热工基础（高等学校机械类专业教学指导委员会规划教材）

作者简介

王立，工学博士，北京科技大学能源与环境工程学院教授、院长，博士生导师，英国伯明翰大学客座教授。历任中国金属学会理事、中国金属学会能源与热工学会副理事长、北京制冷学会副理事长和北京热物理与能源工程学会理事。长期从事热能工程、制冷与低温领域的教学与科研工作，主要研究方向包括能量转换、储存和有效利用；气体分离新技术与新工艺、气固流态化理论及应用等。出版著作3部、教材2部（包括“十二五”国家规划级教材1部），发表论文三百余篇，获国家专利30余项。

内容简介

第3章 压气机与膨胀机 3．1理想气体的性质与热力过程 热能与机械能之间的转换，必须借助某种物 质才能进行。例如蒸汽动力装置中的水蒸气就是 这种物质。如前所述(第1章)，我们把这种实现 热能和机械能之间相互转换的媒介物质称为工质 。研究热力过程和热力循环的能量关系时，必须 确定工质的各种热力学参数值。不同性质的工质 对能量转换有不同的影响，工质是能量转换的内 部条件。因此，工质热力性质的研究是能量转换 研究的重要基础。 为了实现某种能量的转换，或使工质达到某 种预期的状态，热力系统的工质状态总是发生变 化，称为热力过程，简称过程。例如，燃气轮机 中燃气膨胀做功过程的目的是为了实现热能转换 为机械能； 压气机中气体的压缩增压过程，则 是为了获得预期的高压气体。工质热力过程分析 计算的目的，在于揭示过程中工质状态参数的变 化规律以及能量转化情况，进而找出影响转化的 主要因素。 3．1．1理想气体及其状态方程 热机中的工质皆采用容易膨胀的气态物质， 包括气体和蒸汽。气体是指远离液态，不易液化 的气态物质； 而蒸汽则是指离液态较近，容易 液化的气态物质，两者之间并无严格的界限。 在工质的热力性质中，压力p、比体积v、 温度T之间的关系具有特别重要的意义。对于实 际气体，这种关系一般比较复杂。但是，通过大 量实验发现，当密度比较小，也就是比体积比较 大的时候，处于平衡状态的气态物质的基本状态 参数之间近似地保持一种简单的关系。为此，人 们提出了理想气体的模型： (1) 气体分子之间的平均距离相当大，分 子体积与气体的总体积相比可忽略不计； (2) 分子之间无作用力； (3) 分子之间的互相碰撞以及分子与容器 壁的碰撞都是弹性碰撞。 实验证明，当气体的压力不太高，温度不太 低时，气体分子间的作用力及分子本身的体积皆 可忽略，气体的性质就比较接近理想气体，气体 可作为理想气体处理。例如，在常温下，只要压 力不超过5MPa，工程上常用的O2、N2、H2、CO 等气体以及主要由这些气体组成的气体混合物， 都可以作为理想气体处理，不会产生很大误差。 另外，大气或燃气中所含的少量水蒸气，由于其 分压力很低，比体积很大，也可作为理想气体处 理。但是火力发电厂中所使用的水蒸气，压力比 较高，密度比较大，离液态不远，不能作为理想 气体看待。 本书在体系结构上打破了把“热工基础”分为工程热力学和传热学两篇的做法，全书包括热工基本概念和基本定律、热量传递过程与换热器、热工设备应用等三部分。