流體力學與熱工學基礎

前言

第一篇流體力學

第一章流體的基本特性1

第一節(jié)流體的主要物理性質 1

第二節(jié)作用在流體上的力8

思考與練習題9

第二章流體靜力學11

第一節(jié)流體靜壓力及其特性11

第二節(jié)流體靜力學基本方程及其應用13

思考與練習題20

第三章流體動力學基礎22

第一節(jié)流體流動的基本概念 22

第二節(jié)穩(wěn)定流動的連續(xù)性方程25

第三節(jié)伯努利方程26

第四節(jié)伯努利方程在工程上的應用 31

思考與練習題37

第四章能量損失與管路計算40

第一節(jié)流動阻力與水頭損失 40

第二節(jié)流體流動的兩種形態(tài)41

第三節(jié)圓管層流的沿程損失計算 44

第四節(jié)圓管湍流的沿程損失計算 47

第五節(jié)局部損失計算53

第六節(jié)管路水力計算56

思考與練習題59

第二篇工程熱力學

第五章工程熱力學的基本概念62

第一節(jié)工質、熱源及熱力系統(tǒng) 62

第二節(jié)熱力學狀態(tài)及其參數65

第三節(jié)熱力過程69

思考與練習題72

第六章熱力學第一定律 74

第一節(jié)熱力學第一定律的實質74

第二節(jié)閉口系統(tǒng)能量方程78

第三節(jié)開口系統(tǒng)能量方程79

第四節(jié)熱力學第一定律能量方程的應用82

思考與練習題84

第七章理想氣體的熱力性質與熱力過程87

第一節(jié)理想氣體的定義87

第二節(jié)理想氣體的比熱容90

第三節(jié)理想氣體的熱力學能、焓和熵的計算94

第四節(jié)理想氣體的熱力過程96

思考與練習題108

第八章熱力學第二定律 110

第一節(jié)熱力循環(huán)110

第二節(jié)熱力學第二定律的表述113

第三節(jié)卡諾循環(huán)和卡諾定理114

第四節(jié)熵方程和熵增原理119

思考與練習題122

第九章水蒸氣熱力性質和熱力過程 125

第一節(jié)水蒸氣的基本概念125

第二節(jié)水的定壓加熱汽化過程126

第三節(jié)水蒸氣表和圖129

第四節(jié)水蒸氣的基本熱力過程132

思考與練習題135

第十章氣體和蒸汽的流動 137

第一節(jié)氣體穩(wěn)定流動的基本方程137

第二節(jié)促使氣流速度改變的條件139

第三節(jié)噴管和擴壓管的選型分析141

第四節(jié)噴管的流速和流量計算142

第五節(jié)絕熱節(jié)流146

思考與練習題148

第十一章壓氣機的熱力過程 149

第一節(jié)單級活塞式理想壓氣機工作過程分析149

第二節(jié)余隙容積的影響151

第三節(jié)多級壓縮與級間冷卻153

第四節(jié)葉輪式壓氣機的工作原理157

思考與練習題159

第十二章氣體動力循環(huán)161

第一節(jié)活塞式內燃機理想循環(huán)161

第二節(jié)活塞式內燃機理想循環(huán)的比較及循環(huán)的平均壓力165

第三節(jié)燃氣輪機動力裝置的理想循環(huán)168

思考與練習題169

第十三章制冷循環(huán) 171

第一節(jié)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)171

第二節(jié)熱泵循環(huán)178

思考與練習題179

第十四章理想混合氣體和濕空氣 180

第一節(jié)理想混合氣體180

第二節(jié)濕空氣的基本概念182

第三節(jié)濕空氣h d圖186

第四節(jié)濕空氣的典型過程188

思考與練習題191

第三篇傳熱學

第十五章導熱193

第一節(jié)導熱的基本概念和基本定律193

第二節(jié)平壁和圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導熱 197

思考與練習題202

第十六章對流換熱 204

第一節(jié)對流換熱及基本公式 204

第二節(jié)影響表面?zhèn)鳠嵯禂档囊蛩胤治?05

第三節(jié)受迫對流換熱的分析與計算 208

第四節(jié)自然對流換熱計算 215

第五節(jié)凝結和沸騰換熱217

思考與練習題221第十七章輻射換熱 222

第一節(jié)熱輻射的基本概念 222

第二節(jié)熱輻射的基本定律225

第三節(jié)物體間的輻射換熱計算 228

第四節(jié)遮熱板原理 232

思考與練習題233

第十八章傳熱過程及換熱器 234

第一節(jié)傳熱過程的分析和計算 234

第二節(jié)換熱器 236

第三節(jié)傳熱過程的削弱和強化 246

思考與練習題250

附錄252

附錄A飽和水與飽和蒸汽表（按溫度排序）252

附錄B飽和水與飽和蒸汽表（按壓力排序）253

附錄C未飽和水與過熱蒸汽表255

附錄DR12飽和液體及蒸汽的熱力性質表261

附錄ER22飽和液體及蒸汽的熱力性質表263

附錄FHCFC134a飽和液體及蒸汽的熱力性質表265

附錄GHCFC134a過熱蒸汽性質表266

附錄H干空氣的熱物理性質(p=1 013×105Pa)266

附錄I飽和水的熱物理性質267

附錄J干飽和水蒸氣的熱物理性質表268

附錄K幾種飽和液體的熱物理性質表269

附錄L水蒸氣h s圖270

參考文獻272 2100433B

本書為廣東省新世紀教改工程的成果之一，主要介紹流體力學、工程熱力學、傳熱學的內容。流體力學部分主要介紹流體的基本特性、流體靜力學、流體動力學基礎及能量損失與管路計算等知識；工程熱力學部分在講述工程熱力學的基本理論和常用工質的性質基礎上，主要論述了熱工理論在工程上的一些應用，傳熱學部分內容包括導熱、對流換熱、輻射換熱、傳熱過程及換熱器。本書可作為高職高專輪機工程專業(yè)輪機工程基礎課程及熱工基礎等課程的教材，還可作為有關工程技術人員的參考用書。

《熱工學基礎與應用》共分5個單元，第1單元熱工學基礎知識，主要介紹熱能的綜合利用、熱工基本參數、熱學基本理論等內容。第2單元工程熱力學基本理論，主要介紹熱力學第一定律及第二定律的基本知識。第3單元傳熱學基本理論，主要介紹穩(wěn)態(tài)導熱、常規(guī)對流換熱、輻射換熱和穩(wěn)定傳熱的基本定律及基本計算分析。第4單元常用熱工裝置及設備，主要介紹熱質交換設備、噴管及擴壓管、壓縮機、制冷裝置、汽輪機、內燃機、熱管、太陽能利用裝置等熱工常用裝置及設備的原理、特點及應用。第5單元熱工測量，主要介紹常規(guī)熱工參數測量、熱工測量新技術以及建筑節(jié)能檢測技術和要求等。

除可作為土建類高職高專院校建筑設備類專業(yè)的教材使用外，也可作為電大、函授等相同專業(yè)教學用書，并可作為從事供熱、制冷、燃氣、能源等行業(yè)的技術人員的參考用書。

第1單元 熱工學基礎知識

第1章 熱能綜述2

1.1 能源概述2

1.1.1 自然界中的能源種類2

1.1.2 新能源2

1.1.3 我國的能源發(fā)展情況7

1.2 熱能的利用10

1.2.1 熱能利用的形式10

1.2.2 熱能利用及熱工課程發(fā)展史11

思考題及習題12

第2章 熱工基本參數13

2.1 溫度13

2.1.1 溫度的涵義13

2.1.2 溫標13

2.2 壓力15

2.2.1 壓力的涵義15

2.2.2 壓力的單位及換算15

2.2.3 壓力的測量及應用16

2.3 密度及比體積17

思考題及習題18

第3章 熱學基本理論19

3.1 分子熱運動理論19

3.2 氣體狀態(tài)方程20

3.2.1 理想氣體的概念20

3.2.2 理想氣體狀態(tài)方程式20

3.2.3 理想氣體的比熱容21

3.2.4 實際氣體22

3.3 混合氣體24

3.3.1 混合氣體的概念24

3.3.2 混合氣體的溫度24

3.3.3 混合氣體的分壓力、分容積24

3.3.4 混合氣體成分的表示方法24

3.3.5 混合氣體的平均分子量和氣體常數26

3.3.6 混合氣體分壓力的確定26

思考題及習題26

第2單元 工程熱力學基本理論

第4章 熱力學第一定律29

4.1 熱能轉換的基本概念29

4.1.1 熱力學基本概念29

4.1.2 能量守恒與轉換定律31

4.1.3 熱力學第一定律31

4.1.4 熱力學第一定律的基本表達式31

4.2 閉口系統(tǒng)熱力學第一定律31

4.3 開口系統(tǒng)熱力學第一定律32

4.3.1 開口系統(tǒng)與邊界的能量傳遞32

4.3.2 穩(wěn)定流動能量方程的解析式33

4.3.3 穩(wěn)定流動能量方程的應用35

4.3.4 理想氣體內能和焓的計算37

思考題及習題38

第5章 熱力學第二定律39

5.1 熱力學第二定律的表述39

5.1.1 循環(huán)39

5.1.2 自發(fā)過程與非自發(fā)過程40

5.1.3 熱力學第二定律的表述40

5.2 卡諾循環(huán)和卡諾定理41

5.2.1 卡諾循環(huán)41

5.2.2 逆卡諾循環(huán)42

5.2.3 卡諾定理43

5.3 熵43

5.3.1 熵的導出43

5.3.2 熵增加原理45

思考題及習題45

第3單元 傳熱學基本理論

第6章 導熱47

6.1 導熱基本定律47

6.1.1 溫度場47

6.1.2 溫度梯度48

6.1.3 熱流密度48

6.1.4 傅里葉定律48

6.1.5 熱導率49

6.2 導熱微分方程及定解條件50

6.2.1 導熱微分方程50

6.2.2 定解條件52

6.3 一維穩(wěn)態(tài)導熱54

6.3.1 通過平壁的導熱54

6.3.2 通過圓筒壁的導熱56

思考題及習題58

第7章 對流換熱60

7.1 對流換熱概述60

7.1.1 對流換熱過程60

7.1.2 對流換熱過程的分類61

7.1.3 表面?zhèn)鳠嵯禂岛蛯α鲹Q熱微分方程61

7.2 對流換熱過程的相似理論62

7.2.1 相似的概念62

7.2.2 相似準則63

7.2.3 相似理論在對流換熱中的應用64

7.2.4 定性溫度、定型尺寸和特征速度的確定65

7.3 單相流體的對流換熱66

7.3.1 對流換熱的類型66

7.3.2 單相流體自然流動時的換熱66

7.3.3 單相流體強迫流動時的換熱69

7.3.4 單相流體綜合流動時的換熱75

7.4 變相流體的對流換熱75

7.4.1 蒸汽凝結過程及其換熱特點75

7.4.2 流體沸騰時的換熱77

思考題及習題78

第8章 輻射換熱79

8.1 熱輻射的基本概念79

8.1.1 物體的熱輻射特征79

8.1.2 輻射力和輻射強度80

8.2 黑體輻射及其基本定律81

8.2.1 斯蒂芬"para" label-module="para">

8.2.2 普朗克定律和維恩位移定律81

8.2.3 基爾霍夫（Kirchhoff）定律83

8.3 物體表面之間的輻射換熱84

8.3.1 空間熱阻和表面熱阻84

8.3.2 任意兩物體表面間的輻射換熱計算84

8.3.3 特殊位置兩物體間的輻射換熱計算85

8.4 氣體的輻射換熱87

8.4.1 氣體的輻射和吸收特點87

8.4.2 氣體吸收定律87

8.4.3 氣體的吸收率和黑度88

8.4.4 氣體的輻射能力88

8.4.5 氣體與固體之間的輻射熱交換89

思考題及習題89

第9章 穩(wěn)定傳熱91

9.1 穩(wěn)定傳熱的計算91

9.1.1 通過平壁的傳熱91

9.1.2 通過圓管的傳熱92

9.1.3 通過肋壁的傳熱93

9.1.4 臨界熱絕緣直徑94

9.2 傳熱的加強與減弱94

9.2.1 傳熱的強化94

9.2.2 傳熱的減弱95

思考題及習題96

第4單元 常用熱工裝置及設備

第10章 熱質交換設備99

10.1 熱質交換設備的分類99

10.1.1 按工作原理分類99

10.1.2 按照熱流體與冷流體的流動方向分類100

10.1.3 按用途分類101

10.1.4 按制造材料分類102

10.2 間壁式換熱器103

10.2.1 管殼式換熱器103

10.2.2 肋片管式換熱器104

10.2.3 螺旋板式換熱器105

10.2.4 板翅式換熱器105

10.2.5 板式換熱器106

10.2.6 浮動盤管式換熱器107

10.3 混合式換熱器107

10.3.1 混合式熱交換器的種類108

10.3.2 噴淋室的類型和構造108

10.3.3 冷卻塔的類型與結構110

10.4 換熱器常用的計算方法114

10.4.1 換熱器熱工計算的基本公式114

10.4.2 平均溫差法114

10.4.3 能效"para" label-module="para">

10.4.4 其他流動方式平均溫差的計算及比較118

思考題及習題120

第11章 噴管及擴壓管121

11.1 噴管及擴壓管流動的基本規(guī)律121

11.1.1 連續(xù)性方程121

11.1.2 穩(wěn)定流動能量方程122

11.1.3 絕熱過程方程122

11.1.4 聲速與馬赫數122

11.1.5 定熵流動基本特征123

11.2 噴管及擴壓管的計算124

11.2.1 臨界壓力比124

11.2.2 定熵滯止參數125

11.2.3 噴管的正確選擇125

思考題及習題127

第12章 壓縮機128

12.1 壓縮機的分類及用途128

12.2 活塞式壓縮機129

12.2.1 活塞式制冷壓縮機的分類129

12.2.2 活塞式制冷壓縮機的結構130

12.2.3 活塞式制冷壓縮機的熱力性能134

12.3 回轉式壓縮機135

12.3.1 螺桿式壓縮機135

12.3.2 滾動活塞式壓縮機137

12.3.3 渦旋式壓縮機138

12.4 離心式壓縮機140

12.4.1 離心式壓縮機的工作原理140

12.4.2 離心式壓縮機的特性140

12.4.3 離心式制冷壓縮機的特點141

思考題及習題142

第13章 制冷裝置143

13.1 制冷換熱器143

13.1.1 冷凝器144

13.1.2 蒸發(fā)器146

13.1.3 其他換熱器148

13.2 節(jié)流機構150

13.2.1 手動節(jié)流閥151

13.2.2 浮球節(jié)流閥151

13.2.3 熱力膨脹閥152

13.2.4 熱電膨脹閥和電子脈沖式膨脹閥154

13.2.5 毛細管154

13.3 輔助設備155

13.3.1 潤滑油的分離及收集設備155

13.3.2 制冷劑的貯存及分離設備156

13.3.3 制冷劑的凈化設備157

思考題及習題158

第14章 其他常用設備及裝置160

14.1 汽輪機160

14.1.1 汽輪機的基本工作原理和類型160

14.1.2 汽輪機的分類162

14.1.3 汽輪機的型號163

14.1.4 汽輪機的主要設備及系統(tǒng)164

14.1.5 汽輪機的損失、效率和經濟指標165

14.1.6 汽輪機運行的監(jiān)控和調節(jié)168

14.2 內燃機171

14.2.1 內燃機及其特點171

14.2.2 內燃機的分類172

14.2.3 內燃機的工作原理172

14.2.4 內燃機動力性指標173

14.2.5 內燃機經濟性指標174

14.3 熱管174

14.3.1 熱管的組成175

14.3.2 熱管的工作原理176

14.3.3 熱管的基本特性176

14.3.4 熱管的分類177

14.3.5 熱管的相容性及壽命177

14.4 太陽能熱利用裝置178

14.4.1 太陽能集熱器形式178

14.4.2 太陽能熱水系統(tǒng)179

14.4.3 太陽能供暖系統(tǒng)182

思考題及習題185

第5單元 熱工測量

第15章 常規(guī)熱工參數測量187

15.1 溫度測量187

15.1.1 溫度測量方法及測量儀表187

15.1.2 膨脹式溫度計188

15.1.3 熱電偶溫度計188

15.1.4 熱電阻溫度計191

15.1.5 非接觸測溫192

15.2 濕度測量193

15.2.1 空氣濕度的表示方法193

15.2.2 干濕球法濕度測量194

15.2.3 露點法濕度測量194

15.2.4 氯化鋰電阻濕度傳感器195

15.2.5 高分子濕度傳感器195

15.3 壓力測量195

15.3.1 壓力的檢測方法196

15.3.2 壓力測量儀表的分類196

15.3.3 液柱式壓力計196

15.3.4 彈性式壓力計197

15.4 流量測量199

15.4.1 流量測量原理199

15.4.2 孔板流量計200

15.4.3 文丘里流量計202

15.4.4 轉子流量計203

15.5 熱量測量204

15.5.1 熱流密度的測量204

15.5.2 熱量及冷量的測量205

15.5.3 蒸汽熱量的測量206

15.6 氣體成分分析207

15.6.1 一氧化碳和二氧化碳的測量207

15.6.2 氧量的測量208

思考題及習題210

第16章 熱工測量新技術211

16.1 超聲波測量技術211

16.1.1 超聲波測量原理211

16.1.2 超聲波流量計211

16.1.3 超聲波物位計214

16.1.4 超聲波探傷儀215

16.1.5 超聲波在其他測量方面的應用216

16.2 激光傳感測量技術217

16.2.1 激光測量原理217

16.2.2 激光測距218

16.2.3 激光測速219

16.2.4 激光的載波測溫221

16.3 光纖傳感測量技術221

16.3.1 光纖傳感技術綜述221

16.3.2 光纖溫度傳感器222

16.3.3 光纖壓力傳感器223

16.3.4 光纖液位傳感器224

16.3.5 光纖流量傳感器225

16.4 虛擬儀器測量技術226

16.4.1 虛擬儀器綜述226

16.4.2 虛擬儀器的硬件227

16.4.3 虛擬儀器的軟件228

16.4.4 虛擬儀器在熱工測量中的應用229

思考題及習題230

第17章 建筑節(jié)能檢測231

17.1 建筑節(jié)能檢測綜述231

17.1.1 建筑節(jié)能檢測的主要參數及術語231

17.1.2 建筑節(jié)能檢測方法234

17.1.3 建筑節(jié)能達標的判定234

17.2 居住建筑節(jié)能檢測235

17.2.1 室內平均溫度檢測235

17.2.2 外圍護結構熱工缺陷檢測236

17.2.3 熱橋溫度檢測237

17.2.4 圍護結構傳熱系數檢測238

17.2.5 外圍護結構隔熱性能檢測239

17.2.6 外窗氣密性能檢測239

17.2.7 遮陽設施檢測240

17.3 公共建筑節(jié)能檢測241

17.3.1 室內溫度、濕度檢測241

17.3.2 外圍護結構熱工檢測242

17.3.3 采暖空調水系統(tǒng)性能檢測243

17.3.4 空調風系統(tǒng)性能檢測245

17.3.5 建筑物年采暖空調能耗及年冷源系統(tǒng)能效系數檢測246

17.3.6 監(jiān)測與控制系統(tǒng)性能檢測246

17.4 供熱系統(tǒng)熱工性能檢測247

17.4.1 室外管網水力平衡度檢測247

17.4.2 系統(tǒng)補水率檢測248

17.4.3 室外管網熱損失率檢測248

17.4.4 鍋爐運行效率檢測249

17.4.5 耗電輸熱比檢測250

思考題及習題251

附錄252

附錄1熱工常用單位換算表252

附錄2用于構成十進倍數和分數單位的詞頭253

附錄3常用氣體的熱工參數表253

附錄4空氣的熱工參數表253

附錄5飽和水的熱工參數表254

附錄6飽和水蒸氣的熱工參數表255

附錄7常用制冷劑（液態(tài)）的熱工參數表256

附錄8常用建筑及保溫材料的密度和熱導率258

參考文獻2592100433B

本書是鐵路機械類中等專業(yè)學校的機車、車輛、機制、空調與制冷及起重與線路機械等專業(yè)《水力學及熱工學基礎》課程的試用教材。

內容包括水力學、工程熱力學及傳熱學三篇，共十九章。注重了基本概念和基本理論的闡述，以及有關專業(yè)的實際需要，各章中均有例題和習題，書末附有供計算用的熱工學圖表。全書采用國際單位制（SI），并備有國際單位制與工程單位制的對照換算表。

本書除作為機械類中等專業(yè)學校教材，也可供機車、車輛等專業(yè)的工程技術人員參考。