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

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出版者:Taylor & Francis

作者:Jaluria, Yogesh

出品人:

页数:752

译者:

出版时间:2007-12

价格:$ 248.54

装帧:HRD

isbn号码:9780849337536

丛书系列:

图书标签:

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一本深入探索热力学系统设计与优化方法的实用指南 本书并非一本介绍某一本特定书籍《Design and Optimization of Thermal Systems》的读物，而是为广大读者提供一套关于热力学系统设计与优化方法的全面性、实操性强的知识体系。本书旨在系统性地梳理和阐述在工程实践中，如何高效、合理地设计和优化各种热力学系统，以实现最佳的性能、最低的能耗和最优的经济效益。 核心内容概览： 本书的重点在于提供一套严谨且可操作的设计与优化框架，涵盖以下几个关键领域： 1. 热力学基础与分析方法： 热力学第一定律与能量守恒： 深入剖析能量在不同形式间的转换和传递，强调在系统设计中严格遵守能量守恒原则，并掌握能量平衡方程的建立与求解。 热力学第二定律与熵增原理： 详细阐述不可逆性对系统效率的影响，理解熵增的本质，并指导读者如何通过最小化不可逆损失来提高系统性能。 物态方程与热力学性质： 介绍各种物质在不同状态下的热力学性质，以及如何利用物态方程精确计算这些性质，为系统分析提供准确的数据支持。 传热学基本原理： 深入讲解传导、对流和辐射三种基本传热方式的机理，以及影响传热速率的各种因素，为换热器、绝热层等关键部件的设计提供理论基础。 流体力学基础： 阐述流体在管道、通道中的流动规律，包括流速、压降、阻力等，这对于泵、风机、阀门等流体输送设备的选型和管路系统的设计至关重要。 2. 热力学系统的分类与构成： 能量转换系统： 涵盖火力发电、核能发电、燃气轮机、内燃机等将热能转化为机械能或电能的系统，重点关注其工作原理、热力学循环以及效率优化。 制冷与空调系统： 详细分析蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、热泵等系统，强调制冷剂的选择、蒸发器、冷凝器、压缩机等关键组件的设计，以及如何实现高效的温度控制和能源回收。 热流体输送与储存系统： 涉及锅炉、储热罐、管道网络等，重点关注流体输送的效率、压力损失、热损失控制以及安全运行。 过程加热与冷却系统： 广泛应用于化工、食品、制药等行业，如蒸发器、干燥器、冷凝器等，分析其传热传质过程，并探讨如何优化能耗和产品质量。 能源综合利用系统： 介绍热电联产、冷热联供、废热回收等技术，强调系统整体的能源效率提升和经济效益最大化。 3. 系统设计的一般流程与方法： 需求分析与参数设定： 如何根据实际应用需求，明确系统的功能、性能指标、负荷变化范围、环境条件等，并设定关键设计参数。 方案选择与初步设计： 介绍不同技术方案的优缺点比较，以及如何根据基本原理和经验进行初步的系统构架设计。 组件选型与详细设计： 针对换热器、泵、风机、阀门、压缩机、锅炉等关键设备，提供详细的选型依据、设计计算方法和性能评估准则。 系统集成与管路设计： 强调各组件之间的协调配合，以及优化管路布局、减少能量损失、确保系统稳定运行。 控制策略设计： 介绍PID控制、模糊控制、模型预测控制等先进控制技术在热力学系统中的应用，以实现精确的温度、压力、流量等参数控制，并提升系统的响应速度和稳定性。 安全与可靠性设计： 强调在设计过程中充分考虑安全因素，如超温、超压保护，以及提高系统的可靠性和维护便利性。 4. 系统优化的关键技术与方法： 㶲（Exergy）分析： 深入介绍㶲分析理论，识别系统中不可逆损失的根源，并指导如何通过改进设计或运行策略来最小化㶲损失，从而最大化系统有效能的利用。 参数优化： 利用数学模型和优化算法（如遗传算法、模拟退火算法、梯度下降法等）来寻找最佳的设计参数组合，以实现特定目标函数（如最小能耗、最大效率、最低成本）的最优化。 过程优化： 针对系统运行过程中存在的低效环节，通过调整操作参数、改进控制逻辑或引入新型设备来提升整体性能。 能量回收与梯级利用： 强调如何有效地回收系统产生的废热或低品位能量，并将其用于其他有用的目的，实现能源的梯级利用，提高整体能源利用效率。 生命周期成本分析（LCCA）： 不仅考虑初始投资成本，还将运行、维护、报废等整个生命周期内的成本纳入考量，指导读者做出兼顾短期与长期经济效益的最优决策。 模拟与仿真技术： 介绍使用专业的工程软件（如MATLAB/Simulink, ANSYS Fluent, Aspen Plus等）进行系统建模、仿真和性能预测，为优化决策提供科学依据。 5. 工程案例分析与实践指导： 本书将通过大量贴近实际工程的案例，系统地展示上述设计与优化方法的应用。这些案例将涵盖不同类型的热力学系统，从小型设备到大型工业装置，深入剖析设计过程中遇到的挑战、解决问题的思路以及最终达成的优化效果。 通过对实际工程案例的深入解读，读者可以更直观地理解理论知识的实际应用，学习如何在复杂多变的工程环境中进行创新性设计和系统性优化。 本书的特色： 理论与实践紧密结合： 既有扎实的理论基础，又有丰富的工程案例，帮助读者学以致用。 系统性与全面性： 覆盖热力学系统设计与优化的各个环节，构建完整的知识体系。 注重方法与工具： 强调分析方法、优化技术和工程工具的应用，提升解决实际问题的能力。 面向工程应用： 旨在培养读者成为具备解决实际热力学系统工程问题的专业人才。 本书适合高等院校热能工程、动力工程、化工、制冷、建筑环境与设备工程等相关专业的学生、研究人员以及从事热力学系统设计、运行和优化的工程师阅读。通过掌握本书所阐述的知识和方法，读者将能够设计出更高效、更经济、更环保的热力学系统，为实现能源的可持续发展贡献力量。

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从排版和阅读体验来说，这本书的设计似乎是为资深工程师而非初学者量身打造的，但这种“硬核”恰恰是其价值所在。图表的质量非常高，每一个流程图、每一个T-s图或h-x图，都经过了精心设计，清晰地标注了所有设计变量和优化变量的对应关系。我特别注意到，作者在引用前沿研究时，引用源头都非常新颖且具有权威性，这表明编写团队对该领域的研究脉络保持着高度的敏感性。然而，必须承认，对于缺乏足够热力学背景的读者来说，某些章节的跳跃性可能会比较大。例如，在突然引入拉格朗日乘子法进行约束优化时，如果读者不熟悉高等数学中的优化理论，可能会感到吃力。总的来说，它像一本高水平的“内参”，需要读者有一定的知识储备去“解码”，一旦破解，所获得的回报是巨大的，它提供的不仅仅是知识，更是一种看待工程问题的“高级视角”。

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坦白说，我最初抱着相当大的怀疑态度来翻阅这本书，毕竟“设计与优化”这个主题听起来就极其枯燥，往往是理论教条和软件操作手册的结合体。然而，这本书最让人惊喜的地方，在于它对“优化”二字进行了极具深度的哲学探讨，而不仅仅是停留在数值计算层面。它似乎在反复追问：我们到底在优化什么？是最小化能耗、最小化初始投资，还是最大化系统寿命？书中对多目标优化（Multi-Objective Optimization）的阐述，远比我过去接触的任何教材都要深刻和细腻。它没有回避不同目标之间的冲突性，而是巧妙地引入了帕累托前沿的概念，引导读者去理解“没有绝对最优，只有权衡最佳”的真谛。更妙的是，它将这些复杂的数学概念与实际工程中的安全裕度、操作灵活性等“软约束”结合起来讨论。读完相关章节，我不再觉得优化是一个单纯的求解过程，而更像是一场与自然规律和经济现实进行的精密“博弈”，需要极高的洞察力和决策智慧。

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这本书最让我感到振奋的是它对“可持续性”和“能源转型”议题的融入，这使得它不仅是一本技术手册，更是一部面向未来的工程宣言。传统的系统优化往往只关注于眼前的成本效益，但这本书却将碳捕集与封存（CCS）、地热能集成、以及大型储能系统（如压缩空气储能）的耦合设计纳入了统一的优化框架中。例如，在讨论区域能源系统的集成时，它没有简单地罗列这些技术，而是展示了如何通过先进的优化模型，找到在满足未来零碳排放目标的前提下，当前投资的最佳配比。这需要处理大量的不确定性数据，比如未来电价波动和碳税变化。书中对蒙特卡洛模拟在不确定性优化中的应用展示得非常直观，让读者明白，设计一个“健壮”的热系统，意味着它必须能在多种未来情景下依然保持高效和可行性。这种超越传统热力学计算，直击当前全球能源挑战核心的深度，是这本书区别于市面上其他同类书籍的关键所在。

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这本书在讲解具体设计方法论时，那种严谨与前瞻性的结合，令人叹为观止。对于那些经典的热力学设计案例，比如燃气轮机、蒸汽动力循环的改进，作者的处理方式是先夯实经典热力学的基础，确保读者对能量转换的本质有透彻的理解；然后，笔锋一转，立刻切入现代优化技术，比如引入遗传算法（GA）或粒子群优化（PSO）来处理那些传统解析方法难以触及的非线性、大规模问题。我个人对它在动态系统优化方面的论述印象尤为深刻。很多教科书只关注稳态工况下的效率提升，但现实中的热系统，比如数据中心的冷却系统或者区域供热管网，往往处于频繁的负荷波动之中。这本书专门辟出一块内容，详细讨论了如何利用模型预测控制（MPC）的思想来实时调整系统参数，以最小化瞬态过程中的能耗损失。这种将静态优化与动态控制相结合的视角，极大地拓宽了我对“系统优化”的认知边界。

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这本书的叙述方式简直是一股清流，它没有落入那种冷冰冰、纯粹理论堆砌的窠臼。作者似乎深谙，即便是最尖端的热力学问题，也需要通过生动的案例和清晰的逻辑链条来呈现，才能真正被读者吸收。我尤其欣赏它在处理复杂系统建模时的那种“庖丁解牛”般的功力。你看那些关于换热器网络集成的章节，如果换成别家作者，恐怕早就被密密麻麻的矩阵和约束条件淹没了。但这里不同，它先用一个实际的化工流程作为引子，让你明白为什么要进行优化，优化背后的经济和环境驱动力是什么。接着，才循序渐进地引入Pinch分析、过程集成理论，每一步的推导都像是在搭建一座精美的数学模型，每块“砖石”——无论是热物流的分配还是温度交叉点的确定——都摆放得恰到好处。读到最后，你会发现自己不仅掌握了如何计算，更重要的是，理解了如何在现实世界的权衡中做出最优决策。那种从宏观的系统视野到微观的部件设计都能自如切换的感觉，非常过瘾，让人感觉自己真正拥有了一套解决热系统难题的“工具箱”，而非仅仅是一堆死记硬背的公式。

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