资源介绍
视频数量：13个
总时长：3小时33分
课程介绍：
用程序学化学平衡与热力学计算
想象你手里有一组反应物，比如甲烷和空气，你知道初始温度、压力和当量比，现在想知道火焰烧起来后温度到底多高，尾气里二氧化碳、水、一氧化碳、氢气各占多少，有没有固体碳生成。这些问题不是查表就能回答，因为平衡组成和温度互相牵制，温度影响平衡，平衡又影响放热。很多人学过热力学，但真到动手算的时候，面对NASA多项式、吉布斯自由能最小化、元素守恒约束，不知道从哪行代码写起。这门课就是解决这个断层。它一共13个视频，3小时33分，把热化学、燃烧、化学平衡的理论和Python实现放在一条线上讲，从最基础的气体混合物定义开始，一步一步搭到固气平衡计算。
一、热化学和化学计量：把地基打牢
前两个视频讲热化学和化学计量。热化学部分从气体混合物说起，定义摩尔分数、质量分数、分压，以及怎么由各组分的性质算出混合物的性质。这些概念看起来简单，但后面所有平衡计算都要用。比如摩尔分数决定分压，分压进入化学势，化学势又决定平衡常数。质量分数在燃烧里常用，因为空气和燃料通常按质量流量给。化学计量部分讲配平反应，计算理论空气量、当量比、过量空气系数。很多人觉得配平是中学内容，但在实际燃烧计算里，配平错了，元素守恒就错了，后面自由能最小化再精确也没用。这个部分会帮你把反应物和产物的摩尔数关系理清楚，为后面的焓和平衡计算做准备。
二、燃烧焓与NASA热力学数据
第三个视频讲燃烧反应焓。你会学到怎么用生成焓计算反应热，怎么判断反应放热还是吸热，以及焓随温度变化怎么处理。第四个视频进入NASA热力学数据，这是工程热力学计算的常用数据源。NASA给了每种物质一组多项式系数，用来算比热、焓和熵。课程会讲这些多项式怎么用，怎么在Python里读取数据、写函数，输入温度就返回该物质的焓和熵。这一步很关键，因为后面无论算绝热火焰温度还是化学平衡，都需要在任意温度下快速得到各组分的热力学性质。自己写一遍代码，比调用黑箱软件更能理解数据来源和适用范围。学完这个部分，你手里就有一个小型热力学数据库和计算工具。
三、绝热火焰温度：理论加代码
第五个视频专门讲绝热火焰温度。理论部分很直接：绝热条件下，反应物的焓等于产物的焓，产物温度就是绝热火焰温度。但直接解这个方程不容易，因为产物组成也随温度变化，产物焓是温度的非线性函数。课程会用Python实现迭代计算：先猜一个温度，算产物组成和产物焓，和反应物焓比较，根据误差调整温度，直到收敛。这个计算在发动机设计、锅炉燃烧、火灾安全、燃气轮机里都会用到。你会看到当量比、反应物温度、压力怎么影响火焰温度，也会理解为什么富燃和贫燃的火焰温度不一样。
四、化学平衡：从反应角度到自由能最小化
第六个视频讲热力学化学平衡的基础，从平衡常数和反应吉布斯自由能出发，说明平衡组成怎么由化学势决定。接下来第七、八、九三个视频集中讲吉布斯自由能最小化方法。这个方法不需要你预先指定反应，只要给出反应物元素组成、温度和压力，在元素守恒约束下最小化总吉布斯自由能，就能得到平衡组成。课程会用Python实现这个优化过程，包括目标函数、约束条件、初值选择和收敛判断。这是现代燃烧和化工平衡计算的核心方法，能处理几十种组分同时存在的复杂体系。相比平衡常数法，自由能最小化更通用，尤其适合反应路径不清楚或者可能发生多种副反应的情况。
五、绝热化学平衡与基于反应的平衡
第十个视频把绝热条件和化学平衡放在一起。算法比恒温恒压平衡多一层循环：内层在给定温度下做自由能最小化，得到平衡组成；外层比较产物焓和反应物焓，调整温度。最终同时满足元素守恒、化学平衡和能量守恒，得到绝热化学平衡温度和组成。这个结果对火箭发动机、内燃机、爆轰推进、高炉等高温过程很重要。第十一和第十二个视频换一个角度，讲基于反应的热力学化学平衡。给定一组具体反应，用反应进度、化学势和平衡常数求平衡。这个方法适合反应网络明确的情况，也能帮你理解温度、压力、惰性气体稀释对平衡移动的影响。两部分合起来，你既会通用方法，也会反应特定方法。
六、固气热力学化学平衡
第十三个视频讲固气热力学化学平衡。很多实际过程不只是气体，还有固体参与，比如煤的气化、金属氧化物还原、高炉炼铁、材料合成。固相的存在让元素守恒和自由能最小化的处理方式发生变化，因为固体的活度通常按纯物质处理，不进入气相分压。课程会讲怎么在Python里处理固气两相，怎么判断固体是否生成或消失，以及平衡计算中固相出现时组成怎么变化。学完这个部分，你面对碳气化、金属冶炼、陶瓷烧结这类问题，知道怎么建模和计算。
整门课走下来，你不是背一堆公式，而是能自己用Python算。你可以拿NASA数据算任意物质的焓和熵，可以算绝热火焰温度，可以用吉布斯自由能最小化求复杂体系的平衡组成，也可以处理固气反应。课程适合化学工程、机械工程、航空航天、能源动力、材料科学方向的学生和工程师。如果你学过基础热力学，知道焓、熵、吉布斯自由能大概是什么，又会一点Python基础语法，比如函数、循环、数组和简单优化，这门课能直接帮你把理论变成可运行的计算工具。如果你正在做燃烧仿真、发动机热力计算、化工流程模拟、气化或冶金相关课题，这些代码和思路可以放进自己的项目里继续扩展。