Schaum's Outline of Thermodynamics for Engineers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Potter, Merle

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:2009-6

价格:$ 24.80

装帧:

isbn号码:9780071611671

丛书系列:

图书标签:

• 热力学
• 工程热力学
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流体动力学与传热学：工程应用基础 本书旨在为工程师提供流体动力学和传热学领域的核心概念、理论框架以及实际应用方法。通过系统性的讲解和丰富的例题，本书将帮助读者建立坚实的专业基础，从而有效地解决工程实践中遇到的复杂问题。 第一部分：流体动力学 流体动力学是研究流体（液体和气体）运动规律的学科。理解流体的行为对于设计管道系统、泵、涡轮、飞机翼型、水翼等至关重要。本部分将从以下几个关键领域展开： 1. 流体基本性质与静力学 密度、比重、粘度与表面张力： 详细介绍这些基本流体性质的定义、度量方法以及它们对流体行为的影响。例如，粘度是衡量流体抵抗剪切应力的能力，它直接影响流体在管道中的流动阻力和能量损失。 压力与压力测量： 深入探讨流体静压力的概念，包括压强随深度的变化规律（帕斯卡定律），以及各种压力测量仪器（如U形管压差计、Bourdon管压力计）的工作原理和应用。 浮力与稳定性： 阿基米德原理的详细阐述，以及物体在流体中的浮力计算。重点分析浮体和潜体的稳定性条件，这对于船舶设计、浮标定位等工程问题至关重要。 流体静力学应用： 通过一系列实际工程案例，如水坝设计中的受力分析、闸门受力计算、液压系统中的压力传递等，展示流体静力学原理的应用。 2. 流体运动学 流场与流线： 引入流场的概念，描述流体速度在空间和时间上的分布。讲解流线、迹线和路径线的区别与联系，以及它们在可视化流体流动中的作用。 流量与流速： 定义体积流量和质量流量，并阐述它们与流速、截面积的关系。 连续性方程： 基于质量守恒原理，推导并解释一维、二维及三维流动中的连续性方程。该方程是分析流体流动不可或缺的基本工具。 涡量与环量： 引入涡量和环量的概念，用于描述流体的旋转运动。解释它们在理解流体分离、诱导力等现象中的重要性。 伯努利方程： 详细推导和阐述伯努利方程，该方程是不可压缩、无粘性、稳态流动中能量守恒的重要体现。分析其适用条件和局限性，并重点讲解其在测量流速（如文丘里管）、计算管道压降等方面的应用。 3. 流体动力学 流体动力学基础方程： 介绍纳维-斯托克斯方程，这是描述粘性流体运动的基本方程。虽然其一般形式求解困难，但它是理解各种流动机理的基础。 雷诺数与流动相似性： 定义雷诺数（Re），并阐述其在判断流体流动状态（层流与湍流）中的关键作用。讲解流动相似性的概念，以及它如何通过模型试验来预测实际工程中的流动行为。 管路流动： 层流管路流动： 详细推导并应用Hagen-Poiseuille方程，计算层流状态下管道内的压降和流量。 湍流管路流动： 引入达西-韦斯巴赫方程，以及摩擦因子的概念。深入讨论摩擦因子与雷诺数、管道粗糙度之间的关系，介绍Moody图表的使用。 局部阻力： 分析阀门、弯头、管径变化等局部构件引起的能量损失，并介绍局部阻力系数的计算方法。 管路系统分析： 综合运用上述原理，分析串联、并联及复杂管路系统的流量分配、压降计算等问题。 边界层理论： 引入边界层概念，解释粘性力在靠近固体壁面附近区域的显著影响。分析边界层的分离现象及其对流动阻力和升力的影响。 动量方程与冲量定理： 应用动量守恒原理，分析作用在流体上的力（如推力、反作用力）以及流体对运动物体产生的影响。例如，火箭发动机的推力分析，以及管道拐角处受力计算。 相似性原理与量纲分析： 介绍 Buckingham Pi 定理等量纲分析方法，通过识别和组合关键无量纲参数，简化复杂工程问题，指导模型试验设计。 4. 流体机械 泵的工作原理与分类： 介绍离心泵、轴流泵、混流泵等主要泵型的结构、工作原理，以及性能曲线（流量-扬程、效率、功率）的解读。 涡轮（透平）的工作原理与分类： 介绍水轮机（如佩尔顿式、弗兰西斯式、卡普兰式）、蒸汽透平、燃气透平等主要涡轮的结构、工作原理，以及效率分析。 流体机械的选择与匹配： 讨论如何根据具体工程需求选择合适的泵或涡轮，并进行系统匹配。 第二部分：传热学 传热学是研究热量传递机制及其速率的学科。在工程设计中，控制热量的产生、传递和储存对于提高设备效率、确保设备安全运行、优化能源利用至关重要。本部分将从以下几个核心方面进行阐述： 1. 传热基本概念与定律 热量、温度与热力学温标： 明确热量、内能、焓等基本热力学概念，以及温度的测量和不同温标的换算。 传热基本方式： 详细介绍三种主要的传热方式： 热传导： 发生在物体内部或接触的物体之间的热量传递，不涉及宏观的物质迁移。 对流： 流体（液体或气体）的宏观运动引起的传热。 热辐射： 物体以电磁波形式向外传递能量，无需介质。 傅里叶导热定律： 详细阐述傅里叶定律，定量描述热传导的速率与温度梯度、导热系数以及面积的关系。 牛顿冷却定律： 介绍牛顿冷却定律，定量描述对流传热的速率与表面温度、流体温度、对流换热系数以及传热面积的关系。 斯忒藩-玻尔兹曼定律： 阐述斯忒藩-玻尔兹曼定律，定量描述黑体辐射的能量密度与温度的关系。引入发射率、吸收率、半球辐射率等概念，用于描述真实物体的辐射特性。 2. 热传导 一维稳态导热： 平面壁导热： 推导平面壁的导热微分方程，并求解稳态情况下的温度分布和热流量。引入热阻概念，用于分析多层壁的复合导热。 圆柱壁导热： 推导圆柱壁（如管道）的稳态导热方程，并求解温度分布和热流量。 球壁导热： 简要介绍球壁的稳态导热。 非稳态导热： 集总参数法： 介绍集总参数法的适用条件（Bi数非常小），以及如何简化非稳态导热问题，求解物体的瞬态温度变化。 傅里叶级数与分离变量法： 介绍求解简单几何体（如平板、圆柱）非稳态导热的解析方法，通过傅里叶级数和分离变量法求解温度随时间和空间的变化。 Lumped Capacitance Method (集总电容法)： 详细讲解集总电容法的原理和应用，特别是对于具有高导热系数且温度变化均匀的物体，以及分析加热或冷却过程。 导热系数与热阻： 详细讨论各种材料的导热系数，以及其随温度、结构等因素的变化。深入理解热阻的概念，在复杂传热系统中的应用。 换热器的设计与分析： 对流换热器的类型： 介绍管壳式、板翅式、套管式等常见换热器的结构和工作原理。 平均温差（LMTD）： 推导并应用对数平均温差（LMTD）法，用于计算不同流动方向（顺流、逆流、交叉流）换热器内的热负荷。 传热系数（U值）： 讨论总传热系数（U值）的计算，以及其影响因素（如对流系数、壁导热系数、污垢热阻）。 效能-数（NTU）法： 介绍效能-数（NTU）法，作为LMTD法的另一种分析方法，尤其适用于计算换热器效率。 3. 对流传热 无量纲数与对流： 深入理解与对流传热相关的关键无量纲数： 雷诺数（Re）： 区分层流与湍流对流。 普朗特数（Pr）： 描述动量扩散率与热扩散率的比值，影响速度边界层与温度边界层的相对厚度。 努赛尔特数（Nu）： 表征对流传热强度与导热传热的相对比值。 格拉晓夫数（Gr）： （自然对流）描述浮升力与粘性力之比。 强制对流： 层流与湍流： 分析层流和湍流状态下，流体绕过平板、管内流动的努赛尔特数关联式。 外部流动： 讨论流体绕过圆柱体、平板等外形物体的对流换热。 内部流动： 分析流体在管道、通道内的层流和湍流对流换热。 自然对流： 垂直板、水平板、圆柱体表面上的自然对流： 介绍不同几何形状和边界条件下的自然对流传热关联式。 混合对流： 简要介绍强制对流和自然对流同时存在的混合对流现象。 相变传热： 沸腾与冷凝： 讨论沸腾（如池沸腾、强制对流沸腾）和冷凝（如膜状冷凝、滴状冷凝）过程中的传热机理和影响因素。 辐射传热 表面辐射能力与吸收能力： 区分反射体、透射体和半透明体，以及它们的辐射特性。 视在辐射率（View Factor）： 引入视在辐射率的概念，用于计算复杂表面之间辐射能量的传递。 辐射换热的计算： 平行板、同心圆柱体、同心球体间的辐射： 求解简单几何形状间的净辐射换热。 灰体辐射： 介绍灰体模型，及其在实际工程计算中的应用。 辐射与对流的耦合： 分析在高温环境下，辐射传热可能与对流传热同等重要，需要耦合计算。 3. 传热工程应用 换热器的设计与优化： 结合流体动力学和传热学原理，设计和优化各种类型的换热器，以达到最佳的传热效率和最小的能量损耗。 绝热与保温： 在建筑、管道、设备等领域，分析传导、对流和辐射的综合影响，设计有效的绝热和保温方案，减少能量损失。 热管技术： 介绍热管作为高效的被动式传热器件的工作原理、结构以及在电子设备散热、航天器热控制等领域的应用。 冷却系统设计： 在发动机、电子器件、核反应堆等领域，设计和分析各种冷却系统，如风冷、水冷、蒸发冷却等，以维持设备在安全温度范围内工作。 能源系统中的传热： 在太阳能集热器、地热能利用、制冷空调系统等能源工程应用中，分析和优化传热过程。 传热过程的数值模拟： 介绍有限体积法（FVM）、有限元法（FEM）等数值方法在求解复杂传热问题中的应用，以及CFD（计算流体动力学）软件在流体动力学与传热学联合分析中的作用。 本书以严谨的理论推导为基础，辅以大量与工程实践紧密相关的算例，旨在培养读者独立分析和解决工程问题的能力。通过对流体动力学和传热学核心原理的深入理解，工程师将能够更有效地设计、分析和优化各种工程系统，为推动技术进步和社会发展做出贡献。

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