Essentials of Thermal System Design and Optimization pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC

作者:C. Balaji

出品人:

页数:316

译者:

出版时间:2011-1

价格:0

装帧:精装

isbn号码:9781439891544

丛书系列:

图书标签:

• thermal
• system
• optimization
• Thermal System Design
• Heat Transfer
• Thermodynamics
• Optimization
• Engineering Design
• Energy Systems
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• Thermal Management
• Modeling
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工程热力学与传热学基础：系统设计与性能优化 本书旨在为读者提供深入理解和有效设计热力系统所需的核心理论知识和工程实践方法。我们聚焦于热力学基本原理和传热学关键概念，并在此基础上引导读者掌握如何对复杂的热力系统进行系统性的分析、评估和优化。 核心内容概览： 1. 热力学第一定律与能量守恒： 我们将从热力学基本定律入手，深入探讨能量在各种过程中的转化和传递。重点分析封闭系统和控制体内的能量平衡方程，理解功、热和内能、焓、熵等状态量的变化与能量传递之间的关系。 通过对实际工程案例的剖析，如蒸汽动力循环、燃气涡轮循环以及制冷循环，阐述如何应用能量守恒原理来计算系统的净功输出、热量吸收或释放，以及评估系统的效率。 将涵盖不同工质（如理想气体、蒸汽）的热力学性质，以及如何利用制冷剂图表、蒸汽表等工具来确定系统运行点和性能参数。 2. 热力学第二定律与过程的可行性： 深入理解热力学第二定律，包括克劳修斯不等式和卡诺循环的理论极限。我们将重点分析熵的概念，阐述其在描述过程不可逆性和系统退化方面的作用。 掌握可逆过程和不可逆过程的区分，以及如何通过减小不可逆性来提高系统的效率。 将详细介绍各种热力循环的效率计算，包括实际循环与理想循环的对比，并分析造成效率损失的主要因素，如摩擦、换热温差和混合损失。 介绍卡诺定理及其在判断循环性能上限方面的重要性，为设计更高效的系统提供理论指导。 3. 传热学基本原理： 本书将全面覆盖导热、对流和辐射三种基本传热机理。 导热： 详细讲解傅里叶导热定律，包括一维、二维和稳态、非稳态导热问题。我们将通过求解泊松方程和热扩散方程，分析不同几何形状（平板、圆柱、球体）和边界条件下的温度分布。 对流： 深入探讨自然对流和强制对流的传热过程。将引入努塞尔数、雷诺数、普朗特数等无量纲参数，分析流体性质、流速和几何形状对对流传热系数的影响。我们将介绍不同类型的流动（层流、湍流）以及相关的经验关联式。 辐射： 阐述黑体、灰体辐射的原理，以及斯蒂芬-玻尔兹曼定律和维恩位移定律。我们将分析表面之间的辐射换热，并介绍辐射热交换器的设计原理。 复合传热： 探讨实际工程中常遇到的复合传热问题，例如结合了导热和对流，或对流和辐射的联合作用。 4. 热力系统设计方法与实例： 系统分解与建模： 学习如何将复杂的热力系统分解为若干基本单元（如换热器、涡轮、压缩机、泵、锅炉、冷凝器），并为每个单元建立能量和质量平衡模型。 换热器设计与分析： 详细介绍不同类型的换热器（如壳管式、板翅式、套管式）的设计准则和性能评估方法。我们将应用传热学和热力学原理，计算换热器的传热面积、压力降和效率。 循环分析与优化： 针对各种典型的热力循环（如朗肯循环、布雷顿循环、制冷循环），进行详细的性能分析。我们将运用热力学定律，计算循环的净功、热效率和制冷系数，并研究影响循环性能的关键参数。 实际工程应用： 通过案例研究，展示如何将理论知识应用于实际工程问题，例如电厂锅炉的设计、空调系统的优化、工业过程的余热回收等。 5. 系统性能优化策略： 参数优化： 探讨如何通过调整系统的运行参数（如工作介质、压力、温度、流量）来提高系统的效率和性能。 结构优化： 分析如何通过改进系统的结构设计（如换热器翅片设计、管路布局）来减小能量损失，提高传热效果。 㶲（Exergy）分析： 引入㶲分析的概念，深入评估系统中能量的可用性损失，并识别出主要的损耗源，从而指导优化方向。 仿真与数值方法： 介绍数值模拟方法（如有限体积法、有限元法）在热力系统分析和优化中的应用，以及如何利用计算机辅助设计（CAD）和工程仿真软件来加速设计进程和验证优化方案。 本书特色： 理论与实践相结合： 本书在讲解基础理论的同时，大量引用工程实例，帮助读者建立理论知识与工程应用之间的桥梁。 系统性分析框架： 提供一套完整的热力系统分析和设计框架，使读者能够系统性地解决复杂问题。 强调优化思维： 贯穿全书的核心是“优化”概念，引导读者不仅理解系统如何工作，更能思考如何使其工作得更好。 注重工程计算： 包含大量的工程计算示例和练习题，帮助读者熟练掌握计算方法。 通过学习本书，读者将能够独立进行热力系统的设计、分析和优化工作，提升工程实践能力，解决实际工程中的热力学和传热学相关问题。

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这本书的独特之处在于，它真正做到了连接理论前沿与实际工业应用的鸿沟。它不仅仅停留在“如何设计”的层面，更深入探讨了“如何改进和迭代”的哲学。在介绍优化方法时，书中不仅包含了经典的梯度下降法、牛顿法，还拓宽了视野，介绍了诸如遗传算法、粒子群优化等启发式算法在处理非线性、非凸热力学优化问题时的适用性。更重要的是，作者没有止步于介绍这些算法，而是探讨了它们在实际应用中可能遇到的“陷阱”，比如局部最优解问题以及收敛速度的工程化考量。这种对实际操作难点的坦诚讨论，使得这本书更像是一位同行在交流经验，而非高高在上的学术说教。它培养了一种持续改进的工程文化——即设计不是一次性的任务，而是一个不断学习、测试和优化的循环。对于任何一个致力于在热能和动力领域做出创新和突破的专业人士来说，这本书提供的不仅仅是知识，更是一种驱动持续创新的方法论。

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我发现这本书在排版和图表运用上花费了大量心血，这对于一本技术性如此强的书籍来说，极大地提升了阅读体验。图表的质量和信息的密度都非常高，它们不是简单的装饰，而是信息的载体。例如，在解释热力循环优化时，作者用一系列精心制作的P-h（压力-焓）图和T-s（温度-熵）图，生动地展示了不同工况点下系统性能的变化趋势，这种视觉化的冲击力比单纯阅读文字描述有效得多。而且，书中的许多流程图都采用了标准化的符号体系，这使得读者在阅读时能够迅速与行业规范接轨，减少了理解成本。我特别留意到，书中对一些关键公式的推导过程，都配有详细的注释，解释了每一步变量替换或假设成立的物理依据，这对于那些希望深究原理的读者来说，提供了极大的便利。总的来说，这本书在视觉上传达效率极高，它成功地做到了让复杂的工程概念以最直观、最易于记忆的方式呈现给读者。

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初读这本书，我最大的感受是它在“深度”与“广度”之间的精妙平衡。它并未满足于教科书式的知识罗列，而是力求在每一个关键领域都挖掘出更深层次的洞察。比如，在处理复杂流体动力学和多相流问题时，书中引入了一些前沿的数值模拟方法，虽然没有深入到编程细节，但却为读者勾勒出了现代CFD（计算流体力学）在热系统优化中的应用蓝图。特别值得称赞的是，作者对“不确定性”的处理方式。在现实世界中，设计参数往往充满随机性，传统的确定性优化方法常常显得力不从心。这本书专门辟出章节讨论了如何将概率论和鲁棒优化技术融入到热系统设计中，这无疑是抓住了当代工程设计的一大痛点。我尤其欣赏作者对“能质分析”的讨论，它超越了传统的“能量守恒”视角，引入了“有效能”的概念，这对于那些致力于提高能源利用效率的读者来说，提供了全新的思维工具。通过这些深入的探讨，这本书成功地将读者从一个被动的知识接收者，转变为一个主动的、具有批判性思维的问题解决者，其学术价值和前瞻性远超一般的设计手册。

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这本书的内容简直是为那些刚刚踏入热力系统设计与优化这个复杂领域的新手量身打造的，它仿佛一位经验丰富的导师，用最清晰、最直白的语言为我们揭示了隐藏在复杂公式背后的物理本质。作者在介绍基础理论时，并没有陷入纯粹的数学推导泥潭，而是巧妙地将理论知识与实际工程案例紧密结合。例如，在讲解传热学基本原理时，书中通过一个详细的换热器设计案例，清晰地展示了如何应用牛顿冷却定律、傅里叶定律以及能量守恒原理。更让我印象深刻的是，作者对“系统思维”的强调。很多初学者往往只关注单个组件的性能，而这本书却始终引导我们从整体上审视热力系统的效率、成本和可靠性。书中对不同设计方案的优劣势进行了深入的对比分析，这种宏观的视角对于培养未来的系统架构师至关重要。此外，书中对优化算法的介绍也十分到位，它没有停留在介绍算法本身，而是深入剖析了如何根据实际的工况限制（如空间、材料、能源成本）来选择和调整优化目标函数，这使得这本书不仅是一本理论教材，更是一本实用的工程实践指南。对于需要快速上手解决实际问题的工程师来说，这本书的实用性是无可替代的。

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这本书的编排逻辑简直是一场精心设计的旅程，它让复杂的过程变得层层递进、引人入胜。它不像那些堆砌公式的教材，而是采用了案例驱动的叙事方式。开篇的几个章节，通过对比不同工业流程中的热交换网络，迅速建立了读者对“系统集成”重要性的认识。随后，作者逐步引入了如何量化系统性能的指标体系，例如热效率、熵增率和总成本率等。这些指标的引入并非突兀，而是紧密围绕前述案例展开，使得每一个数学工具的引入都有其明确的工程目的。最让我眼前一亮的是其在“系统建模”部分的讲解。作者清晰地阐述了如何从物理描述到数学模型，再到简化模型的决策过程。这个过程对于初学者极其重要，因为如何“恰当地简化”一个复杂的物理现象而不失真，是区分新手和专家的关键。书中详细讨论了如何选择合适的模型保真度，以平衡计算的复杂性和结果的准确性，这种对工程实践中权衡取舍的深刻理解，是这本书最大的价值所在。

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