明，并简化或略去与机电工程距离较远、较艰深的严格数学推导内容;

(3) 引入和编写较多的例题与习题，便于自学;

(4) 反映机电一体化新技术和新分析方法。

对于属于该书领域的非基本内容，但在本领域文献中时有出现的较为繁难的部分，该教材中也作了一定介绍，其有关章节前注以“”号。

在有关LabVIEW章节的编写中，得到NI公司中国区刘洋工程师在实验设备和技术方面的支持帮助，并提供了部分素材，在此致谢！

该教材的编写得到了国家高等教育精品课建设项目、北京市高等教育精品教材建设项目和清华大学精品课建设项目经费的支持，纳入985清华大学名优教材立项资助，在此表示衷心感谢。

编者2014年10月