计量学基础

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出版者:中国计量出版社
作者:王立吉
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2006-1
价格:18.00元
装帧:
isbn号码:9787502609412
丛书系列:
图书标签:
  • 计量学
  • 测量
  • 误差分析
  • 数据处理
  • 实验设计
  • 不确定度
  • 校准
  • 标准
  • 测量技术
  • 科学计算
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具体描述

深入理解现代工程与科学的基石:流体力学与热力学前沿探索 图书名称: 流体力学与热力学前沿探索 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的视角,聚焦于流体力学与热力学这两个工程科学与自然科学领域最为核心且相互交织的学科。我们力求超越传统教科书的框架,着重探讨这些基础理论在现代工程实践、前沿科技以及宏观宇宙现象中的具体应用与最新发展趋势。本书的结构设计兼顾理论的严谨性与应用的直观性,适合具有一定工程或物理学背景的本科高年级学生、研究生、科研人员以及致力于提升技术水平的工程专业人士阅读。 --- 第一部分:流体力学的深度解析与现代挑战 本部分聚焦于流体运动的规律、描述方法及其在复杂系统中的行为表现。我们不仅复习了纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations)的物理意义和数学特性,更侧重于其在非理想流体(如高超声速、磁流体和复杂多相流)环境下的修正与数值求解策略。 第一章:连续介质假设与流场描述 本章从微观的分子运动论出发,逐步过渡到宏观的连续介质假设。详细讨论了物质点、拉格朗日描述(跟随粒子视角)与欧拉描述(固定空间视角)之间的数学转换,并深入剖析了流场中的基本量——速度梯度张量、应力张量和应变率张量的物理内涵。重点分析了旋转、变形与膨胀等运动学概念如何量化流体的局部运动状态。此外,本章首次引入了基于信息论的流场结构识别方法,探讨如何从海量实验数据中提取出具有物理意义的涡量核心和边界层分离点。 第二章:守恒定律的精细化表达 我们构建了完整的质量、动量和能量守恒方程组,这些是所有流体力学分析的基础。动量方程的推导将详细阐述粘性项的来源及其在牛顿流体和非牛顿流体(如剪切增稠、剪切稀化流体)中的差异化处理。在能量方程部分,除了传统的导热和粘性耗散项外,本章引入了辐射传热对流体热力学行为的耦合效应,尤其是在高温等离子体流动和行星大气研究中的重要性。对于湍流描述,我们将侧重于雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)模型的局限性分析,并详细介绍大涡模拟(LES)和直接数值模拟(DNS)在捕捉时变、高频脉动流场方面的最新进展和计算资源需求。 第三章:边界层理论的精进与分离现象 边界层是理解高雷诺数流动中能量和动量交换的关键。本章对普朗特边界层理论进行回顾后,将重点放在非等温流动、三维边界层以及非正交壁面(如倾斜气动外形)上的理论发展。详细分析了边界层分离的机理,探讨了通过吸气、吹气或等离子体激励等主动控制手段来延迟或抑制分离的工程技术。特别关注了钝体绕流中尾流的形成、演化及与流场外围压力场的反馈机制。 第四章:可压缩流动与激波动力学 本部分进入高马赫数流动领域。详细解析了声速、马赫数以及等熵关系。重点在于斜激波和正激波的形成条件、结构(激波层内部的微观耗散)及其对流场特性的剧烈影响。对冲压发动机、高超声速飞行器(如乘波体)的设计挑战进行了案例分析,探讨了激波/边界层干扰(Shock Wave/Boundary Layer Interaction, SBLI)这一复杂非线性现象的预测与控制方法。此外,本章也涵盖了激波管实验技术及其在材料动态力学测试中的应用。 --- 第二部分:热力学的原理深化与能量转换前沿 本部分将热力学理论提升到应用和前沿研究的高度,探讨从微观统计力学到宏观能量系统优化的全过程。 第五章:统计力学基础与宏观热力学重建 本章为热力学奠定坚实的微观基础。从理想气体分子运动论出发,推导出速率分布函数(如麦克斯韦-玻尔兹曼分布)。随后,介绍玻尔兹曼方程及其对非平衡态流体的适用性。重点论述了配分函数(Partition Function)如何连接微观能级与宏观热力学量(内能、熵、吉布斯自由能)。本章强调了统计力学在理解相变过程和模拟纳米尺度热输运中的不可替代性。 第六章:热力学第二定律的扩展与熵产生分析 在复习了卡诺循环和克劳修斯不等式的基础上,本章深入探讨了熵产的不可逆性。详细分析了在各种工程过程——如不可逆膨胀、摩擦、传热温差——中熵是如何产生的。引入了“熵流”和“有效能”(Availability)的概念,为系统优化提供了更深刻的判据。本章特别关注了在复杂能量转换系统中,如何通过最小化熵产生来指导工艺流程的改进,这是实现高效能源利用的关键。 第七章:相平衡、化学热力学与材料性能 本章聚焦于物质在不同相态间的平衡关系及其对系统性能的影响。详细分析了范德华方程和更精确的格里菲斯(Gibbs)自由能极小原理在预测多组分、多相平衡中的应用。深入探讨了化学反应中的热力学驱动力(如反应焓变与熵变),并结合吉布斯相律,解释了合金凝固、溶液结晶等材料科学中的关键过程。对于新型功能材料(如形状记忆合金、热电材料)的热力学稳定性分析,提供了严谨的理论工具。 第八章:先进能量转换系统与热力学循环优化 本部分将理论应用于现代能源工程。对布雷顿循环、朗肯循环的实际工况偏离进行分析,探讨了如何通过再生、回热等技术提高效率。重点介绍了几种前沿的热能转换技术: 1. 朗肯循环的超临界与跨临界改进: 论述了利用水在超临界区的高效率特性,及其对核电站和火电厂设计的意义。 2. 有机朗肯循环(ORC): 针对中低温余热回收的优化,评估了不同工质的选择标准。 3. 温差电(Thermoelectric)材料的热电循环: 分析了塞贝克效应和珀尔帖效应,并从热力学角度评估了温差电发电机(TEG)的卡诺效率限制与实际性能因子(ZT值)的优化路径。 --- 结语:跨学科融合的未来展望 本书的最后部分强调了流体力学与热力学两大领域如何通过能量、物质和动量的耦合,共同驱动现代科技进步。从气候模型中的大气热力学传输,到微流控芯片中的传热传质效率,再到推进系统中的燃烧不稳定性和热防护,这两个学科的深度融合已成为解决当代工程难题的必然要求。本书旨在培养读者建立这种跨学科的思维框架,为未来在能源、环境、航空航天和生物医学工程等领域进行创新打下坚实的基础。

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读后感

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在我看来,一本好的书不仅仅在于它传递了多少知识,更在于它如何触动读者的思考。而这本《计量学基础》恰恰在这方面做得非常出色。它不仅仅是知识的罗列,更是引导我去审视我们日常生活中无处不在的“度量”。我开始意识到,从我们每天早上醒来查看的时间,到手机上的电量显示,再到购物时商品的重量,甚至是网上浏览信息的速度,背后都隐藏着精密的计量体系。这本书让我重新认识了“精确”这个词的深刻含义,以及为什么在科学、工程乃至日常生活中,准确的测量是如此重要。书中关于不确定性和误差的讨论,更是让我对“完美”有了更深的理解,明白科学的进步往往是在对不确定性的认识和控制中实现的。它鼓励我去质疑,去思考,去理解事物表象之下的本质,这种启发式的阅读体验,让我受益匪浅,远超我最初对一本“技术书籍”的预期。

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作为一名对数字时代技术发展充满好奇的人,我一直在寻找能够帮助我理解这些技术背后原理的书籍。最近接触到的这本《计量学基础》,虽然书名听起来有些学术,但其内容却以一种非常生动形象的方式,将那些抽象的科学概念具象化了。例如,书中在讲解某个测量原理时,会引用一些现实生活中我们习以为常的例子,比如我们每天都在使用的智能手机,或者家里的各种电子设备,然后层层剥茧,揭示其背后的计量学原理。这种“从生活到科学”的叙事方式,极大地降低了理解门槛。我尤其欣赏作者在解释一些历史性的测量技术时,那种带有故事感的叙述。读到那些伟大的科学家们如何凭借有限的工具和超凡的智慧,一步步探索和定义度量衡的章节时,我仿佛置身于那个充满探索精神的时代,感受到了科学的魅力。书中的语言流畅自然,没有过多的专业术语堆砌,即使是初学者也能轻松跟上作者的思路,感受到科学的乐趣。

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这本书的装帧设计给我留下了深刻的印象,封面采用的是一种沉静的深蓝色,配以烫金的书名,整体散发着一种专业且不失雅致的气息。翻开书页,纸张的触感温润厚实,印刷清晰,字迹工整,这使得阅读过程中的视觉体验非常舒适,即便长时间阅读也不会感到疲惫。我特别喜欢其中章节的划分和排版方式,逻辑清晰,标题醒目,使得我能够快速找到自己感兴趣的部分。书中穿插的一些插图和图表,虽然是黑白的,但都非常精炼地表达了核心概念,比如那些描绘测量仪器结构和原理的示意图,对我理解复杂的机械装置非常有帮助。而且,作者在一些关键概念的解释处,用了加粗或者不同的字体来强调,这种细致的处理方式,让我在阅读时能够迅速抓住重点,避免遗漏。总的来说,从内容之外的细节来看,这是一本用心制作的书籍,看得出出版方在纸张选择、印刷质量和整体设计上都下了功夫,为读者提供了一个优质的阅读载体,让我在开始阅读之前就对这本书充满了期待和好感。

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这本书带给我的惊喜,更多地体现在它对于“基础”这两个字的深刻理解和诠释上。它没有直接跳入复杂的理论模型,而是从最根本的概念入手,循序渐进地引导读者建立起对计量学世界的认知框架。比如,关于“单位”的概念,书中就进行了非常细致的阐述,解释了为什么我们需要统一的单位,以及不同单位体系的演变历史。这种追根溯源的讲解方式,让我能够牢牢把握住事物的本质。即使在涉及一些较为专业的概念时,作者也总是能用通俗易懂的类比来解释,仿佛在跟朋友聊天一样,一点也不让人感到压力。我尤其欣赏书中那些充满智慧的“小提示”和“思考题”,它们不是为了考倒读者,而是鼓励读者主动去思考,去联系实际,将书本上的知识内化为自己的理解。这种教学相长的方式,让我在阅读过程中始终保持着积极的学习状态,感觉自己真的在一点点地掌握这门重要的科学。

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坦白说,在拿到这本书之前,我以为“计量学”会是一门枯燥乏味的学科,充斥着冰冷的公式和晦涩的理论。然而,《计量学基础》完全颠覆了我的认知。作者以一种非常人性化的视角,将计量学与人类文明的发展紧密联系起来。我被书中关于早期文明如何发展出度量衡来指导农业生产、商业贸易,以及工程建设的描述深深吸引。这些看似古老的实践,却为我们今天丰富多彩的现代社会奠定了基础。书中还探讨了计量学在现代社会各个领域扮演的关键角色,从精密制造到医疗诊断,再从环境保护到金融交易,几乎没有哪个领域可以脱离精确的计量。这种宏大的视角,让我认识到计量学并非孤立的学科,而是支撑整个社会运转的基石。我发现,原来我们所生活的世界,在很大程度上是由一系列被精确定义的“标准”所构建起来的。

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