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出版者:机械工业

作者:蒋祖星

出品人:

页数:566

译者:

出版时间:2006-8

价格:50.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111198017

丛书系列:

图书标签:

• 热能工程
• 动力工程
• 热力学
• 传热学
• 燃烧学
• 能源
• 工程基础
• 机械工程
• 理工科
• 教材

《工程热力学：原理与应用》 内容简介 《工程热力学：原理与应用》深入浅出地剖析了热力学这门研究能量转化和守恒规律的基石性学科。本书不仅系统阐述了热力学的基本原理，包括第一定律、第二定律、第三定律以及零定律，更着重强调了这些原理在各类工程实践中的具体应用。通过丰富的案例分析和详实的计算示例，读者将能够深刻理解热力学定律如何指导我们设计、优化和分析从小型发动机到大型发电厂的各种热力系统。 本书的结构设计循序渐进，从最基础的热力学概念（如状态、过程、能量、功、热量）入手，逐步过渡到更复杂的概念（如熵、焓、吉布斯函数、亥姆霍兹函数）。每一章节都配有大量的习题，旨在巩固理论知识，培养解决实际问题的能力。 第一部分：热力学基础 第一章：热力学引言与基本概念 本章首先界定热力学的研究范畴，阐述其在工程领域的重要性。接着，详细介绍构成热力学分析基础的基本概念，包括： 系统与环境： 区分孤立系统、封闭系统和开放系统，以及它们与外界的物质和能量交换。 状态与性质： 定义热力学状态，以及状态变量（如温度、压力、体积、内能、焓、熵）的意义和相互关系。 过程与循环： 阐述等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程等不同类型过程的特点，并介绍热力学循环的概念。 平衡态： 解释热力学平衡的定义，包括热平衡、力平衡、相平衡和化学平衡。 第二章：功、热量与第一定律 本章核心是引入热力学第一定律，即能量守恒定律，并将其应用于分析物质的能量变化。 功（Work）： 详细介绍各种形式的功，包括体积变化功（膨胀功和压缩功）、轴功、电功等，并推导其计算公式。 热量（Heat）： 定义热量是系统与环境之间的能量传递形式，并介绍其与温度的关系。 内能（Internal Energy）： 定义内能是系统内部分子动能和势能的总和，是状态函数。 第一定律表述： 以数学形式阐述能量守恒定律，即系统吸收的热量等于其内能的增加量加上对外做的功。 应用： 分析各种简单系统（如理想气体、液体、固体）在不同过程中的能量变化，例如恒容吸热、恒压吸热、绝热过程的功计算等。 第三章：理想气体的热力学性质与过程 本章专注于理想气体这一重要的热力学模型，深入探讨其热力学性质和在各种过程中的行为。 理想气体状态方程： 阐述理想气体的定义以及其状态方程 $PV=nRT$ 的推导和应用。 理想气体的内能和焓： 基于理想气体的特性，推导其内能和焓与温度的关系，即 $u=u(T)$ 和 $h=h(T)$，并介绍比热容的概念（定容比热容 $c_v$ 和定压比热容 $c_p$）及其与 $c_p - c_v = R$ 的关系。 理想气体过程分析： 详细分析理想气体在等温、等容、等压、绝热（包括可逆绝热过程和不可逆绝热过程）以及多变过程下的状态变化、功、热量和内能的变化。特别介绍绝热过程的指数关系 $PV^gamma = ext{常数}$。 焦耳实验与焦耳-汤姆逊效应： 简要介绍焦耳实验验证理想气体内能仅是温度的函数，并引出焦耳-汤姆逊效应在实际中的意义。 第四章：蒸汽与水、制冷剂的热力学性质 本章将目光从理想气体转向实际应用中更常见的物质，如水（蒸汽）和制冷剂。 物质的相变： 深入理解物质的三种基本状态（固、液、气）以及相变过程（如汽化、液化、熔化、凝固）的热力学特征，包括饱和状态、临界点、三相点等。 水及水蒸气的性质： 介绍水和水蒸气的热力学性质图（如T-s图、h-s图、p-v图），并利用这些图表进行状态分析和过程计算。详细介绍饱和水蒸气表和过热蒸汽表的使用。 制冷剂的性质： 介绍常用的制冷剂（如R134a、氨等）的热力学性质，理解其在制冷循环中的作用。 理想与实际的偏差： 讨论实际气体与理想气体的区别，介绍气体状态方程的修正，如范德华方程，以及其在工程计算中的应用。 第二部分：热力学第二定律及其应用 第五章：热力学第二定律与卡诺循环 本章是整本书的核心之一，引入热力学第二定律，并阐述其深刻含义和工程意义。 第二定律的两种表述： 详细介绍克劳修斯表述（热量不能自发地从低温物体传向高温物体）和汤姆逊-开尔文表述（不可能制成效率为100%的热机）。 不可逆性与熵： 解释热力学过程的不可逆性，并引入熵（Entropy）这一关键概念，定义熵为衡量系统无序度或能量分布均匀程度的物理量。 熵的产生： 阐述熵在不可逆过程中的增加，以及在可逆过程中的恒定。 卡诺循环： 详细介绍由法国工程师萨迪·卡诺提出的理想可逆热力学循环——卡诺循环，包括其四个过程（等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩），并推导出其效率公式 $eta_{Carnot} = 1 - frac{T_L}{T_H}$，强调这是所有热机效率的上限。 热力学温标： 基于卡诺循环效率，引出绝对温标（开尔文温标）的定义。 第六章：熵的计算与应用 本章深入探讨熵的计算方法及其在分析热力学过程中的应用。 熵变的计算： 推导可逆过程和不可逆过程中熵变的计算公式，包括物质相变、传热、混合等过程的熵变。 热力学第二定律的应用： 利用熵增原理来判断过程进行的方向和可能实现的程度。 可用能（Exergy）/有效能（Available Energy）： 引入可用能的概念，它是系统在与环境进行可逆过程后能够对外做的最大功，是衡量能量质量的指标。 能量的贬值： 解释在不可逆过程中，能量的“数量”守恒（第一定律），但“质量”或“可用性”会降低（第二定律），即能量的贬值。 第七章：实际热力循环的分析 本章将热力学第二定律应用于分析现实世界中的各种热力发动机和制冷循环。 蒸汽朗肯循环： 详细分析火电厂中广泛使用的蒸汽朗肯循环，包括其四个基本过程（泵送、锅炉吸热、膨胀、冷凝），并探讨其效率影响因素（如蒸汽初温、初压、背压等）以及如何通过再热、回热等方式提高效率。 内燃机循环： 分析奥托循环（汽油机）、狄塞尔循环（柴油机）等理想循环，以及其在实际应用中的变种。 燃气轮机布雷顿循环： 分析燃气轮机的工作循环，介绍其在航空发动机和联合循环发电中的应用，并探讨提高效率的手段。 制冷循环： 分析蒸汽压缩制冷循环、吸收式制冷循环等，理解其工作原理和性能指标（如制冷系数）。 第三部分：热力学在工程中的进阶应用 第八章：流体机械的热力学分析 本章将热力学原理与流体机械（如泵、压缩机、涡轮）的性能分析相结合。 能量方程（伯努利方程及其推广）： 结合热力学定律，推导流体在流动过程中的能量方程，考虑了热量、功和效率的影响。 压缩机与涡轮效率： 介绍等熵效率、绝热效率等概念，用于评估压缩机和涡轮的实际性能与理想性能的差距。 汽轮机与燃气轮机： 深入分析汽轮机和燃气轮机的热力学过程，包括多级膨胀、叶片损失等。 第九章：热交换器的热力学分析 本章关注热交换器的工作原理和性能评估。 热交换器类型： 介绍不同类型热交换器（如壳管式、板翅式）的结构和特点。 传热机理： 简要回顾传导、对流、辐射等基本传热机理。 热平衡与传热量计算： 利用热力学第一定律进行热平衡分析，计算传热量。 传热效率与NTU方法： 引入传热效率、传热系数、传热面积等概念，并介绍NTU（Number of Transfer Units）方法用于热交换器的设计与分析。 第十章：化学热力学基础 本章介绍热力学在化学反应中的应用。 化学反应的热效应： 定义燃烧热、生成热、中和热等，并介绍赫斯定律。 平衡常数与吉布斯自由能： 引入吉布斯自由能（Gibbs Free Energy）作为判断化学反应自发性以及平衡状态的判据，并阐述其与平衡常数的关系。 燃烧过程分析： 分析燃料的完全燃烧和不完全燃烧，计算燃烧产物的温度和组成。 附录 常用物质的热力学性质表（如水蒸气表、制冷剂表） 热力学常数列表 单位换算表 《工程热力学：原理与应用》的编写旨在为工程技术人员、大学本科生及研究生提供一套全面、系统、实用的热力学学习资源。通过对本书的学习，读者将能够建立起坚实的热力学理论基础，掌握分析和解决各类热力学相关工程问题的能力，从而在能源、动力、机械、化工等众多工程领域中发挥关键作用。本书力求以清晰的逻辑、严谨的推导和贴近实际的案例，帮助读者将抽象的热力学概念转化为解决工程挑战的有力工具。

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这本书的章节结构安排体现出一种非常清晰的层级关系，让人在学习过程中始终能把握住整体的知识脉络。从最基础的力与平衡概念出发，逐步深入到刚体运动学和动力学，最后落脚于振动理论和控制基础。我特别欣赏作者在介绍复杂系统时所采用的“类比法”。例如，在解释机械振动中的阻尼效应时，作者引入了流体阻力、摩擦力的生活实例进行类比，瞬间就让那些抽象的衰减系数变得具象化了。此外，书中对一些经典实验的描述详尽到令人惊讶的地步，它不仅告诉你实验的结果，更重要的是，它细致地还原了实验的设计思路、仪器设置以及数据处理的细微差别，仿佛带领读者亲临现场进行操作一般。这种“手把手”的教学方式，对于那些希望将理论知识转化为实际操作技能的读者来说，无疑是一份宝贵的财富。

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这本书的装帧设计真是太棒了，封面采用了深邃的蓝色调，配上简约的银色字体，透露出一种严谨又不失现代感的专业气息。内页纸张的质感也相当出色，触感细腻，油墨印刷清晰，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。尤其值得称赞的是，这本书的排版布局非常合理，章节之间的过渡自然流畅，图表和公式的插图清晰度极高，即便是复杂的原理示意图也能一目了然。作者在行文的逻辑组织上展现了高超的驾驭能力，每一部分的知识点都循序渐进地铺陈开来，使得我们这些初学者也能轻松跟上深度和广度的拓展。我尤其喜欢它在引入新概念时，总会附带一些历史背景的简短介绍，这让冰冷的理论知识瞬间变得有血有肉，不再是枯燥的公式堆砌，而是承载着前辈们智慧结晶的成果。这本书的整体感觉就像是请了一位经验丰富的导师，耐心地为你揭开科学的神秘面纱，而不是生硬地灌输知识点，这种体验感极佳。

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坦白说，一开始我对这本书的预期只是期望能找到一本合格的参考资料，但实际阅读体验远远超出了我的想象。这本书最大的亮点在于其对工程实践的尊重与融入。作者显然是一位有着丰富现场经验的专家，他总能在最关键的理论点位上，插入一段“项目经验之谈”，这些小插曲往往揭示了教科书上不会提及的、真实世界中的设计妥协与优化策略。例如，在讨论有限元分析的基础时，书中没有直接跳到复杂的矩阵运算，而是先探讨了如何在保证精度的前提下，对复杂几何模型进行合理的网格划分，这是一个纯粹的工程决策问题。这种将数学工具的运用与实际工程约束紧密结合的处理方式，使得我们这些在校学生能够更早地建立起“理论服务于实践”的核心观念。读完这本书，我感觉自己不仅学到了“是什么”，更明白了“为什么这样做”以及“在实际中应该如何权衡”，收获巨大。

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我花了相当长的时间来消化这本书中关于材料力学的章节，它的深度和广度确实令人印象深刻。与其他强调公式记忆的书籍不同，本书更侧重于构建一个完整的知识体系。作者在阐述材料的疲劳和蠕变行为时，运用了大量的统计学和概率论工具，将原本充满不确定性的失效预测变得更加科学和可控。书中对失效模式的分类及其对应的破坏机理分析得极为透彻，图示清晰地描绘了脆性断裂和韧性变形的微观形貌差异。更让我受益匪浅的是，作者在章节末尾设置了“前沿探索”栏目，简要介绍了当前学术界对新型复合材料和智能结构力学行为的研究进展，这对于我们这些关注行业动态的研究生来说，提供了绝佳的切入点和研究方向的指引。这本书不仅仅是知识的传授，更是一种思维模式的塑造，它教会了我如何用严谨的科学方法去审视工程中的不确定性。

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读完这本关于工程力学的教材后，我最大的感受是它在理论深度和实际应用之间的平衡把握得恰到好处，这一点在很多同类书籍中是很难得的。它并没有停留在基础概念的罗列，而是深入剖析了诸多关键物理现象背后的数学模型构建过程。比如，在讲解材料的应力-应变关系时，作者不仅详细推导了广义胡克定律，还结合了若干实际工程案例——比如桥梁结构在不同荷载下的受力分析——来佐证理论的有效性。这些案例的选择非常巧妙，它们涵盖了从宏观结构到微观晶体层面的多种尺度问题，极大地拓宽了我的视野。书中穿插的“思考题”部分更是精妙，它们往往不是直接的计算题，而是要求我们对某个工程现象进行现象描述和机理猜想，这种开放式的提问方式极大地激发了我的批判性思维和解决复杂问题的能力，远超出了传统教科书的范畴。

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