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绪章绪论
能源是提供能量的物质资源,是人类社会赖以生存和发展的源泉。能源建设是世界各国国民经济建设的基础，能源的开发利用水平是人类社会文明的重要标志之一。学习热工基础课程的主要目的是认识和掌握能源开发利用的基本规律，为合理、高效地开发利用能源奠定理论基础。
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●0.1绪论
能源是提供能量的物质资源,是人类社会赖以生存和发展的源泉。能源建设是世界各国国民经济建设的基础，能源的开发利用水平是人类社会文明的重要标志之一。学习热工基础课程的主要目的是认识和掌握能源开发利用的基本规律，为合理、高效地开发利用能源奠定理论基础。
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第一章基本概念
本章重点介绍工程热力学中常用的基本概念，了解和掌握这些基本概念是学习工程热力学的基础。工程热力学是主要研究能量,特别是热能与机械能相互转换的规律及其在工程中的应用的学科。热能与机械能的相互转换需借助一定的设备和媒介物质，所以首先引入热能动力装置、热力系统;为描写系统，引入了平衡态、状态参数、状态参数坐标图、温度、压力、比体积等。能量转换是通过过程来实现的，所以又有准静态过程、可逆过程、循环以及过程的功和热量等;另外，围绕工程应用还引进表征能量利用经济性的概念,如热效率等。
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●1.1热力系统
工程热力学通常人为选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统。系统通过边界与外界发生相互作用，进行物质和能量的交换，按照相互作用情况，系统可以分为闭口系统、开口系统、绝热系统和孤立系统等。
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●1.2平衡状态、状态参数和坐标图
工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态，工质可以有多个状态参数，比如温度T、压力p、体积V、热力学内U、焓H、熵S。不受外界影响条件下，系统或工质状态参数不随时间而变化的状态称为平衡状态。工程热力学中涉及最多就是p-v图和T-s图。
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●1.3准平衡过程与可逆过程
工质在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为工质的热力状态，工质可以有多个状态参数，比如温度T、压力p、体积V、热力学内U、焓H、熵S。不受外界影响条件下，系统或工质状态参数不随时间而变化的状态称为平衡状态。工程热力学中涉及最多就是p-v图和T-s图。
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●1.4功量与热量
如果在热力过程中系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡态，这种过程称为准平衡过程。可逆过程是一种理想过程，是一切热力设备工作过程力求接近的目标。将实际过程近似简化为理想的可逆过程加以研究，对热力学分析及对指导工程实践具有十分重要的理论意义。
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●1.5热力循环
功是热力系统通过边界而传递的能量，且其全部效果可表现为举起重物意义。热力系统与外界之间依靠温差传递的能量称为热量。
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第二章热力学第一定律
自然界所发生的一切运动都伴随着能量的变化，热力学第一定律就是能量守恒与转换定律在热现象中的体现。
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●2.1热力系统储存能、闭口系、开口系
热力系统的储存能包括两类:内部储存能和外部储存能。热力学第一定律适用于一切热力系统和热力过程，不论是开口系统还是闭口系统，热力学第一定律均可表达为:进入系统的能量-离开系统的能量=系统储存能量的变化。
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●2.2稳定流动能量方程的应用
在应用能量方程分析问题的时候，针对动力机械、压缩机械、热交换器、节流设备等，应根据具体问题的不同条件，作出简化。
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第三章理想气体的性质与热力过程
工质是实现能量转换的媒介物质，所以工质性质显得非常重要，是工程热力学研究的重要内容之一。热力学常选气态工质，因为其具有很好的流动性和胀缩性，按照它距离液态的远近又分为理想气体和实际气体。本章学习理想气体的性质及其状态变化过程，也就是热力过程。
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●3.1理想气体
本节讨论不同物量下理想气体状态方程及理想气体的模型。
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●3.2理想气体的比热容
本节介绍比热容的定义，工程上常用的定容比热容、定压比热容，及理想气体定压比热和定容比热之间的关系，最后是理想气体比热容的几种计算方法，像真实热容、平均比热容、定值比热容等。
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●3.3理想气体的热容、热力学能、焓和熵
本节介绍理想气体热力学变化、焓变和熵变的计算公式，介绍理想气体混合物，主要是混合物成分表示、折合摩尔质量、折合气体常数及分压、分体积定律。
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●3.4理想气体的热力过程
能量转换要借助工质的状态变化来实现，实际的变化过程又是非常复杂的，根据实际简化为几个基本的热力过程。本节介绍热力过程研究的目的方法、依据和研究步骤，关注不同过程的过程特征、初终态参数关系、过程热力学能、焓变和熵变，过程功量与热量，及在P-v,T-s图上的表示。
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第四章热力学第二定律
能量除了有数量的多少，还有品质的高低，怎么算高怎么算低，如何评价？第二定律如何描述，怎么科学表达式，指导工程实际，应用有无局限性……。本章将讨论热力学第二定律的实质及表述，建立热力学第二定律的数学表达式，给出过程能否实现的判据，重点剖析过程不可逆程度的度量，介绍评价能量品质高低的参数㶲，及Ex效率与Ex损失。
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●4.1热力学第二定律的表述
本节讨论自发过程的方向性、自发过程方向性的实质及热力学第二定律从热功转换角度和热量传递方面的典型表述，探讨热力学第一第二定律对热机效率的指导。
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●4.2 卡诺循环与卡诺定理
提高能量转化效率是能源利用领域永恒的话题，那努力的方向和终极目标又如何呢？本节将解决此问题。介绍卡诺循环提出、构成及热效率分析和对热机效率提高的指导意义，介绍逆卡诺循环、卡诺定理与证明。
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●4.3克劳修斯积分不等式
本节将应用前一节的卡诺循环与卡诺定理知识推导出热力学第二定律的数学表达式及状态参数熵，同时阐明其如何应用。
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●4.4过程判据+例题
㶲
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●4.5熵方程
本节重点学习剖析不可逆程度的一个参数熵产（非负），在一般熵方程的基础上导出闭口系、稳流开口系及孤立系的熵方程，同时明确熵是不守恒的，熵产是熵方程的核心。
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●4.6熵方程应用和熵增原理分析
本节将介绍熵方程的应用，分析孤立系熵增原理，得出孤立系熵增意味着做功能力损失，讨论孤立系熵增原理在的“热寂说”推论，指出热力学第二定律的应用范畴。
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●4.7㶲
本节介绍能够定量评价能量价值高低的一个参数“㶲”，讨论它的定义和应用，特别是热量㶲、冷量㶲和系统㶲如何表达，强调环境为基准的推导过程。
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●4.8Ex效率与Ex损失
本节从热力学第二定律角度评价能源利用效率，即㶲效率，讨论熵产与㶲[损失之间的关系及应用举例。
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第五章水蒸气
本章以水蒸气为代表学习实际气体的性质及其热力过程，水蒸气是人类在热力发动机中最早广泛应用的工质，且容易获得，又与环境友善。重点学习水蒸气的发生过程，水和水蒸气参数的确定、图表构成及典型热力过程。
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●5.1水蒸气的性质及热力过程
本节重点学习饱和状态的概念，水蒸气的发生过程，水和水蒸气参数确定、图表构成及典型热力过程。
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第六章动力装置循环
工程热力学主要是研究热能与机械能相互转换的学科，其实现热能向机械能转换的装置是通过热机来实现。本章在分析热机实际循环的基础上，结合基本热力过程，对动力装置循环，特别是蒸汽动力装置循环和气体动力循环进行分析，并将两类循环的热效率的影响因素及改进措施展开讲解。
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●6.1蒸汽动力循环
本节主要讲解了蒸汽动力循环以及其简化模型-朗肯循环的构成、分析方法及特点。
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●6.2蒸汽动力循环热效率推导
本节主要讨论了蒸汽动力循环简化模型-朗肯循环的热效率分析。
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●6.3蒸汽动力循环提高热效率的方式
本节主要讨论了改变蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响，并结合设备的制造及运行维护等状况，分析了三种提高其热效率的优缺点。
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●6.4蒸汽动力循环提高热效率的其他方式
本节讨论了通过改进朗肯循环的循环方式来提高热效率，主要从再热循环、回热循环、热电联供循环三种方式讲解。
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●6.5活塞式内燃机循环实际循环与理想循环
本节介绍了活塞式内燃机的实际工作过程，结合基本热力过程及相应假设条件，将其实际循环简化为理想循环-萨巴德循环（混合加热理想循环）。
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●6.6活塞式内燃机理想循环分析
本节推导了混合加热理想循环、定容加热理想循环、定压加热理想循环的热效率。
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●6.7活塞式内燃机理想循环影响热效率的主要因素及三种理想循环比较
本节讨论了影响活塞式内燃机理想循环热效率的主要因素及三种循环热效率的比较，主要讨论压缩比、升压比、绝热指数、预胀比的影响，并对三种循环在某些状态相同时，其热效率大小的比较。
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第七章制冷装置循环
制冷装置循环是机械能向热能转换的一种应用，热力学第二定律给出，热不能自发的不付代价的从低温物体传向高温物体。制冷装置循环及热泵循环是解决这个问题的关键。本章从制冷装置循环的两种应用出发，分析了空气压缩式制冷循环和蒸气压缩式制冷循环。
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●7.1制冷循环
本节介绍了制冷循环的定义，以空气压缩式制冷循环为例，讲解了其主要构成，并将实际循环理想化，推导了其制冷系数，分析了提高制冷系数的方式方法。
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●7.2蒸气压缩式制冷循环
蒸气压缩式制冷循环是目前我们家用空调、冰箱等的工作循环，相比于空气压缩式制冷循环，其优势明显。本节主要对比两种工作循环，并对蒸气压缩式制冷循环与逆卡诺循环展开相关的分析。
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第八章热量传递的基本方式
热量传递有三种基本方式:热传导、热对流和热辐射。在实际的热量传递过程中，有时只存在一种热量传递基本方式，有时两种或三种基本方式同时进行。
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●8.1热传导和热对流
热传导是指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。热对流的定义是流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。
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●8.2热辐射和传热过程
由于物体内部微观粒子的热运动(或者说由于物体自身的温度)而使物体向外发射辐射能的现象称为热辐射。在传热学中，热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程称为传热过程。
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第九章导热
热量传递有三种基本方式:热传导、热对流和热辐射。在实际的热量传递过程中，有时只存在一种热量传递基本方式，有时两种或三种基本方式同时进行。
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●9.1导热理论基础1
法国物理学家傅里叶在1822年提出了著名的导热基本定律，称为傅里叶定律，指出导热热流密度的大小与温度梯度的绝对值成正比，其方向与温度梯度的方向相反。
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●9.2导热理论基础2
导热微分方程与单值性条件共同组成了导热的数学模型。
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●9.3稳态导热
稳态导热是指温度场不随时间变化的导热过程。本节分别讨论日常生活和工程上常见的平壁和圆筒壁的一维稳态导热问题。
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●9.4非稳态导热
非稳态导热是指温度场随时间变化的导热过程。集总参数法，是一种忽略物体内部导热热阻的简化分析方法。该方法的适用条件就是Bi≤0.1，物体内部的导热热阻远小于其表面的对流换热热阻，物体内部各点的温度在任一时刻都近似于均匀，物体的温度只是时间的函数。
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第十章对流换热
热对流是重要的传热方式之一，而且是传热效率最高的方式，它通过传热与传质的相互作用实现了热量的高效传递。本章在分析对流换热影响因素的基础上，通过对流换热的数学描写及其在边界层中的简化建立特征数关联式的基本形式。
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●10.1对流概述
本节讨论了热对流与对流换热的定义，分析了对流换热的特点，并重点讨论了对流换热的影响因素讨论。
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●10.2对流定义及对流换热的影响因素
热对流的数学描写是强烈的非线性方程组，一度被认为无法可解。直到边界层理论的提出。本节我们从对流换热的数学描写及其在边界层的简化入手，通过数量级分析和无量纲分析得出特征数关联式，形成了对流换热研究的基础方程。
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●10.3对流换热的数学描写及其在边界层中的简化
对流换热的数学描写及其在边界层中的简化
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●10.4量纲分析及特征数方程
量纲分析及特征数方程
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第十一章辐射换热
热辐射是重要的传热方式之一，是因为热的原因发出辐射能的现象。与热传导与热对流相比，辐射换热存在能量形式的转变，因而具有独特的研究思路和方法。本章在分析辐射传热基本特点的基础上，讨论辐射相关的重要定律。
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●11.1热辐射现象的基本概念
本节讨论了电磁辐射的分类，热辐射的特点及其影响因素，给出了投入辐射的定义，并分析了它的三个去向，并以此为依据建立辐射的理想体。
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●11.2黑体辐射定律
本节介绍了人造黑体，并讨论了黑体辐射三大定律，为辐射换热的计算奠定了基础。
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●11.3实际物体的辐射特性
本节在黑体辐射的基础上讨论了实际物体的发射特性，建立了发射率的概念，并讨论了基尔霍夫定律。
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第十二章辐射换热计算
传热过程和换热器
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●12.1角系数及其性质
传热过程分析计算
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●12.2角系数的计算方法
换热器的类型
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●12.3两黑体表面封闭系统的辐射传热
平均温差计算与间壁式换热器设计
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●12.4两灰体表面封闭系统的辐射传热
本节建立了有效辐射的概念，分析了两个灰体表面形成的封闭系统的辐射换热计算。讨论了表面辐射热阻与空间辐射热阻之间的关系。
