热工与流体力学基础

本书内容涉及工程热力学、传热学及流体力学三大部分。工程热力学包括热力学基本概念，热力学第 一定律和热力学第二定律，气体、蒸汽的性质及其热力过程，热力循环。传热学部分包括热传导、对流换热、热辐射、传热过程及换热器。流体力学部分包括流体静力学、流体动力学基础、黏性流体管内流动的能量损失。
本书为能源与动力工程专业职教师资本科培养教材，也可作为相关专业大学生和工程技术人员的参考书。

前言
第1章热力学基本概念………………………………1
1.1热力系统…………………………………………1
1.2平衡状态与状态参数……………………………2
1.3状态方程与状态参数坐标图……………………4
1.4准平衡过程与可逆过程…………………………4
1.5功量与热量………………………………………5
1.6热力循环…………………………………………7
第2章热力学第一定律和热力学第二定律…………9
2.1热力学第一定律及其表达式……………………9
2.2稳定流动能量方程式及应用……………………11
2.3热力学第二定律…………………………………15
2.4熵与熵增原理……………………………………18
第3章气体、蒸汽的性质及其热力过程……………23
3.1理想气体的热容、热力学能和熵………………23
3.2理想气体的热力过程……………………………29
3.3理想混合气体……………………………………39
3.4水蒸气……………………………………………44
3.5水蒸气的基本热力过程…………………………48
3.6湿空气……………………………………………50
3.7湿空气的基本热力过程…………………………56
第4章热力循环………………………………………59
4.1蒸汽动力装置循环………………………………59
4.2活塞式内燃机循环………………………………66
4.3燃气轮机装置的理想循环………………………73
4.4制冷循环…………………………………………75
第5章热传导…………………………………………82
5.1热传导问题的基本概念及傅里叶定律…………82
5.2热传导问题的数学描述…………………………86
5.3稳态热传导………………………………………90
5.4非稳态热传导……………………………………99
第6章对流换热………………………………………103
6.1对流换热概述……………………………………103
6.2对流换热的数学描述……………………………105
6.3流动边界层………………………………………106
6.4内部强制对流换热的试验关联式………………109
6.5外部强制对流换热的试验关联式………………116
6.6自然对流的试验关联式…………………………121
6.7凝结与沸腾传热…………………………………129
第7章热辐射…………………………………………138
7.1辐射换热概述……………………………………138
7.2黑体热辐射的基本定律…………………………142
7.3实际物体的辐射特性……………………………145
7.4辐射传热计算……………………………………149
7.5辐射传热的控制…………………………………159
第8章传热过程及热交换器…………………………163
8.1传热过程…………………………………………163
8.2热交换器…………………………………………168
8.3对数平均温差……………………………………177
8.4传热的强化与削弱………………………………181
第9章流体静力学……………………………………184
9.1流体的静压强及其特性…………………………184
9.2流体的平衡微分方程与等压面…………………186
9.3静力学基本方程…………………………………188
9.4液柱式测压计……………………………………190
9.5静止液体作用在平面上的总压力………………194
9.6静止液体作用在曲面上的总压力………………197
第10章流体动力学基础………………………………203
10.1描述流体运动的两种方法………………………203
10.2流体运动的基本概念……………………………206
10.3流体流动的连续性方程…………………………211
10.4理想流体的运动微分方程………………………215
10.5理想流体微元流束的伯努利方程………………216
10.6黏性流体总流的伯努利方程……………………218
10.7伯努利方程的应用………………………………221
10.8定常流动的动量方程……………………………225
第11章黏性流体管内流动的能量损失………………229
11.1黏性流体流动的两种状态——层流及湍流……229
11.2黏性流体流动的能量头损失……………………231
11.3均匀流中切应力的表达式………………………232
11.4圆管中流体的层流运动…………………………233
11.5圆管中的湍流运动………………………………236
11.6沿程阻力系数的计算……………………………241
11.7非圆形截面管道沿程损失的计算………………245
11.8局部损失的分析和计算…………………………246
11.9总能量头损失的计算及减小措施………………250
11.10管水力计算……………………………………254
附录……………………………………………………258
附录A湿空气焓湿图…………………………………258
附录B常用气体的平均比定
压热容cpt0℃…………………………………………258
附录C常用气体的平均比定容
热容cVt0℃…………………………………………259
附录D空气的热力性质………………………………260
附录E饱和水和饱和蒸汽的热力性质
（按压力排列）……………………………………261
附录F饱和水与饱和水蒸气的热力性质（按温度排列）268
附录G未饱和水与过热水蒸气的热力性质2

为了全面提高职教师资的培养质量，“十二五”期间教育部、财政部在职业院校教师素质提高计划的框架内专门设置了职教师资培养资源开发项目，系统开发用于职教师资本科专业的培养标准、培养方案、核心课程和特色教材等资源，目标是形成一批职教师资优质资源，不断提高职教师资培养质量，完善职教师资培养体系建设，更好地满足现代职业教育对高素质专业化“双师型”职业教师的需要。
本书是教育部、财政部职业院校教师素质提高计划的职教师资培养资源开发项目的能源与动力工程专业项目（VTNE018）的核心成果之一。本书以职业教育专业教学论的视角编写，针对能源与动力工程专业职教师资培养，力求遵循职教师资培养的目标和规律，将理论与实践、专业教学与教育理论知识、高等学校的培养环境与职业学校专业师资的实际需求有机地结合起来，聚焦于培养职教师资的职业综合能力。本书是能源与动力工程职教师资本科培养的专业基础课教材，也是该专业的核心课程教材，其具体特点如下：
1将传统的热力学、传热学和流体力学的内容优化组合，减少了不必要的公式推导，侧重理论、公式与概念的应用；注重宏观的物理现象，不涉及微观的领域；内容贴近专业，体现针对性和实用性。
2以“够用、实用、能用、简化”为基本原则进行理论知识的选取。以应用为目的，将理论知识贯穿于工作任务中，突出理论知识的应用和实践能力的培养。
3以学生能力培养为目标进行内容设计，重点培养学生解决实际问题的能力。
本书由郑州轻工业大学能源与动力工程学院吴学红主编，第1～4章由吴学红、胡春霞编写，第5～11章由吴学红编写。本书的编写得到了职教师资培养资源开发项目专家指导委员会刘来泉研究员、姜大源研究员、吴全全研究员、张元利教授、韩亚兰教授和沈希教授等专家学者的悉心指导和帮助。陕西科技大学曹巨江教授对本书的编写给予了大力支持。郑州轻工业大学龚毅教授、吕彦力教授等对本书的编写工作给予了指导，郑州轻工业大学能源与动力工程学院动力工程及工程热物理学科的硕士研究生孟浩、李伟平、姜文涛、王春煦、翟亚芳、李灿、王于曹等帮助输入文字及修改图片，在此一并向他们表示衷心的感谢！
由于编者的知识水平和专业能力有限，本书难免有疏漏或不当之处，恳请使用和阅读本书的读者予以批评指正。

编者