Thermodynamic Properties of Cryogenic Fluids (International Cryogenics Monograph Series) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Richard T. Jacobsen

出品人:

页数:326

译者:

出版时间:1997-03-01

价格:USD 181.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306455223

丛书系列:

图书标签:

• 低温物性
• Cryogenics
• Thermodynamics
• Fluid Properties
• Low Temperature
• Phase Transitions
• Heat Transfer
• Engineering
• Physics
• Refrigeration
• Liquefied Gases

好的，这是一份关于《Thermodynamic Properties of Cryogenic Fluids (International Cryogenics Monograph Series)》这本书内容的详细简介，重点描述了书中涵盖的理论、方法和应用，但不包含任何关于本书的具体章节标题或直接引用书名本身，而是以一种更像行业报告或专业综述的口吻来呈现其核心价值。 --- 低温流体热力学性质研究：原理、模型与工程应用深度解析 本报告旨在概述低温流体热力学性质这一关键领域的最新进展、核心理论框架及其在现代工程实践中的具体应用。低温流体，通常指在极低温度下（例如液氮、液氧、液氢、液氦以及各种深冷混合物）运作的物质，其热力学行为的精确掌握是实现高效能源储存、运输、分离以及先进制冷技术的基础。 第一部分：低温流体热力学基础与状态方程的构建 低温流体的热力学行为受到量子效应、分子间作用力以及临界区附近复杂相变现象的显著影响。理解和精确描述这些性质，依赖于强大的理论模型和经验修正。 1. 统计力学基础与分子间势能函数 低温流体性质的起点在于微观层面的理解。本领域深入探讨了如何利用统计力学原理，特别是配分函数（Partition Function）的计算，来宏观地导出热力学函数。重点研究了适用于低温范围的分子间作用势能函数，如Lennard-Jones (LJ) 势的修正形式、Kihara 势以及更精细的、考虑极性效应和高阶色散力的模型。这些势能函数必须能够准确描述在接近绝对零度时分子间的弱相互作用和有效碰撞直径。 2. 经典与现代状态方程（EoS）的对比分析 状态方程是连接宏观可测参数（压力、温度、体积）与微观特性的核心工具。 范德华族方程的局限性与修正： 传统的范德华（van der Waals）方程及其后续改进型（如Redlich-Kwong, Soave-Redlich-Kwong (SRK)）在常温高压下表现尚可，但在低温高压的临界区及超临界区域，其对饱和液体密度和汽化潜热的预测精度严重下降。对这些方程的体积和平动能项进行针对低温流体特性的温度依赖性修正，是提升其适用性的关键路径。 基于剩余函数（Departure Functions）的构建： 现代热力学模型倾向于采用剩余函数方法，将流体性质分解为理想气体部分和基于分子间作用的剩余部分。这需要精确的参考状态定义以及对零温极限的严格考量。 格林-霍夫曼（Green-Hoffman）方程与精确模型： 针对超临界流体和共存线行为，更复杂的模型如Peng-Robinson (PR) EoS及其在低温下的参数化方法被深入研究。同时，基于格林-霍夫曼框架下，通过引入更多的自由体积和弛豫时间概念来描述高密度、低熵的低温状态，为高精度计算提供了理论支撑。 3. 量子效应与玻色-爱因斯坦统计 对于液氦（He-3和He-4）等极端低温流体，经典统计力学失效。该领域详尽分析了量子统计（费米-狄拉克分布和玻色-爱因斯坦分布）在描述氦同位素的超流性、零点能量和热力学特异点（如Lambda转变）中的应用。对这些体系中熵和热容的奇异行为，需要引入特定的量子修正项。 第二部分：输运性质与热力学耦合 除了平衡态性质，低温流体的非平衡输运性质——热导率、粘度和扩散系数——对于设计换热器和泵送系统至关重要。 1. 输运性质的理论预测 混合物输运性质： 在低温工业中，流体通常是混合物（如天然气液化中的甲烷/乙烷混合物，或空气分离中的氮/氧混合物）。预测混合物的热导率和粘度需要依赖于混合法则和对输运系数的动力学理论（如Chapman-Enskog理论）修正。特别是对于液态混合物，分子间能量交换的频率和效率直接影响热导率，需要结合状态方程的局部组成信息进行耦合计算。 粘度与弛豫时间： 在高剪切速率和快速温度梯度下，流体的粘性表现出时间依赖性。低温流体中，分子运动受限，描述其弛豫时间变得复杂。通过分子动力学模拟（MD）来验证宏观粘度模型的有效性成为标准方法。 2. 界面热力学与相变 低温流体的储存和气化过程涉及固-液、液-气界面的热力学。这包括对气化潜热的精确计算，以及在特定压力下界面张力的温度依赖性。利用吉布斯吸附理论和拉普拉斯方程，结合状态方程得出的界面密度剖面，可以准确预测气液界面曲率和毛细效应，这在微重力或小尺寸设备中尤为关键。 第三部分：应用导向的工程热力学 基于上述理论框架，本领域关注如何将精确的热力学数据转化为可操作的工程工具。 1. 复杂流体混合物的物性数据库构建 大规模工程项目（如大型LNG接收站、深冷气体分离装置）需要对数百种化合物的混合物进行精确的热力学建模。这要求建立一套连贯的、基于统一状态方程的物性评估体系，该体系需能处理高压、宽温域下的多相平衡（VLE/LLE）。重点在于混合规则（Mixing Rules）的优化，特别是涉及极性或高极化性组分（如水在低温天然气中）时的二次/三次交叉项的精确拟合。 2. 过程模拟与优化 在过程模拟软件（Process Simulators）中集成这些先进的低温EoS是提高仿真精度的保障。例如，在深冷循环制冷机（如Claude或Stirling循环）的设计中，准确的流体焓值和熵值是确定压缩机功耗、膨胀机输出和系统能效比（COP）的决定性因素。对流体在节流阀、换热器和管道中的能量损失进行精确计算，直接依赖于高精度的P-h图。 3. 安全性评估与材料兼容性 精确的热力学数据是进行风险评估的基础。例如，在储存或运输高能低温燃料（如液氢）时，系统泄露或意外加热导致的快速相变（闪蒸）的速率和压力上升曲线，必须基于可靠的弛豫和相变模型来预测。此外，低温流体与工程材料的接触，如塑性形变、脆性转变温度（DBTT）的评估，也需要参考流体在特定温度下的热力学环境参数。 总结 对低温流体热力学性质的深入研究，不再仅仅是理论探索，而是直接驱动着先进能源技术和深空探索领域效率提升的关键技术。通过不断完善的分子模型和更精细的实验数据验证，该领域的理论工具正朝着跨越经典与量子界限、统一平衡与非平衡态的集成化方向发展，为实现更安全、更经济的低温工程系统提供了坚实的基础。

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阅读这本专著的体验，与其说是在“阅读”，不如说是在“解密”。它不像那种行文流畅、充满故事性的科普读物，它需要你坐下来，拿出笔和纸，一步步跟进作者的逻辑推导。我最欣赏的是它对固态相变，特别是超导转变温度附近物态行为的描述。作者没有止步于简单的热力学平衡，而是引入了非线性动力学模型来描述冷却速率对晶格缺陷的影响，这对于设计高性能低温电子元件的封装至关重要。书中关于“临界区”附近物性的估算方法，采用了一种非常巧妙的广义对应态原理的修正版本，这比标准的方法在处理高精度要求时表现更佳。然而，读者必须有心理准备，这本书的知识密度极高，很多关键结论只是给出了简要的引用链接，要求读者自己去挖掘原始文献。它建立了一个知识框架，但具体的填充工作仍需要读者自己去完成。对于希望快速掌握某个特定数据点的人来说，它可能略显繁琐；但对于希望建立完整、可信赖的低温热力学知识体系的人来说，这是一套不可替代的珍贵资源。

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这本厚重的文献集初看起来让人有些畏惧，尤其是对于那些只在本科阶段接触过基础热力学概念的人来说。它不像是一本教科书，更像是一本为专业研究人员量身定做的工具书。我尤其欣赏其中对纯物质和混合物在极端低温下的状态方程的深入探讨。作者们显然投入了大量心血来梳理和比较不同模型（比如Peng-Robinson或SRK的低温修正版）的预测精度和适用范围。书中详尽的图表和实验数据对比，使得我们可以清晰地看到理论模型在实际应用中可能出现的偏差。对于需要精确计算液化天然气（LNG）储存、超导材料冷却系统或者低温流体输送管道设计的人来说，这本书简直是金矿。我曾花了好几个小时对照书中的表格，验证我们实验室一个小型氦气再液化装置的能耗计算，发现书中的数据精度远超我们常用的在线数据库。唯一的小遗憾是，对于一些较新的、基于分子模拟（如蒙特卡洛或分子动力学）的计算方法，介绍得略显保守，更侧重于经典的、经验性的回归公式。但总的来说，作为一本参考手册，它的价值无可估量。

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这本书的排版和结构设计，透露出一种典型的、注重实用性超过美观性的学术风格。章节之间的逻辑衔接非常紧密，每一个参数的引入都有明确的物理或数学依据，让人感觉作者的思维脉络非常清晰，几乎是手把手地引导读者理解低温物态的复杂性。我最喜欢的部分是关于混合物相图的章节，特别是多组分系统在低压下的汽液平衡（VLE）数据。这些数据在化工分离过程中至关重要，但可靠的实验数据极其稀缺。这本书不仅提供了大量的修正系数和推荐的相互作用参数，还详细讨论了如何处理同位素效应，这在处理氘或氚相关体系时特别有用。读完这一部分，我对于如何构建一个稳健的、能适应不同压力梯度的过程模拟模型有了全新的认识。它迫使我跳出使用黑箱软件的舒适区，去理解底层计算的根源。虽然阅读过程需要极高的专注度，因为它很少有轻松的叙述性文字来缓解阅读疲劳，但这种硬核的专业性正是其魅力所在。

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这本书的编辑质量，坦白说，带着一种老派的严谨感。纸张的质量和印刷精度都非常高，这对于需要经常在实验室和办公室之间携带查阅的工具书来说非常重要。我特别注意到，书中对单位制的一致性管理做得非常出色，作者们似乎采用了国际单位制（SI）作为基准，并在所有公式和表格中都清晰地标注了单位，避免了许多跨学科交流中常见的单位混乱问题。更值得称赞的是，它对一些经典但已不再主流的低温流体，例如氖（Neon）和氙（Xenon）的热力学数据也进行了详尽的收录，这对于从事特殊气体研究的科研人员来说，是教科书常常会忽略的宝贵信息。书中对反射熵（Residual Entropy）的讨论也十分深刻，关联到了材料的微观结构，这为材料科学家提供了新的研究视角。这本书的价值在于其广度与深度的完美结合，它不仅仅告诉你“是什么”，更会告诉你“为什么会是这样”，以及“你应该如何处理数据不一致”。

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从一个工程应用的角度来看，这本书的实用价值主要体现在其对“不确定性分析”的强调上。在低温领域，测量误差和模型偏差往往会被放大，这可能导致安全裕度不足或成本超支。作者们在讨论比热容和焓值计算时，非常坦诚地指出了不同数据源之间的冲突，并提供了一套基于统计学的方法来量化这种不确定性。这对我优化一个涉及深冷分离的实验装置设计非常有帮助。例如，书中对泡沫化（Boil-off）现象的分析，不仅仅停留在理论推导，还深入到了实际储罐几何形状和热负荷波动对绝热性能的影响。我发现书中的一些案例研究，虽然年代稍早，但其方法论至今仍然是黄金标准。唯一让我感到有些吃力的是，部分涉及到张量分析和非平衡态热力学的章节，需要读者具备扎实的数学基础，否则很容易在公式推导中迷失方向。这本书显然不是为初学者准备的“入门读物”，它更像是一部需要反复查阅的“专业圣经”。

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