热工设备和系统的设计优化 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

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页数:0

译者:

出版时间:1900-01-01

价格:14.0

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isbn号码:9787040058406

丛书系列:

图书标签:

• 热工设备
• 热工系统
• 设计优化
• 节能技术
• 性能分析
• 数值模拟
• 工程应用
• 传热
• 流体机械
• 自动化控制

现代机械工程材料学：性能、应用与前沿进展 图书简介 本书系统而深入地探讨了现代机械工程领域中不可或缺的材料科学基础、性能分析、先进材料的开发与应用，以及材料在极端条件下的行为规律。旨在为机械设计、材料科学、制造工程以及相关领域的研究人员、工程师和高年级学生提供一本全面、实用且具有前瞻性的参考著作。 第一部分：材料科学基础与微观结构 本部分从原子结构和晶体结构入手，奠定了材料科学的理论基石。详细阐述了金属、陶瓷、聚合物及复合材料的分子间作用力、晶格缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）如何决定材料的宏观性能。深入分析了扩散、相变动力学和热力学原理，解释了材料在加热和冷却过程中的微观结构演化。重点讨论了不同晶体结构（如面心立方、体心立方、六方最密堆积）对材料机械性能（如塑性、韧性）的影响机制。此外，对材料的电学、热学和磁学基本性质也进行了剖析，强调了结构与性能之间的内在联系。 第二部分：机械性能的精确表征与失效分析 本章专注于机械性能的定量评估方法和失效的根本原因。详细介绍了拉伸、压缩、弯曲、扭转等静态力学测试的标准操作规程及其数据解释，包括屈服强度、抗拉强度、弹性模量和泊松比的精确测定。着重探讨了材料的韧性（Charpy和代纳冲击试验）与脆性转变温度，以及疲劳失效的机理（低周疲劳与高周疲劳）、S-N曲线的构建与应用。对于蠕变行为，深入分析了稳态蠕变率的物理模型（如二次幂律），这对高温结构设计至关重要。此外，裂纹扩展的断裂韧性（$K_{Ic}$）测试方法、应力强度因子理论以及弹塑性断裂力学基础被详尽阐述，为预测材料在缺陷存在下的安全性提供了理论工具。失效分析部分涵盖了腐蚀疲劳、应力腐蚀开裂（SCC）和氢脆现象的识别与预防策略。 第三部分：先进金属材料与冶金工艺 本部分聚焦于工程中最常用的结构材料——金属及其合金。全面覆盖了钢铁材料的分类（碳素钢、合金钢、不锈钢）及其热处理工艺，包括退火、正火、淬火和回火对马氏体、贝氏体组织的影响。重点分析了高强度低合金钢（HSLA）和先进高强钢（AHSS）的设计理念及其在汽车和桥梁结构中的应用。对于有色金属，详细介绍了铝合金（如2xxx、7xxx系列）、钛合金和镁合金的强化机制（固溶强化、析出强化、加工硬化）和相应的铸造、锻造工艺。先进的冶金技术，如粉末冶金（PM）和快速凝固技术，被用以制备传统工艺难以获得的超细晶粒或非平衡组织材料。 第四部分：高性能陶瓷与工程聚合物 本章扩展了对非金属材料的理解。在陶瓷部分，探讨了氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）和非氧化物陶瓷（如碳化硅、氮化硅）的合成路线、烧结理论（液相烧结与固相烧结）以及它们在高热负荷和耐磨环境中的应用。特别关注了氧化锆增韧氧化铝（ZTA）和部分稳定化氧化锆（PSZ）等结构陶瓷的增韧机制。对于聚合物材料，系统梳理了热塑性塑料（如聚乙烯、聚碳酸酯）和热固性塑料（如环氧树脂、酚醛树脂）的分子链结构、粘弹性行为和老化效应。通过对比共聚物、交联网络结构，解释了工程塑料如何满足轻量化和特定功能需求。 第五部分：复合材料的设计与界面工程 复合材料因其“性能可设计性”成为现代工程的关键。本部分详细分析了纤维增强复合材料（FRC）的力学模型，包括各向异性特性、层合板理论（经典层合板理论CLT）和铺层设计对宏观刚度和强度的影响。重点讨论了碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）和芳纶纤维（AFRP）的特性及其与基体（树脂或金属）的匹配性。界面工程是本章的核心，探讨了界面键合的强度、影响界面性能的表面处理技术，以及纤维/基体界面在载荷传递和抗疲劳性能中的作用。此外，先进的颗粒增强复合材料和纳米复合材料的性能提升机制也被纳入讨论。 第六部分：材料的服役环境行为与寿命预测 本部分关注材料在真实工程环境中的长期可靠性。详细分析了高温氧化和热腐蚀过程的动力学模型，特别是合金在含盐、含硫环境中的防护策略。针对电化学腐蚀，系统介绍了腐蚀的类型（均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀）及其电化学原理，并阐述了阴极保护、缓蚀剂和涂层技术在工程中的应用。在辐射环境方面，探讨了高能粒子辐照对晶体结构和机械性能的损伤机制，这对于核能和航天领域的材料选择至关重要。最后，结合可靠性理论，介绍了基于概率论的材料寿命预测方法和剩余寿命评估技术。 第七部分：前沿材料技术与可持续性 本书以对未来材料科学趋势的展望作结。深入探讨了增材制造（3D打印）对材料组织和性能的影响，特别是选区激光熔化（SLM）制备金属部件的缺陷控制与各向异性问题。对功能材料，如形状记忆合金（SMA）、压电材料和智能涂层进行了介绍。可持续性方面，探讨了关键稀有金属的替代材料开发、工程材料的回收与再利用技术，旨在推动机械工程向更环保、更高效的方向发展。 本书内容丰富，理论与工程实践紧密结合，辅以大量的案例分析和实验数据，是工程技术人员和材料科研工作者案头必备的权威参考书。

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读完这本专业著作，我感到对现代热能工程的设计理念有了更深层次的理解，尤其是关于生命周期成本（LCC）和可持续性的考量。书中关于设备选型和材料选择的部分，远比我预期的要细致和深入。它不只关注初期的投资成本和运行效率，而是将设备的维护需求、寿命周期内的可靠性、以及退役后的环境影响都纳入了优化目标函数。例如，在讨论高温合金的选择时，作者详细分析了不同合金在蠕变、疲劳和腐蚀环境下的权衡取舍，并给出了基于可靠性工程的寿命预测模型参考。这种全生命周期的视角，使得“优化”不再仅仅是峰值性能的追求，而是一种在技术可行性、经济合理性和环境责任之间寻找最佳平衡点的艺术。这本书无疑为我们这些关注长期可持续发展的工程师提供了坚实的理论基础和实用的评估工具。

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这本书的价值在于它构建了一个完整的设计-模拟-优化闭环。与其他侧重于单一设备设计的书籍不同，《热工设备和系统的设计优化》将目光聚焦在“系统”层面。我尤其欣赏作者在“系统集成与能级匹配”部分的处理方式。书中通过案例分析，展示了如何利用热集成（Heat Integration）网络，如Pinch分析方法，来重新审视整个工厂的能源流向，而不是孤立地看待锅炉、汽轮机或塔器。这种自顶向下的系统思维，对于大型能源工程的设计至关重要。此外，书中对不确定性分析（Uncertainty Quantification）的引入，也体现了现代工程设计的严谨性——认识到模型和操作条件永远存在偏差，并预先建立稳健（Robust）的设计方案。对于我这种从事大型项目规划的人员来说，这本书提供的系统级优化工具和方法论，是提升项目整体经济效益的关键所在。

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初翻阅此书，最大的感受是其内容的前沿性和极强的实操指导性。我特别关注了其中关于燃烧过程优化与污染物控制的那几个章节。作者对于不同类型燃烧器（如旋流燃烧器、流化床燃烧器）的流场模拟和污染物生成机理分析得极为透彻。他不仅仅指出了“如何做”，更解释了“为什么会这样”。例如，在探讨NOx生成时，书中详尽对比了热力型、燃料型和瞬时型NOx的控制策略，并且给出了大量的优化参数敏感性分析结果。这种基于计算流体力学（CFD）和化学动力学耦合的分析方法，使得书中的建议具有极高的科学依据和可重复性。这本书显然是为那些致力于解决实际生产难题，追求极致能效和环保指标的专业人士量身打造的，它迫使读者跳出舒适区，去思考现有设计中那些“看不见”的效率损耗点，并提供了量化的优化路径。

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这本书的排版和图表质量也值得称赞，它极大地提升了复杂概念的理解速度。作者在介绍优化算法（如遗传算法、模拟退火法在热工优化中的应用）时，没有采用枯燥的数学推导，而是通过清晰的流程图和对比鲜明的收敛曲线，直观地展示了这些迭代优化过程如何逐步逼近最优解。特别是对于那些涉及多目标冲突的优化问题（例如，同时要求高效率和低投资），书中提供的帕累托前沿（Pareto Front）分析方法，清晰地揭示了不同优化目标之间的权衡关系，帮助决策者做出明智的取舍。总的来说，这是一本理论深度足够、应用广度足够，且具有极强可操作性的设计优化指南，对于提升行业内工程设计的整体水平具有不可替代的价值。

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这本《热工设备和系统的设计优化》的阅读体验简直是一场对能源转换效率的深度探索之旅。从一开始的原理介绍，我就被作者严谨的逻辑和清晰的脉络所吸引。书中对于传热学、流体力学以及热力学基础知识的梳理，并非仅仅停留在公式的堆砌上，而是非常注重这些基础理论如何在实际的工业设备中得到应用和体现。比如，在谈到换热器设计时，作者并没有简单地罗列各种管程和壳程的布置方式，而是深入剖析了不同几何结构对总传热系数的影响机制，并通过大量实例展示了如何通过微小的结构优化，实现热量传递效率的显著提升。尤其让我印象深刻的是，书中对于先进过程控制（APC）在热工系统优化中的应用探讨，这部分内容将传统的工程设计与现代的智能控制技术紧密结合，为我们展现了未来热工系统如何实现自适应、高精度的运行管理。对于一名工程师来说，这本书提供了一个从宏观系统集成到微观元件性能提升的完整思考框架，远超一本普通教科书的范畴，更像是一本实战手册。

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