Principles of Heat Transfer

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出版者:John Wiley & Sons Inc
作者:Kaviany, M.
出品人:
页数:1032
译者:
出版时间:2001-6
价格:$ 197.75
装帧:HRD
isbn号码:9780471434634
丛书系列:
图书标签:
  • Heat Transfer
  • Thermodynamics
  • Fluid Mechanics
  • Engineering
  • Physics
  • Heat
  • Conduction
  • Convection
  • Radiation
  • Thermal Science
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具体描述

"Principles of Heat Transfer" provides readers with the knowledge, intuition, and tools needed for finding innovative and optimal solutions to the heat transfer problems encountered in practice with an integrated approach. It is illustrated by real world examples. This innovative volume takes a holistic approach that encompasses and integrates the principles of thermal energy conversion (bond, electromagnetic, and mechanical energy), thermal energy storage, and thermal energy transport (conduction, radiation, and convection), and then uses them in thermal engineering analysis (thermal circuit modeling and its solutions) in many practical examples. The important new material included in this book contain: heat flux vector tracking, that directly leads into the construction of thermal circuit models, and is based on the natural and intuitive drawing of the heat flow paths in practical, complex systems; engineering of hot and cold sources, such as combustion, thermal plasma, and thermoelectric cooling; microscale heat carriers (conduction, radiation, and convection) and their roles in the design of innovative systems and processes; an emphasis on both analytical and numerical solutions, with software (SOPHT) that contains the closed form solutions and models, as well as an easy-to-use numerical solver capable of solving more complex, practical problems; and, a final chapter that addresses thermal engineering design and modeling and covers solved, complete examples on cutting-edge practical applications, such as micro-electro-mechanical systems, actuators, and innovations in energy conversion systems. It provides an enclosed CD-ROM: SOPHT (SOlver for Principles of Heat Transfer) that contains all the needed equations and relations (models) for thermal circuit modeling. It also includes the energy equations, the energy conversion models, and the heat transfer resistances. The models are easily copied into the worksheet for easy solutions. This allows a very intuitive and quick use of the book materials for solving new problems. The solver is capable of solving coupled, ordinary differential equations (for multi--node, transient problems) as well as simultaneous algebraic equations. It also allows for parametric studies (parameter sweep), as well as easy graphical presentation of the solutions. It includes many solved examples are included (one models the IC engine).

工程热力学基础与应用 一本深入探讨能量转换、物质传递与系统热力学行为的权威著作 本书特色与定位: 本书旨在为工程、物理科学及相关领域的研究人员、工程师和高年级本科生提供一个严谨且全面的工程热力学基础框架。我们聚焦于从微观视角理解宏观现象,通过统一的能量和熵概念,揭示驱动自然界和工程系统的基本规律。本书摒弃了对复杂数学推导的过度侧重,转而强调物理图像的建立和实际工程问题的解决能力。我们相信,真正的理解源于对基本原理在真实世界中应用的洞察。 内容结构与核心主题: 本书共分为七大部分,二十一章,循序渐进地构建起坚实的理论体系。 --- 第一部分:热力学基础与基本概念(第1章至第3章) 本部分奠定了整个课程的基石。 第1章:热力学的范畴与基本概念 我们首先界定热力学的研究对象——系统、边界、环境。详细区分了宏观和微观视角,引入了平衡态、状态变量(如压力、温度、体积)的概念。重点讨论了热力学第零定律及其在温度定义的统一性上的重要性,为后续的能量分析打下基础。 第2章:物质的性质与状态方程 本章聚焦于描述物质行为的数学工具。我们深入探讨理想气体的状态方程,并将其推广到更复杂的真实气体,介绍范德华(Van der Waals)方程及其他拟合优度更高的状态方程。通过P-V-T图的解读,阐明相变的物理意义,特别是饱和线、临界点和三相点的热力学含义。 第3章:功、热量与第一定律 第一定律是能量守恒的体现。本章详细定义了功(包括体积功、轴功等形式)和热量作为能量传递的两种方式。通过对控制体和控制体元(或系统)的分析,推导出适用于稳定流和瞬变流动的能量方程。大量实例演示了稳态热平衡、循环过程以及定容/定压加热过程中的能量平衡计算。 --- 第二部分:能量的深度分析与应用(第4章至第6章) 本部分将第一定律的应用扩展到能量的质量与流动的场景。 第4章:流体能量分析 专门处理流体(如管道中的水、蒸汽轮机中的工质)的能量传递问题。详细分析了稳态流动的节流过程、等焓过程(焦耳-汤姆逊效应的物理基础)和绝热膨胀过程。通过简化的控制体分析,推导出管道流动的能量方程,并引入了流体机械(泵、压缩机)的效率概念。 第5章:热力学第一定律的工程应用 本章将理论应用于核心工程设备: 动力循环的分析: 详细解析朗肯循环(蒸汽动力系统)、布雷顿循环(燃气轮机系统)的理想化与实际化过程,重点计算其净功输出与热效率。 制冷循环: 阐述蒸汽压缩制冷循环(VCRS)的工作原理,定义性能系数(COP),并将其与热泵循环进行对比。 第6章:熵与第二定律 第二定律引入了过程的方向性和不可逆性。本章系统阐述了熵的概念,从克劳修斯不等式出发,严格推导出熵的平衡与变化关系。详细区分了可逆过程、不可逆过程和不可能过程。通过分析摩擦、传热温差等内生不不可逆因素,计算过程中的熵增。 --- 第三部分:不可逆性、热力学潜力与循环优化(第7章至第9章) 本部分关注如何利用熵的概念来评估和提升系统的性能。 第7章:熵产生的分析与应用 专注于“熵产生”的计算及其与能量品质损失的关系。通过热力学第二定律的综合应用,引入了“热力学不可用能”(Availability)的概念,即能量的“可用性”。分析了在有限温差传热过程中,能量损耗如何体现在熵的增加上。 第8章:热力学过程的效率与评级 引入了更高级的效率指标,如第二定律效率(或称有效性),用以衡量实际设备相对于理想可逆设备的性能差距。对各种循环(如朗肯、布雷顿)进行第二定律分析,揭示能量损失的主要来源,指导设计优化。 第9章:热力学基本关系式 从基本热力学势(内能U、焓H、亥姆霍兹自由能F、吉布斯自由能G)出发,推导出麦克斯韦关系式等一系列热力学基本方程。这些方程是连接宏观可测量变量(P, T, V)与微观性质(如比热容、膨胀系数)的关键桥梁。 --- 第四部分:平衡态的深入探讨(第10章至第12章) 本部分从化学热力学的视角审视相平衡和化学反应。 第10章:相平衡与相律 系统阐述吉布斯相律,并将其应用于单组分和多组分系统的相图分析。重点讨论了液-气平衡(沸腾、冷凝)、固-液平衡(熔化、凝固)的条件,特别是利用克劳修斯-克拉佩龙方程进行压力-温度关系的预测。 第11章:化学反应热力学 引入化学计量学,定义反应热(焓)、反应的吉布斯自由能变化。通过范特霍夫方程和萨哈方程,分析温度和压力对化学平衡常数及反应方向的影响。强调吉布斯自由能最小化原理在判断化学反应方向上的核心作用。 第12章:非理想混合物的热力学 超越纯物质分析,探讨多组分系统的热力学行为。引入逸度(Fugacity)概念来修正真实气体混合物的非理想性。详细分析溶液的热力学性质,如稀溶液的性质、蒸气压的降低与沸点的升高。 --- 第五部分:气体动力学与流体流动(第13章至第15章) 本部分将热力学与流体力学的交叉点——气体流动联系起来。 第13章:气体动力学导论 讨论气体在管道中高速流动时的热力学效应。引入等熵流动的基本关系,如马赫数(Mach Number)的概念。 第14章:等熵流动的应用:喷管与扩压器 详细分析了气流通过喉道的加速过程,推导出临界流(Choked Flow)条件。对喷管和扩压器的设计与性能进行热力学分析,阐明其在航空航天和化工过程中的重要性。 第15章:滞止与冲刷效应 讨论流体在非等熵流动(如存在冲击波或摩擦)时的热力学变化,特别是滞止状态(Stagnation State)的定义及其在测量技术中的应用。 --- 第六部分:热力学与统计力学的桥梁(第16章至第18章) 本部分为有兴趣的读者提供了微观基础,解释宏观性质的起源。 第16章:分子运动论基础 从牛顿力学和概率论的角度出发,推导出气体分子的速度分布(麦克斯韦分布)。将宏观的压力、温度与分子运动的平均动能建立起联系。 第17章:统计力学导论 介绍基本统计概念,如微观状态、宏观状态。推导玻尔兹曼熵公式,展示了熵在微观层面的物理意义。讨论配分函数(Partition Function)及其在计算热力学性质中的应用。 第18章:能量的量子化与统计 简要介绍量子力学对能量的限制,并讨论不同统计力学模型(玻色-爱因斯坦、费米-狄拉克)在描述电子和光子系统中的适用性。 --- 第七部分:传热的宏观视角(第19章至第21章) 虽然本书核心是热力学,但为了工程实践的完整性,本部分简要介绍传热学的三个基本模式,作为能量交换的补充。 第19章:稳态导热 介绍傅里叶定律,分析一维、二维稳态导热问题,包括复合壁结构和径向传热。 第20章:对流传热基础 区分自然对流与强制对流,引入努塞尔数(Nusselt Number)等无量纲分析工具,概述边界层理论的基本概念。 第21章:辐射传热 探讨物体间的电磁波能量交换。介绍黑体辐射定律、斯忒藩-玻尔兹曼定律以及实际表面(灰体、漫反射体)的辐射换热计算。 目标读者: 本书适合于热力学、能源工程、机械工程、化学工程、材料科学等专业的高年级本科生和研究生使用,是构建系统性热力学知识体系的理想教材。 本书价值: 通过严谨的逻辑和丰富的工程案例,本书将确保读者不仅掌握“如何计算”,更能深刻理解“为何如此”,从而具备解决复杂能源转换与过程控制问题的核心能力。

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读后感

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用户评价

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本书在习题和案例分析方面的丰富程度,简直可以称得上是“汗牛充栋”。我特别赞赏它对不同工程背景的案例的融入,内容覆盖面极广,从航空航天的热防护系统,到日常的建筑节能设计,再到微电子器件的散热管理,几乎囊括了所有主流应用领域。更妙的是,它的例题难度梯度设置得非常科学。开头的几道基础题旨在巩固刚刚学到的基本公式应用,而后面的“挑战性问题”则常常需要跨章节的知识整合,甚至需要结合一些实际工程约束条件进行简化和假设。我发现,解完这些综合性的难题后,那种成就感是无与伦比的,它有效地将理论知识转化为解决实际问题的能力。这种“学以致用”的设计理念,让这本书不仅仅是一本参考书,更像是一个实战训练手册。它迫使你去思考,在真实世界中,哪个参数是主导因素,哪些可以忽略,这种工程思维的培养至关重要。

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我花了整整一周时间来梳理本书的理论框架,最让我印象深刻的是它在概念引入上的处理方式——极其强调物理直觉的培养。它不像有些教科书那样,上来就是一堆复杂的偏微分方程,而是先用非常直观的、甚至可以说是哲学层面的语言,描绘出能量如何在系统间转移的基本规律。举例来说,当讲解热传导时,作者并没有急于抛出傅里叶定律,而是通过对微观粒子随机运动的类比,让你真切地感受到“能量梯度驱动流动”的本质。这种自上而下的教学策略,极大地降低了我对抽象数学模型的恐惧感。很多时候,读完一个章节的文字阐述后,我能闭上眼睛在脑海中构建出一个清晰的物理图像,再去对照公式时,那些符号和变量的意义便不再是孤立的字母,而是有了实在的物理内涵。对于初学者而言,这种建立起“为什么”和“是什么”之间联系的方法,是通往深入理解的坚实桥梁。

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这本书的封面设计和装帧质量简直令人惊叹,那种厚重而扎实的质感,立刻就给人一种“这是部硬核经典”的预感。内页的纸张选择也相当考究,墨迹清晰,排版疏朗有致,即便长时间阅读也不会感到眼睛疲劳,这对于一本动辄上千页的专业教材来说,简直是福音。我特别欣赏它在章节过渡处的那些精美的插图和历史背景介绍,虽然是严肃的工程学著作,但它似乎并不想让你觉得枯燥。比如,在介绍某个经典实验时,作者会穿插一些早年科学家的轶事,这让学习过程变得生动有趣。而且,装订非常牢固,即便是经常需要翻阅查找公式和例题的“暴力读者”,也完全不用担心书本会散架。从物理层面上讲,这简直是一件值得收藏的艺术品,摆在书架上都散发着理科严谨的美感。那些细微的字体处理,字体大小的对比度,都体现了出版方对读者的尊重,确保了阅读体验的流畅与舒适。这种对细节的极致追求,往往预示着内容本身也同样一丝不苟。

评分☆☆☆☆☆

章节之间的逻辑衔接处理得极其精妙,几乎找不到任何生硬的转折点。作者似乎非常懂得读者的思维路径,总能在读者产生疑问的那个瞬间,提前给出解答,或者设置一个自然的过渡,将读者引向下一个相关的主题。例如,在详细阐述了稳态传导的二维问题后,紧接着就自然而然地引入了非均匀介质和热源项的讨论,这一切都发生得仿佛是水到渠成,毫无刻意安排的痕迹。这种行文的流畅性,使得长时间沉浸在阅读中时,时间感似乎都消失了,完全被书中的逻辑链条所牵引。这种行云流水的叙述风格,在我阅读过的众多技术书籍中,是极为罕见的。它体现了作者对整个学科知识体系的深刻把握,能够清晰地看到知识点是如何层层递进、相互支撑的宏大结构。

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这本书的术语定义和符号系统的规范性达到了近乎苛刻的程度。每一个物理量,无论是温度、热流密度还是传热系数,都有一个统一且明确的国际标准符号标记,并且在首次出现时都会有清晰的定义和单位说明。这种高度的规范化,极大地减少了在不同章节甚至不同文献之间切换时产生的理解误差。此外,书后附带的附录部分堪称宝库,里面收集了大量的材料热物性参数表,这些数据翔实可靠,更新及时,使得我在进行任何计算或模拟前,都能找到一个可靠的基准点。对于需要进行严肃学术研究或工业计算的读者来说,这种对基础数据准确性和一致性的坚持,是衡量一本教材专业价值的核心标准之一。它确保了你从这本书中学到的任何知识点,都能在更广阔的科学语境中被准确无误地应用。

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