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出版者:中国电力出版社

作者:张晓梅

出品人:

页数:469

译者:

出版时间:2006-7

价格:47.00元

装帧:

isbn号码:9787508342450

丛书系列:

图书标签:

• 燃煤锅炉
• 锅炉技术
• 机组运行
• 热力工程
• 能源工程
• 工业锅炉
• 锅炉安全
• 环保技术
• 燃烧技术
• 锅炉维护

《热力学基本原理与应用》 引言 本书旨在深入探讨热力学的基本原理，并将其广泛应用于现代工程技术的各个领域。热力学作为一门研究能量转换和物质状态变化的科学，是理解和设计众多工程系统不可或缺的基础。从发动机的效率提升到发电厂的优化运行，从制冷空调的舒适体验到材料科学的微观探索，热力学的概念无处不在，并深刻影响着我们对世界的认知和改造能力。 本书内容涵盖了热力学的核心概念，包括状态、过程、能量、功、热量、熵、焓等基本物理量。我们将从宏观角度出发，介绍热力学第一定律（能量守恒定律）和热力学第二定律（熵增定律），并阐述这些定律在各种热力学系统中的应用。在此基础上，本书将进一步拓展到统计力学，提供微观层面的解释，使读者能够更深刻地理解宏观热力学现象的本质。 第一章：热力学的基本概念与定律 本章将为读者构建坚实的热力学基础。我们将从热力学的定义和研究对象开始，介绍系统的构成要素，如边界、环境、状态变量（温度、压力、体积、内能等）以及过程。接着，将详细阐述热力学第一定律，通过能量守恒的视角，解析系统与环境之间的能量交换，包括功和热量的形式。我们将通过丰富的实例，如理想气体的等温、等压、绝热过程，来加深对第一定律的理解。 随后，本章将引入热力学第二定律，这是理解能量转换效率和过程方向性的关键。我们将探讨不可逆性，介绍熵的概念及其在判断过程自发性中的作用。卡诺循环作为理想热机效率的理论上限，也将被深入分析，为后续章节的应用奠定基础。我们还将讨论几种常见的热力学过程，如循环过程、准静态过程等，并初步接触热力学第三定律，即绝对零度的不可达性。 第二章：热力学性质与方程 本章将聚焦于描述物质热力学状态的各种性质及其相互关系。我们将详细介绍比容、密度、比热容（定容比热容 $C_v$ 和定压比热容 $C_p$）等重要参数，并阐述它们与温度、压力、体积之间的定量联系。对于理想气体，我们将回顾其状态方程，并将其推广到实际气体，介绍范德华方程等修正模型，以更精确地描述气体的行为。 本书还将深入探讨焓（$H$）和熵（$S$）这两个关键的热力学函数。焓的定义及其在等压过程中的意义，例如相变焓，将得到详细阐述。熵的微观解释，即与系统无序度相关的统计力学概念，也将被引入，并结合其宏观热力学定义，展示熵在不可逆过程中的变化规律。此外，本章还将介绍吉布斯自由能（$G$）和亥姆霍兹自由能（$A$），并分析它们在判断化学反应和相平衡自发性中的重要作用。 第三章：热力学循环与效率 热力学循环是许多能量转换设备的核心。本章将系统分析各种典型的热力学循环，并深入探讨其效率。我们将从最基本的斯特林循环、朗肯循环（用于蒸汽动力装置）、奥托循环（用于往复式内燃机）、狄塞尔循环（用于柴油机）和布雷顿循环（用于燃气轮机）开始。 对于每一种循环，本书都将通过图示和数学推导，清晰地展示其各个过程的特点，并计算其热效率和功耗。我们将特别关注实际循环与理想循环之间的差异，分析造成效率损失的各种因素，如摩擦、热损失、流动损失等。通过对这些循环的深入理解，读者将能够掌握评估和改进各种动力装置性能的基本方法。 第四章：传热学基本原理 能量的传递是热力学过程中不可分割的一部分。本章将聚焦于传热学，研究热量在不同介质和不同方式下的传递过程。我们将详细介绍三种主要的传热方式： 热传导： 重点讲解傅里叶导热定律，分析导热系数、热阻等概念，并探讨一维、二维稳态和瞬态导热问题。我们将通过分析各种材料的导热性能，来理解如何通过材料选择和结构设计来控制热传导。 对流传热： 介绍牛顿冷却定律，区分自然对流和强制对流。我们将探讨努塞尔数、雷诺数、普朗特数等无量纲参数在对流传热中的作用，并分析其在流体流动与传热过程中的耦合关系。 辐射传热： 讲解黑体辐射定律（斯蒂芬-玻尔兹曼定律和维恩位移定律），并进一步介绍实际物体表面的辐射特性。我们将分析表面积、温度、发射率和吸收率等因素对辐射传热的影响，并探讨其在真空环境和高温条件下的重要性。 本书还将介绍复合传热问题，以及传热增强与抑制的技术，为解决实际工程中的传热挑战提供理论指导。 第五章：流体流动与能量方程 能量的转换往往伴随着流体的运动。本章将结合流体力学和热力学的原理，分析流体在管道、阀门、泵等设备中的流动特性及其能量变化。我们将介绍伯努利方程，并讨论其在描述理想不可压缩流体流动中的应用。在此基础上，我们将引入实际流体的粘性和流动阻力，分析达西-魏斯巴赫方程，并探讨沿程阻力和局部阻力的计算方法。 本书还将关注能量在流体流动中的转换。例如，泵和风机对流体所做的功，以及阀门和管道中的能量损失。我们将通过分析离心泵、轴流泵等典型设备的工作原理，来理解能量的输入和输出。此外，本章还将涉及流体与热量传递的耦合，例如管道中的强制对流换热，以及相变流体的流动特性。 第六章：制冷与空调技术 制冷与空调是热力学原理在日常生活和工业生产中最重要的应用领域之一。本章将深入解析制冷循环的工作原理，包括蒸汽压缩式制冷循环、吸收式制冷循环等。我们将详细分析制冷剂的选择标准，以及制冷循环中各个关键部件（如压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀）的功能和性能。 本书还将探讨空调系统的设计原则，包括负荷计算、空气处理过程（如加热、冷却、加湿、除湿）以及风管设计。我们将分析不同类型的空调系统，如全空气系统、水-空气系统、VRV系统等，并介绍其优缺点。此外，本章还将涉及热泵技术，以及其在节能供暖和制冷方面的应用。 第七章：能源系统与可持续发展 在日益严峻的环境挑战下，能源系统的优化和可持续发展成为关注的焦点。本章将从热力学角度审视各种能源系统，包括火力发电、核能发电、可再生能源发电（如太阳能、风能、地热能）以及能量储存技术。 我们将分析不同发电技术的能量转换效率、燃料消耗以及环境影响。例如，在火力发电中，我们将深入研究锅炉、汽轮机、发电机等关键设备的性能和相互匹配。对于可再生能源，我们将探讨其发电原理，以及其在与现有能源系统集成时所面临的挑战。 本书还将关注能量管理和节能措施。我们将分析工业生产过程中常见的能源浪费环节，并提出基于热力学原理的改进方案。同时，还将探讨碳捕集、利用与封存（CCUS）等减排技术，以及智能电网和区域能源系统等未来能源发展方向。 结论 《热力学基本原理与应用》旨在为读者提供一个全面而深入的热力学知识体系。本书从基础概念出发，逐步深入到复杂的应用领域，通过理论讲解与实例分析相结合的方式，帮助读者掌握热力学的核心思想，并将其灵活应用于工程实践。无论您是工程专业的学生，还是从事相关领域的工程师，抑或是对能源与环境问题感兴趣的读者，本书都将为您提供宝贵的知识财富，助您在科技发展的浪潮中，更好地理解和利用能量，为创造一个更美好的未来贡献力量。

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这本书的封面设计，那种带着点老旧工业风的色调，一下子就把我的思绪拉回到了多年前第一次踏入电厂机房的场景。翻开扉页，里面的插图排版极为讲究，大量手绘的机械结构图，线条精准得像是工程蓝图的艺术化呈现。我尤其欣赏作者对“能效提升”这一主题的处理，它不是那种枯燥的参数堆砌，而是通过一系列实际案例的剖析，深入浅出地揭示了如何通过优化燃烧过程中的微小变量，实现能源效率的显著飞跃。比如，书中详细描述了如何通过调整风量分配和炉膛负压的动态平衡，来最大程度地减少过量空气系数，这对于我们这些常年与锅炉打交道的人来说，简直就是一本实战宝典。作者在技术细节上的打磨达到了近乎苛刻的程度，但文字的流畅性却保持得非常好，使得即便是一些复杂的流体力学和热力学概念，读起来也毫不费力，仿佛有一位经验丰富的老工程师在你耳边亲自讲解示范。这本书的价值，不在于它提供了多少“新”的理论，而在于它系统地、有条理地梳理了成熟技术的精髓，并将这些知识融入了一种更具洞察力的实践哲学之中。它不仅仅是本工具书，更像是一部工业遗产的活态记录。

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如果用一个词来形容我对这本书的整体感受，那就是“体系化”。它成功地将一个庞大且复杂的燃煤动力系统，拆解、分析，最后又重新组合成一个逻辑严密的整体。我最欣赏的地方在于它对“动态优化”的强调。在很多传统教材中，设备参数一旦设定就似乎被固定下来，但这本书清晰地阐述了在实际电厂运行中，锅炉是一个永不停止的“化学反应器”，其最佳工作点是不断漂移的。作者引入了基于实时数据分析的“性能监控基线”（Performance Baseline）概念，指导读者如何建立并维护这套动态的参考标准。通过书中提供的若干案例，读者可以清晰地看到，当基线偏离时，应优先检查哪些环节，以及如何进行小步快跑式的调整，而不是进行大规模的、高风险的停机检修。这种前瞻性的、基于数据的管理理念，对于当前追求“少人值守、高效运行”的现代化电厂管理趋势具有极强的指导意义。这本书不仅是知识的载体，更像是一套完整的、可复制的精益管理方法论。

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我是在一个漫长的出差旅途中开始读这本关于热能系统的书的，那种感觉就像是随身携带了一位私人导师。最让我感到震撼的是作者对“系统集成与控制逻辑”的论述。如今很多技术手册都倾向于将各个子系统孤立地介绍，但这本书却成功地构建了一个宏大的、相互关联的控制网络图景。它不是简单地罗列PID参数的设定，而是深入探讨了上位控制系统（DCS）如何根据燃料特性的实时波动、环境温度的变化，乃至电网负荷的需求，来做出毫秒级的决策。阅读过程中，我多次停下来，拿出自己的笔记本，试图将书中描述的复杂反馈回路画成自己的理解草图。作者对于故障诊断路径的描述尤其精彩，他没有给出标准化的“如果A，则B”的流程，而是强调了工程师在面对非预期情况时应有的“系统思维”——即如何通过对关键变量的交叉验证，快速锁定问题的根源。这本书的行文风格带着一种冷静的、近乎手术刀般的精确性，它迫使读者不能只停留在表面的操作层面，而必须去理解每一个控制指令背后所蕴含的物理意义和经济考量。读完后，我感觉自己对整个热电联产流程的认知框架都被重新搭建了一遍，不再是零散的知识点集合，而是一个紧密咬合的有机整体。

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这本书的编排方式透露出一种对“细节和可操作性”的极致追求。它不是那种面向理论研究人员的书籍，而是实打实的现场工程师的案头必备。大量的图表、流程图、甚至是特定型号设备的操作指南截图，都使得内容的直观性达到了一个很高的水平。比如，在讲解水汽循环系统的优化时，作者不仅给出了热力学计算公式，还附带了在实际运行中如何通过观察特定监测点的振动频率和温度梯度，来预判关键部件（如高压加热器或中间再热器）是否存在结垢风险的经验判断标准。这种从“理论到经验”的无缝过渡，是很多同类书籍所欠缺的。更值得称赞的是，书中专门开辟了一个章节来讨论“人员培训与安全文化”在设备高效运行中的决定性作用。作者认为，再先进的控制系统也离不开操作人员的素养，他用生动的事故案例分析，强调了标准化操作流程（SOP）的严肃性。这种对“人机关系”的关注，使得整本书读起来非常踏实，充满了对工业现场的尊重与敬畏。

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说实话，一开始我以为这会是一本非常硬核的学术著作，毕竟涉及到这么专业的工业领域。然而，打开这本书后，我发现它在“历史背景”和“环境影响”的叙事部分做得极其出色，这一点完全出乎我的意料。作者没有避讳技术发展过程中遇到的环保挑战，反而将其视为推动技术革新的重要动力。书中穿插了不少关于脱硫、脱硝技术从早期粗放式管理到如今超低排放标准的演变历程的叙述，配以那个时代的环境治理法规变迁的简要介绍，使得技术的发展拥有了鲜活的时代背景。这让这本书的阅读体验变得丰富起来，它不再仅仅是技术参数的堆砌，而是一部浓缩的工业文明史。我特别喜欢其中关于“煤炭清洁高效利用”的哲学探讨，作者引用了多位先驱者的观点，探讨了在能源结构转型的大背景下，现有大型动力装置如何通过技术升级实现自身的“绿色转身”。这种宏观视野的引入，极大地提升了这本书的厚度和广度，让非技术背景的读者也能从中领悟到能源工程背后的社会责任与时代脉搏。

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