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第1章 绪论：基本定义 1

1.1 系统 1

1.2 物理性质与变量 2

1.3 量纲与单位 2

1.4 数量与分数的度量 4

1.5 力 5

1.6 温度 6

1.7 压强 7

1.8 体积 10

1.9 状态 12

1.9.1 热力学平衡状态 12

1.9.2 理想气体状态方程 12

1.9.3 饱和液态与饱和汽态 13

1.9.4 蒸汽表 13

1.9.5 饱和液-汽混合物 16

1.9.6 分压强与饱和压强 17

1.10 过程 18

习题 19

参考文献 24

第2章 能量与能源类型 25

2.1 能量 25

2.2 能源类型 26

2.2.1 一次能源 26

2.2.2 二次能源 28

2.3 不可再生能源 28

2.3.1 煤 28

2.3.2 石油（原油） 29

2.3.3 石油馏分 30

2.3.4 天然气 32

2.3.5 核能 33

2.4 燃料的热值 34

2.4.1 能量密度 36

2.5 可再生能源 40

2.5.1 水能 41

2.5.2 太阳能 42

2.5.3 生物质与生物质能 44

2.5.4 风能 51

2.5.5 地热能 52

2.5.6 海洋能 53

2.5.7 可再生能源贡献的预测 53

2.6 氢 53

2.7 电能 54

2.8 磁能 56

2.9 化学能 56

2.10 能量与全球变暖 57

2.11 应对全球变暖问题 59

习题 61

参考文献 64

第3章 机械能与电能 66

3.1 机械能 66

3.2 动能 66

3.3 势能 68

3.4 压力能 69

3.4.1 压头 70

3.5 表面能 72

3.6 声能 72

3.7 机械功 72

3.7.1 功率 73

3.7.2 边界功 74

3.7.3 等熵过程功 76

3.7.4 多变过程功 77

3.7.5 轴功 78

3.7.6 弹簧功 79

3.8 电能 80

3.8.1 电势能 80

3.8.2 电能的估算 81

3.8.3 电功率 81

3.8.4 电容 82

3.9 其他形式的功 83

习题 83

参考文献 88

第4章 内能与焓 89

4.1 内能 89

4.2 焓 91

4.3 热量 95

4.3.1 显热 96

4.3.2 潜热 97

4.3.3 发生相变的加热过程 98

4.3.4 反应热 101

4.3.5 标准燃烧热 104

4.4 温度对反应热的影响 105

4.5 标准焓变 107

4.6 绝热火焰温度 108

4.7 来自燃烧过程的空气污染 109

4.8 混合热 110

4.9 使用量热计进行热量测量 111

4.10 焓湿图 113

4.11 热传递 115

4.12 熵 118

4.13 火用 119

4.14 流体流动功 120

习题 121

参考文献 128

第5章 能量平衡 129

5.1 平衡方程 129

5.2 质量平衡 130

5.3 能量平衡 131

5.3.1 非稳态流动系统 132

5.3.2 稳态流动系统 132

5.4 熵平衡 134

5.5 火用平衡 135

5.6 流体流动过程 137

5.6.1 汽轮机、压缩机与泵 137

5.6.2 喷管和扩散器 139

5.6.3 混合室 140

5.6.4 节流阀 141

5.6.5 热交换器 143

5.6.6 管道和风道流动 145

5.7 循环过程中的能量平衡 145

习题 146

参考文献 152

第6章 能量生产 153

6.1 能量生产简介 153

6.2 电力生产 153

6.3 能量传输 156

6.3.1 分布式能源 157

6.4 热机循环发电 157

6.4.1 卡诺循环 160

6.4.2 朗肯循环 161

6.4.3 布雷顿循环 164

6.4.4 斯特林热机 165

6.4.5 混合加热循环 165

6.5 蒸汽发电厂的发电改进 165

6.5.1 改进冷凝器和锅炉的工作条件 166

6.5.2 再热蒸汽 166

6.5.3 能量再生 168

6.5.4 再热-回热朗肯循环 170

6.6 地热发电站 171

6.7 热电联产 173

6.8 核电站 176

6.9 水电站 177

6.10 风电场 178

6.11 太阳能发电站 180

6.12 氢气生产 182

6.13 燃料电池 183

6.13.1 直接甲醇燃料电池 185

6.13.2 微生物燃料电池 185

6.14 生物质与生物能源生产 186

6.14.1 生物乙醇生产 187

6.14.2 生物柴油与绿色柴油生产 188

6.14.3 来自生活垃圾的能源 189

6.15 其他发电方式 189

6.16 平准化能源成本 190

6.17 热力成本 191

6.18 生态成本 192

6.18.1 生态规划 192

6.18.2 燃煤发电厂 193

6.18.3 核电站 193

习题 193

参考文献 197

第7章 能量转换 199

7.1 能量转换简介 199

7.2 系列能量转换 201

7.3 燃料的化学能转换成热能 201

7.3.1 燃料的热值 201

7.4 能量转换的热效率 203

7.5 理想流体流动的能量转换 204

7.6 损失功 207

7.7 机械转换的效率 209

7.8 通过热机实现的热能转换 212

7.8.1 空气标准假设 215

7.8.2 理想气体的等熵过程 215

7.8.3 通过发电机转换的机械能 216

7.8.4 卡诺热机效率 217

7.8.5 内可逆热机效率 219

7.8.6 朗肯热机效率 219

7.8.7 布雷顿热机效率 223

7.8.8 奥托热机效率 229

7.8.9 狄塞尔热机效率 234

7.8.10 埃里克森热机和斯特灵热机的效率 237

7.8.11 阿特金森热机效率 238

7.9 热机的效率改进 239

7.10 水电 239

7.11 风电 241

7.12 地热发电 242

7.13 海洋热能转换 242

7.14 热电效应 243

7.15 热泵和制冷机的效率 243

7.15.1 热泵 244

7.15.2 制冷机 246

7.16 燃料电池的效率 249

7.17 生物系统中的能量转换 250

7.17.1 通过氧化磷酸化实现的能量转换 251

7.17.2 来自光合作用的能量 251

7.17.3 代谢 251

7.17.4 生物燃料 251

7.17.5 将生物质转化为生物燃料 252

习题 253

参考文献 262

第8章 能量储存 264

8.1 能量储存与调节 264

8.1.1 水 264

8.1.2 氢气 265

8.2 能量储存的类型 265

8.3 热能储存 266

8.3.1 太阳能储存 268

8.3.2 显热储存 269

8.3.3 使用相变材料储存潜热 270

8.3.4 蓄冰储能 274

8.3.5 熔盐技术 274

8.3.6 季节性热能储存 274

8.3.7 用于温室供暖的季节性太阳能热能储存 275

8.3.8 地下热能储存系统 278

8.3.9 地下含水层热能储存 279

8.3.10 地埋管热能储存 280

8.4 电能储存 280

8.4.1 水电能储存 282

8.4.2 电池中的电能储存 282

8.4.3 用于电动小汽车的可充电电池 284

8.5 化学能储存 285

8.5.1 生物能源 285

8.5.2 生物燃料储能 286

8.5.3 伏特电池中的能量储存 287

8.6 机械能储存 288

8.6.1 压缩空气储能 288

8.6.2 飞轮储能 290

8.6.3 液压蓄能器 290

8.6.4 弹簧 291

习题 291

参考文献 294

第9章 节能 296

9.1 节能与回收 296

9.2 工业过程中的节能 296

9.2.1 发电过程中的节能 297

9.2.2 压缩做功和膨胀做功中的节能 306

9.2.3 使用高效率电动机实现节能 310

9.3 家庭供暖和降温的节能 311

9.3.1 使用化石燃料为家庭供暖 312

9.3.2 使用电阻的家庭供暖 313

9.3.3 使用太阳能系统的家庭供暖 313

9.4 能量效率标准 315

9.4.1 空调的效率 317

9.4.2 最大可能的冷却效率 318

9.4.3 燃料效率 320

9.4.4 车辆的燃料效率 323

9.4.5 汽车行驶的节能 325

9.4.6 再生制动 326

9.5 电力配送和智能电网中的节能 326

9.5.1 待机功率 327

9.5.2 照明中的节能 327

9.5.3 能源采集 328

9.6 节能和可持续性 328

9.7 火用节约和火用 329

9.8 使用夹点分析实现公用工程的能量回收 329

9.8.1 组合曲线 330

习题 334

参考文献 342

第10章 能量耦联 344

10.1 能量耦联与吉布斯自由能 344

10.2 生命系统中的能量耦联 345

10.3 生物能量学 345

10.3.1 线粒体 346

10.3.2 电子传递链与ATP合成 347

10.3.3 主动转运 347

10.4 能量耦联的简单分析 348

10.5 能量耦联变化 350

10.5.1 能量耦联的调节 351

10.5.2 解耦联 353

10.5.3 滑动和泄漏 353

10.6 代谢 353

10.6.1 分解代谢 353

10.6.2 合成代谢 354

10.7 生物能源 354

习题 358

参考文献 359