Introduction to Thermal and Fluid Engineering (Heat Transfer) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Press

作者:Allan D. Kraus

出品人:

页数:972

译者:

出版时间:2010-05-24

价格:USD 129.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781420088083

丛书系列:

图书标签:

• 热传导
• 热对流
• 传热学
• 流体力学
• 工程热物理
• 传热工程
• 流体工程
• 热交换器
• 传热分析
• 工程教育

流体与热力学的和谐交响：探索能量传递的奥秘 在这本深度探索流体与热力学工程的著作中，我们并非聚焦于特定的“热传导”分支，而是着眼于一个更宏观、更基础的视角，旨在揭示流体行为与能量传递在工程领域中那深刻而不可分割的联系。本书将带领读者穿梭于静态流体的压力分布、动态流体的速度与流动规律，以及能量在不同形式间的转换与传递机制。我们将深入探究这些基础概念如何共同构建起现代工程设计的基石，从最微小的分子运动到最庞大的工业系统，无处不见它们的身影。 第一篇：流体的静谧与涌动——流体静力学与动力学 我们首先从流体静力学开始，这如同凝视平静湖面的水面，一切似乎静止，却蕴含着不容忽视的力量。在这里，我们将学习流体在静止状态下是如何承受并传递压力的。压力，这个看似简单的概念，在流体中却展现出其独特的性质：它在单位面积上产生垂直作用力，并且在同一深度处，相同密度的流体，其压力是均一的。我们将剖析帕斯卡原理，理解为何密闭流体中的压力能够被放大并传递，这对于液压系统、千斤顶等工程应用至关重要。 浮力，这一现象的背后是流体静力学的直接体现。阿基米德原理将教会我们如何计算物体在流体中所受到的浮力，以及为何某些物体会漂浮而另一些会沉没。从船舶的设计到热气球的升空，浮力的原理无处不在，掌握它，便是掌握了在流体环境中操控物体的重要钥匙。 接下来，我们将目光投向流体的动态世界——流体动力学。这里，流体不再是静止的，而是充满了运动的活力。我们将引入伯努利方程，这是流体动力学中最核心的方程之一。它巧妙地将流体的压力、速度和高度联系起来，揭示了流速加快时，其压力会降低的现象。这一原理的应用范围极其广泛，从飞机的机翼设计，利用伯努利效应产生升力，到文丘里管测量流量，再到我们日常生活中感受到的风力效应，无不印证着其深刻的洞察力。 我们还将探讨流体的粘性。虽然我们并未将重心放在“热传导”的具体机制上，但理解粘性对于理解流体内部的能量耗散和流动阻力至关重要。粘性描述了流体内部各层流体之间因分子间作用力而产生的摩擦力，它直接影响着流动的平滑度（层流）与混乱度（湍流）。我们将区分这两种流动状态，并初步了解它们在实际工程中的不同表现。 流体动力学还涉及到连续性方程，它保证了在稳定流动条件下，流体的质量是守恒的。无论流体通过多么狭窄或宽阔的通道，其流入的质量率必然等于流出的质量率。这一基本原理是进行流体流量计算和管道系统设计的基石。 第二篇：能量的流动与转化——热力学基础与能量传递 当我们理解了流体在静态与动态中的行为后，便自然而然地步入能量的世界。虽然本书并非专门探讨“热传导”的具体过程，但对能量的理解是整个工程科学的基石。热力学第一定律，即能量守恒定律，将是我们探索能量流动与转化的起点。它告诉我们，能量不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个系统传递到另一个系统。 我们将围绕功、热量、内能等基本概念，理解能量在系统边界上的传递与转换。例如，一个活塞在气缸中压缩气体，外部对气体做了功，气体的内能会增加。反之，气体膨胀做功，其内能就会减少。热力学第一定律为我们量化这些能量变化提供了严格的框架。 热力学第二定律则引入了“熵”的概念，并揭示了能量转化的方向性和不可逆性。它告诉我们，孤立系统的熵总是趋于增加，这意味着能量的转化过程总伴随着一部分能量变得“不可用”，或者说能量的品质在下降。我们将探讨这一定律对我们理解能量转换效率的限制，以及为何永动机是不可能实现的。 在能量传递的范畴内，我们将触及几种主要的能量形式，并理解它们在工程系统中的作用。机械能，即宏观物体的动能和势能，是流体运动和机械设备运转的直接体现。化学能，储存在物质化学键中的能量，常常是许多能量转换过程的初始来源，比如燃料燃烧。而电能，则是现代社会不可或缺的动力。本书将强调这些能量形式如何在不同工程环节中相互转化，例如，通过发动机将化学能转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。 我们也将初步涉足一些与能量传递相关的概念，例如，虽然不深入研究热传导的具体机制，但我们会认识到，能量总会倾向于从高温区域传递到低温区域。这种能量的传递是工程设计中必须考虑的因素，它影响着设备的效率、材料的选择以及系统的稳定性。例如，在化工过程中，控制反应温度、管理能量的有效利用，都是基于对能量传递基本原理的理解。 第三篇：工程实践的融合——流体与能量在系统中的应用 在掌握了流体行为与能量传递的基础原理之后，我们将把这些知识融会贯通，应用于具体的工程实例。本书将展示流体与能量如何协同工作，驱动现代工程系统的运行。 例如，在热力发动机中，我们如何利用燃料的化学能，通过燃烧产生高温高压气体，并利用这些气体的膨胀来驱动活塞或涡轮，从而输出机械功？这其中就涉及到了流体动力学（气体膨胀）与热力学（能量转换）的紧密结合。 在水力发电站中，水的势能通过重力转化为动能，流动的涡轮机又将水的动能转化为机械能，最终通过发电机产生电能。这个过程是流体静力学（水的势能）、流体动力学（水流）与机械能转换的经典范例。 再比如，在航空航天领域，飞机的机翼设计如何利用流体动力学原理，使机翼上下表面的气流速度不同，从而产生升力，克服重力。而发动机则需要高效地将燃料的化学能转化为推力，这同样是流体与能量协同作用的体现。 在环境工程中，对污染物的扩散、水体的流动以及废热的处理，都离不开对流体行为和能量传递的精确计算与预测。例如，如何设计一个有效的冷却系统，将设备产生的热量安全地散发出去，这需要对流体流动和能量传递的深刻理解。 本书的目的是建立一个坚实的基础，让读者能够理解这些复杂的工程系统是如何运作的，并能够从中分析问题、解决问题。我们强调的不是对单一技术细节的深入钻研，而是对流体与能量这两个基本物理概念如何在工程领域中形成强大驱动力的宏观认识。通过本书的学习，读者将能够： 理解流体的基本性质与行为： 掌握压力、密度、粘性等概念，并理解流体在静止和流动状态下的基本规律。 掌握能量转换与守恒的基本原理： 理解热力学第一、第二定律，以及能量在不同形式间的转化过程。 建立宏观的工程视角： 认识到流体与能量是如何相互作用，并共同构成现代工程系统的核心驱动力。 培养解决工程问题的思维方式： 能够运用所学原理，对实际工程问题进行初步的分析与评估。 本书的编写风格力求清晰、逻辑严谨，同时注重理论与实际应用的结合，旨在为所有对工程科学充满好奇的读者，特别是工程专业的学生和从业人员，提供一个全面而深入的入门视角，引导他们踏入流体与热力学工程的精彩世界。这不仅仅是一本知识的载体，更是一把开启工程智慧之门的钥匙。

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