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出版者:中國建築工業齣版社

作者:李德英

出品人:

頁數:304

译者:

出版時間:2004-7

價格:27.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787112061556

叢書系列:

圖書標籤:

• 供熱工程
• 供熱
• 熱力
• 鍋爐
• 熱交換
• 節能
• 暖通
• 工程熱力學
• 供熱係統
• 熱能

《熱力傳輸：原理、應用與未來趨勢》 引言 能量的有效利用是現代社會發展的基石。在眾多能源形式中，熱能以其廣泛的應用和基礎性的地位，在工業生産、民用生活以及環境保護等諸多領域扮演著至關重要的角色。本書《熱力傳輸：原理、應用與未來趨勢》旨在深入探討熱能如何在不同的介質和場景下發生傳輸，以及如何優化這一過程以實現更高效、更經濟、更環保的能源利用。本書並非側重於宏觀的供熱係統設計，而是聚焦於熱能傳輸這一微觀至宏觀的物理過程本身，從根本上理解並掌握熱能的流動規律，為更廣泛的工程應用提供堅實的理論基礎和實踐指導。 第一部分：熱力傳輸的基本原理 本部分將係統性地介紹熱力傳輸的三個基本機製：傳導、對流和輻射。 第一章：熱傳導（Conduction） 1.1 傳導機理： 深入剖析固體、液體和氣體介質中熱傳導的微觀本質。在固體中，我們將討論晶格振動（聲子）和自由電子對熱量傳遞的貢獻，重點關注不同晶體結構材料的導熱特性差異。在液體和氣體中，我們將闡述分子碰撞和動量傳遞如何導緻熱量擴散，並解釋氣體分子平均自由程對傳導係數的影響。 1.2 傅裏葉定律（Fourier's Law）： 詳細闡述傅裏葉定律的數學錶達式，包括熱通量、導熱係數和溫度梯度的關係。我們將分析穩態和非穩態傳導的特點，並引入不同邊界條件下的求解方法，如恒溫邊界、絕熱邊界和對流換熱邊界。 1.3 影響傳導的因素： 係統梳理影響導熱係數的關鍵因素，包括材料的成分、微觀結構、溫度、壓力以及相變（如熔化、汽化）等。通過案例分析，展示這些因素如何改變材料的導熱性能。 1.4 傳導在工程中的應用： 舉例說明熱傳導在日常生活和工程實踐中的應用，例如： 保溫材料： 分析多孔材料（如泡沫塑料、玻璃棉）的低導熱性原理，以及縴維結構如何阻礙熱傳導。 電子設備散熱： 討論金屬散熱器、熱管等利用高導熱材料解決電子元件發熱問題的設計。 烹飪器具： 解釋金屬鍋具的高導熱性以及不同材料（如鑄鐵、不銹鋼、陶瓷）的烹飪特性差異。 第二章：熱對流（Convection） 2.1 對流的本質： 解釋熱對流的根本在於流體（液體或氣體）的宏觀運動，攜帶熱量從高溫區域嚮低溫區域傳遞。我們將區分自然對流（由密度差異引起）和強製對流（由外力引起）。 2.2 自然對流（Natural Convection）： 詳細分析浮力驅動的流體運動，例如加熱空氣上升、冷卻水下沉的現象。我們將引入無量綱數（如瑞利數）來錶徵自然對流的強度，並討論其在室內熱環境、大氣環流等中的作用。 2.3 強製對流（Forced Convection）： 探討外部力（如風扇、泵）驅動的流體運動。我們將介紹不同流型（層流、湍流）對換熱效率的影響，並引入努賽爾數、雷諾數、普朗特數等無量綱數來描述強製對流換熱過程。 2.4 對流換熱係數： 定義對流換熱係數，並解釋其與流速、流體物性、換熱錶麵幾何形狀等因素的關係。我們將介紹牛頓冷卻定律（Newton's Law of Cooling）及其適用範圍。 2.5 對流在工程中的應用： 空氣循環係統： 講解空調、通風係統如何利用強製對流實現室內溫度調節。 冷卻塔： 分析冷卻塔通過對流和蒸發實現循環水散熱的原理。 發動機冷卻： 討論汽車發動機水冷係統和風冷係統中的對流換熱過程。 第三章：熱輻射（Radiation） 3.1 輻射的機理： 闡述熱輻射是物體因其內部粒子（原子、分子）的激發而産生的電磁波，這些電磁波攜帶能量並可以在真空中傳播。我們將討論不同波段的電磁波與熱量傳遞的關係。 3.2 輻射特性： 定義黑體（理想輻射體）的概念，並介紹實際物體錶麵的發射率、吸收率、反射率和透射率。我們將闡述基爾霍夫定律（Kirchhoff's Law of Thermal Radiation）及其在分析物體輻射特性時的重要性。 3.3 斯特藩-玻爾茲曼定律（Stefan-Boltzmann Law）： 詳細介紹斯特藩-玻爾茲曼定律，計算單位麵積上黑體嚮外輻射的總能量，並討論實際物體錶麵輻射能的計算。 3.4 輻射換熱： 分析兩個或多個物體之間的淨輻射換熱過程，引入輻射角係數的概念，它描述瞭物體錶麵之間可見部分的幾何關係對輻射交換的影響。 3.5 輻射在工程中的應用： 太陽能利用： 介紹太陽能集熱器如何吸收太陽輻射能。 窯爐設計： 分析高溫爐體內傳熱中輻射的巨大作用，以及如何優化爐膛結構和耐火材料以提高換熱效率。 夜間散熱： 解釋物體在夜晚通過輻射散熱的現象。 紅外成像： 討論利用物體輻射的紅外綫進行無接觸溫度測量和成像的技術。 第二部分：多重傳熱機製的耦閤與分析 在實際工程問題中，熱傳導、對流和輻射往往不是孤立存在的，而是同時發生並相互影響。本部分將重點分析這些耦閤效應。 第四章：復閤傳熱（Combined Heat Transfer） 4.1 傳導與對流的耦閤： 分析在流體與固體錶麵接觸時，熱量同時通過傳導和對流進行傳遞。我們將討論傳導控製和對流控製的換熱過程，以及如何通過無量綱數的組閤（如普朗特數）來評價兩種機製的相對重要性。 4.2 傳導與輻射的耦閤： 探討在高溫或透明介質中，傳導與輻射同時發生的情況。例如，在某些玻璃或塑料材料中，熱量既可以通過分子振動傳導，也可以通過輻射傳遞。 4.3 對流與輻射的耦閤： 重點分析在高溫氣體流體中，流體本身不僅會通過對流傳遞熱量，還會吸收和發射輻射。例如，在燃燒室或鍋爐中，煙氣輻射是主要的傳熱方式之一。 4.4 工程實例分析： 換熱器設計： 講解殼管式、闆式換熱器等如何通過強化傳導和對流來提高效率。 建築物能耗： 分析建築圍護結構的熱量損失，其中涉及牆體傳導、窗戶的輻射和對流，以及室內外空氣的對流。 第五章：傳熱過程中相變的應用 5.1 相變潛熱： 詳細介紹物質在相變過程中吸收或釋放的潛熱，例如蒸發潛熱、熔化潛熱。 5.2 蒸發與冷凝： 深入分析蒸發和冷凝過程中的傳熱機製，重點關注其在熱管、製冷係統和發電廠中的應用。我們將討論沸騰和冷凝換熱係數的計算方法，以及影響係數的因素。 5.3 熔化與凝固： 探討材料在固液相變過程中的傳熱特性，例如在相變儲熱材料（PCM）中的應用，以及金屬鑄造過程中的凝固傳熱。 5.4 相變在工程中的應用： 製冷與空調： 詳細闡述製冷劑在蒸發器和冷凝器中的相變過程如何實現熱量的轉移。 熱管技術： 介紹熱管利用工質的蒸發和冷凝實現高效、無功耗的定嚮傳熱原理。 相變儲熱： 分析利用相變材料的潛熱來儲存和釋放熱能，以實現能源的削峰填榖和高效利用。 第三部分：熱力傳輸的數值模擬與優化 隨著計算能力的提升，數值模擬已成為研究復雜傳熱問題的重要手段。本部分將介紹數值模擬的基本原理和在傳熱優化中的應用。 第六章：傳熱問題的數值模擬 6.1 數值方法概述： 介紹有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）和有限體積法（FVM）等數值求解偏微分方程（如熱傳導方程）的基本思想。 6.2 離散化過程： 講解如何將連續的物理域離散化為計算網格，以及如何將控製方程轉化為代數方程組。 6.3 求解算法： 介紹迭代法、直接法等求解代數方程組的常用算法。 6.4 模擬軟件與應用： 介紹常用的傳熱模擬軟件（如ANSYS Fluent, COMSOL Multiphysics等），並展示如何利用這些軟件進行復雜的傳熱過程分析，例如： 復雜幾何結構內的流體流動與換熱模擬。 多物理場耦閤問題的分析（如流固耦閤、電熱耦閤）。 優化結構設計以改善傳熱性能。 第七章：熱力傳輸的優化與控製 7.1 優化目標： 討論在熱力傳輸工程中常見的優化目標，例如提高傳熱效率、降低能耗、減小溫升、延長設備壽命等。 7.2 優化設計策略： 錶麵強化技術： 介紹翅片、波紋、粗糙化等增加換熱麵積和擾動流體的技術。 材料選擇： 強調選擇具有高導熱性、低熱阻或特定輻射特性的材料的重要性。 流道設計： 分析優化流道形狀、尺寸和流速以獲得最佳傳熱效果。 7.3 主動傳熱控製： 介紹通過外力或外部能量輸入來主動控製傳熱過程的方法，例如： 脈動流： 利用周期性變化的流速來增強傳熱。 電場、磁場對流體傳熱的影響。 冷卻劑流量的自適應控製。 7.4 案例研究： 通過具體的工程案例，展示如何運用數值模擬和優化設計方法來解決實際的傳熱問題，例如： 高效換熱器的設計與改進。 電子器件的散熱方案優化。 高溫工業爐的節能改造。 第四部分：熱力傳輸的未來發展趨勢 本部分將展望熱力傳輸領域的前沿研究方嚮和未來發展趨勢。 第八章：前沿研究與未來展望 8.1 微納尺度傳熱： 探討在微通道、納米材料等尺度下的傳熱機製，以及在微電子設備、生物醫學工程等領域的潛在應用。 8.2 新型熱管理材料： 介紹石墨烯、碳納米管、金屬有機框架（MOFs）等在熱傳導和熱管理方麵的最新研究進展。 8.3 智能傳熱係統： 展望能夠感知環境變化並自主調節傳熱行為的智能傳熱係統，以及其在節能和可再生能源利用中的作用。 8.4 綠色傳熱技術： 強調開發環境友好、低能耗的傳熱技術，以應對氣候變化和可持續發展的挑戰。 8.5 跨學科交叉： 展望熱力傳輸與其他學科（如材料科學、計算科學、生物學）的交叉融閤，可能帶來的突破性進展。 結論 《熱力傳輸：原理、應用與未來趨勢》一書，從基礎的傳熱機理齣發，逐步深入到復閤傳熱的分析，再到數值模擬與優化設計，最後展望未來的發展方嚮。本書旨在為工程師、研究人員和學生提供一個係統、深入的學習平颱，幫助讀者全麵理解熱能的傳輸過程，掌握分析和解決復雜傳熱問題的能力，並為推動相關工程技術的發展貢獻力量。通過對熱力傳輸本質的深刻理解，我們能夠更有效地利用寶貴的能源資源，創造更舒適、更可持續的未來。

评分☆☆☆☆☆

這本書的深度確實令人印象深刻，但這種深度帶來的副作用是極高的閱讀門檻。我注意到作者在引言部分提到瞭一些前沿的研究方嚮，這讓我非常興奮，以為能從中窺見行業未來的發展趨勢。但遺憾的是，這種前瞻性更多地體現在對已有理論進行精細化打磨上，而非開拓新的思路。例如，在討論不同能源形式在區域供熱中的耦閤效率時，書中引用瞭大量的近十年甚至五年前的文獻，這些文獻大多聚焦於小範圍、特定氣候帶的模擬結果。我更希望看到的是宏觀層麵上對未來能源政策、城市規劃如何影響供熱係統的綜閤分析，比如如何在碳中和的大背景下，對分布式能源站進行大規模的、跨區域的優化配置。書中對於“係統穩定性”的論述，也顯得過於偏重於熱力學層麵的平衡，對於電力係統波動、市場價格變化等外部非確定性因素對供熱管網的連鎖反應著墨不多。這種“關門造車”式的深入研究，雖然在理論上無懈可擊，但在應對日益復雜的現實挑戰時，顯得有些力不從心。讀完後，我感覺自己對某個孤立的物理過程理解更深瞭，但對於如何構建一個麵嚮未來的、具有韌性的現代供熱基礎設施，這本書提供的指導性作用非常有限。

评分☆☆☆☆☆

這本書中關於熱工過程的描述，無疑是紮實且基於經典熱力學原理的。我特彆留意瞭其中關於不同壓力等級蒸汽在熱電聯産係統中的應用案例，數據詳實，計算過程嚴謹，對於理解能量梯級利用的潛力非常有幫助。但令人感到惋惜的是，全書似乎完全避開瞭“智能化”和“信息化”對傳統供熱係統的顛覆性影響。在當前物聯網和大數據技術飛速發展的背景下，一個專業的工程書籍如果完全沒有提及基於傳感器網絡的數據采集、基於預測算法的負荷調度，或者數字孿生技術在管網維護中的應用，就顯得有些落伍瞭。我嘗試去尋找一些關於如何通過優化算法來實時調整閥門開度和循環水泵變頻的討論，但最終一無所獲。這本書的內容仿佛停留在上世紀末，技術路綫清晰，但缺乏對現代信息技術賦能的視野。對於追求效率和靈活性的當代工程師而言，這本書所提供的工具箱，可能需要我們自己再去補充大量的軟件應用和數據科學知識，纔能真正應對二十一世紀的工程挑戰。

评分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀質量和紙張選用給我留下瞭不錯的印象，印刷清晰，紙張相對厚實，即便在長時間翻閱後也不會感到刺眼。然而，內容的組織結構卻像是零散知識點的集閤，缺乏一條貫穿始終的“主綫任務”。每一個章節似乎都獨立地探討瞭一個重要的工程議題——從鍋爐的燃燒效率到末端用戶的熱分配，它們各自成章，但彼此之間的內在聯係和相互影響，需要讀者自己去費力地串聯。特彆是關於管網水力計算的那幾章，前後銜接得有些跳躍，上一節還在討論沿程阻力係數，下一節突然就跳到瞭泵站的選型優化，中間缺少瞭如“如何將阻力計算結果應用到泵站揚程設計”這類關鍵的橋梁性論述。我更希望看到的是一個從項目啓動（需求分析、負荷預測）到係統設計（熱源、管網、控製）再到運營維護（故障診斷、能耗管理）的完整流程圖，然後讓這本書的各個章節去填充流程圖中的各個技術細節。目前的狀態，更像是一本優秀的技術手冊的匯編，而非一部有機的、引導實踐的工程學專著。

评分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的語言風格充滿瞭古典學術的莊重感，每一個句子都經過瞭精心的錘煉，力求錶述的精確性。這種嚴謹是值得肯定的，但在實際閱讀過程中，卻帶來瞭一種疏離感。作者似乎更注重邏輯鏈條的完美銜接，而非與讀者的情感共鳴或認知習慣的同步。許多關鍵概念的引入，缺乏必要的鋪墊和類比，仿佛讀者已經具備瞭相關的工程直覺。比如，關於水力平衡調節的部分，我不得不反復翻閱附錄中的名詞解釋，纔能勉強跟上作者的思路。這種對讀者背景知識的默認前提過高，使得這本書在作為教材或普及讀物方麵幾乎是零效能。我嘗試將其中關於換熱器選型優化的章節內容，用更通俗的語言嚮同事解釋，結果發現自己也無法用非專業術語清晰地錶達，這恰恰說明瞭書本內容與實際溝通場景的脫節。這本書更像是作者與領域內少數同行的“對話”，充滿瞭隻有圈內人纔能心領神會的“黑話”和約定俗成的縮寫，對於新進入者來說，學習麯綫幾乎是垂直的。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我一種非常厚重、嚴謹的感覺，那種深沉的藍色調和簡潔的字體排版，讓人立刻聯想到這是一本學術性很強的專業著作。我原本是抱著學習基礎知識的目的翻開的，期待它能像一本教科書那樣，條分縷析地介紹某個領域的核心概念。然而，當我深入閱讀後，發現這本書的敘述方式遠比我預期的要晦澀難懂。它似乎更傾嚮於深入探討某個技術細節的理論推導，而不是提供一個清晰的入門路徑。很多章節上來就是復雜的數學模型和公式堆砌，中間幾乎沒有足夠篇幅來解釋這些公式背後的物理意義或工程背景。對於我這種初學者來說，讀起來就像是在攀登一座陡峭的山峰，每走一步都需要耗費極大的精力去消化那些抽象的符號，卻常常感到自己在原地踏步。我花瞭大量時間試圖理解其中關於熱量傳遞效率優化的章節，但結論總是停留在理論層麵，缺乏與實際工程案例的有效結閤，使得這些“最優解”顯得有些空中樓閣，難以在實際操作中找到對應的切入點。這本書的排版也略顯擁擠，圖錶質量有待提高，有些示意圖的分辨率較低，使得復雜係統的結構關係難以一目瞭然地把握。總而言之，它更像是一份高級研究人員的內部參考資料，而非麵嚮廣泛工程技術人員的實用手冊。

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