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isbn号码:9787801251305

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• 热力学
• 自动化
• 过程控制
• 工业自动化
• 热力过程
• 控制系统
• 能源工程
• 机械工程
• 系统建模
• 仿真技术

《热力过程自动化》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的工程视角，探索在现代工业生产中，如何通过先进的自动化技术来优化和控制复杂的热力过程。内容涵盖了从基础的传热、流体动力学原理，到先进的控制理论应用，再到实际的系统设计与实施，旨在帮助读者构建一个完整的热力过程自动化知识体系。 第一部分：热力过程基础与建模 我们将首先回顾热力过程的核心概念。这包括对热力学第一、第二定律的深入理解，以及它们在工程实践中的体现。读者将学习到如何分析和计算能量转换、熵增以及过程的效率。随后，我们将聚焦于热力过程中的关键物理现象，如传热（传导、对流、辐射）和流体流动（层流、紊流、压降计算）的机理。这部分内容将为理解和控制热力过程打下坚实的基础。 接着，我们将进入热力过程的数学建模。这部分将介绍如何将复杂的物理过程转化为可分析的数学模型，包括微分方程、传递函数以及状态空间描述。我们将探讨不同类型热力过程（如锅炉、换热器、涡轮机、制冷系统等）的典型模型，并介绍模型验证与辨识的方法，以确保模型的准确性和可靠性。此外，还会涉及一些简化的工程模型，用于快速设计和分析。 第二部分：自动化控制理论与技术 本部分将系统介绍实现热力过程自动化的核心控制理论与技术。我们将从经典控制理论开始，详细阐述PID（比例-积分-微分）控制器的工作原理、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、临界比例法）及其在实际应用中的优缺点。 随后，我们将深入探讨现代控制理论，包括状态反馈控制、最优控制、自适应控制以及预测控制等。对于状态反馈控制，我们将讲解状态观测器的设计，以处理不可测量状态的情况。最优控制部分将介绍LQR（线性二次调节器）等方法，用于实现性能最优化的控制。自适应控制将关注如何处理参数变化或模型不确定性带来的挑战，而预测控制则会介绍如何利用未来过程信息的预测来优化控制策略。 此外，我们还会详细介绍先进的传感器技术，包括温度、压力、流量、液位等关键参数的测量方法、传感器原理、选型标准以及误差分析。同时，还将讨论执行器技术，如控制阀、变频器、执行机构等，以及它们的特性和选型原则。 第三部分：热力过程自动化系统的设计与实施 本部分将指导读者如何将理论知识转化为实际的自动化系统。我们将从自动化系统的分层结构入手，介绍现场仪表层、控制层、监控层（SCADA）以及生产管理层（MES）等不同层次的功能和相互关系。 在系统设计层面，我们将探讨如何根据热力过程的特点和控制要求，进行自动化仪表和控制器的选型与配置。我们将详细介绍 DCS（集散控制系统）和 PLC（可编程逻辑控制器）等主流自动化平台在热力过程自动化中的应用，包括它们的架构、编程方式和通信协议。 对于数据采集与处理，我们将介绍OPC（OLE for Process Control）等通信标准，以及数据历史、报警管理等功能的重要性。在人机界面（HMI）设计方面，我们将强调易用性、信息可视化和操作的直观性，以便操作人员能够高效地监控和管理热力过程。 此外，本部分还将涵盖自动化系统的安全与可靠性设计，包括冗余设计、故障诊断与处理、安全仪表系统（SIS）的应用，以及网络安全防护等内容。最后，我们还将探讨自动化系统的调试、试运行和维护策略，以确保系统的长期稳定运行。 第四部分：特定热力过程的自动化应用实例 为了更好地巩固理论知识并展示实际应用，我们将选取几种典型热力过程，深入分析其自动化设计与实现。 锅炉自动化控制： 涵盖炉膛燃烧控制、汽包水位控制、蒸汽温度与压力控制，以及锅炉安全联锁等。 换热器网络优化与控制： 讨论如何通过控制优化换热效率，减少能耗，以及换热器性能的在线监测。 汽轮机与发电过程自动化： 介绍汽轮机的转速控制、负荷分配、过速保护以及发电机并网控制等。 制冷与空调系统自动化： 探讨冷水机组、冷却塔、末端设备等的温度、压力、流量控制，以及节能策略。 炼油化工过程中的热力自动化： 以常压塔、减压塔、加热炉等为例，说明高精度控制在提高产品收率和保障安全生产中的作用。 通过这些实例，读者将能够将前几部分所学的原理和技术融会贯通，理解不同热力过程在自动化设计上的侧重点和难点。 第五部分：面向未来的热力过程自动化 最后，我们将展望热力过程自动化的未来发展趋势。这包括人工智能（AI）、机器学习（ML）在过程优化、故障预测和异常检测中的应用，以及物联网（IoT）技术如何实现设备互联和数据共享。我们还将探讨大数据分析在提升过程效率和能效方面的潜力，以及数字化孪生（Digital Twin）技术为系统仿真和优化带来的新机遇。 本书力求在理论深度与工程实践之间取得平衡，既为初学者提供坚实的基础，也为有经验的工程师提供进阶的知识和新的视角。通过学习本书，读者将能够掌握设计、实施和优化各种热力过程自动化系统的能力，从而在现代工业生产中发挥关键作用。

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拿到这本书，我第一个感觉是，这真是一本写给“老炮儿”看的书，完全没有那种为了迎合市场而刻意简化复杂概念的倾向。里面的内容，仿佛是作者多年一线经验的沉淀，娓娓道来，却句句是重点。尤其让我印象深刻的是关于**复杂流体传热网络中的动态响应分析**那部分。它没有停留在静态的稳态分析上，而是着重讨论了系统在负荷突变时，如何通过快速调节阀门和泵速来维持温度稳定性和工艺参数的精确性。书中详尽地对比了PID控制、前馈控制以及更先进的鲁棒控制策略在处理热惯性大系统时的优劣，配图清晰明了，那些复杂的时域曲线图简直就是教科书级别的范例。更妙的是，作者还穿插了一些历史案例分析，比如某个大型化工装置因热失控导致停机事故，然后反向分析出如果当时采用了书中所述的某种联锁保护机制，就能有效避免灾难。这种“用事故教学”的方式，让书中的理论知识立刻有了血肉和重量，读起来令人脊背发凉，深知理论与实践的距离。

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这本书的排版风格相当的古典和一丝不苟，那种窄边距、紧凑的字体布局，让人感觉自己正在阅读一份来自上世纪八十年代，充满智慧结晶的工程手册。我花了大量时间去研究其中关于**能源系统集成优化与能源梯级利用**的章节。作者将宏观的能源结构与微观的设备控制巧妙地结合起来，提出了一个多目标优化的框架。这个框架考虑的不仅仅是单一过程的效率最大化，而是整个工厂或园区范围内的总能源消耗最小化，这才是真正面向未来的可持续发展思路。书中详细阐述了如何利用**火用（Exergy）分析法**来定位系统中的主要“熵增点”，并针对这些瓶颈提出了具体的自动化控制策略来缓解。举个例子，它不是简单地说“提高换热效率”，而是精确到“通过调整换热网络拓扑结构，并辅以特定的PID增益调度，将特定换热器的火用损失降低X%”。这种量化、可执行的指导，对于我们设计和改造现有热力系统实在太有价值了。

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这本《热力过程自动化》的精装版，拿到手的感觉就非同一般。封面设计很朴实，那种深沉的墨绿色调，配上烫金的书名，透露出一种老派的严谨感，让人立刻联想到那些厚重的经典教材。我翻开目录，立刻被其中对**复杂系统热力学建模**的深度章节所吸引。它不仅仅停留在教科书上对理想气体状态方程的简单叙述，而是直接切入了工业流程中，比如大型压缩机组的能效分析，以及如何利用非平衡态热力学原理来优化反应器的温度场分布。作者显然是下了大功夫的，引用了大量最新的研究成果，尤其是在**过程控制器的智能优化算法**这一块，简直是干货满满。我注意到书里有一章专门讲解了基于模型预测控制（MPC）的集成热力系统调度，详细描述了如何将实时传感器数据与热力学仿真模型耦合，实现预测性调控，这对于我们实际操作中的节能降耗指导意义巨大。坦白说，这本书的数学推导非常扎实，初学者可能会觉得啃起来有点费劲，但对于有一定基础，渴望深入理解“为什么”和“如何做”的工程师来说，它简直就是一本武功秘籍，能让你对热力学在实际自动化领域中的应用有一个质的飞跃。

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这本书的阅读体验，用“如沐春风”来形容或许过于夸张，但绝对是“茅塞顿开”的。它不像某些专业书籍那样，上来就是一堆生涩的符号和公式，而是采用了非常清晰的逻辑递进方式。作者似乎非常善于梳理复杂的技术脉络。我印象最深的是它对**热泵与吸收式制冷系统集成控制**的论述。这块内容往往是传统热力学书籍中被忽略或一笔带过的，但却是现代暖通和工业制冷中的核心。书中不仅详细解释了吸收循环的热力学基础，更深入地探讨了如何通过多变量控制来协调制冷剂（如水、溴化锂）的流速与再生器温度，以在不同环境温度下实现最高的制冷系数（COP）。它甚至还提到了如何将这些设备接入到能源管理系统（EMS）中，实现按需供冷，而不是传统的固定负荷运行。这种从底层物理机理到顶层系统集成的全景式讲解，极大地拓宽了我的视野，让我明白了自动化不只是调“参数”，更是调“能流”和“质能转化”的艺术。

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这本书的价值，说实话，很大程度上体现在它对**高级控制理论在热力过程应用中的桥接作用**上。市面上很多自动化书籍要么过于偏重控制理论的纯数学推导，读者看完后发现不知道如何应用到实际的温度、压力、流量控制中；要么就是过于偏重设备操作，对背后的控制原理一笔带过。而《热力过程自动化》成功地找到了这个平衡点。我尤其欣赏作者在阐述**模型不确定性对热力系统控制性能影响**时所采取的视角。热力系统受外部环境、原料波动影响极大，模型本身就带有很大的不确定性。书中介绍的自适应控制和鲁棒控制方法，不是生搬硬套，而是紧密结合了热力学特有的滞后性和非线性和非最小相位特性来进行设计的。例如，对于锅炉炉膛温度的控制，它详细分析了燃烧效率与氧气配比、燃料质量之间的耦合关系，并设计出了一种结合了卡尔曼滤波来估计不可测变量的先进控制方案，这远超出了普通自动化教材的深度。

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