热工学基础与应用

第1单元 热工学基础知识

第1章 热能综述2

1.1 能源概述2

1.1.1 自然界中的能源种类2

1.1.2 新能源2

1.1.3 我国的能源发展情况7

1.2 热能的利用10

1.2.1 热能利用的形式10

1.2.2 热能利用及热工课程发展史11

思考题及习题12

第2章 热工基本参数13

2.1 温度13

2.1.1 温度的涵义13

2.1.2 温标13

2.2 压力15

2.2.1 压力的涵义15

2.2.2 压力的单位及换算15

2.2.3 压力的测量及应用16

2.3 密度及比体积17

思考题及习题18

第3章 热学基本理论19

3.1 分子热运动理论19

3.2 气体状态方程20

3.2.1 理想气体的概念20

3.2.2 理想气体状态方程式20

3.2.3 理想气体的比热容21

3.2.4 实际气体22

3.3 混合气体24

3.3.1 混合气体的概念24

3.3.2 混合气体的温度24

3.3.3 混合气体的分压力、分容积24

3.3.4 混合气体成分的表示方法24

3.3.5 混合气体的平均分子量和气体常数26

3.3.6 混合气体分压力的确定26

思考题及习题26

第2单元 工程热力学基本理论

第4章 热力学第一定律29

4.1 热能转换的基本概念29

4.1.1 热力学基本概念29

4.1.2 能量守恒与转换定律31

4.1.3 热力学第一定律31

4.1.4 热力学第一定律的基本表达式31

4.2 闭口系统热力学第一定律31

4.3 开口系统热力学第一定律32

4.3.1 开口系统与边界的能量传递32

4.3.2 稳定流动能量方程的解析式33

4.3.3 稳定流动能量方程的应用35

4.3.4 理想气体内能和焓的计算37

思考题及习题38

第5章 热力学第二定律39

5.1 热力学第二定律的表述39

5.1.1 循环39

5.1.2 自发过程与非自发过程40

5.1.3 热力学第二定律的表述40

5.2 卡诺循环和卡诺定理41

5.2.1 卡诺循环41

5.2.2 逆卡诺循环42

5.2.3 卡诺定理43

5.3 熵43

5.3.1 熵的导出43

5.3.2 熵增加原理45

思考题及习题45

第3单元 传热学基本理论

第6章 导热47

6.1 导热基本定律47

6.1.1 温度场47

6.1.2 温度梯度48

6.1.3 热流密度48

6.1.4 傅里叶定律48

6.1.5 热导率49

6.2 导热微分方程及定解条件50

6.2.1 导热微分方程50

6.2.2 定解条件52

6.3 一维稳态导热54

6.3.1 通过平壁的导热54

6.3.2 通过圆筒壁的导热56

思考题及习题58

第7章 对流换热60

7.1 对流换热概述60

7.1.1 对流换热过程60

7.1.2 对流换热过程的分类61

7.1.3 表面传热系数和对流换热微分方程61

7.2 对流换热过程的相似理论62

7.2.1 相似的概念62

7.2.2 相似准则63

7.2.3 相似理论在对流换热中的应用64

7.2.4 定性温度、定型尺寸和特征速度的确定65

7.3 单相流体的对流换热66

7.3.1 对流换热的类型66

7.3.2 单相流体自然流动时的换热66

7.3.3 单相流体强迫流动时的换热69

7.3.4 单相流体综合流动时的换热75

7.4 变相流体的对流换热75

7.4.1 蒸汽凝结过程及其换热特点75

7.4.2 流体沸腾时的换热77

思考题及习题78

第8章 辐射换热79

8.1 热辐射的基本概念79

8.1.1 物体的热辐射特征79

8.1.2 辐射力和辐射强度80

8.2 黑体辐射及其基本定律81

8.2.1 斯蒂芬"para" label-module="para">

8.2.2 普朗克定律和维恩位移定律81

8.2.3 基尔霍夫（Kirchhoff）定律83

8.3 物体表面之间的辐射换热84

8.3.1 空间热阻和表面热阻84

8.3.2 任意两物体表面间的辐射换热计算84

8.3.3 特殊位置两物体间的辐射换热计算85

8.4 气体的辐射换热87

8.4.1 气体的辐射和吸收特点87

8.4.2 气体吸收定律87

8.4.3 气体的吸收率和黑度88

8.4.4 气体的辐射能力88

8.4.5 气体与固体之间的辐射热交换89

思考题及习题89

第9章 稳定传热91

9.1 稳定传热的计算91

9.1.1 通过平壁的传热91

9.1.2 通过圆管的传热92

9.1.3 通过肋壁的传热93

9.1.4 临界热绝缘直径94

9.2 传热的加强与减弱94

9.2.1 传热的强化94

9.2.2 传热的减弱95

思考题及习题96

第4单元 常用热工装置及设备

第10章 热质交换设备99

10.1 热质交换设备的分类99

10.1.1 按工作原理分类99

10.1.2 按照热流体与冷流体的流动方向分类100

10.1.3 按用途分类101

10.1.4 按制造材料分类102

10.2 间壁式换热器103

10.2.1 管壳式换热器103

10.2.2 肋片管式换热器104

10.2.3 螺旋板式换热器105

10.2.4 板翅式换热器105

10.2.5 板式换热器106

10.2.6 浮动盘管式换热器107

10.3 混合式换热器107

10.3.1 混合式热交换器的种类108

10.3.2 喷淋室的类型和构造108

10.3.3 冷却塔的类型与结构110

10.4 换热器常用的计算方法114

10.4.1 换热器热工计算的基本公式114

10.4.2 平均温差法114

10.4.3 能效"para" label-module="para">

10.4.4 其他流动方式平均温差的计算及比较118

思考题及习题120

第11章 喷管及扩压管121

11.1 喷管及扩压管流动的基本规律121

11.1.1 连续性方程121

11.1.2 稳定流动能量方程122

11.1.3 绝热过程方程122

11.1.4 声速与马赫数122

11.1.5 定熵流动基本特征123

11.2 喷管及扩压管的计算124

11.2.1 临界压力比124

11.2.2 定熵滞止参数125

11.2.3 喷管的正确选择125

思考题及习题127

第12章 压缩机128

12.1 压缩机的分类及用途128

12.2 活塞式压缩机129

12.2.1 活塞式制冷压缩机的分类129

12.2.2 活塞式制冷压缩机的结构130

12.2.3 活塞式制冷压缩机的热力性能134

12.3 回转式压缩机135

12.3.1 螺杆式压缩机135

12.3.2 滚动活塞式压缩机137

12.3.3 涡旋式压缩机138

12.4 离心式压缩机140

12.4.1 离心式压缩机的工作原理140

12.4.2 离心式压缩机的特性140

12.4.3 离心式制冷压缩机的特点141

思考题及习题142

第13章 制冷装置143

13.1 制冷换热器143

13.1.1 冷凝器144

13.1.2 蒸发器146

13.1.3 其他换热器148

13.2 节流机构150

13.2.1 手动节流阀151

13.2.2 浮球节流阀151

13.2.3 热力膨胀阀152

13.2.4 热电膨胀阀和电子脉冲式膨胀阀154

13.2.5 毛细管154

13.3 辅助设备155

13.3.1 润滑油的分离及收集设备155

13.3.2 制冷剂的贮存及分离设备156

13.3.3 制冷剂的净化设备157

思考题及习题158

第14章 其他常用设备及装置160

14.1 汽轮机160

14.1.1 汽轮机的基本工作原理和类型160

14.1.2 汽轮机的分类162

14.1.3 汽轮机的型号163

14.1.4 汽轮机的主要设备及系统164

14.1.5 汽轮机的损失、效率和经济指标165

14.1.6 汽轮机运行的监控和调节168

14.2 内燃机171

14.2.1 内燃机及其特点171

14.2.2 内燃机的分类172

14.2.3 内燃机的工作原理172

14.2.4 内燃机动力性指标173

14.2.5 内燃机经济性指标174

14.3 热管174

14.3.1 热管的组成175

14.3.2 热管的工作原理176

14.3.3 热管的基本特性176

14.3.4 热管的分类177

14.3.5 热管的相容性及寿命177

14.4 太阳能热利用装置178

14.4.1 太阳能集热器形式178

14.4.2 太阳能热水系统179

14.4.3 太阳能供暖系统182

思考题及习题185

第5单元 热工测量

第15章 常规热工参数测量187

15.1 温度测量187

15.1.1 温度测量方法及测量仪表187

15.1.2 膨胀式温度计188

15.1.3 热电偶温度计188

15.1.4 热电阻温度计191

15.1.5 非接触测温192

15.2 湿度测量193

15.2.1 空气湿度的表示方法193

15.2.2 干湿球法湿度测量194

15.2.3 露点法湿度测量194

15.2.4 氯化锂电阻湿度传感器195

15.2.5 高分子湿度传感器195

15.3 压力测量195

15.3.1 压力的检测方法196

15.3.2 压力测量仪表的分类196

15.3.3 液柱式压力计196

15.3.4 弹性式压力计197

15.4 流量测量199

15.4.1 流量测量原理199

15.4.2 孔板流量计200

15.4.3 文丘里流量计202

15.4.4 转子流量计203

15.5 热量测量204

15.5.1 热流密度的测量204

15.5.2 热量及冷量的测量205

15.5.3 蒸汽热量的测量206

15.6 气体成分分析207

15.6.1 一氧化碳和二氧化碳的测量207

15.6.2 氧量的测量208

思考题及习题210

第16章 热工测量新技术211

16.1 超声波测量技术211

16.1.1 超声波测量原理211

16.1.2 超声波流量计211

16.1.3 超声波物位计214

16.1.4 超声波探伤仪215

16.1.5 超声波在其他测量方面的应用216

16.2 激光传感测量技术217

16.2.1 激光测量原理217

16.2.2 激光测距218

16.2.3 激光测速219

16.2.4 激光的载波测温221

16.3 光纤传感测量技术221

16.3.1 光纤传感技术综述221

16.3.2 光纤温度传感器222

16.3.3 光纤压力传感器223

16.3.4 光纤液位传感器224

16.3.5 光纤流量传感器225

16.4 虚拟仪器测量技术226

16.4.1 虚拟仪器综述226

16.4.2 虚拟仪器的硬件227

16.4.3 虚拟仪器的软件228

16.4.4 虚拟仪器在热工测量中的应用229

思考题及习题230

第17章 建筑节能检测231

17.1 建筑节能检测综述231

17.1.1 建筑节能检测的主要参数及术语231

17.1.2 建筑节能检测方法234

17.1.3 建筑节能达标的判定234

17.2 居住建筑节能检测235

17.2.1 室内平均温度检测235

17.2.2 外围护结构热工缺陷检测236

17.2.3 热桥温度检测237

17.2.4 围护结构传热系数检测238

17.2.5 外围护结构隔热性能检测239

17.2.6 外窗气密性能检测239

17.2.7 遮阳设施检测240

17.3 公共建筑节能检测241

17.3.1 室内温度、湿度检测241

17.3.2 外围护结构热工检测242

17.3.3 采暖空调水系统性能检测243

17.3.4 空调风系统性能检测245

17.3.5 建筑物年采暖空调能耗及年冷源系统能效系数检测246

17.3.6 监测与控制系统性能检测246

17.4 供热系统热工性能检测247

17.4.1 室外管网水力平衡度检测247

17.4.2 系统补水率检测248

17.4.3 室外管网热损失率检测248

17.4.4 锅炉运行效率检测249

17.4.5 耗电输热比检测250

思考题及习题251

附录252

附录1热工常用单位换算表252

附录2用于构成十进倍数和分数单位的词头253

附录3常用气体的热工参数表253

附录4空气的热工参数表253

附录5饱和水的热工参数表254

附录6饱和水蒸气的热工参数表255

附录7常用制冷剂（液态）的热工参数表256

附录8常用建筑及保温材料的密度和热导率258

参考文献2592100433B

《热工学基础与应用》共分5个单元，第1单元热工学基础知识，主要介绍热能的综合利用、热工基本参数、热学基本理论等内容。第2单元工程热力学基本理论，主要介绍热力学第一定律及第二定律的基本知识。第3单元传热学基本理论，主要介绍稳态导热、常规对流换热、辐射换热和稳定传热的基本定律及基本计算分析。第4单元常用热工装置及设备，主要介绍热质交换设备、喷管及扩压管、压缩机、制冷装置、汽轮机、内燃机、热管、太阳能利用装置等热工常用装置及设备的原理、特点及应用。第5单元热工测量，主要介绍常规热工参数测量、热工测量新技术以及建筑节能检测技术和要求等。

除可作为土建类高职高专院校建筑设备类专业的教材使用外，也可作为电大、函授等相同专业教学用书，并可作为从事供热、制冷、燃气、能源等行业的技术人员的参考用书。

本书为广东省新世纪教改工程的成果之一，主要介绍流体力学、工程热力学、传热学的内容。流体力学部分主要介绍流体的基本特性、流体静力学、流体动力学基础及能量损失与管路计算等知识；工程热力学部分在讲述工程热力学的基本理论和常用工质的性质基础上，主要论述了热工理论在工程上的一些应用，传热学部分内容包括导热、对流换热、辐射换热、传热过程及换热器。本书可作为高职高专轮机工程专业轮机工程基础课程及热工基础等课程的教材，还可作为有关工程技术人员的参考用书。

本书是铁路机械类中等专业学校的机车、车辆、机制、空调与制冷及起重与线路机械等专业《水力学及热工学基础》课程的试用教材。

内容包括水力学、工程热力学及传热学三篇，共十九章。注重了基本概念和基本理论的阐述，以及有关专业的实际需要，各章中均有例题和习题，书末附有供计算用的热工学图表。全书采用国际单位制（SI），并备有国际单位制与工程单位制的对照换算表。

本书除作为机械类中等专业学校教材，也可供机车、车辆等专业的工程技术人员参考。

前言

第一篇流体力学

第一章流体的基本特性1

第一节流体的主要物理性质 1

第二节作用在流体上的力8

思考与练习题9

第二章流体静力学11

第一节流体静压力及其特性11

第二节流体静力学基本方程及其应用13

思考与练习题20

第三章流体动力学基础22

第一节流体流动的基本概念 22

第二节稳定流动的连续性方程25

第三节伯努利方程26

第四节伯努利方程在工程上的应用 31

思考与练习题37

第四章能量损失与管路计算40

第一节流动阻力与水头损失 40

第二节流体流动的两种形态41

第三节圆管层流的沿程损失计算 44

第四节圆管湍流的沿程损失计算 47

第五节局部损失计算53

第六节管路水力计算56

思考与练习题59

第二篇工程热力学

第五章工程热力学的基本概念62

第一节工质、热源及热力系统 62

第二节热力学状态及其参数65

第三节热力过程69

思考与练习题72

第六章热力学第一定律 74

第一节热力学第一定律的实质74

第二节闭口系统能量方程78

第三节开口系统能量方程79

第四节热力学第一定律能量方程的应用82

思考与练习题84

第七章理想气体的热力性质与热力过程87

第一节理想气体的定义87

第二节理想气体的比热容90

第三节理想气体的热力学能、焓和熵的计算94

第四节理想气体的热力过程96

思考与练习题108

第八章热力学第二定律 110

第一节热力循环110

第二节热力学第二定律的表述113

第三节卡诺循环和卡诺定理114

第四节熵方程和熵增原理119

思考与练习题122

第九章水蒸气热力性质和热力过程 125

第一节水蒸气的基本概念125

第二节水的定压加热汽化过程126

第三节水蒸气表和图129

第四节水蒸气的基本热力过程132

思考与练习题135

第十章气体和蒸汽的流动 137

第一节气体稳定流动的基本方程137

第二节促使气流速度改变的条件139

第三节喷管和扩压管的选型分析141

第四节喷管的流速和流量计算142

第五节绝热节流146

思考与练习题148

第十一章压气机的热力过程 149

第一节单级活塞式理想压气机工作过程分析149

第二节余隙容积的影响151

第三节多级压缩与级间冷却153

第四节叶轮式压气机的工作原理157

思考与练习题159

第十二章气体动力循环161

第一节活塞式内燃机理想循环161

第二节活塞式内燃机理想循环的比较及循环的平均压力165

第三节燃气轮机动力装置的理想循环168

思考与练习题169

第十三章制冷循环 171

第一节蒸汽压缩式制冷循环171

第二节热泵循环178

思考与练习题179

第十四章理想混合气体和湿空气 180

第一节理想混合气体180

第二节湿空气的基本概念182

第三节湿空气h d图186

第四节湿空气的典型过程188

思考与练习题191

第三篇传热学

第十五章导热193

第一节导热的基本概念和基本定律193

第二节平壁和圆筒壁的稳态导热 197

思考与练习题202

第十六章对流换热 204

第一节对流换热及基本公式 204

第二节影响表面传热系数的因素分析205

第三节受迫对流换热的分析与计算 208

第四节自然对流换热计算 215

第五节凝结和沸腾换热217

思考与练习题221第十七章辐射换热 222

第一节热辐射的基本概念 222

第二节热辐射的基本定律225

第三节物体间的辐射换热计算 228

第四节遮热板原理 232

思考与练习题233

第十八章传热过程及换热器 234

第一节传热过程的分析和计算 234

第二节换热器 236

第三节传热过程的削弱和强化 246

思考与练习题250

附录252

附录A饱和水与饱和蒸汽表（按温度排序）252

附录B饱和水与饱和蒸汽表（按压力排序）253

附录C未饱和水与过热蒸汽表255

附录DR12饱和液体及蒸汽的热力性质表261

附录ER22饱和液体及蒸汽的热力性质表263

附录FHCFC134a饱和液体及蒸汽的热力性质表265

附录GHCFC134a过热蒸汽性质表266

附录H干空气的热物理性质(p=1 013×105Pa)266

附录I饱和水的热物理性质267

附录J干饱和水蒸气的热物理性质表268

附录K几种饱和液体的热物理性质表269

附录L水蒸气h s图270

参考文献272 2100433B