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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Kaviany, M.

出品人:

页数:1032

译者:

出版时间:2001-6

价格:$ 197.75

装帧:HRD

isbn号码:9780471434634

丛书系列:

图书标签:

Heat Transfer
Thermodynamics
Fluid Mechanics
Engineering
Physics
Heat
Conduction
Convection
Radiation
Thermal Science

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具体描述

"Principles of Heat Transfer" provides readers with the knowledge, intuition, and tools needed for finding innovative and optimal solutions to the heat transfer problems encountered in practice with an integrated approach. It is illustrated by real world examples. This innovative volume takes a holistic approach that encompasses and integrates the principles of thermal energy conversion (bond, electromagnetic, and mechanical energy), thermal energy storage, and thermal energy transport (conduction, radiation, and convection), and then uses them in thermal engineering analysis (thermal circuit modeling and its solutions) in many practical examples. The important new material included in this book contain: heat flux vector tracking, that directly leads into the construction of thermal circuit models, and is based on the natural and intuitive drawing of the heat flow paths in practical, complex systems; engineering of hot and cold sources, such as combustion, thermal plasma, and thermoelectric cooling; microscale heat carriers (conduction, radiation, and convection) and their roles in the design of innovative systems and processes; an emphasis on both analytical and numerical solutions, with software (SOPHT) that contains the closed form solutions and models, as well as an easy-to-use numerical solver capable of solving more complex, practical problems; and, a final chapter that addresses thermal engineering design and modeling and covers solved, complete examples on cutting-edge practical applications, such as micro-electro-mechanical systems, actuators, and innovations in energy conversion systems. It provides an enclosed CD-ROM: SOPHT (SOlver for Principles of Heat Transfer) that contains all the needed equations and relations (models) for thermal circuit modeling. It also includes the energy equations, the energy conversion models, and the heat transfer resistances. The models are easily copied into the worksheet for easy solutions. This allows a very intuitive and quick use of the book materials for solving new problems. The solver is capable of solving coupled, ordinary differential equations (for multi--node, transient problems) as well as simultaneous algebraic equations. It also allows for parametric studies (parameter sweep), as well as easy graphical presentation of the solutions. It includes many solved examples are included (one models the IC engine).

工程热力学基础与应用一本深入探讨能量转换、物质传递与系统热力学行为的权威著作本书特色与定位：本书旨在为工程、物理科学及相关领域的研究人员、工程师和高年级本科生提供一个严谨且全面的工程热力学基础框架。我们聚焦于从微观视角理解宏观现象，通过统一的能量和熵概念，揭示驱动自然界和工程系统的基本规律。本书摒弃了对复杂数学推导的过度侧重，转而强调物理图像的建立和实际工程问题的解决能力。我们相信，真正的理解源于对基本原理在真实世界中应用的洞察。内容结构与核心主题：本书共分为七大部分，二十一章，循序渐进地构建起坚实的理论体系。 --- 第一部分：热力学基础与基本概念（第1章至第3章）本部分奠定了整个课程的基石。第1章：热力学的范畴与基本概念我们首先界定热力学的研究对象——系统、边界、环境。详细区分了宏观和微观视角，引入了平衡态、状态变量（如压力、温度、体积）的概念。重点讨论了热力学第零定律及其在温度定义的统一性上的重要性，为后续的能量分析打下基础。第2章：物质的性质与状态方程本章聚焦于描述物质行为的数学工具。我们深入探讨理想气体的状态方程，并将其推广到更复杂的真实气体，介绍范德华（Van der Waals）方程及其他拟合优度更高的状态方程。通过P-V-T图的解读，阐明相变的物理意义，特别是饱和线、临界点和三相点的热力学含义。第3章：功、热量与第一定律第一定律是能量守恒的体现。本章详细定义了功（包括体积功、轴功等形式）和热量作为能量传递的两种方式。通过对控制体和控制体元（或系统）的分析，推导出适用于稳定流和瞬变流动的能量方程。大量实例演示了稳态热平衡、循环过程以及定容/定压加热过程中的能量平衡计算。 --- 第二部分：能量的深度分析与应用（第4章至第6章）本部分将第一定律的应用扩展到能量的质量与流动的场景。第4章：流体能量分析专门处理流体（如管道中的水、蒸汽轮机中的工质）的能量传递问题。详细分析了稳态流动的节流过程、等焓过程（焦耳-汤姆逊效应的物理基础）和绝热膨胀过程。通过简化的控制体分析，推导出管道流动的能量方程，并引入了流体机械（泵、压缩机）的效率概念。第5章：热力学第一定律的工程应用本章将理论应用于核心工程设备：动力循环的分析：详细解析朗肯循环（蒸汽动力系统）、布雷顿循环（燃气轮机系统）的理想化与实际化过程，重点计算其净功输出与热效率。制冷循环：阐述蒸汽压缩制冷循环（VCRS）的工作原理，定义性能系数（COP），并将其与热泵循环进行对比。第6章：熵与第二定律第二定律引入了过程的方向性和不可逆性。本章系统阐述了熵的概念，从克劳修斯不等式出发，严格推导出熵的平衡与变化关系。详细区分了可逆过程、不可逆过程和不可能过程。通过分析摩擦、传热温差等内生不不可逆因素，计算过程中的熵增。 --- 第三部分：不可逆性、热力学潜力与循环优化（第7章至第9章）本部分关注如何利用熵的概念来评估和提升系统的性能。第7章：熵产生的分析与应用专注于“熵产生”的计算及其与能量品质损失的关系。通过热力学第二定律的综合应用，引入了“热力学不可用能”（Availability）的概念，即能量的“可用性”。分析了在有限温差传热过程中，能量损耗如何体现在熵的增加上。第8章：热力学过程的效率与评级引入了更高级的效率指标，如第二定律效率（或称有效性），用以衡量实际设备相对于理想可逆设备的性能差距。对各种循环（如朗肯、布雷顿）进行第二定律分析，揭示能量损失的主要来源，指导设计优化。第9章：热力学基本关系式从基本热力学势（内能U、焓H、亥姆霍兹自由能F、吉布斯自由能G）出发，推导出麦克斯韦关系式等一系列热力学基本方程。这些方程是连接宏观可测量变量（P, T, V）与微观性质（如比热容、膨胀系数）的关键桥梁。 --- 第四部分：平衡态的深入探讨（第10章至第12章）本部分从化学热力学的视角审视相平衡和化学反应。第10章：相平衡与相律系统阐述吉布斯相律，并将其应用于单组分和多组分系统的相图分析。重点讨论了液-气平衡（沸腾、冷凝）、固-液平衡（熔化、凝固）的条件，特别是利用克劳修斯-克拉佩龙方程进行压力-温度关系的预测。第11章：化学反应热力学引入化学计量学，定义反应热（焓）、反应的吉布斯自由能变化。通过范特霍夫方程和萨哈方程，分析温度和压力对化学平衡常数及反应方向的影响。强调吉布斯自由能最小化原理在判断化学反应方向上的核心作用。第12章：非理想混合物的热力学超越纯物质分析，探讨多组分系统的热力学行为。引入逸度（Fugacity）概念来修正真实气体混合物的非理想性。详细分析溶液的热力学性质，如稀溶液的性质、蒸气压的降低与沸点的升高。 --- 第五部分：气体动力学与流体流动（第13章至第15章）本部分将热力学与流体力学的交叉点——气体流动联系起来。第13章：气体动力学导论讨论气体在管道中高速流动时的热力学效应。引入等熵流动的基本关系，如马赫数（Mach Number）的概念。第14章：等熵流动的应用：喷管与扩压器详细分析了气流通过喉道的加速过程，推导出临界流（Choked Flow）条件。对喷管和扩压器的设计与性能进行热力学分析，阐明其在航空航天和化工过程中的重要性。第15章：滞止与冲刷效应讨论流体在非等熵流动（如存在冲击波或摩擦）时的热力学变化，特别是滞止状态（Stagnation State）的定义及其在测量技术中的应用。 --- 第六部分：热力学与统计力学的桥梁（第16章至第18章）本部分为有兴趣的读者提供了微观基础，解释宏观性质的起源。第16章：分子运动论基础从牛顿力学和概率论的角度出发，推导出气体分子的速度分布（麦克斯韦分布）。将宏观的压力、温度与分子运动的平均动能建立起联系。第17章：统计力学导论介绍基本统计概念，如微观状态、宏观状态。推导玻尔兹曼熵公式，展示了熵在微观层面的物理意义。讨论配分函数（Partition Function）及其在计算热力学性质中的应用。第18章：能量的量子化与统计简要介绍量子力学对能量的限制，并讨论不同统计力学模型（玻色-爱因斯坦、费米-狄拉克）在描述电子和光子系统中的适用性。 --- 第七部分：传热的宏观视角（第19章至第21章）虽然本书核心是热力学，但为了工程实践的完整性，本部分简要介绍传热学的三个基本模式，作为能量交换的补充。第19章：稳态导热介绍傅里叶定律，分析一维、二维稳态导热问题，包括复合壁结构和径向传热。第20章：对流传热基础区分自然对流与强制对流，引入努塞尔数（Nusselt Number）等无量纲分析工具，概述边界层理论的基本概念。第21章：辐射传热探讨物体间的电磁波能量交换。介绍黑体辐射定律、斯忒藩-玻尔兹曼定律以及实际表面（灰体、漫反射体）的辐射换热计算。目标读者：本书适合于热力学、能源工程、机械工程、化学工程、材料科学等专业的高年级本科生和研究生使用，是构建系统性热力学知识体系的理想教材。本书价值：通过严谨的逻辑和丰富的工程案例，本书将确保读者不仅掌握“如何计算”，更能深刻理解“为何如此”，从而具备解决复杂能源转换与过程控制问题的核心能力。