Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences (Mcgraw-Hill Series in Mechanical Engineering) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill Science/Engineering/Math

作者:Yunus A. Cengel

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2004-04-02

价格:USD 148.13

装帧:Hardcover

isbn号码:9780072454260

丛书系列:McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering

图书标签:

• 热流体科学
• 传热学
• 流体力学
• 机械工程
• 工程热物理
• 流体动力学
• 传热传质
• 热力学
• 工程教育
• McGraw-Hill系列

深入流体动力学与传热学基础：经典热流体科学教材导读 本书旨在为学习热流体科学领域的学生和工程师提供一个全面、严谨且深入的基础性导论。不同于特定领域的深入探讨，本书的焦点在于构建一个坚实的概念框架，以便读者能够理解和分析热力学、流体力学和传热学这三大核心支柱之间的内在联系与相互作用。 第一部分：热力学基础与能量转换的原理 本书的开篇部分将系统性地回顾并拓展经典热力学的基础知识，这是理解所有能量转换过程的基石。 1. 系统的定义与基本概念： 我们将从热力学系统的边界、控制体与控制体分析方法入手，明确区分宏观系统与微观现象。重点讨论状态变量（如温度、压力、比容）的物理意义及其量纲一致性。 2. 热力学第一定律与能量守恒： 详细阐述能量的各种形式——内部能、动能、势能、热量和功。通过对控制体进行能量平衡分析，推导出封闭系统和流动系统（控制体）的能量方程。特别关注流体中的能量传递路径，如非流体功（Shaft Work）和边界功（Boundary Work）的计算方法。 3. 热力学第二定律与熵的引入： 这是本书的核心部分之一。我们将引入克劳修斯不等式和开尔文-普朗克表述，确立热力学第二定律的不可逆性。熵作为系统无序度的度量，其生成和传递的机制将在不同过程中被详尽分析。关键概念包括卡诺循环的理想性、热力学第三定律的意义，以及利用熵生成进行过程可行性判断的方法。 4. 理想气体性质与应用： 针对工程中常见的理想气体模型，详细推导其状态方程（理想气体定律），并计算等温、等压、等容、等熵等基本过程中的热力学性能变化。同时，讨论实际气体（如范德华气体）的偏差以及如何使用压缩因子图或真实气体方程进行校正。 5. 蒸汽表与纯物质的热力学特性： 鉴于蒸汽在动力系统中的重要性，本书会花费大量篇幅讲解饱和和过热蒸汽的性质。如何正确查阅和应用蒸汽表，识别临界点、饱和线和泡点/露点线，是实际工程计算中不可或缺的技能。将通过具体的例题展示如何进行两相区的能量分析。 第二部分：流体力学——流体的运动与平衡 流体力学部分侧重于描述流体静力平衡、运动规律以及动量传递的机理。 1. 流体静力学： 探讨流体在静止状态下的压力分布规律，推导出基础的静力学方程。重点分析液体中压力随深度变化的线性关系，以及浮力、压力的中心和作用力的计算，这对于储罐和水坝的设计至关重要。 2. 流体运动学： 引入流线的概念，区分物质导数（Material Derivative）在描述随时间变化的流动性质中的关键作用。讨论拉格朗日和欧拉描述方法的应用场景，并理解速度场、加速度场与涡度的物理意义。 3. 流体动力学基础方程： 从动量守恒的角度出发，推导并应用伯努利方程（理想流体）、欧拉方程以及更具普适性的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程的积分形式。特别关注伯努利方程在管流、射流中的应用限制和修正项（如水头损失）。 4. 粘性流体与雷诺数： 引入牛顿流体的概念，并深入探讨粘性对流体运动的影响。雷诺数（Reynolds Number）作为表征惯性力和粘性力相对大小的关键无量纲参数，将贯穿整个流体力学章节，用于区分层流和湍流。 5. 管内流动与边界层理论初步： 详细分析恒定截面管道中的完全发展层流（如泊肃叶流），并计算摩擦系数。对于湍流流动，介绍达西-魏斯巴赫公式的应用，以及桑克菲勒图（Moody Chart）在确定管路阻力中的核心作用。初步引入边界层概念，解释粘性效应在靠近固体壁面处的集中表现。 第三部分：传热学——能量的传递机制 传热学部分专注于分析热量如何在不同介质和边界条件下进行传递。 1. 导热基础：傅里叶定律与热扩散方程： 从微观角度解释热量在固体中传递的机理。详细阐述傅里叶定律，并将其应用于一维稳态导热问题，如平壁、圆柱壁和球壁的热阻计算。随后，推导瞬态导热过程的热扩散方程，并通过半无限大体、毕奥数（Biot Number）和傅里叶数（Fourier Number）分析瞬态响应。 2. 对流传热——流体与壁面的热交换： 对流传热是流体力学与传热学的交叉点。我们将区分自然对流（浮力驱动）和强制对流（外部流或内部流）。关键在于对流换热系数（$h$）的确定。介绍无量纲数（努塞尔数 $Nu$、普朗特数 $Pr$）在关联流体力学参数与热传递效率中的作用。 3. 辐射传热学原理： 探讨热量通过电磁波传递的方式，独立于任何介质。引入黑体辐射的概念，讲解斯特藩-玻尔兹曼定律。重点分析实际表面（灰体、漫反射表面）的辐射特性，并推导出辐射换热的净辐射速率方程，特别是表面间的辐射交换（形状因子/视角因子）。 4. 换热器分析： 将导热、对流和辐射的原理应用于工程实践中最常见的设备——换热器。系统性地介绍并推导平均温差法（LMTD）和温效-NTU法，用以评估和设计并流、逆流及错流换热器的性能。 总结与跨学科整合 全书的最终目标是实现热力学、流体力学和传热学原理的有机结合。通过大量的工程实例，展示如何建立一个包含能量转换、动量传递和热量交换的综合模型，以解决复杂的工程问题，例如内燃机、换热系统或热管的设计分析。本书强调第一性原理的应用，鼓励读者建立清晰的物理图像，而非仅仅依赖于公式的记忆。

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