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正版现货新书工程热力学 9787302514046 卢玫

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作者卢玫

出版社清华大学出版社

ISBN9787302514046

出版时间2017-05

装帧平装

开本16开

定价45元

货号9558335

上书时间2024-10-06

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品相描述：全新

商品描述: 作者简介
卢玫，上海理工大学教授。1982年毕业于上海理工大学（原上海机械学院）热能专业，获工学学士学位，毕业后即留校工作；1988年研究生毕业，获工学硕士学位（上海理工大学热能工程）。留校后一直在能源与动力工程学院（原动力工程学院）工作，先后在太阳能研究所、热工程研究所工作，主要从事能源的有效利用、新能源利用、强化传热等相关领域的教学与科研工作。开设的主要课程有本科生的工程热力学、传热学、热工学等和研究生的高等热力学、高等传热学和环境热物理等。负责的热工学课程2005年被评为上海市精品课；主讲并参与建设的传热学和工程热力学课程分别为国家精品课和上海市精品课。贾志海：上海理工大学副教授，工学博士。毕业于上海交通大学，主要从事强化传热与节能方面的教学和研究工作，主讲的课程主要有工程热力学、传热学、热工学以及高等传热学等。李凌

目录

目录

CONTENTS

绪论

第1章基本概念

1．1热能动力装置能量转换过程

1．2热力系统

1．3工质的热力学状态和状态参数

1．4平衡状态

1．5热力过程和循环

1．6过程参数

1．7应用举例

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工质的储存能

2．3流动过程中的推动功和焓

2．4热力学第一定律表达式

2．5应用举例

思考题

习题

第3章工质的热力性质

3．1理想气体及状态方程

3．2理想气体的比热容

3．3理想气体的热力参数计算

3．4理想气体混合物

3．5水蒸气的热力性质

3．6湿空气的热力性质

3．7实际气体状态方程

3．8应用举例

思考题

习题

第4章工质的热力过程

4.1研究热力过程的目的和方法

4.2理想气体四种典型的基本热力过程

4.3理想气体的多变过程

4.4水蒸气的热力过程

4.5湿空气的热力过程

4.6应用举例

思考题

习题

第5章热力学第二定律

5.1基本概念

5.2热力学第二定律的表述

5.3卡诺定理

5.4热力学第二定律的数学表达式

5.5孤立系统熵增原理和能量品质降低原理

5.6应用举例

思考题

习题

第6章气体与蒸汽的流动

6.1稳定流动基本方程

6.2喷管截面的变化规律

6.3喷管计算

6.4有摩阻的绝热流动

6.5绝热节流

6.6应用举例

思考题

习题

第7章气体的压缩

7．1活塞式压气机的工作过程及耗功

7．2分级压缩和中间冷却

7．3叶轮式压气机的工作原理

7．4应用举例

思考题

习题

第8章气体动力循环

8．1动力循环概述

8．2活塞式内燃机混合加热理想循环

8．3活塞式内燃机定压加热理想循环和定容加热理想循环

8．4燃气轮机装置循环

8．5应用举例

思考题

习题

第9章蒸气动力循环

9.1基本蒸气动力循环——朗肯循环

9.2再热循环

9.3回热循环

9.4热电联供循环

9.5应用举例

思考题

习题

第10章制冷和热泵循环

10.1逆向循环

10.2压缩空气制冷循环

10.3压缩蒸气制冷循环

10.4热泵循环

10.5应用举例

思考题

习题

部分习题参考答案

附录

参考文献

内容摘要
    第3章

     工质的热力性质

     在热力循环过程中，热和功的转换是通过工质的状态在热力设备中发生变化来实现的。为了计算工质在状态变化过程中的吸热量和做功量，除了热力学定律外，还必需掌握工质的热力性质。在简单可压缩系统中，热能与机械能的转换只能通过工质的体积变化来实现。因此，热力设备中采用的工质应具有显著的可压缩性，即其体积随温度、压力能有较大的变化。物质的三态中只有气态具有这一特性，因而工质一般采用气态物质，且视其距液态的远近又分为气体和蒸汽。本章主要介绍理想气体、水蒸气和理想气体混合物等工质的热力性质及计算。

     3.1理想气体及状态方程

     3.1.1理想气体模型

     理想气体是一种假想气体。理想气体模型有两个假设条件： ①分子是不具体积的、有弹性的质点； ②分子间没有相互作用力。在这两点假设条件下，分子两次碰撞之间为直线运动，且弹性碰撞无动能损失；状态参数p、v和T之间存在着简单函数关系。同时，由于分子间无相互作用力，不存在内位能，热力学能只有取决于温度的内动能，因而理想气体的热力学能是温度的单值函数，即u=fu(T)。

     对于实际气体，当气体压力趋近于零(p→0)、比体积趋近于无穷大(v→∞)时气体分子体积远小于其活动空间，分子间平均距离远到相互之间的作用力极其微弱，这时气体近似满足理想气体的两个假设条件，其状态很好接近理想气体。因此，理想气体是实际气体的极限状态。临界温度较低(参见附表1)的单原子或双原子气体，在温度不太低、压力不太高时都比较接近理想气体的假设条件。工程中常用的O2、N2、H2、CO等及其混合物，如空气、燃气、烟气等工质，在常用的温度、压力下都可作为理想气体处理，其误差一般都在工程计算允许范围内。

     不符合上述两点假设的气态物质称为实际气体。如蒸汽动力装置中采用的水蒸气，制冷装置中的制冷剂蒸汽等，这类物质的临界温度较高，蒸汽在通常的工作温度和压力下离液态不远，不能看作理想气体。

     3.1.2理想气体状态方程

     在任何平衡状态下，理想气体基本热力参数p、v、T之间满足如下关系式：

     p1v1T1=p2v2T2=pvT=Rg

     或pv=RgT(3？1)

     式(3？1)即为理想气体状态方程式。p为气体保证压力，Pa； T为热力学温度，K； v为比体积，m3/kg；与此相应的Rg为气体常数，J/(kg？K)。Rg是一个只与气体种类有关、而与气体所处状态无关的物理量。

     将式(3？1)等号两边同时乘以气体的质量m，则得

     pV=mRgT(3？2)

     式中，V=mv，为m(kg)气体所占的总体积，m3。阿伏伽德罗定律指出：在相同温度、相同压力下，各种1mol气体的体积都相同。1mol物质的质量称为摩尔质量，用符号M表示，单位是g/mol。实验得出，在标准状态(p0=1.01325×105Pa，T0=273.15K)下，1mol任意气体的体积均为0.0224141m3，即

     Vm0=0.0224141m3/mol(3？3)

     这里，下标“0”是指标准状态。

     将式(3？1)等号两边同时乘以气体的摩尔质量M，则得1mol气体的状态方程

     pVm=MRgT(3？4)

     若以1和2分别代表两种不同种类的气体，根据阿伏伽德罗定律，当两种气体温度、压力分别相等时，则Vm1=Vm2，由此得(MRg)1=(MRg)2=…=MRg=R。上式可写为

     pVm=RT(3？5)

     显然，R是一个与气体种类、气体状态都无关的常数，称为通用气体常数。如用标准状态的参数代入式(3？5)，可得

     R=MRg=p0Vm0T0=101325×0.02241410273.15=8.31451J/(mol？K)

     不同物量单位时理想气体状态方程可归纳如下：

     1kg气体pv=RgT(3？1)

     质量为m的气体pV=mRgT(3？2)

     1mol气体pVm=RT(3？5)

     物质的量为n的气体pV=nRT(3？6)

     物质流量为qm的气体pqv=qmRgT(3？7)

     式中，qm为气体的质量流量，kg/s； qv为气体的体积流量，m3/s。式(3？7)在流动过程中会经常遇到。

     3.2理想气体的比热容

     3.2.1比热容的定义

     单相物质温度升高1K(或1℃)所需的热量称为热容，以C表示，C=δQdT，单位为J/K。单位单相物量的物质温度升高1K所需的热量称为比热容。根据物量的单位不同，有质量比热容c(J/(kg？K))，摩尔比热容Cm(J/(mol？K))和体积比热容(标准状态下1m3的物质)C′(J/(m3？K))。根据定义，质量比热容为

     c=δqdT或c=δqdt(3？8)

     质量比热容c、摩尔比热容Cm和体积比热容C′三者之间的关系为

     Cm=Mc=0.0224141C′(3？9)

     3.2.2比定容热容和比定压热容

     章中已经提到，热量是过程量，因而由比热容的定义可知比热容也是一个过程量，随过程而变。热力设备中，定压过程和定容过程是很常碰到的吸热、放热过程，对应这两个过程的比热容分别称为比定压热容和比定容热容，以cp和cv表示。

     引用热力学定律解析式(2？21)，对于可逆过程有

     δq=du+pdv 定容过程(dv=0)

     cv=δqdTv=du+pdvdTv=？u？Tv(3？10)

     引用热力学定律解析式(2？35)，对于微元可逆过程有

     δq=dh-vdp

     定压过程(dp=0)

     cp=δqdTp=dh-vdpdTp=？h？Tp(3？11)

     式(3？10)、式(3？11)适用于一切工质。

     对于理想气体，h=u+pv=u+RgT，由于理想气体的热力学能只是温度的单值函数，因此理想气体的焓也只是温度的单值函数，即h=fh(T)，因而

     ？u？Tv=dudT(3？12)

     ？h？Tp=dhdT(3？13)

     将式(3？12)、式(3？13)分别代入式(3？10)、式(3？11)，得理想气体的比热容

     cv=dudT(3？14)

     cp=dhdT(3？15)

     式(3？14)、式(3？15)仅适用于理想气体，也意味着理想气体的cv和cp仅仅是温度的函数。式(3？10)、式(3？11)表示：工质的cv和cp分别是状态参数u对T、h对T的偏导数，cv和cp具有状态参数的性质。

     3.2.3cv和cp的关系

     将h=u+RgT对T求导，得

     dhdT=dudT+Rg

     即cp-cv=Rg(3？16)

     Rg是恒大于零的常数。因此，相同温度下任意理想气体的cp总是大于cv，其差值恒等于气体常数Rg。从能量守恒的观点分析，气体定容加热时，吸收的热量全部转变为分子动能使温度升高；而定压加热时气体容积增大，对外做出膨胀功，吸热量中有一部分转变为机械能，所以温度升高1K所需热量更大。式(3？16)两侧乘以摩尔质量M，则有

     Cp,m-Cv,m=R(3？17)

     式(3？16)、式(3？17)称为迈耶公式。cv不易测准，通常实验测定cp，再由式(3？16)确定cv。

     比值cp/cv称为比热容比，或质量比热容比，它在热力学理论研究和热工计算方面是一个重要参数，以γ表示：

     γ=cpcv=Cp,mCv,m(3？18)

     上式代入式(3？16)，可得

     cv=1γ-1Rg(3？19)

     cp=γγ-1Rg(3？20)

     3.2.4比热容计算

     气体的比热容是温度和压力的函数，而理想气体比定压热容和比定容热容只是温度的函数c=f(t)(如图3？1所示)，可近似用多项式表示：

     图3？1比热容随温度的变化关系

     c=f(t)=a+bt+dt2+…(3？21)

     式中，a、b、d等系数与气体种类有关，均由实验确定(参见附表2)。根据比热容的定义和式(3？8)，工质温度由t1升至t2的吸热量为

     q=∫t2t1δq=∫t2t1cdt=∫t2t1f(t)dt(3？22)

     只要知道了真实比热容和温度之间的关系式或式(3？21)中的系数，根据上式就能计算出吸热量。但根据真实比热容积分来求吸热量相对比较麻烦，故工程计算中常采用平均比热容和定值比热容。

     1. 平均比热容

     平均比热容是指从某一参考温度T0到温度T区间的平均比热容，即

     图3？2平均比热容示意图

     cTT0=∫TT0δqT-T0=∫TT0c(T)dtT-T0(3？23)

     根据平均比热容计算得到气体从参考温度T0升至温度T所吸收的热量可用图3？2中ODETO所围矩形面积表示，它等价于用式(3？22)积分计算得到的热量面积OABTO。由式（3？23）可以计算出从T0到任一温度T区间的平均比热容，然后做成表，供工程计算查用。本书附表3中的参考温度取T0=0K。

     2. 定值比热容

     工程上，当计算精度要求不是很高，或工质温度变化范围不大引起比热容变化很小时，可采用定值比热容。

     由分子运动理论可导出，常温下1mol理想气体的热力学能为

     Um=i2RT

     式中i表示分子运动的自由度。单原子气体分子i=3，双原子气体分子i=5，多原子气体分子i=6。由此得

     Cv,m=dUmdT=i2R(3？24)

     Cp,m=Cv,m+R=i+22R(3？25)

     γ=Cp,mCv,m=i+2i(3？26)

     附表4提供了一些常用气体在各种温度下的比热容值。

     3.3理想气体的热力参数计算

     3.3.1热力学能和焓

     理想气体的热力学能及焓都只是温度的单值函数。由式(3？14)、式(3？15)可得

     du=cvdT(3？27)

     Δu=qv=∫T2T1cvdT=cvT2T1(T2-T1)(3？28)

     dh=cpdT(3？29)

     Δh=qp=∫T2T1cpdT=cpT2T1(T2-T1)(3？30)

     式(3？27)~式(3？30)适用于理想气体的任何一种过程。

     通常，热力学计算中只要求确定过程中热力学能或焓的变化量。一般人为地规定某一个基准态的热力学能值为零，或焓值为零。若以0℃时的焓值为起点，h0℃=0kJ/kg，这时u0℃=-275.13Rg，则

     h=cpt0℃t，u=cvt0℃t-273.15Rg

     本书附表5中直接列有各种温度时空气的比焓h，它是取{h0K}=0得出的。

     对理想气体，热力学定律解析式(2？21)、式(2？35)可进一步具体写为

     δq=cvdT+δw(3？31)

     δq=cpdT+δwi(3？