本書是在普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材《工程熱力學》（第2版）的基礎上，參照清華大學能源與動力工程、車輛工程、建筑環(huán)境與能源應用工程、工程熱物理、工程物理等本科專業(yè)，以及行健書院、未央書院、自強書院等的教學大綱，根據(jù)近年來的學科發(fā)展并參考國內外同類教材的經(jīng)驗和優(yōu)點，基于近年來的教學實踐修訂而成。本書充實并強化了基本概念與基本定律的論述，力求嚴謹深入、由淺入深，并突出工程觀點，使理論密切聯(lián)系實際，注重培養(yǎng)學生靈活分析問題的能力。在體系編排方面注意與物理、化學等課程的銜接，起點較高，避免不必要的重復，并且將氣體動力循環(huán)、蒸汽動力循環(huán)、制冷循環(huán)以及濕空氣過程緊接在基本定律之后，依理想氣體、蒸汽與濕空氣三個層次循序漸進，引導學生加深對熱力學基本規(guī)律的理解、掌握與運用。全書取材廣泛，內容有所拓寬，著意反映一些科技進展，加強了?的概念、計算及應用的敘述；增加了超臨界蒸汽動力循環(huán)的介紹；針對環(huán)境保護的熱點——溫室氣體控制，著重介紹了環(huán)保方面對制冷工質提出的新要求與挑戰(zhàn)。本書可用作高等院校能源與動力工程、新能源工程、車輛工程、暖通空調、儲能工程、核能工程，以及工程熱物理等專業(yè)的教科書或參考書，也可供有關科技人員參考。
概念清晰，體例新穎，注重能源領域實踐能力培養(yǎng)，是能源相關領域工程技術人員的參考書。清華大學精品課配套教材，被多所高校選用，廣受好評。
本書是根據(jù)制定的“工程熱力學課程教學基本要求”并參照清華大學四年制相關學科培養(yǎng)方案，在清華大學多年教學實踐的基礎上，在2011年第2版教材的基礎上再次修訂而成的。
本書基本反映了我們在清華大學講授“工程熱力學”課程的教學內容，并吸收了國內外同類教科書的優(yōu)點與經(jīng)驗。
在體系編排方面，本書將氣體動力循環(huán)、水蒸氣和蒸汽動力循環(huán)以及制冷循環(huán)等緊接在熱力學優(yōu)質、第二定律之后，以加深學生對基本定律的理解，更好地掌握與運用基本定律。
在內容方面，本書力圖對基本概念和基本理論部分進行嚴密而深入的論述，充實熱力學基本定律的本質及其數(shù)學表達式。例如，開口系統(tǒng)能量方程、熵的性質及熵方程、及的計算、熱力學微分關系式及其應用等內容，突出工程觀點，使理論密切聯(lián)系實際，注重培養(yǎng)學生運用熱力學理論解決工程問題的能力。為適應學科發(fā)展的需要，本書還注意引進國內外科學研究的新成果與新技術，更新與充實了內容。例如，考慮到國際計量大會對基本物理量的重新定義，增加了關于溫度單位的基于玻耳茲曼常數(shù)的新定義； 考慮到能源合理利用和節(jié)能工作的需要，深化了熱力學第二定律及其分析方法的敘述，加強了物理與化學，分析、損失等概念，以及新國標中的新基準，并引入對熵的微觀意義的介紹； 又如，根據(jù)研究結果，對水及水蒸氣熱力性質進行了修訂，并結合蒸汽動力循環(huán)的發(fā)展，增加了超臨界蒸汽動力循環(huán)的介紹及其練習題； 針對環(huán)境保護的熱點——溫室氣體控制，著重介紹了環(huán)保方面對制冷工質提出的新要求與挑戰(zhàn)。
在編寫安排方面，本書盡量避免與物理、化學等課程不必要的重復，但又注意保持相應的銜接。例如，對理想氣體狀態(tài)方程、理想氣體基本熱力過程、理想混合氣體等部分采用總結歸納的方法加以敘述，不從頭推導； 在化學熱力學部分中，對于化學反應方程式等反映質量守恒定律的內容，融合在化學熱力學的整個敘述中，而不另列一節(jié)。這樣，使本書在取材方面有一定的深度，起點較高。
為了幫助學生復習以及培養(yǎng)學生獨立思考和解決問題的能力，本書每章均有例題、思考題和習題，這些題的針對性、啟發(fā)性與工程性較強，并與正文內容密切配合。全書采用我國法定計量單位。
參加本書第1版編寫工作的有朱明善、劉穎、林兆莊和彭曉峰。緒論與第1、9、10章由朱明善編寫； 第2、3、4、6、7章由劉穎編寫； 第5、8、11章由林兆莊編寫； 第12章由彭曉峰編寫。全書由朱明善統(tǒng)稿。
在本書第2版的修訂中，史琳、吳曉敏和段遠源進行了主要改編工作，劉穎和林兆莊進行審定。其中，第1~4章由史琳改編，第5~12章由吳曉敏改編，水蒸氣物性軟件由段遠源編寫，全書由吳曉敏統(tǒng)稿。
在本書第3版的修訂中，史琳主要進行前言、緒論、第1章、第4章、第8章和第12章的改編工作，吳曉敏主要進行第2章、第3章、第9章、第10章的改編工作，段遠源主要進行第5章、第6章的改編工作，楊震主要進行第7章、第11章的改編工作。全書由史琳統(tǒng)稿。
鑒于編者水平有限，書中難免有疏漏與不妥之處，請讀者指正。
編者
2025年春于清華園
史琳，教授，博士，長期從事工程熱力學教學，精品課及資源共享課負責人，北京市教學名師獎，清華大學標桿課程，清華大學基礎課教學團隊負責人。清華大學學位評定委員會委員，清華大學動力工程及工程熱物理學位分委員會主席。
緒論
0-1熱能及其利用
0-2熱能轉換裝置的工作過程
0-2-1蒸汽動力裝置的工作原理
0-2-2燃氣輪機裝置的工作原理
0-2-3內燃機的工作原理
0-2-4壓縮制冷裝置的工作原理
0-3工程熱力學的研究對象及其主要內容
0-4熱力學的研究方法
第1章基本概念
1-1熱力系統(tǒng)
1-1-1系統(tǒng)與外界
1-1-2閉口系統(tǒng)與開口系統(tǒng)
1-1-3簡單系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)與孤立系統(tǒng)
1-1-4均勻系統(tǒng)與非均勻系統(tǒng)，單元系統(tǒng)與多元系統(tǒng)
1-2狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)
1-2-1熱力系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)
1-2-2狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學特性
1-2-3廣延參數(shù)與強度參數(shù)
1-3基本狀態(tài)參數(shù)
1-3-1壓力
1-3-2比容及密度
1-3-3溫度
1-4平衡狀態(tài)
1-4-1平衡狀態(tài)的概念
1-4-2實現(xiàn)平衡的充要條件
1-5狀態(tài)方程和狀態(tài)參數(shù)坐標圖
1-5-1狀態(tài)公理
1-5-2狀態(tài)方程
1-5-3狀態(tài)參數(shù)坐標圖
1-6準靜態(tài)過程與可逆過程
1-6-1準靜態(tài)過程
1-6-2耗散效應
1-6-3可逆過程
1-7功量
1-7-1功的定義
1-7-2準靜態(tài)過程中的容積變化功——膨脹功和壓縮功
1-7-3其他形式的準靜態(tài)功
1-8熱量與熵
1-8-1熱量
1-8-2熵
1-8-3T-S圖
1-9熱力循環(huán)
思考題
習題
第2章熱力學優(yōu)質定律
2-1熱力學優(yōu)質定律的實質
2-2儲存能
2-2-1內部儲存能——內能
2-2-2外部儲存能
2-2-3系統(tǒng)的總儲存能
2-3閉口系統(tǒng)的能量方程
2-4開口系統(tǒng)的能量方程
2-4-1推進功
2-4-2開口系統(tǒng)的能量方程
2-4-3焓
2-5穩(wěn)定流動能量方程
2-5-1穩(wěn)定流動能量方程的引出
2-5-2穩(wěn)定流動過程中幾種功的關系
2-5-3準靜態(tài)條件下的技術功wt
2-5-4準靜態(tài)條件下熱力學優(yōu)質定律的兩個解析式
2-5-5機械能守恒關系式
2-6穩(wěn)定流動能量方程的應用
2-6-1熱交換器
2-6-2動力機械
2-6-3壓縮機械
2-6-4噴管
2-6-5絕熱節(jié)流
思考題
習題
第3章理想氣體的性質與過程
3-1理想氣體狀態(tài)方程
3-2比熱容
3-2-1比熱容的定義和單位
3-2-2定容比熱容和定壓比熱容
3-3理想氣體的內能、焓和比熱容
3-3-1理想氣體內能和焓的特性
3-3-2理想氣體的比熱容
3-3-3理想氣體內能和焓的計算
3-4理想氣體的熵
3-5研究熱力過程的目的和方法
3-6絕熱過程
3-6-1絕熱過程的過程方程
3-6-2過程初、終態(tài)基本狀態(tài)參數(shù)間的關系
3-6-3過程曲線
3-6-4絕熱過程中的能量轉換
3-7基本熱力過程的綜合分析
3-7-1多變過程方程
3-7-2多變過程的分析
3-7-3應用p-v圖與T-s圖分析多變過程
3-8變比熱容的可逆絕熱過程
3-9氣體的壓縮
3-10活塞式壓氣機的過程分析
3-10-1壓氣機理論壓氣功
3-10-2分級壓縮、中間冷卻
3-10-3活塞式壓氣機的余隙影響
思考題
習題
第4章熱力學第二定律與熵
4-1自然過程的方向性
4-1-1摩擦過程
4-1-2傳熱過程
4-1-3自由膨脹過程
4-1-4混合過程
4-1-5燃燒過程
4-2熱力學第二定律的實質與表述
4-3卡諾循環(huán)與卡諾定理
4-3-1卡諾循環(huán)
4-3-2卡諾定理
4-4熱力學溫標
4-5熵的導出
4-6克勞修斯不等式
4-7不可逆過程熵的變化
4-7-1不可逆過程熵變分析
4-7-2熵變的計算
4-8孤立系統(tǒng)熵增原理分析
4-8-1孤立系統(tǒng)熵增原理
4-8-2做功能力損失
4-8-3熱力學第二定律的局限性
4-9熵方程與熵的微觀意義
4-9-1閉口系統(tǒng)的熵方程
4-9-2開口系統(tǒng)的熵方程
4-9-3熵的微觀意義
4-9-4關于熵的小結
4-10及其計算
4-10-1與能
4-10-2物理的計算
思考題
習題
第5章氣體動力循環(huán)
5-1活塞式內燃機動力循環(huán)
5-1-1活塞式內燃機實際循環(huán)的抽象與概括
5-1-2活塞式內燃機的理想循環(huán)
5-2活塞式內燃機各種理想循環(huán)的比較
5-2-1具有相同的壓縮比和吸熱量的比較
5-2-2具有相同的最高壓力和最高溫度的比較
5-2-3最高壓力和熱負荷q1相同的比較
5-3斯特林循環(huán)
5-4勃雷登循環(huán)
5-4-1燃氣輪機裝置的理想循環(huán)
5-4-2燃氣輪機裝置的實際循環(huán)
5-5提高勃雷登循環(huán)熱效率的其他途徑
5-5-1采用回熱
5-5-2回熱基礎上的分級壓縮中間冷卻
5-5-3回熱基礎上的分級膨脹中間再熱
5-6噴氣式發(fā)動機簡介
思考題
習題
第6章水蒸氣的性質與過程
6-1純物質的熱力學面及相圖
6-2汽化與飽和
6-3水蒸氣的定壓發(fā)生過程
6-3-1水的定壓預熱過程
6-3-2飽和水定壓汽化過程
6-3-3干飽和蒸汽的定壓過熱過程
6-4水及水蒸氣狀態(tài)參數(shù)的確定及其熱力性質圖表
6-4-1水及水蒸氣狀態(tài)參數(shù)的確定原則
6-4-2水及水蒸氣熱力性質表
6-4-3水蒸氣焓熵圖
6-5水蒸氣的熱力過程
6-5-1定壓過程
6-5-2絕熱過程
6-5-3定溫過程
思考題
習題
第7章蒸汽動力循環(huán)
7-1概述
7-2朗肯循環(huán)
7-2-1朗肯循環(huán)定量計算方法
7-2-2朗肯循環(huán)定性分析
7-2-3蒸汽參數(shù)對熱效率的影響
7-3實際蒸汽動力循環(huán)分析
7-3-1熱效率法
7-3-2分析法
7-3-3兩種方法比較
7-4蒸汽再熱循環(huán)
7-5回熱循環(huán)
7-5-1回熱循環(huán)概念
7-5-2回熱循環(huán)計算
7-5-3回熱循環(huán)與朗肯循環(huán)比較
7-5-4多級回熱循環(huán)
7-6熱電聯(lián)產循環(huán)
7-7燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)簡介
7-8超臨界蒸汽動力循環(huán)
思考題
習題
第8章制冷及熱泵循環(huán)
8-1空氣壓縮制冷循環(huán)
8-2蒸氣壓縮制冷循環(huán)
8-3制冷劑
8-3-1對制冷劑的一般熱力學要求
8-3-2環(huán)境保護對制冷劑提出的新要求
8-3-3制冷劑命名規(guī)則
8-4吸收式制冷循環(huán)
8-5吸附式制冷循環(huán)
8-6熱泵循環(huán)
思考題
習題
第9章理想混合氣體和濕空氣
9-1混合氣體的成分
9-1-1成分
9-1-2成分表示方法的換算
9-1-3混合氣體的平均摩爾質量和折合氣體常數(shù)
9-2分壓定律與分容積定律
9-2-1分壓力與分壓定律
9-2-2分容積與分容積定律
9-3混合氣體的參數(shù)計算
9-3-1總參數(shù)的加和性
9-3-2比參數(shù)的加權性
9-3-3理想混合氣體的焓
9-4理想氣體絕熱混合過程的熵增
9-5濕空氣的性質
9-5-1飽和與未飽和
9-5-2結露和露點
9-5-3相對濕度及含濕量
9-6濕空氣的焓、熵與容積
9-6-1濕空氣的焓值
9-6-2濕空氣的熵值
9-6-3濕空氣的容積
9-7比濕度的確定和濕球溫度
9-7-1絕熱飽和溫度
9-7-2濕球溫度
9-8濕空氣的焓濕圖與熱濕比
9-9濕空氣的基本熱力過程
9-9-1加熱或冷卻過程
9-9-2冷卻去濕過程
9-9-3絕熱加濕過程
9-9-4加熱加濕過程
9-9-5絕熱混合過程
思考題
習題
第10章熱力學微分關系式及實際氣體的性質
10-1研究熱力學微分關系式的目的
10-2特征函數(shù)
10-2-1亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)
10-2-2特征函數(shù)
10-3數(shù)學基礎
10-3-1全微分的條件
10-3-2循環(huán)關系式與倒數(shù)式
10-3-3鏈式與不同下標式
10-3-4麥克斯韋關系
10-4熱系數(shù)
10-5熵、內能和焓的微分關系式
10-5-1熵的微分關系式
10-5-2內能的微分關系式
10-5-3焓的微分關系式
10-6比熱容的微分方程
10-6-1比熱容與壓力及比容的關系
10-6-2定壓比熱容與定容比熱容的關系
10-7克拉珀龍方程和焦-湯系數(shù)
10-7-1克拉珀龍方程
10-7-2焦-湯系數(shù)
10-8實際氣體對理想氣體性質的偏離
10-9維里方程
10-9-1維里方程概念
10-9-2截斷型維里方程
10-10經(jīng)驗性狀態(tài)方程
10-10-1范德瓦耳斯狀態(tài)方程
10-10-2R-K狀態(tài)方程
10-11普遍化狀態(tài)方程與對比態(tài)原理
10-11-1普遍化狀態(tài)方程
10-11-2對比態(tài)原理
10-11-3通用壓縮因子圖
思考題
習題
第11章氣體在噴管中的流動
11-1穩(wěn)定流動基本方程式
11-1-1連續(xù)性方程
11-1-2能量方程式
11-1-3可逆絕熱過程的過程方程
11-2聲速
11-3促進速度變化的條件
11-3-1力學條件
11-3-2幾何條件
11-4噴管的計算
11-4-1設計計算
11-4-2噴管的校核計算
11-5有摩擦阻力的絕熱流動
11-6定熵滯止參數(shù)
思考題
習題
第12章化學熱力學基礎
12-1概述
12-1-1有化學反應的熱力系統(tǒng)與平衡
12-1-2化學反應的基本過程
12-2熱力學優(yōu)質定律在反應系統(tǒng)中的應用
12-2-1化學反應系統(tǒng)的優(yōu)質定律表達式
12-2-2化學反應熱效應與燃料熱值
12-2-3標準生成焓
12-2-4理想氣體反應熱效應Qp與QV的關系
12-3化學反應過程的熱力學優(yōu)質定律分析
12-3-1燃料熱值計算
12-3-2燃燒過程放熱量計算
12-3-3理論燃燒溫度
12-4化學反應過程的熱力學第二定律分析
12-4-1化學反應過程的最大有用功
12-4-2標準生成吉布斯函數(shù)
12-4-3化學
12-4-4燃料的化學
12-4-5損失(做功能力損失)
12-5化學平衡
12-5-1化學反應方向和限度的判據(jù)
12-5-2反應度
12-5-3化學反應等溫方程式
12-5-4化學平衡常數(shù)
12-5-5溫度、壓力對平衡常數(shù)的影響
12-6熱力學第三定律
12-7非常熵及其應用
思考題
習題
習題答案
附錄
參考文獻
書單推薦
