Zero Emissions Power Cycles pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Yantovski, Evgeny/ Gorski, J.

出品人:

页数:286

译者:

出版时间:

价格:1352.00元

装帧:

isbn号码:9781420087918

丛书系列:

图书标签:

• Power Cycles
• Zero Emissions
• Renewable Energy
• Energy Conversion
• Thermodynamics
• Sustainable Energy
• Clean Energy
• Heat Engines
• Energy Technology
• Environmental Engineering

能源转型中的前沿探索：下一代动力系统的设计、优化与未来图景 内容提要 本书深入剖析了当前全球能源结构转型背景下，动力系统领域所面临的技术瓶颈与前沿机遇。它并非聚焦于某一种特定的、已确定的“零排放”技术路径，而是以一种宏观的、系统工程的视角，全面梳理了支撑未来低碳乃至零碳社会运行所需的各类先进动力技术，包括但不限于高效热力学循环的突破、电化学储能与驱动的深度融合、先进内燃机在合成燃料（e-fuels）环境下的重新定位，以及氢能和燃料电池技术在不同规模应用场景中的工程挑战与解决方案。 全书结构严谨，从基础理论的革新入手，逐步深入到复杂的系统集成与实际应用层面，旨在为工程师、研究人员及政策制定者提供一个全面、客观的技术评估框架。 --- 第一部分：动力系统面临的宏观挑战与理论基石 第一章：全球能源系统的范式转移与动力需求的演变 本章首先描绘了驱动全球动力技术变革的核心因素——气候变化、能源独立性诉求以及对空气质量的严格监管。我们探讨了传统化石燃料动力系统在生命周期评估（LCA）中的固有局限性，并引入了“系统效率”的概念，强调了从能源获取到最终功耗的整体链条优化。重点分析了交通、工业、建筑和电力生产这四大主要终端能源用户对动力系统提出的差异化、高标准的未来要求。 第二章：热力学极限的再审视与突破方向 尽管电驱动技术快速崛起，热能转换在相当长的一段时期内仍将占据能源供应的巨大份额。本章回归基础物理，对卡诺循环的限制进行深入分析，并探讨了超越传统奥托、狄塞尔循环的先进热力学循环设计，如米勒循环、阿特金森循环在提高部分负荷效率方面的潜力。详细介绍了先进燃烧控制技术（如均质充量压燃 HCCI 和反应式中间燃烧 RCIC）如何通过精确控制燃烧相位，实现高压缩比与低氮氧化物排放的耦合。此外，对磁热效应、电卡效应等新型能源转换机制在小规模热管理系统中的应用前景进行了理论探讨。 第三章：材料科学对动力系统性能的制约与赋能 动力系统的性能提升，在很大程度上受限于工作介质的温度和压力上限。本章聚焦于支撑更高效率的关键材料科学进展。内容涵盖超高温陶瓷基复合材料（CMC）在涡轮叶片和反应堆部件中的应用潜力，它们如何使工作温度跨越传统金属合金的瓶颈；先进固态电解质在下一代电池和高温燃料电池中的设计理念；以及用于高效热交换和轻量化结构的新型增材制造（3D打印）合金在复杂几何结构件上的性能验证。 --- 第二部分：电力驱动与储能技术的工程化实践 第四章：高能量密度储能的系统集成挑战 本部分着重于电力驱动的核心——储能技术。我们不局限于商业化的锂离子电池，而是深入分析了固态电池、钠离子电池以及液流电池在能量密度、循环寿命、安全性及成本方面的权衡。重点分析了在大型储能应用中，如何优化电池管理系统（BMS）以应对复杂的充放电波动，并探讨了将储能单元与电网或其他动力源进行多能流耦合（Power Flow Coupling）的设计策略。 第五章：电力电子技术在高效传动中的关键作用 从直流到交流的转换，再到驱动电机的精确控制，电力电子是实现高效电驱动的神经中枢。本章详细阐述了宽禁带半导体（SiC 和 GaN）功率器件如何通过降低开关损耗、提高工作频率，进而减小变流器体积和重量，从而显著提升整车或整机系统的效率。探讨了先进的矢量控制和直接转矩控制（DTC）算法在复杂工况下对永磁同步电机或感应电机的精确动态响应控制。 第六章：燃料电池系统——从膜电极到全堆栈管理 氢燃料电池作为一种零排放的终端动力源，其工程化难度极高。本章细致地解构了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电化学反应机理，并重点分析了在低温启动、湿度管理（Water Management）和催化剂载体稳定性方面的技术难题。此外，也对高温固体氧化物燃料电池（SOFC）在热电联供（CHP）中的潜力进行了评估，并讨论了如何集成高效的空气压缩与热回收子系统以确保整体效率。 --- 第三部分：合成燃料与新型载能介质的工程化路径 第七章：e-Fuels（合成燃料）的生命周期与热机再设计 在难以电气化的重载运输、航空和航运领域，e-Fuels（如合成甲烷、甲醇或先进生物燃料）被视为重要的桥梁技术。本章详尽分析了Power-to-Liquids (PtL) 路线的能源效率损失环节。更重要的是，本章探讨了现有内燃机如何通过耐腐蚀材料的升级、喷射系统的优化和燃烧室几何形状的调整，以适应这些具有不同热值、蒸发速率和润滑特性的非化石燃料，同时仍需满足严苛的排放标准。 第八章：氢气作为动力介质的技术成熟度评估 氢能的应用路径多样，包括直接燃烧和燃料电池。本章重点分析了氢气直接燃烧技术（Direct Hydrogen Combustion）在燃气轮机和内燃机中的应用挑战，尤其是如何控制火焰温度以抑制 NOx 的生成，以及氢气在材料中的脆化效应（Hydrogen Embrittlement）对储运系统的影响。对比了不同储氢技术（高压气态、深冷液态、化学储氢载体）的能量密度、安全性和基础设施依赖性。 第九章：系统集成：多能源混合与智能调度 现代动力系统越来越倾向于混合和耦合。本章将前述的各个技术模块整合，探讨了串联式、并联式以及功率分流式混合动力系统的拓扑结构选择。重点讨论了最优能量管理策略（EMS）的设计，利用预测控制（MPC）和模糊逻辑，实时优化电能、热能和机械能的分配，确保系统在满足瞬时功率需求的同时，实现全生命周期内的能源消耗最小化。 --- 第四部分：面向未来的监测、控制与生命周期评估 第十章：状态监测与预测性维护的数字化赋能 先进动力系统的复杂性要求更高水平的实时监控。本章介绍了嵌入式传感器网络、光纤传感技术以及先进信号处理技术在监测关键部件（如轴承、电池单体、催化剂活性）状态方面的应用。探讨了如何利用机器学习模型对传感器数据进行分析，实现故障的早期预警和寿命预测，从而最大化设备的运行时间和可靠性。 第十一章：全生命周期（LCA）的量化评估与决策支持 真正的“零排放”需要对从原材料开采到系统退役的每一个环节进行量化评估。本章提供了标准化 LCA 方法论的应用指南，用以比较不同动力路径的真实环境影响。内容包括如何准确计算“井口到车轮”（Well-to-Wheel）或“从摇篮到坟墓”（Cradle-to-Grave）的碳足迹和资源消耗，为工程设计和政策制定提供科学的量化依据。 结语：构建弹性、高效的未来动力生态系统 本书的结论部分总结了当前技术成熟度曲线（TRL）上不同动力技术所处的位置，并展望了未来十年内最有可能实现商业化突破的关键领域，强调跨学科合作在解决能源转型中的系统性挑战方面的决定性作用。 --- 目标读者 机械工程、电气工程、能源科学与工程、材料科学专业的学生与研究人员；从事汽车、航空、船舶、工业动力设备设计、制造和优化的工程师；以及能源政策规划者和技术投资分析师。 关键词 系统效率、热力学循环、宽禁带半导体、电化学储能、合成燃料、氢能工程、功率电子、生命周期评估。

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