熱工學基礎與應用（簡體書）

《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，主要介紹穩態導熱、常規對流換熱、輻射換熱和穩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，主要介紹常規熱工參數測量、熱工測量新技術以及建築節能檢測技術和要求等。
本教材主要針對高職教育的特點，內容上既具有較強的針對性、實用性，又有一定的前瞻性。除可作為土建類高職高專院校建築設備類專業的教材使用外，也可作為電大、函授等相同專業教學用書，并可作為從事供熱、制冷、燃氣、能源等行業的技術人員的參考用書。

2010～2020年《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》（以下簡稱《綱要》）明確提出：政府要大力發展職業教育，要把職業教育納入經濟社會發展和產業發展規劃，促使職業教育規模、專業設置與經濟社會發展需求相適應；要把提高質量作為重點，以服務為宗旨，以就業為導向，實行工學結合、校企合作、頂崗實習的人才培養模式，並建立健全職業教育課程銜接體系。
本教材正是根據《綱要》對高職院校教材建設的要求，結合建築設備類及相關專業高職教育的特點，並針對高職院校學生的具體情況，圍繞該類專業的職業崗位範圍、知識結構、能力結構、業務規格和素質要求，組織編寫而成的。書中對熱工學中高深的理論、高難的計算、複雜的分析等內容做了大量的刪減，增加了熱工裝置與設備、熱工檢測、節能檢測等有針對性、實用性的內容，盡量做到言簡意賅、夠用為度，便於學生掌握，方便教學。

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 氣體狀態方程20
3.2.1 理想氣體的概念20
3.2.2 理想氣體狀態方程式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 能量守恆與轉換定律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 閉口系統熱力學第一定律31
4.3 開口系統熱力學第一定律32
4.3.1 開口系統與邊界的能量傳遞32
4.3.2 穩定流動能量方程的解析式33
4.3.3 穩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39
5.1.2 自發過程與非自發過程40
5.1.3 熱力學第二定律的表述40
5.2 卡諾循環和卡諾定理41
5.2.1 卡諾循環41
5.2.2 逆卡諾循環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 一維穩態導熱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 表面傳熱系數和對流換熱微分方程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、定型尺寸和特徵速度的確定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 物體的熱輻射特徵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玻爾茲曼(StefanBoltzmann)定律81
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 穩定傳熱91
9.1 穩定傳熱的計算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 按製造材料分類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傳熱單元數法（εNTU）116
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律121
11.1.1 連續性方程121
11.1.2 穩定流動能量方程122
11.1.3 絕熱過程方程122
11.1.4 聲速與馬赫數122
11.1.5 定熵流動基本特徵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 蒸發器146
13.1.3 其他換熱器148
13.2 節流機構150
13.2.1 手動節流閥151
13.2.2 浮球節流閥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 汽輪機運行的監控和調節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179
14.4.3 太陽能供暖系統182
思考題及習題185

第5單元 熱工測量
第15章 常規熱工參數測量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 建築節能檢測231
17.1 建築節能檢測綜述231
17.1.1 建築節能檢測的主要參數及術語231
17.1.2 建築節能檢測方法234
17.1.3 建築節能達標的判定234
17.2 居住建築節能檢測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 公共建築節能檢測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 采暖空調水系統性能檢測243
17.3.4 空調風系統性能檢測245
17.3.5 建築物年采暖空調能耗及年冷源系統能效系數檢測246
17.3.6 監測與控制系統性能檢測246
17.4 供熱系統熱工性能檢測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）的熱工參數表256
附錄8常用建築及保溫材料的密度和熱導率258
參考文獻259