工程热力学

工程热力学热力学是研究热现象中,物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系,以及状态发生变化时,系统与外界相互作用的学科。
工程热力学是热力学最先发展的一个分支,它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用,是机械工程的重要基础学科之一。
工程热力学的基本任务是:通过对热力系统、热力平衡、热力状态、热力过程、热力循环和工质的分析研究,改进和完善热力发动机、制冷机和热泵的工作循环,提高热能利用率和热功转换效率。
为此,必须以热力学基本定律为依据,探讨各种热力过程的特性;研究气体和液体的热物理性质,以及蒸发和凝结等相变规律;研究溶液特性也是分析某些类型制冷机所必需的。现代工程热力学还包括诸如燃烧等化学反应过程,溶解吸收或解吸等物理化学过程,这就又涉及化学热力学方面的基本知识。
工程热力学是关于热现象的宏观理论,研究的方法是宏观的,它以归纳无数事实所得到的热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律作为推理的基础,通过物质的压力 、温度、比容等宏观参数和受热、冷却、膨胀、收缩等整体行为,对宏观现象和热力过程进行研究。
这种方法,把与物质内部结构有关的具体性质,当作宏观真实存在的物性数据予以肯定,不需要对物质的微观结构作任何假设,所以分析推理的结果具有高度的可靠性,而且条理清楚。这是它的独特优点。
古代人类早就学会了取火和用火,不过后来才注意探究热、冷现象的实质。但直到17世纪末,人们还不能正确区分温度和热量这两个基本概念的本质。在当时流行的“热质说”统治下,人们误认为物体的温度高是由于储存的“热质”数量多。1709~1714年华氏温标和1742~1745年摄氏温标的建立,才使测温有了公认的标准。随后又发展了量热技术,为科学地观测热现象提供了测试手段,使热学走上了近代实验科学的道路。
1798年,朗福德观察到用钻头钻炮筒时,消耗机械功的结果使钻头和筒身都升温。1799年,英国人戴维用两块冰相互摩擦致使表面融化,这显然无法由“热质说”得到解释。1842年,迈尔提出了能量守恒理论,认定热是能的一种形式,可与机械能互相转化,并且从空气的定压比热容与定容比热容之差计算出热功当量。
英国物理学家焦耳于1840年建立电热当量的概念,1842年以后用不同方式实测了热功当量。1850年,焦耳的实验结果已使科学界彻底抛弃了“热质说”。公认能量守恒、能的形式可以互换的热力学第一定律为客观的自然规律。能量单位焦耳就是以他的名字命名的。
热力学的形成与当时的生产实践迫切要求寻找合理的大型、高效热机有关。1824年,法国人卡诺提出著名的卡诺定理,指明工作在给定温度范围的热机所能达到的效率极限,这实质上已经建立起热力学第二定律。但受“热质说”的影响,他的证明方法还有错误。1848年,英国工程师开尔文根据卡诺定理制定了热力学温标。1850年和1851年,德国的克劳修斯和开尔文先后提出了热力学第二定律,并在此基础上重新证明了卡诺定理。
1850~1854年,克劳修斯根据卡诺定理提出并发展了熵的概念。热力学第一定律和第二定律的确认,对于两类“永动机”的不可能实现作出了科学的最后结论,正式形成了热现象的宏观理论热力学。同时也形成了“工程热力学”这门技术科学,它成为研究热机工作原理的理论基础,使内燃机、汽轮机、燃气轮机和喷气推进机等相继取得迅速进展。
与此同时,在应用热力学理论研究物质性质的过程中,还发展了热力学的数学理论,找到了反映物质各种性质的相应的热力学函数,研究了物质在相变、化学反应和溶液特性方面所遵循的各种规律 。1906年,德国的能斯脱在观察低温现象和化学反应中发现热定理;1912年,这个定理被修改成热力学第三定律的表述形式。
二十世纪初以来,对超高压、超高温水蒸汽等物性,和极低温度的研究不断获得新成果。随着对能源问题的重视,人们对与节能有关的复合循环、新型的复合工质的研究发生了很大兴趣。
工程热力学.图书书 名: 工程热力学

作者:杨玉顺
出版社:机械工业出版社
出版时间: 2009-6-1
ISBN: 9787111265825
开本: 16开
定价: 41.00元
内容简介全书分为四个部分:热力学基本概念和基本定律、工质的热力性质、热力过程及热力循环、化学热力学基础和能量直接转换及可再生能源。本书注重基本理论的阐述,注重理论与工程实践的联系,注重结合课程内容对学生进行热力学分析方法和思维能力的训练。本书各章附有例题、思考题和习题。附录有较详细的热工图表。此外,各章附有知识结构框图,便于学生掌握各章知识要点及其相互联系。多数章后还附有热力学史方面的选读材料,旨在使学生了解重要热力学概念、定律的来龙去脉及创立过程,从中受到科学家创新精神的启迪和科学素养的熏陶。
本书可作为热能动力、热力发动机、飞行器动力、制冷与低温技术、工程热物理、核工程及能源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。
作者简介杨玉顺:[1]男,1948年3月出生于黑龙江省哈尔滨市,1981年3月哈尔滨工业大学涡轮机专业研究生毕业,工学硕士。曾任哈尔滨工业大学能源科学与工程学院热工教研室主任、副院长、学院党委书记、能源与环境工程中心主任。现任哈尔滨工业大学教授、教学带头人,教育部高等学校热工基础课程教学指导分委员会副主任委员。毕业近三十年来,主要从事工程热物理和工程热力学及不可逆过程热力学的教学与科研工作,出版学术专著一部(合著)、编写教材四种,发表科研与教学论文三十余篇,获国家自然科学、科技进步奖和省级教学优秀奖、教学成果奖等十余项。
图书目录前言
常用符号表
绪论
0.1能源及我国能源面临的主要问题
0.2热能及其利用
0.3能量转换装置的工作过程
0.4工程热力学的研究对象及其主要研究内容
0.5热力工程及热力学发展简史
0.6热力学的研究方法
思考题
第1部分热力学基本概念和基本定律
第1章基本概念
1.1热力系
1.2状态和状态参数
1.3平衡状态
1.4状态方程和状态坐标图
1.5过程和循环
1.6功和热量
本章要求重点与讨论
思考题
习题
选读之一帕斯卡与大气压
第2章热力学第一定律
2.1 能量守恒原理及热力学第一定律的实质
2.2热力学第一定律表达式
2.3稳定流动能量方程的应用
2.4功和热量的计算及其在压容图和温熵图中的表示
本章要求重点与讨论
思考题
习题
选读之二能量守恒定律和热力学第一定律的建立
第3章热力学第二定律
3.1热力学第二定律的任务
3.2可逆过程和不可逆过程
3.3状态参数熵
3.4热力学第二定律的表达式——熵方程
3.5热力学第二定律各种表述的等效性
3.6卡诺定理和卡诺循环
3.7克劳修斯积分式
3.8热量的可用能及其不可逆损失
3.9流动工质的(火用)和(火用)损
3.10工质的(火用)和(火用)损
3.11关于(火用)损的讨论及(火用)方程
3.12热力学第二定律对工程实践的指导意义
本章要求重点与讨论
思考题
习题
选读之三卡诺的热机理论
选读之四热力学第二定律的建立
选读之五熵概念渊源初探
选读之六统计力学的奠基人——玻耳兹曼
第2部分工质的热力性质
第4章气体的热力性质
4.1实际气体和理想气体
……
第3部分热力过程及热力循环
第4部分化学热力学基础和能量直接转换及可再生能源
附录
参考文献