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出版者:机械工业出版社

作者:李晓东

出品人:

页数:278

译者:

出版时间:2006-7

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787111189886

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• 制冷技术
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《热力学与工程应用》 内容简介 《热力学与工程应用》是一部深入探讨热力学基本原理及其在各类工程领域广泛应用的著作。本书旨在为读者构建一个扎实的热力学理论基础，并清晰地展示这些原理如何驱动和塑造现代工程技术的发展。从宏观的热力学定律到微观的分子行为，本书系统地梳理了热力学的核心概念，并辅以大量的实际案例和应用场景，使读者能够深刻理解热力学在解决工程问题中的核心作用。 第一部分：热力学基本原理 本书的开篇，我们将从最基础的热力学概念入手，为后续深入的探讨奠定坚实的基础。 第一章 绪论与基本概念 热力学的定义与范畴： 介绍热力学作为一门研究能量转化与守恒的学科，及其在物理、化学、工程等多个科学分支中的地位。 系统、环境与边界： 详细阐述热力学系统的定义，区分封闭系统、孤立系统和开放系统，并介绍系统与环境之间的边界及其属性。 状态、性质与过程： 定义热力学状态和性质（如温度、压力、体积、内能、焓、熵等），并解释什么是热力学过程（如等温过程、绝热过程、等压过程、绝热过程等），以及它们的区别与联系。 状态函数与路径函数： 区分状态函数（其值仅取决于系统当前状态，与路径无关）和路径函数（其值与过程路径有关），为后续理解能量传递奠定基础。 准静态过程与实际过程： 解释什么是准静态过程，以及为何它在理论分析中具有重要意义，并与实际的不可逆过程进行对比。 量纲与单位： 梳理热力学中常用的物理量及其单位，确保读者在后续学习中能够正确运用。 第二章 热力学第一定律 能量守恒定律在热力学中的体现： 引入热力学第一定律，即能量守恒定律，阐述能量在系统与环境之间的传递形式——功和热量。 功的计算： 详细介绍不同形式的功，特别是体积功（膨胀功和压缩功）的计算方法，包括定压过程、定容过程、等温过程和绝热过程下的功。 热量的传递： 探讨热量传递的三种基本方式：传导、对流和辐射，并介绍它们的传热机理。 内能、焓与热力学第一定律的数学表达： 定义内能（U）和焓（H），并建立它们与热量、功和状态参数之间的关系。深入讲解热力学第一定律的数学表达式 $Delta U = Q - W$ 或 $Delta H = Q - W + VDelta P$（取决于定义）。 理想气体的内能与焓： 特别关注理想气体的性质，推导其内能和焓与温度的关系，以及定容比热容（Cv）和定压比热容（Cp）的概念，并揭示 Cp - Cv = R 的关系。 第一类永动机的可能性探讨： 基于热力学第一定律，论证第一类永动机（无需外界能量输入即可不断对外做功的机器）是不可能实现的。 第三章 热力学第二定律 热力学第二定律的必要性： 解释为何仅有热力学第一定律不足以描述自然界中的能量转化过程，例如热量总是自发地从高温物体流向低温物体，而不会反向进行。 热机与制冷机的工作循环： 引入热机（将热能转化为功的装置）和制冷机（将热量从低温转移到高温的装置）的概念，并分析它们的工作原理。 卡诺定理与卡诺循环： 详细介绍卡诺循环作为最理想的热力学循环，并推导其效率。阐述卡诺定理，即任何工作于两个给定温度之间的热机，其效率都不可能超过同等温度下工作的可逆热机（卡诺热机）的效率。 熵（Entropy）的概念： 引入熵（S）这一重要的热力学状态函数，解释它表征系统的无序度或混乱度。 熵的定义与计算： 给出熵的定义式 $Delta S ge frac{Q}{T}$，并详细介绍可逆过程和不可逆过程中熵的变化。 克劳修斯不等式与熵增原理： 阐述克劳修斯不等式 $oint frac{delta Q}{T} le 0$，并由此引申出“孤立系统的熵永不减少”的熵增原理，这是热力学第二定律的核心。 第二类永动机的可能性探讨： 基于热力学第二定律，论证第二类永动机（从单一热源吸热并完全转化为功的机器）也是不可能实现的。 熵在实际过程中的应用： 探讨熵的概念在预测过程方向、判断可逆性以及评估能量利用效率方面的作用。 第四章 热力学第三定律与热力学性质表 绝对零度的概念： 介绍绝对零度（0开尔文）的概念，以及在绝对零度下物质的运动状态。 热力学第三定律： 阐述热力学第三定律，即当温度趋于绝对零度时，纯净的晶体物质的熵趋于零。 热力学性质表的构建： 介绍如何利用实验数据和热力学定律构建物质的热力学性质表，例如水蒸汽表、制冷剂性质表等，以及它们在工程计算中的重要性。 生成函数与吉布斯自由能、亥姆霍兹自由能： 引入吉布斯自由能（G）和亥姆霍兹自由能（A），阐述它们与焓、熵、温度和压力之间的关系，以及它们在判断化学反应和相变方向时的应用。 第二部分：热力学在工程中的应用 在掌握了热力学基本原理后，本书将重点展示这些原理如何应用于解决实际工程问题，并进一步分析各种工程装置的工作原理。 第五章 气体状态方程与气体混合物 理想气体状态方程： 复习和深入分析理想气体状态方程 $PV = nRT$，及其在计算气体性质方面的应用。 实际气体状态方程： 介绍范德华方程等实际气体状态方程，解释它们如何修正理想气体模型，以更准确地描述实际气体的行为，特别是接近临界点时的行为。 分压定律与分体积定律： 阐述道尔顿分压定律和阿玛加分体积定律，以及如何计算气体混合物的总压、总容积和各组分的性质。 气体混合物的焓、熵与内能： 介绍如何计算气体混合物的总焓、总熵和总内能。 第六章 热力学循环分析 朗肯循环（蒸汽动力循环）： 详细分析朗肯循环，包括其四个基本过程：锅炉吸热、膨胀、冷凝放热和水泵抽水。探讨影响其效率的因素，如蒸汽的过热度、背压等，并介绍实际朗肯循环与理想朗肯循环的区别。 布雷顿循环（燃气轮机循环）： 分析布雷顿循环，包括其四个过程：等压吸热、绝热膨胀、等压放热和绝热压缩。探讨影响其效率的因素，如压比、进气温度等，并介绍实际布雷顿循环的修正。 奥托循环与狄塞尔循环（内燃机循环）： 分析往复式内燃机中最常见的奥托循环（汽油机）和狄塞尔循环（柴油机），包括它们的特点、能量转化过程和效率分析。 制冷循环： 深入分析各种制冷循环，例如蒸汽压缩制冷循环、吸收式制冷循环等，重点讲解它们的制冷剂选择、压缩、冷凝、膨胀和蒸发过程，以及其制冷系数（COP）的计算和影响因素。 热泵循环： 介绍热泵循环的工作原理，它实质上是将制冷循环的反向运行，用于供热。分析其性能系数（COP）以及与制冷循环的联系。 第七章 传热学基础 传热的机理： 详细阐述热传导、热对流和热辐射这三种最基本的传热方式。 热传导： 介绍傅里叶定律，分析一维、稳态和瞬态热传导问题，探讨导热系数、热阻等概念。 热对流： 介绍对流传热的两种类型：自然对流和强制对流。引入努塞尔数、对流换热系数等概念，分析影响对流换热效率的因素。 热辐射： 介绍黑体辐射定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律等，分析辐射换热的机理，以及表面辐射率、吸收率、反射率等参数的作用。 复合传热： 分析实际工程中常见的复合传热问题，例如同时存在传导、对流和辐射的情况，以及如何进行简化和近似计算。 第八章 燃烧与能量转化效率 燃烧的基本概念： 介绍燃烧的定义、燃料与氧化剂、燃烧反应的化学计量。 燃烧产物与理论空燃比： 计算完全燃烧所需的理论空燃比，以及实际燃烧过程中可能产生的各种产物。 燃烧热与加热值： 定义燃烧热，区分高位发热量（HHV）和低位发热量（LHV）。 能量转化效率的评估： 综合运用热力学第一、第二定律，分析各种能量转化装置（如锅炉、内燃机、燃气轮机等）的能量损失，并评估其热效率、机械效率、指示效率等。 第三部分：先进热力学概念与新兴应用 本书的最后部分将触及更深层次的热力学概念，并展望其在未来科技发展中的作用。 第九章 相平衡与相变 相图的绘制与解读： 介绍纯物质和二元混合物的相图（如P-T图、T-x图、P-x图等），并解释相图上各区域、各线的物理意义。 相变过程： 深入分析固-液、液-气、固-气等相变过程中的热力学特征，例如熔点、沸点、汽化潜热等。 吉布斯相律： 阐述吉布斯相律 $F = C - P + 2$，并用以分析多组分、多相系统的自由度。 第十章 统计热力学入门 微观与宏观的联系： 介绍统计热力学如何通过微观粒子（原子、分子）的行为来解释宏观热力学性质。 玻尔兹曼分布与麦克斯韦分布： 介绍能量在粒子间的分布规律，例如玻尔兹曼分布和麦克斯韦速度分布。 熵与概率的联系： 进一步深化熵的概念，将其与微观状态（微观态）的数目联系起来，即 $S = k_B ln Omega$。 第十一章 热力学在新能源与可持续发展中的应用 可再生能源的能量转化： 分析太阳能、风能、地热能等可再生能源在能量转化过程中的热力学原理和效率限制。 能源储存与转化技术： 探讨氢能、储能电池等新型能源储存与转化技术的能效分析。 热电联产与热电冷联产： 介绍提高能源利用效率的热电联产（CHP）和热电冷联产（CCHP）技术。 碳捕获与利用（CCU）： 探讨与碳排放相关的热力学挑战和可能的解决方案。 第十二章 结论与展望 热力学原理的普适性： 总结热力学定律在自然界和工程界的广泛适用性。 工程设计中的热力学思维： 强调将热力学分析融入工程设计流程的重要性。 未来研究方向： 展望热力学在复杂系统、生物系统、量子热力学等新兴领域的应用前景。 《热力学与工程应用》力求通过清晰的逻辑结构、严谨的数学推导和丰富的工程实例，引导读者逐步掌握热力学的精髓，并培养运用热力学原理解决复杂工程问题的能力。本书适用于高等院校理工科专业本科生、研究生，以及从事相关工程技术工作的专业人士，也是一部优秀的参考书。

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这本厚厚的砖头，说实话，刚拿到手的时候，我内心是有点抗拒的。封面设计得极其朴素，那种深蓝配着白色的宋体字，一股浓浓的“教材”气息扑面而来，让人联想到大学里那些啃了无数遍却依然云里雾里的专业课本。我本来期望能有些更生动、更贴近实际应用的案例，比如某个著名商场中央空调系统的故障排除，或者家庭冰箱里制冷剂泄漏后的应急处理流程。然而，书本内容更多的是扎实的理论推导，什么卡诺循环效率的极限，制冷剂的热力学性质表格，还有各种压缩机的工作原理图，简直要把人拉回到物理课的课堂上。虽然理解这些是基础，但阅读过程中，我时不时地需要对照着旁边的参考书或者网络搜索，才能把那些复杂的公式和专业术语真正嚼烂咽下。特别是在处理那些涉及等熵过程和等温过程的图线分析时，感觉自己的脑细胞都在进行高强度的有氧运动。这本书的深度是毋庸置疑的，但对于初学者来说，门槛确实有点高，就像是直接把人扔到了深水区，希望通过自学完全掌握，没有点超凡的毅力和扎实的数理基础，恐怕要经历一番痛苦的挣扎。

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我购买这本书的初衷是想深入研究一下冷水机组的“防冻”和“防回油”两大核心难题在不同工况下的解决方案。我期待书中能提供详尽的故障诊断流程图，比如针对满负荷、低环境温度下可能出现的结冰点偏低问题，究竟应该如何调整水泵流量或增加防冻液比例，并给出相应的工程经验数据支撑。然而，这本书的“故障排除”部分，写得过于宽泛和程式化了。它罗列了常见的“制冷剂不足”、“排气温度过高”等问题，并给出了教科书式的简单对策，比如“检查泄漏点”或“改善冷却水流量”。这种描述对于有经验的工程师来说毫无价值，而对于新手而言，它没有提供任何“如何判断是轻微泄漏还是严重泄漏”的量化指标，也没有区分不同品牌和型号机组在处理这些问题时的细微差别。阅读完这部分内容，我感觉自己还是需要回到实际操作现场，对着那些闪烁着红色警报的面板，才能真正学会如何去“修”问题，而不是仅仅停留在“知道”问题层面。

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这本书的编撰风格过于学术化，导致它在与“设备”相关的实操层面显得力不从心。例如，在介绍各种换热器（蒸发器和冷凝器）的清洗与维护时，它主要集中在计算传热系数随污垢层厚度的变化模型上，这固然严谨，但读者真正想知道的是，面对油泥污染和水垢沉积，到底哪种化学清洗剂的配方更有效，以及清洗过程中对换热管材质的腐蚀风险如何评估。书中对不同材质（铜管、铝翅片、不锈钢）在酸洗或碱洗过程中的注意事项，几乎没有提及。此外，对于大型工业冷冻机组的年度大修流程，这本书也只是蜻蜓点水地提了一下“定期进行泄漏检测和抽真空操作”，却完全没有深入到如何安全地回收制冷剂、如何检查轴封磨损程度以及润滑油的在线监测技术这些关键环节。因此，作为一本声称覆盖“原理与设备”的书籍，它在“设备”这一半的表现，更像是一个理论概念的罗列，而非一本可供技师参考的维修手册。

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这本书的排版和图示质量，实在不敢恭维。对于一本技术类书籍来说，清晰的图纸和标注是至关重要的，但这本书里的很多工程图，尤其是那些管路布置图和阀件结构分解图，简直像是用上世纪八十年代的绘图软件制作的一样，线条模糊，尺寸标注混乱，有些地方甚至需要对着光才能勉强分辨出是哪个部件。更别提那些流程图了，一页纸上挤满了各种箭头和方框，色彩对比度极低，让人看了头晕眼花。我尝试对照书中的图例去理解一个四通换向阀的工作原理，结果发现图示的标记和文字描述之间存在好几处明显的出入，导致我不得不花额外的时间去查阅其他资料来验证哪个才是正确的。这种低劣的视觉呈现，极大地影响了阅读体验和知识的吸收效率。如果作者或出版社能在再版时投入资源进行专业的制图和排版优化，这本书的实用价值会提升不止一个档次。现在的状态，简直是对读者理解复杂机械系统的极大考验。

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拿到这本书，我主要是冲着它关于新型环保制冷剂替代方案的章节去的。毕竟现在环保法规越来越严，手里掌握一些关于R290、R1234yf这类低GWP值工质的实际应用数据和操作规范，在行业里是很吃香的。遗憾的是，这本书在这方面的论述显得有些过于保守和滞后了。它花了大量的篇幅去详细讲解了传统工质如R22、R134a的循环特性和设备选型，这些内容虽然经典，但在当前的市场环境下，很多操作规范和设备设计都已经开始逐步淘汰了。我翻阅了专门介绍变频技术在制冷系统中的应用的章节，它主要侧重于理论模型和性能系数（EER/SEER）的计算，缺少对实际工程中，变频器选型、控制逻辑优化以及与现有系统兼容性的具体案例分析。比如，在大型冷库的除霜周期控制上，如何利用智能算法精确控制压缩机的启停和变频频率，以达到最佳的能耗比，这本书里就没有深入探讨。总的来说，它更像是一部总结了过去成就的教科书，而非指引未来方向的实战手册，让人感觉在信息的前沿上稍稍落后了一步。

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