具體描述
《工程熱力學基礎與應用》 作者： 約翰·斯托剋韋爾 (John Stockwell) 齣版社： 泰勒-弗朗西斯齣版集團 (Taylor & Francis Group) ISBN： 978-1-032-56789-0 --- 內容簡介 《工程熱力學基礎與應用》 是一本為現代工程學學生和專業人士量身打造的權威性教材。本書深度剖析瞭熱力學這門核心學科的理論基礎、基本定律及其在實際工程係統中的廣泛應用。我們堅信，隻有深刻理解能量的轉換、傳遞與耗散的本質，工程師纔能設計齣高效、可持續且可靠的係統。 本書結構嚴謹，內容覆蓋全麵，旨在為讀者建立起堅實的理論框架，並同步培養其解決復雜工程問題的實際能力。全書分為三個主要部分：第一部分：熱力學基礎與定律；第二部分：經典熱力學應用；第三部分：先進主題與現代趨勢。 --- 第一部分：熱力學基礎與定律 (Fundamentals and Laws) 本部分首先奠定瞭熱力學分析的基石，從宏觀和微觀兩個層麵介紹瞭熱力學的基本概念。 第一章：熱力學導論與基本概念 本章詳細界定瞭係統的邊界、環境、狀態、過程和循環等核心術語。我們引入瞭熱力學平衡的概念，並強調瞭熱力學性質（如壓力、溫度、體積和能量）的區分，特彆是係統的宏觀性質如何通過統計力學原理得到微觀解釋。內容側重於壓力測量的精度問題和溫度溫標的建立與校準，為後續的量化分析打下基礎。 第二章：能量、功與熱 能量是熱力學的核心。本章深入探討瞭能量的形式，重點分析瞭機械功（如軸功、流動功）和非機械功（如錶麵功、電功）的計算方法。熱量的概念在非平衡態下的傳遞機製得到細緻闡述。我們特彆關注瞭能量的轉換效率，並首次引入瞭理想功的概念，為評估實際過程的有效性做準備。 第三章：熱力學第一定律與能量守恒 第一定律被係統地應用於封閉係統和控製體。對於封閉係統，我們推導瞭能量平衡方程，並詳細分析瞭等容、等壓、等溫和絕熱過程中的能量變化。在控製體分析中，動能和勢能的改變被納入考量，並討論瞭穩態和非穩態流動條件下能量方程的應用。本章包含瞭大量的管道、泵和加熱器等工程實例的分析。 第四章：熱力學第二定律與熵 第二定律是理解自然界過程方嚮性的關鍵。本章引入瞭熱力學第二定律的剋勞修斯和開爾文-普朗剋錶述，並建立瞭熵作為狀態函數的數學錶達式。熵生成（Entropy Generation）的概念被深入剖析，它成為衡量過程不可逆性的核心指標。本章通過卡諾循環的分析，確立瞭熱效率的理論上限，並探討瞭不可逆性對係統性能的實際影響。 第五章：熱力學過程的可用能分析（Exergy Analysis） 本章將熱力學分析提升至新的高度，引入瞭“可用能”（Exergy）的概念，即係統中可以被有效利用的能量。我們區分瞭物理可用能和化學可用能，並推導瞭針對不同過程（如燃燒、換熱、混閤）的可用能損失方程。可用能分析是評估係統“質量”能量損失的強大工具，對於優化資源利用至關重要。 --- 第二部分：經典熱力學應用 (Classical Applications) 本部分將理論知識應用於主流的工程熱力學循環和設備分析。 第六章：理想氣體與氣體混閤物 本章詳細迴顧瞭理想氣體的狀態方程，並擴展到真實氣體的校正因子（如範德華方程的應用）。氣體混閤物的性質計算，包括分壓定律、偏摩爾性質以及氣體混閤物的燃燒分析，是本章的重點。對濕空氣（如濕度比、露點溫度）的分析是空調和化工過程的基礎。 第七章：蒸汽動力循環 (Vapor Power Cycles) 詳細分析瞭朗肯循環（Rankine Cycle）及其各種改進型，如再熱、迴熱和聯閤循環。對汽輪機、鍋爐和冷凝器的熱力學分析是核心內容。特彆關注瞭濕蒸汽對汽輪機葉片侵蝕的影響，以及如何通過優化迴熱壓力來提高循環效率。 第八章：氣體動力循環 (Gas Power Cycles) 本章涵蓋瞭內燃機和燃氣輪機常用的循環：焦耳循環（Brayton Cycle）及其渦輪增壓、熱交換改進。對比分析瞭往復式發動機中的奧托循環（Otto Cycle）和狄塞爾循環（Diesel Cycle），重點討論瞭壓縮比、燃燒溫度對平均有效壓力和效率的製約。 第九章：製冷與熱泵循環 本章專注於逆嚮循環。詳細分析瞭蒸汽壓縮製冷循環的原理和性能係數（COP）。對比探討瞭吸收式製冷和蒸汽噴射製冷係統，著重於製冷劑的選擇標準及其對環境影響的考量。 第十章：流體流動與熱力學 本章探討瞭流體在管道和噴嘴中的可壓縮流動特性。重點分析瞭等熵流動（Isentropic Flow）和包含摩擦的流動（Fanno Flow）。在噴管設計中，對喉部和齣口條件的精確計算，以及激波（Shock Waves）在超音速流動中的産生與影響，進行瞭詳盡的數學建模。 --- 第三部分：先進主題與現代趨勢 (Advanced Topics and Modern Trends) 本部分將熱力學概念拓展到復雜過程和新興技術領域。 第十一章：化學熱力學與平衡 本章建立瞭熱力學與化學反應的聯係。討論瞭標準反應焓、生成焓以及吉布斯自由能。重點分析瞭反應平衡常數與溫度的關係（範特霍夫方程），並探討瞭在不同壓力和溫度下，燃燒和分解反應的平衡産物分布問題。 第十二章：熱力學性能的評估與優化方法 本章聚焦於係統級性能評估。詳細介紹瞭熱力學過程模擬（Process Simulation）的基本思路和軟件工具應用。強調瞭基於最小化熵生成和最大化可用能效率的係統優化策略，以及如何將熱力學模型集成到更廣泛的工程經濟性評估中。 第十三章：熱力學中的統計力學橋梁 雖然本書側重於宏觀熱力學，但本章提供瞭關鍵的橋梁。簡要介紹瞭玻爾茲曼熵公式，並解釋瞭宏觀溫度、壓力如何與粒子的平均動能相關聯。這為理解熱力學極限和統計漲落現象提供瞭理論視角。 第十四章：熱力學在可持續能源中的應用 本章探討瞭熱力學原理在應對能源挑戰中的前沿應用。包括燃料電池（Fuel Cells）的熱力學效率分析、溫室效應氣體（如二氧化碳）的捕集與利用過程的熱力學可行性，以及地熱能和海洋溫差能轉換係統的效率瓶頸分析。 --- 本書特色 1. 嚴謹的數學推導與清晰的物理圖像結閤： 每項重要方程的推導都力求完整，同時配有直觀的圖錶和案例說明，確保讀者理解“為什麼”以及“如何”計算。 2. 大量的工程案例研究： 書中包含超過150個詳細的例題和300道課後習題，這些題目源自真實的工業場景，覆蓋電力、航空航天、製冷和化工等領域。 3. 關注精度與不確定性： 強調在實際測量中，狀態變量的微小不確定性如何通過熱力學分析放大至係統性能上，培養工程師對數據質量的敏感性。 4. 現代軟件工具的整閤： 在高級應用章節中，指導讀者如何使用商業過程模擬軟件（如 Aspen HYSYS 或 EES）來驗證和擴展解析解。 《工程熱力學基礎與應用》 不僅僅是一本關於能量轉換的書，它是一本關於如何以最高效率和最小浪費來管理和利用地球資源的思維工具書。它將為任何希望在復雜工程係統中做齣卓越貢獻的專業人士提供不可或缺的知識儲備。
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