a textbook of internal combustion engine

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isbn号码:9788131800669
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具体描述

现代机械工程基础:动力系统与热力学原理 本书旨在为机械工程、能源工程及相关学科的本科生和研究生提供一个全面且深入的基础知识体系,重点聚焦于现代工程实践中不可或缺的动力系统设计、热力学分析以及先进材料的应用。本书内容高度侧重于理论的严谨性与工程应用的紧密结合,旨在培养读者独立解决复杂热物理问题的能力。 --- 第一部分:工程热力学核心概念与应用 (Foundations of Engineering Thermodynamics) 本部分系统回顾和深化了热力学第一、第二、第三定律在工程领域的应用。不同于传统教材的纯理论阐述,本书着重于如何利用这些定律对实际工程系统进行建模和分析。 第一章:热力学基本概念与性质 宏观系统描述: 详细阐述了平衡态、状态函数、过程与循环的概念。重点讨论了理想气体与真实气体的状态方程,并引入了范德华(Van der Waals)和更精确的彭-罗宾逊(Peng-Robinson)状态方程,用于描述高压和低温下的物质行为。 能量形式与传递: 深入分析了功(体积功、流动功、剪切功等)和热量传递的微观本质。首次引入了能量的质量守恒与能量转换的统计力学基础,为后续的熵分析奠定基础。 热力学第一定律的工程应用: 详细分析了定容、定压、定温、绝热等基本过程的热量、功和内能变化计算。特别设计了针对管道流、涡轮机、泵和压缩机等稳态流动装置的能量方程推导与应用实例。 第二章:热力学第二定律与熵的分析 卡诺循环与热力学第二定律的表述: 严格证明了克劳修斯不等式和开尔文-普朗克定律的等效性。 熵的计算与传递: 熵作为系统无序度的量化指标,本书详细阐述了其在可逆与不可逆过程中的变化规律。引入了“熵产生”的概念,并将其作为评估过程效率和可行性的核心判据。 热力学势函数: 深入探讨了吉布斯自由能(Gibbs Free Energy)和亥姆霍兹自由能(Helmholtz Free Energy)在化学平衡和相平衡中的应用,为材料科学中的热力学驱动力分析打下基础。 第三章:高级热力学分析与系统效率 朗肯循环与布雷顿循环的优化: 在详细分析了蒸汽动力循环(朗肯)和燃气轮机循环(布雷顿)的基础上,重点探讨了再热、回热、冷凝和复合循环对效率的提升作用,并结合实际发电厂案例进行参数优化。 联合循环技术(Combined Cycles): 详细介绍了燃气-蒸汽联合循环(CCGT)的热力学优势和系统集成挑战,侧重于热量梯级利用的原理。 热力学第二定律的工程量度: 引入了火用(Exergy)分析法。对系统中的能量损失进行精确量化,识别系统中的最大“不可用功”损失点,是进行系统改进设计的关键工具。 --- 第二部分:流体力学与传热学基础 (Fluid Mechanics and Heat Transfer Fundamentals) 本部分聚焦于流体运动规律和热量传递机制,这是所有动力系统设计的基础。 第四章:流体力学基础与边界层理论 流体静力学与运动学: 欧拉方程和纳维-斯托克斯(Navier-Stokes, N-S)方程的推导与简化。重点讨论了不可压缩、粘性流体在管道和通道中的流动特性。 雷诺数与流动转捩: 详细分析了层流到湍流的过渡机理,并引入了湍流模型的初步概念(如雷诺平均N-S方程RANS的引入)。 边界层理论: 普朗特(Prandtl)边界层方程的推导,重点分析了流体绕物体运动时,壁面附近的动量和能量交换过程,这对阻力预测至关重要。 第五章:传热学基础:传导、对流与辐射 热传导: 傅里叶定律的微分形式与积分形式。对稳态和非稳态一维、二维热传导问题,采用分离变量法和数值方法的初步求解。 热对流: 针对强制和自然对流,详细推导了努塞尔数(Nusselt Number)的关联式。特别关注了管内流和换热器设计中的对流换热系数计算。 热辐射: 普朗克定律、维恩位移定律和斯忒藩-玻尔兹曼定律。重点分析了表面性质(黑度、反射率)对辐射传热的影响,以及两物体间净辐射换热的计算。 --- 第三部分:现代动力系统组件的分析与设计 (Analysis of Modern Power System Components) 本书的工程应用核心,着重于现代热机系统的关键部件。 第六章:往复式机械中的能量转换原理(非燃烧部分侧重) 容积式机械的性能分析: 分析了往复式压缩机和泵的气动效率和容积效率。重点探讨了多级压缩中的中间冷却和回热对系统性能的影响。 容积式机械的摩擦与泄漏: 深入分析了活塞环、阀门机构的摩擦损失模型,以及如何通过几何优化和润滑技术来降低机械损失。 第七章:气轮机与喷气推进基础 冲动与反动原理: 详细分析了蒸汽和燃气轮机中动叶片和静子叶片的工作机制,精确计算了叶片上的速度三角形和功的产生。 气动损失分析: 识别并量化了级内冲击损失、摩擦损失和二次流损失在现代高效率轴流式气轮机中的影响。 喷气发动机热力循环: 在布雷顿循环基础上,分析了涡轮喷气、涡轮风扇和涡轮螺旋桨发动机的推力产生、推进效率和热效率的相互关系。 第八章:先进材料与系统集成 高温合金在热机中的应用: 讨论了镍基和钴基高温合金在涡轮叶片上的失效模式(蠕变、热腐蚀、热疲劳),以及热障涂层(TBCs)的传热保护机制。 系统建模与仿真: 引入了面向控制的系统级建模方法。利用非线性方程组,对整个动力系统进行动态响应分析,预测系统在负荷变化时的稳定性和过渡过程。 --- 本书特色: 1. 深度联结: 将热力学、流体力学和传热学原理无缝集成,展示它们在工程实践中如何相互作用。 2. 量化分析: 避免定性描述,所有章节均包含严格的数学推导和工程实例,特别是火用分析和损失识别。 3. 面向未来: 探讨了系统效率提升的瓶颈,如高温材料限制、部分负荷运行的优化以及先进热管理技术的应用。 本书适合 具备基础物理和微积分知识,希望深入理解和设计现代热能与动力系统的工程专业学生及研究人员。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计简直是灾难,那种老旧的、泛黄的字体配上那个粗糙的插图,让我第一次拿起它的时候,就觉得是不是走错了书店。说实话,如果不是因为这是我们专业指定的教材,我可能看都不会看一眼。拿到手里沉甸甸的,感觉就像抱着一块砖头,而不是一本知识的载体。书页的纸张质量也让人不敢恭维,那种薄薄的、稍微一碰就可能撕裂的质感,让我每次翻阅都小心翼翼,生怕不小心就破坏了里面的内容。而且,目录的排版也显得异常拥挤和混乱,很多关键术语的索引做得非常不人性化,找一个特定的章节或概念,简直像是在进行一场寻宝游戏,耗费了大量的时间和精力。整体来看,这本书的“第一印象”非常糟糕,完全没有现代教材应有的那种清晰、吸引人的外观,更像是一本几十年前印刷出来的参考资料,对于初学者来说,这绝对是一个巨大的心理障碍。

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这本书的语言风格和表达方式,给人一种强烈的“年代感”,仿佛是从某个上世纪的工程手册中直接摘录出来的。它的用词极其专业化、晦涩难懂,很少使用现代教学中倡导的简洁、直观的描述方式。很多句子冗长复杂,充满了大量的从句和被动语态,阅读起来需要极大的专注力,而且即使读完了,也往往需要反复咀嚼才能捕捉到作者真正想表达的核心概念。例如,当描述气门重叠角对低速扭矩的影响时,作者用了将近一百词来构建一个句子,用词的选择也极其古老,远不如现代教科书那样用一两句清晰的逻辑就能概括清楚。对于一个正在努力入门的读者来说,这种故作高深的文风,无疑是增加了学习的门槛,让人感觉作者与读者之间隔着一层厚厚的知识壁垒,而不是在耐心引导。

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最让人抓狂的是,这本书的习题和案例分析部分,简直是与现实世界脱节的典范。所有的问题都围绕着一些早已被淘汰的、在现代汽车制造中几乎不再使用的老旧发动机型号进行设计,参数设定也完全不符合当前的市场标准和排放法规。例如,要求计算一个使用老式化油器系统的发动机的燃油经济性,这对于我们未来要面对的电控燃油喷射和混合动力系统来说,几乎没有任何实践指导意义。而且,这些习题的答案,如果能找到的话,也往往存在计算错误或者明显的逻辑漏洞,这让独立学习和自我检验变得异常困难。当你花费了大量时间按照书中的方法解题后,发现答案与标准答案相去甚远,那种挫败感是巨大的,你甚至开始怀疑自己是不是哪里理解错了,而不是直接怀疑书本本身的可靠性,这种对学习信心的打击是潜移默化的。

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我对这本书的章节组织结构感到非常困惑。理论上,一本优秀的教材应该遵循由浅入深、逻辑清晰的编排方式,然而这本书似乎是把知识点随意地堆砌在一起。比如,它在第三章就开始深入讨论涡轮增压器的复杂热力学循环,而对于最基础的往复式发动机的结构和工作原理却只是一笔带过,需要读者自行去其他资料中补充背景知识。这种顺序的颠倒,使得我对前期的概念理解产生了极大的障碍,我不得不频繁地在不同章节之间来回翻阅,试图建立起知识点之间的联系。更不用说,很多关键公式的推导过程被处理得极其跳跃,作者似乎默认读者已经具备了高阶的数学背景,直接给出了结果,中间的论证步骤完全省略了,这对于正在努力打基础的学生来说,简直是晴天霹雳,让人感觉知识的河流中间出现了断层,无法顺畅地流淌。

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书中的插图和图表质量,坦白地说,简直是另一个层面的问题。很多关键部件的剖视图,线条模糊不清,尺寸标注模糊不清,有些甚至出现了明显的几何错误,让人看了之后,根本无法准确地想象出发动机内部的构造和运动关系。例如,在讲解配气机构时,附带的凸轮轴截面图,几个关键角度的标记几乎被墨水晕染在了一起,我不得不借助互联网上其他更清晰的示意图来辅助理解书本上的文字描述。此外,图表的单位混乱也是一个常见的“惊喜”。有时候一个图表用国际单位制,下一个图表突然切换到英制单位,而作者却没有在图例中标注清晰的转换说明,这直接导致我们在进行实际计算和对比数据时,需要花费大量时间去重新核对和换算,极大地降低了学习效率,让人怀疑编辑在校对这些内容时是否真的理解它们代表的物理意义。

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