周艷，青島科技大學機電工程學院，能源與動力工程繫繫主任，副教授，主要教學經歷；

2002年化工過程機械專業碩士畢業，然後任教於青島科技大學，期間於2010年獲工學博士學位。

自2002年以來，承擔了本科專業的教學工作，主講課程有《工程熱力學》、《換熱設備專題》、《工業爐》、《強化傳熱技術》、《太陽能利用技術》等。

10年主講的《工程熱力學》課程獲山東省省級精品課程，11年所在教學團隊獲山東省省級優秀教學團隊，12年參研的《化工機械專業培養內涵研究》獲校級教學成果一等獎，13年參研的《國際化背景下化工過程機械專業碩士研究生教學模式研究》獲省級教學成果二等獎；09年主持的實驗項目《制冷壓縮機性能實驗》獲校級精品實驗。多次在學院主辦的教學標兵評比活動中獲“教學標兵”榮譽稱號。目前主持校級教學立項1項，參與省級教學立項1項。撰寫教研論文7篇。

主要教學、科學研究、實踐經歷:

自2002年以來，參與完成了青島市科技計劃項目1項，山東省教育廳科技計劃項目1項，山東省自然基金項目1項，國家自然基金項目1項，橫向項目3項。目前主持青島市科技計劃項目1項，山東省自然基金項目1項，國家自然基金項目1項，參與國家自然基金項目1項，山東省科技攻關項目1項，橫向項目1項。撰寫科技論文20餘篇，其中EI收錄10餘篇。

0緒論1

0.1熱能和熱能利用1

0.2熱工理論發展簡史1

0.3熱工理論的研究對像和方法3



工程熱力學篇

1基本概念6

1.1熱力繫統6

1.2狀態及狀態參數7

1.2.1狀態定義及狀態參數的特征7

1.2.2溫度8

1.2.3比體積及密度8

1.2.4壓力8

1.3平衡狀態、狀態方程式、坐標圖10

1.4工質的狀態變化過程11

1.4.1準平衡過程11

1.4.2可逆過程和不可逆過程11

1.5過程功和熱量12

1.5.1可逆過程的功12

1.5.2有用功12

1.5.3過程熱量13

1.6熱力循環13

思考題15

習題15



2熱力學定律17

2.1熱力學定律的實質及表達式17

2.2熱力學定律在閉口繫統中的表達17

2.2.1熱力學能和總能17

2.2.2閉口繫統的能量守恆方程18

2.3開口繫統穩定流動過程的熱力學定律19

2.3.1推動功和流動功19

2.3.2焓19

2.3.3穩定流動的特征20

2.3.4穩定流動的能量守恆方程式20

2.4技術功21

2.4.1技術功的定義21

2.4.2可逆過程中的技術功21

2.5穩定流動能量方程式的應用23

思考題24

習題24



3理想氣體的性質與熱力過程27

3.1理想氣體的性質27

3.1.1理想氣體的概念27

3.1.2理想氣體的狀態方程27

3.1.3理想氣體的比熱容28

3.1.4理想氣體的熱力學能、焓和熵31

3.2理想氣體混合物33

3.2.1理想氣體混合物的基本定律33

3.2.2混合氣體的成分、摩爾質量及氣體常數34

3.2.3理想氣體混合物熱力性質的計算34

3.3理想氣體的熱力過程35

3.3.1研究熱力過程的目的及一般方法35

3.3.2理想氣體的基本熱力過程35

3.3.3多變過程42

3.4氣體的壓縮過程46

3.4.1單級活塞式壓氣機的工作原理46

3.4.2多級壓縮和級間冷卻48

3.4.3餘隙容積對壓氣機的影響49

3.5氣體在噴管中的流動過程51

3.5.1穩定流動中的基本方程式51

3.5.2噴管截面的變化規律51

3.5.3噴管的計算52

思考題56

習題56



4熱力學第二定律59

4.1自發過程的方向性與熱力學第二定律的表述59

4.1.1自發過程的方向性59

4.1.2熱力學第二定律的表述59

4.2卡諾循環與卡諾定理60

4.2.1卡諾循環60

4.2.2卡諾定理61

4.3熱力學第二定律的數學表達式63

4.3.1克勞修斯不等式63

4.3.2熵的導出65

4.3.3不可逆過程的熵變66

4.4熵增原理68

4.4.1孤立繫統的熵增原理68

4.4.2做功能力的損失70

思考題70

習題71



5氣體動力循環74

5.1活塞式內燃機的實際循環74

5.1.1活塞式內燃機實際循環的簡化74

5.1.2活塞式內燃機的理想循環76

5.1.3活塞式內燃機各種理想循環的熱力學比較78

5.2燃氣輪機裝置的循環79

5.2.1燃氣輪機裝置簡介79

5.2.2燃氣輪機裝置定壓加熱理想循環——布雷頓循環79

思考題81

習題82



6水蒸氣的熱力性質及蒸汽動力循環83

6.1水的定壓加熱汽化過程83

6.2水和水蒸氣的狀態參數84

6.2.1水蒸氣表85

6.2.2水蒸氣圖87

6.3水蒸氣的基本熱力過程88

6.4蒸汽動力裝置循環90

6.4.1朗肯循環90

6.4.2朗肯循環分析91

6.4.3蒸汽參數對循環的影響92

6.4.4提高蒸汽動力循環效率的其他措施93

思考題95

習題95



7制冷循環97

7.1空氣壓縮式制冷循環97

7.2蒸氣壓縮式制冷循環99

7.3吸收式制冷循環100

7.4熱泵101

思考題102

習題102



傳熱學篇

8傳熱的基本形式和傳熱過程104

8.1熱量傳遞的基本方式104

8.1.1熱傳導104

8.1.2熱對流105

8.1.3熱輻射106

8.2傳熱過程簡介107

8.2.1傳熱過程和傳熱方程107

8.2.2復合換熱109

思考題110

習題110



9導熱112

9.1導熱理論基礎112

9.1.1溫度場112

9.1.2導熱基本定律113

9.1.3導熱繫數113

9.1.4導熱微分方程114

9.1.5單值性條件116

9.2穩態導熱117

9.2.1通過平壁的穩態導熱117

9.2.2通過圓筒壁的穩態導熱120

9.2.3通過肋片的穩態導熱123

9.3非穩態導熱127

9.3.1非穩態導熱的基本概念127

9.3.2集總參數法128

9.3.3一維非穩態導熱問題的分析解131

思考題136

習題137



10對流傳熱139

10.1對流傳熱概述139

10.1.1牛頓冷卻公式139

10.1.2對流傳熱的影響因素140

10.1.3對流傳熱的主要研究方法141

10.2對流傳熱問題的數學描述142

10.2.1傳熱微分方程142

10.2.2對流傳熱微分方程組142

10.2.3對流傳熱的單值性條件144

10.3邊界層與邊界層傳熱微分方程組145

10.3.1邊界層的概念145

10.3.2邊界層傳熱微分方程組147

10.4流體外掠平板層流傳熱147

10.4.1對流傳熱特征數關聯式147

10.4.2外掠平板層流傳熱分析解149

10.5對流傳熱的實驗研究151

10.5.1相似原理151

10.5.2特征數實驗關聯式的常用形式151

10.6單相流體強迫對流傳熱特征數關聯式153

10.6.1管內強迫對流傳熱153

10.6.2外部強迫對流傳熱159

10.7大空間自然對流傳熱163

10.7.1大空間自然對流傳熱特點163

10.7.2大空間自然對流傳熱的實驗關聯式164

10.8凝結與沸騰傳熱166

10.8.1凝結傳熱166

10.8.2沸騰傳熱170

思考題172

習題173



11輻射換熱175

11.1熱輻射的基本概念175

11.1.1熱輻射和電磁波譜175

11.1.2吸收比、反射比和透射比176

11.1.3黑體輻射176

11.1.4輻射強度177

11.1.5輻射力178

11.2黑體輻射178

11.2.1普朗克定律178

11.2.2斯蒂芬-玻爾茲曼定律179

11.2.3蘭貝特定律181

11.3實際物體輻射181

11.3.1實際物體的輻射特性182

11.3.2實際物體的吸收特性184

11.3.3基爾霍夫定律184

11.4角繫數185

11.4.1角繫數的定義185

11.4.2角繫數的性質185

11.4.3角繫數的計算方法186

11.5兩表面封閉繫統的輻射傳熱190

11.5.1兩黑體表面間的輻射傳熱190

11.5.2有效輻射190

11.5.3兩灰體表面組成的封閉繫統的輻射換熱191

11.5.4遮熱板193

11.6多個灰體表面組成的封閉繫統的輻射換熱195

思考題197

習題198



12傳熱過程與換熱器201

12.1傳熱過程201

12.1.1通過平壁的傳熱過程201

12.1.2 通過圓筒壁的傳熱過程202

12.1.3通過肋壁的傳熱過程204

12.2換熱器205

12.2.1換熱器的分類205

12.2.2換熱器中傳熱平均溫差的計算207

12.2.3換熱器的傳熱計算210

思考題211

習題211



附錄213

附錄1幾種氣體的比定壓熱容213

附錄2理想氣體的平均比定壓熱容214

附錄3氣體的平均比定壓熱容的直線關繫式214

附錄4空氣的熱力性質215

附錄5氣體的熱力性質216

附錄6低壓時一些常用氣體的比熱容217

附錄7一些常用氣體25℃、100kPa*時的比熱容218

附錄8飽和水和飽和蒸汽的熱力性質（按溫度排列）219

附錄9飽和水和飽和蒸汽的熱力性質(按壓力排列)220

附錄10水和過熱蒸汽的熱力性質222

附錄11氨（NH3）飽和液和飽和蒸氣的熱力性質227

附錄12過熱氨（NH3）蒸氣的熱力性質228

附錄13氟利昂134a的飽和性質（溫度基準）229

附錄14氟利昂134a的飽和性質（壓力基準）230

附錄15過熱氟利昂134a蒸氣的熱力性質231

附錄16水蒸氣焓-熵（h-s）圖233



參考文獻234

本書是參照*機械類及近機類本科專業的教學大綱，在多年教學實踐的基礎上編寫而成的，編寫過程中參考了國內已有的熱工基礎、熱工學、工程熱力學及傳熱學教材和國內外的有關文獻。

在體繫編排方面，本書將工程熱力學內容中理想氣體的性質及其相關熱力過程合成一章，氣體動力循環、水蒸氣和蒸汽動力循環以及制冷循環等幾章緊接在熱力學、第二定律之後，以便加深學生對基本定律的理解，能更好地掌握與運用基本定律；傳熱學內容方面，在闡述三種基本傳熱方式的基礎上，講解了傳熱過程分析和換熱器的計算，這部分內容對學生解決實際工程中的傳熱問題很有幫助。

在內容方面，本書力圖對基本概念及基本理論進行嚴密而深入的論述，突出工程觀點，注重結合生產生活的實際問題，重點對基本理論的應用進行深入分析，使理論密切聯繫實際，注重培養學生運用熱力學理論解決工程問題的能力。

為了幫助學生復習以及培養學生獨立思考和解決問題的能力，每章附有例題、思考題和習題，這些題的針對性、啟發性與工程性較強，並與正文內容配合較好。全書采用我國法定計量單位。本書工程熱力學部分對重點、難點內容附上在線資源，學生可以通過掃描二維碼實現課下自學與復習。

參加本書編寫工作的有周艷（第1章至第7章，附錄）、李超（第8章至第12章）、隋春傑（緒論，習題及思考題校對）。全書由周艷統稿。

本書在編寫過程中得到了苗展麗、陳海龍、劉雲霞的幫助。

鋻於編著者水平有限，難免有疏漏與不妥之處，請讀者指正。

   

編著者

2021年10月