本书是工程热力学的延伸与拓宽，共13章。考虑研究生具有不同的热力学基础，本书在系统性地讲解热力学概念和理论的同时，突出变质量、非平衡、不可逆等因素，结合新能源技术的进步与需求，加大对化学热力学、溶液与相平衡等相关基础知识的分析与介绍。为拓宽学生的知识面，本书对太阳能与热辐射、管道流动与气动热力学和统计热力学基础等内容进行了讲解。 本书可作为工程热物理、热能工程、涡轮机、汽车动力、供暖空调与制冷、石油化工、能源技术等专业的研究生教材和高年级大学生选修课教材，也可供教师和科技工作者参考。

高等院校教师

符号表
第1章绪论1
1.1能源与热力学1
1.2热力学的发展3
1.3高等热力学的主要内容4
第2章基本概念6
2.1温度6
2.1.1温度的热力学定义6
2.1.2热力学温标6
2.2平衡状态8
2.2.1平衡状态的定义8
2.2.2局部平衡假设9
2.3平衡的判据10
2.4准平衡过程13
2.5可逆过程14
2.6热量15
2.7功量16
2.8储存能17
习题18
第3章热力学第一定律20
3.1热力学第一定律概述20
3.2闭口系统21
3.2.1闭口系统热力学第一定律
表达式22
3.2.2简单可压缩系统22
3.2.3导热微分方程的推导22
3.3开口系统23
3.3.1变质量系统的基本方程23
3.3.2开口系统热力学第一定律表达式25
3.3.3非稳态流动过程26
3.3.4变质量系统过程方程的一般
关系式27
习题29
第4章变质量流动分析30
4.1刚性容器的变质量流动分析30
4.1.1刚性容器的快速充气绝热充气30
4.1.2刚性容器的慢速充气等温充气33
4.1.3刚性容器的快速放气绝热放气33
4.1.4刚性容器的慢速放气等温放气38
4.1.5刚性容器充汽39
4.1.6刚性容器放汽39
4.2非刚性容器的变质量流动分析41
4.2.1非刚性容器的定压绝热充气
非定容绝热充气41
4.2.2非刚性容器的非定压绝热充气42
4.3绝热放气过程的最大理论功43
习题47
第5章热力学第二定律和能量的
可用性48
5.1热力学第二定律48
5.2熵与孤立系熵增原理49
5.3熵方程51
5.3.1闭口系统熵方程51
5.3.2开口系统熵方程52
5.4能量的可用性53
5.4.1能量转换的限度和规律53
5.4.2环境参数对能量转换的影响55
5.4.3第一定律分析法和第二定律
分析法55
5.556
5.5.1热量和冷量系统56
5.5.2闭口系统工质的热力学能57
5.5.3稳流开口系统工质的焓58
习题60
第6章实际气体状态方程及热力
性质62
6.1实际气体分子间相互作用力62
6.1.1气体分子间相互作用力62
6.1.2实际气体的分类63
6.2实际气体状态方程式的一般热力学
特性65
6.2.1实际气体与理想气体偏差的宏观
特性65
6.2.2实际气体状态方程的一般热力学
特性66
6.3维里方程67
6.3.1维里方程与维里系数67
6.3.2截断型维里方程68
6.4二常数半经验方程68
6.4.1范德瓦尔方程68
6.4.2RK方程70
6.4.3RKS方程71
6.4.4PR方程73
6.5对应态原理及气体对比态状态方程74
6.5.1二参数对应态原理74
6.5.2三参数对应态原理77
6.5.3LK方程78
6.5.4严家騄方程79
6.6湿空气的维里方程80
6.7热力学一般关系81
6.7.1吉布斯公式82
6.7.2麦克斯韦（Maxwell）关系式82
6.7.3熵、焓和热力学能的一般
关系式84
6.7.4cp和cv的微分关系式85
6.8余函数方程86
6.8.1余函数和偏差函数86
6.8.2实际流体的余焓方程87
6.8.3实际流体的余熵方程88
6.8.4实际气体的余比热容方程90
6.8.5逸度91
习题94
第7章化学热力学基础96
7.1化学热力学概述96
7.1.1化学反应热力系统96
7.1.2燃料燃烧的基本方程97
7.1.3理论空气量与实际空气量97
7.2热力学第一定律在化学反应中的
应用99
7.2.1具有化学反应的热力学第一
定律表达式99
7.2.2反应热与反应热效应100
7.3反应热与反应热效应的计算102
7.4热力学第二定律在化学反应中的
应用107
7.4.1亥姆霍兹自由能与最大有用功108
7.4.2吉布斯自由能与最大有用功109
7.5化学平衡与平衡常数109
7.6化学反应定温方程式112
7.7热力学第三定律114
习题114
第8章溶液与相平衡116
8.1吉布斯方程116
8.2偏摩尔参数117
8.2.1偏摩尔参数的定义117
8.2.2吉布斯杜亥姆（GibbsDuhem）
方程118
8.2.3化学势120
8.3多元系统的逸度122
8.3.1多元系统组元逸度和温度及
压力的关系122
8.3.2二元系统的吉布斯杜亥姆
（GibbsDuhem）关系式124
8.4理想溶体的一般性质125
8.4.1理想溶体的定义125
8.4.2理想溶体的性质126
8.5稀溶液129
8.5.1亨利定律和拉乌尔定律129
8.5.2稀溶液中物质的化学势130
8.6非理想溶液130
8.6.1活度和活度系数130
8.6.2活度和活度系数表示的吉布斯
杜亥姆（GibbsDuhem）关系式132
8.6.3压力和温度对活度和活度系数的
影响132
8.7多元系统复相平衡133
8.7.1复相平衡关系式133
8.7.2吉布斯相律135
8.8单元系统的克拉珀龙方程136
8.8.1克拉珀龙方程136
8.8.2相变潜热随温度的变化率137
8.9蒸气压方程138
8.10有弯曲分界面的相平衡139
8.10.1有弯曲界面时的平衡条件139
8.10.2弯曲界面的克拉珀龙方程140
8.10.3液滴的形成141
8.10.4气泡的形成142
8.11稀溶液的沸点升高和凝固点降低及
渗透压143
8.11.1稀溶液的沸点升高和凝固点
降低143
8.11.2稀溶液的渗透压144
习题146
第9章不可逆过程热力学基础148
9.1概述148
9.2不可逆过程热力学方程149
9.2.1不可逆过程的基本方程149
9.2.2熵产率149
9.3交叉唯象系数昂萨格倒易关系151
9.3.1热力学流和力151
9.3.2昂萨格倒易关系153
9.4最小熵产原理153
9.5绝热扩散154
习题157
第10章燃料电池158
10.1燃料电池的工作原理158
10.1.1燃料电池热力学159
10.1.2燃料电池的热和功——能斯特
方程160
10.1.3燃料电池的电极电势163
10.1.4燃料电池的效率164
10.1.5燃料电池热效率与温度的关系166
10.1.6燃料电池可逆电压与温度的
关系166
10.1.7燃料电池可逆电压与压强的
关系167
10.1.8燃料电池可逆电压与浓度的
关系168
10.2燃料电池熵产率170
10.2.1实际燃料电池170
10.2.2燃料电池熵产率最小化170
习题172
第11章太阳能技术的热力学基础173
11.1热辐射的热力学性质173
11.1.1光子与黑体173
11.1.2温度174
11.1.3能量175
11.1.4压力176
11.1.5熵177
11.1.6比热容178
11.1.7吉布斯自由能178
11.2辐射系统的可逆过程和循环179
11.2.1可逆绝热膨胀或压缩179
11.2.2可逆等温膨胀或压缩179
11.2.3卡诺循环179
11.3辐射系统的不可逆过程180
11.3.1绝热自由膨胀180
11.3.2单色辐射到黑体辐射的转化181
11.3.3散射181
11.3.4纯辐射传热183
11.3.5基尔霍夫定律184
11.4封闭黑体辐射的最大有用功186
11.4.1可逆绝热膨胀过程186
11.4.2佩雷拉（Pelela）效率186
习题187
第12章管道流动与气动热力学
基础188
12.1管道内气体流动188
12.1.1动量方程188
12.1.2能量方程189
12.1.3伯努利方程192
12.1.4微扰动的传播及马赫数194
12.2膨胀波与激波197
12.2.1激波的形成及其特点198
12.2.2激波的基本方程及计算公式202
12.2.3平面斜激波的相交与反射210
12.2.4锥面激波211
12.2.5激波和膨胀波的组合212
习题213
第13章统计热力学基础214
13.1量子力学和统计热力学基础214
13.1.1德布罗意假说214
13.1.2波函数和薛定谔方程215
13.1.3量子态219
13.1.4海森堡测不准关系220
13.1.5全同粒子的不可区别性与泡利
原理220
13.1.6统计热力学的基本假设——
等概率假设222
13.1.7量子态数的几何表示222
13.2经典和准经典统计法224
13.2.1麦克斯韦玻尔兹曼分布律224
13.2.2配分函数、热力学概率与熵226
13.2.3热力学函数的一般公式229
13.3理想气体的热力学函数230
13.3.1单原子理想气体的热力学
函数230
13.3.2能量均分原理232
13.3.3双原子理想气体的摩尔热容233
13.4量子统计法及其应用238
13.4.1玻色爱因斯坦统计法和普朗克
的辐射方程238
13.4.2经典统计法的适用极限242
习题243
附录244
参考文献260