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《热力学与传热学基础》 本书深入探讨了热力学和传热学的基本原理与应用，旨在为读者构建扎实的理论基础，并提供解决实际工程问题的能力。全书共分为十二章，内容编排循序渐进，从基础概念到复杂应用，力求全面而清晰地展现这两个学科的核心内容。 第一章 热力学第一定律与能量守恒 本章从热力学最核心的定律——第一定律入手，详细阐述了能量守恒的普遍性。我们将从宏观角度理解系统与环境的交互，重点解析功、热量以及内能等基本热力学状态量。通过对各种过程（如可逆过程、不可逆过程）的分析，读者将掌握如何运用能量守恒方程来分析简单系统的能量变化。此外，本章还将介绍理想气体的内能和焓的表达式，并探讨其在不同过程中的应用，为后续学习打下坚实基础。 第二章 热力学第二定律与熵增原理 热力学第二定律揭示了自然过程的方向性，即能量转化的不可逆性。本章将详细介绍热力学第二定律的各种表述，包括克劳修斯和开尔文-普朗克表述，并重点阐述熵的概念及其增减原理。我们将通过分析热机、制冷机和热泵的工作循环，如卡诺循环，来理解第二定律的实际意义和效率极限。熵的统计力学解释也将被引入，帮助读者更深刻地理解微观粒子运动与宏观热力学性质之间的联系。 第三章 物质的状态与相变 物质的三种基本状态——固、液、气，以及它们之间的相变过程是热力学研究的重要组成部分。本章将系统介绍物质的状态方程，特别是理想气体和范德华气体的状态方程，以及它们在描述实际气体行为方面的差异。我们将深入探讨相图，理解不同相在压力和温度下的共存关系，并重点解析熔化、汽化、凝华等相变过程的发生条件和能量变化，包括潜热的概念。 第四章 热力学性质与热力学关系式 本章将聚焦于物质的热力学性质，如比热容、导热系数、黏度等，并探讨它们与温度、压力等因素的关系。我们将介绍如何从实验数据或理论模型中获取这些性质，以及这些性质在工程计算中的重要性。此外，本章还将推导一系列重要的热力学关系式，如麦克斯韦关系式，它们能够帮助我们从已知的热力学性质推导出其他性质，极大地简化了热力学分析。 第五章 传热机理：传导 本章开始进入传热学领域，首先详细介绍最基本的传热方式——热传导。我们将深入剖析傅里叶导热定律，理解热流密度与温度梯度的关系，并解析导热系数在不同材料中的差异。通过对一维、二维稳态和瞬态导热问题的分析，例如平板、圆柱壁的导热，读者将掌握运用傅里叶定律解决实际传导问题的方法。热阻的概念也将被引入，为理解复合结构的导热提供便利。 第六章 传热机理：对流 对流是流体（液体或气体）在运动过程中发生的传热现象。本章将系统介绍自然对流和强制对流的基本原理。我们将讨论无量纲准数（如雷诺数、普朗特数、努赛尔数）在对流传热分析中的作用，并介绍关联式的使用方法，以计算对流换热系数。本章还将探讨边界层理论，理解流体流动与传热之间的相互影响，并分析平板、管内流体以及外掠流体等典型对流换热案例。 第七章 传热机理：辐射 热辐射是一种不依赖于介质的传热方式，在高温环境和真空空间中尤为重要。本章将详细介绍黑体辐射定律，包括普朗克定律、维恩位移定律和斯忒藩-玻尔兹曼定律。我们将进一步探讨实际物体的辐射特性，如发射率和吸收率，并引入表面之间的辐射换热计算方法。反射和透射在辐射过程中的作用也将被提及，帮助读者全面理解辐射换热的复杂性。 第八章 传热速率与传热系数 本章将整合前几章介绍的三种传热机理，重点在于计算总传热速率和传热系数。我们将讨论总传热系数的概念，以及如何通过串联或并联的传热阻力来计算其值。对流换热和辐射换热在同一界面上的耦合作用也将被分析。本章还将介绍两种重要的传热设备——换热器的工作原理，并探讨其传热效率的计算和影响因素。 第九章 传热与流动的耦合：对流换热边界层 本章将深入探讨对流换热过程中流体流动行为与传热之间的复杂耦合关系。我们将详细介绍层流和湍流边界层的形成机理，以及它们对传热效率的影响。粘性力、惯性力和热扩散力之间的相对大小关系，通过无量纲数如雷诺数和普朗特数来量化，将帮助我们理解不同流动状态下的传热特点。本章还将分析边界层分离现象以及其对传热的影响。 第十章 传热设备与应用 本章将重点介绍几种常见的传热设备及其工程应用。我们将深入解析管壳式换热器、板式换热器、翅片管换热器等设备的设计原理和工作方式。针对不同工况下的传热设备选型、设计和优化问题，本章将提供指导性的方法和实例。此外，还将简要介绍一些与传热相关的其他工程应用，例如绝缘材料的选择、冷却塔的设计等。 第十一章 传热强化技术 在许多工程应用中，提高传热效率是至关重要的。本章将集中探讨各种传热强化技术。这些技术包括但不限于：改变表面几何形状（如增加翅片、开槽）、引入湍流激励器、使用纳米流体、以及采用微结构表面等。我们将分析这些技术背后的物理原理，并讨论它们在提高传热系数、减小换热器体积和降低能耗方面的优势。 第十二章 传热与热力学在工程中的综合应用 本章将综合运用前述的传热学和热力学知识，分析更复杂的工程问题。我们将讨论能量系统的热效率分析，例如火力发电厂、制冷系统以及内燃机等。通过对这些系统的能量流和㶲（exergy）的分析，读者将能够更全面地评估系统的性能，并识别出能量损失的主要环节。本章还将涉及一些与环境工程相关的传热问题，例如大气污染物的扩散和热污染的控制。 全书力求理论与实践相结合，每章都配有适量的例题和习题，帮助读者巩固所学知识。通过学习本书，读者将能够深刻理解热力学和传热学的基本原理，并具备运用这些知识分析和解决各类工程实际问题的能力。
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