具体描述
本书集编者多年教学经验，对热工基础课程包括热能转换和热量传递的基本理论，以及它们在工程实际中的应用等各部分基本内容、重点和难点等进行了论述。根据热工课程教学基本要求和各部分的重点、难点，列举大量典型例题进行讲解，以提高读者的建模能力和分析问题、解决问题的能力。每章的自我测验题可供读者自我测评。 本书可作为非能源、非动力类各专业本科生和能源、动力类各专业大专生学习“热工基础”课的辅导书，也可作为“热工基础”、“工程热力学”和“传热学”等课程的函授教材和学习、考研的参考书，并可供从事热工课程教学的教师和其他工程技术人员参考。
工程热力学与传热学核心原理：系统分析与优化设计 图书主题： 本书深入探讨工程热力学与传热学的基本原理、分析方法及在现代工程实践中的具体应用，重点聚焦于如何利用这些基础科学指导能源系统、动力装置、环境工程及材料加工过程的优化设计与运行。 内容提要： 本书旨在为工程技术人员、研究生以及高年级本科生提供一个全面、深入且具有实践指导意义的参考。我们避开了对“热工基础与应用”中常见的热力学第一、第二定律基础概念的简单重复介绍，而是直接切入到这些定律在复杂系统分析中的高级应用，以及传热学如何与热力学分析相结合，形成完整的能量转换和传递解决方案。 第一部分：高级热力学分析与系统优化 本部分将热力学从宏观守恒定律的层面提升至信息熵和不可逆性分析的层面，强调在实际工程中如何量化能量的“品质”而非仅仅是“数量”。 1. 熵产生与不可逆性分析： 绝热可逆性与不可逆性判据： 详细阐述了利用克劳修斯不等式和熵平衡方程对任意过程进行性能评估的方法。着重分析了摩擦、混合、传热温差等引起的熵增，并引入了“有效功损失”（Lost Work）的概念，作为衡量系统效率瓶颈的关键指标。 㶲（Exergy）分析基础与应用： 完整的㶲理论框架构建，包括静态㶲、动态㶲的定义，以及㶲平衡方程在反应堆、燃烧室和热泵系统中的建立与求解。本书重点演示了如何通过㶲分析，精确识别出系统中最大的㶲损耗环节，从而指导改进设计。例如，对于燃气轮机联合循环系统，我们将分析不同组件（压缩机、涡轮、换热器）的㶲效率，并提出基于㶲梯度的优化策略。 化学热力学与反应平衡： 不仅仅是吉布斯自由能的简单计算，而是深入探讨了复杂多相体系（如煤气化、燃料电池）中的化学平衡移动，包括压力、温度对平衡常数和产物分布的影响，以及如何利用化学势梯度驱动的非平衡态过程进行能量转换。 2. 复杂流体与多相态系统： 真实气体与混合物热力学： 摒弃理想气体假设，采用如Peng-Robinson (PR) 或 Soave-Redlich-Kwong (SRK) 等状态方程，对高压、低温条件下的流体性质进行精确计算，这对烃类处理和制冷循环至关重要。探讨了混合物中逸度系数的计算方法及其在气液平衡（VLE）中的应用。 热力学在分离过程中的作用： 分析了吸收、精馏等过程中的最小功耗需求（由热力学极限决定），并将这些理论与实际的工艺流程集成，评估节能潜力。 第二部分：传热学机理深化与过程强化 本部分侧重于将传热学从基础的导热、对流、辐射微分方程，转化为指导高效换热设备设计和复杂结构散热的工具。 3. 导热的非稳态与复杂边界条件： 瞬态导热的解析与数值解： 系统梳理了半无限大体、无限长圆柱体在周期性或脉冲性边界条件下的温度场演变，特别是利用拉普拉斯变换或分离变量法求解复杂的非稳态问题。 多维、非均匀材料的导热： 重点分析了复合材料、各向异性介质中的热流密度分布。引入了“有效导热系数”的概念，并在有限元分析（FEA）的背景下，探讨了如何处理含缺陷或多孔介质的精确导热模型。 4. 对流传热的高级建模： 边界层理论的深入应用： 不仅停留在 Nusselt 数的经验关联式，而是深入探讨了速度边界层和温度边界层耦合的物理机制。详细分析了层流和湍流过渡区的特性，以及对流换热系数对流体物性、表面粗糙度的敏感性。 强化传热技术： 专门章节讨论了利用微通道、翅片阵列、表面形貌等手段实现换热面积的有效增加和热边界层破坏，以提升设备紧凑性和效率。涉及的例子包括紧凑式板式换热器和高效热管的设计准则。 5. 辐射传热在极端条件下的主导地位： 非灰体与选择性辐射： 在高温工业炉、空间环境模拟中，材料的辐射特性不再是黑体假设。本书详细介绍了光谱辐射率、灰体假设的局限性，以及如何利用波长积分方法计算实际材料间的净辐射换热。 辐射与其它传热模式的耦合： 重点分析了燃烧火焰辐射、炉膛内传热的辐射-对流联合计算模型。讨论了如何利用辐射屏障和选择性涂层来控制特定波段的热量传递。 第三部分：系统集成与过程控制 本部分是连接理论分析与工程实践的桥梁，关注如何将热力学分析结果转化为可操作的系统设计方案。 6. 能源系统的热力学-经济学综合评估： 联合循环与热电联产（CHP）： 分析了如何设计不同压力等级的蒸汽参数组合，以最大限度地提高㶲效率和燃料利用率。引入了成本敏感性分析，将热力学性能指标（如总效率）与运行成本、投资成本进行权衡。 热力学在环境工程中的体现： 探讨了碳捕集、余热回收（WHRS）系统的㶲优化设计。如何利用低温差热源进行发电或制冷，并评估其对整体系统能耗的影响。 7. 传热与流动的多物理场耦合： 热应力与材料失效： 在高热负荷设备（如涡轮叶片、反应堆包壳）中，温度场直接决定了结构完整性。本书介绍了如何通过有限元方法，将精确的内部传热模型输出的温度分布，映射到结构力学分析中，预测热疲劳和蠕变寿命。 微尺度传热： 探讨了在微电子冷却和微反应器中，传统宏观传热定律失效时的修正模型，包括分子动力学模拟（MD）在界面热阻研究中的应用。 总结： 本书通过严谨的理论推导和详尽的工程案例，构建了一个从能量转换的本质（热力学）到能量传递的效率化（传热学），再到系统集成与优化的完整知识体系。读者将掌握一套强大的分析工具，能够超越简单的“效率计算”，深入洞察并解决现代复杂工程系统中的核心热能瓶颈问题。
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