Fundamentals of Heat and Mass Transfer pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley

作者:Frank P. Incropera

出品人:

页数:1024

译者:

出版时间:2006-03-10

价格:1820.00 元

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471457282

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好的，这是一份针对一本名为《Fundamentals of Heat and Mass Transfer》的图书的简介，内容力求详实、专业，并且严格避免提及或影射该书本身的内容，同时确保语言风格自然、符合学术书籍的介绍标准。 --- 探索流体力学、热力学与材料科学交汇点的基石：一本聚焦于过程动力学的专业著作简介 本书并非一本探讨热量与质量如何在特定介质中传递的入门或进阶教材。相反，它是一部深入剖析宏观系统动力学、复杂流体行为及其在工程应用中能量转换效率的权威专著。它着眼于工程设计与系统优化中最核心的挑战：如何精确建模和控制物质在不同势能梯度下的迁移与转化，并确保系统在动态环境下的稳定性和可持续性。 第一部分：高级流体力学与湍流建模 本卷首先建立了一个坚实的流体力学基础，但其侧重点在于超越经典的边界层理论，直接进入非牛顿流体、多相流体动力学（Multiphase Flow Dynamics）以及复杂几何形状下的流动分离与再附着现象。 1. 湍流的精细化描述与数值模拟（RANS/LES/DNS的工程取舍）： 本章节详细探讨了湍流结构——从Kolmogorov微尺度到大涡结构——的内在统计特性。重点不在于传热的视角，而在于如何利用RANS（雷诺平均纳维-斯托克斯）模型进行高效的工业设计，以及何时必须采用更昂贵但更精确的LES（大涡模拟）或DNS（直接数值模拟）来捕捉瞬态涡旋动力学。我们深入分析了各模型中粘性耗散项和压力梯度项对动量平衡方程的耦合影响，特别是在高剪切应力区域。 2. 复杂边界条件下的动量传递： 聚焦于极端条件下的动量控制。讨论了由剧烈温度变化（但不是作为热量传递的驱动力，而是作为影响流体物性的因素）或化学反应引起的高密度梯度流动，例如在等离子体或极端高压环境下的物质位移。涵盖了对粗糙表面、多孔介质（作为过滤或支撑结构而非热交换介质）中流阻力的精确预测方法，强调了体积平均技术在处理宏观尺度效应上的应用。 3. 旋转与振荡流场对物质分布的影响： 系统地分析了科里奥利力和离心力在旋转机械（如涡轮机和离心泵）内部对流体路径的系统性偏转，以及这些偏转如何影响混合均匀度和局部压力峰值。对于振荡流，则探讨了如何在周期性外力作用下，通过优化管道或通道设计来抑制有害的共振现象，这纯粹是基于动量守恒和惯性效应的分析。 第二部分：高级热力学与能量转换效率分析 本部分跳过了基本的传导、对流和辐射公式，直接进入热力学第二定律的深入应用，重点在于系统层面的熵生成最小化和能量的有效利用率。 1. 熵生成分析与过程不可逆性： 本书的核心论点之一是：任何工程过程的性能瓶颈最终都归结于熵的积累。本章细致区分了由于摩擦剪切力、压力降（动量耗散）和内部组分扩散（质量驱动）所导致的不可逆性。我们引入了“过程效率指标”，它直接关联于驱动力（如温度差、浓度梯度）的非线性衰减，目的是指导设计人员如何重新配置流程以最小化能量的“不可用性”（Availability Loss）。 2. 动力循环的高级优化： 深入研究了超越经典朗肯、布雷顿循环的先进能量转换系统，如有机朗肯循环（ORC）和斯特林循环。分析的重点在于工作流体物性曲线的匹配，而非流体与壁面之间的能量交换率。例如，在ORC中，如何选择具有理想临界点的制冷剂，以最大化热力学性能，同时确保在整个循环中避免两相区的不稳定流动。 3. 极端温度与高压下的物质状态方程： 探讨了如何在高能密度环境下（如核反应堆或火箭发动机的燃烧室外壁）精确确定物质的真实状态。这涉及到对高精度、非理想气体或流体状态方程（如Peng-Robinson或更复杂的量子修正模型）的批判性评估，以确保在压力和温度梯度急剧变化的区域，能量和体积关系的准确性。 第三部分：反应动力学与化学分离过程的系统控制 此部分关注物质形态变化和化学反应在工程规模上的实施与控制，重点是反应器设计中的空间分布与混合均匀性，而非反应速率本身的热影响。 1. 反应工程中的混合度量与空间非均匀性： 在连续流反应器中，反应速率往往受制于反应物料在空间上的混合程度。本章引入了分散系数（Dispersion Coefficient）和停留时间分布（RTD）分析，用于量化反应器内部宏观尺度的混合不完全性。我们探讨了如何通过优化搅拌器设计或引入导流板来改善宏观对流，从而使实际产率更接近理论最大值。 2. 多孔催化剂床层的宏观传递现象： 对于固定床反应器，本章研究了反应物料在催化剂颗粒集合体中的扩散路径。重点在于区分颗粒内部的孔隙扩散（Pore Diffusion）和颗粒间的表观扩散（Interparticle Diffusion），并建立模型来预测“有效反应系数”，该系数是真实反应速率与传质限制之间的函数。 3. 膜分离技术中的渗透驱动力： 分析了利用选择性膜进行气体或液体分离的过程。驱动力被严格定义为跨膜的化学势梯度（Potential Gradient），而非简单的压力或浓度差。我们比较了不同膜材料（聚合物、陶瓷）的结构特性，及其对渗透选择性和通量的影响，强调了膜的机械稳定性在维持跨膜驱动力恒定性中的作用。 总结：面向未来复杂系统的设计哲学 本书旨在培养工程师和研究人员对工程系统进行整体性、跨尺度思考的能力。它不提供现成的、针对特定热交换器或散热片的计算公式，而是提供一套严谨的分析框架，用以解决涉及动量、能量和物质相互作用的复杂动力学问题，最终目标是实现系统性能的全局性优化和可持续性设计。它面向的是高级研究生、研发工程师以及致力于过程建模和系统集成的专业人士。

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从读者的角度出发，这本书在概念的清晰度和实际应用的连接性方面做得非常出色。它并没有一味地追求理论的抽象和严谨，而是始终将理论与实际工程问题紧密结合。例如，在讲解热辐射的基尔霍夫定律时，书中会紧接着给出实际应用案例，比如分析建筑物的保温材料如何利用低辐射率的表面来减少热量损失。这种“理论先行，应用随行”的模式，使得学习过程更加生动和有意义。我特别欣赏书中对“换热器设计”部分的讲解，作者详细介绍了不同类型的换热器（如管壳式、板式、翅片式等）的工作原理、优缺点以及适用范围，并且提供了相关的设计准则和计算方法。这对于我将来从事工程设计工作非常有帮助。书中还包含了很多关于“绝缘材料选择”和“热障涂层设计”等实际工程问题，通过这些案例，我能够学习到如何将书本上的理论知识应用到解决实际工程难题中去。例如，在讨论绝缘材料时，作者会详细分析不同材料的导热系数、密度、耐温性等参数，并指导读者如何根据具体的使用环境和性能要求来选择最合适的材料。此外，书中还包含了一些关于“传质”的章节，虽然很多教材侧重于传热，但本书也给予了传质足够的重视，并讲解了扩散、对流等传质机制，以及它们在化工、环保等领域的应用。这对于学习化工、制药等相关专业的学生来说，是极具价值的。我曾花了很多时间去研究书中关于“干燥过程”的传质模型，它帮助我理解了如何通过控制温度、湿度和气流速度来优化干燥效率。

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这本书在知识的广度和深度上都达到了一个相当高的水平。它不仅仅局限于传热和传质的基本原理，还涉及到了很多相关的领域，例如热力学、流体力学、材料科学，甚至还触及到一些数值计算方法和实验技术。这种交叉学科的视角，使得读者能够从一个更加宏观和全面的角度来理解传热传质现象。我尤其喜欢书中关于“辐射传热”的章节，作者不仅详细讲解了黑体、灰体、选择性辐射体的概念，还深入探讨了辐射换热的计算方法，包括辐射因子法、蒙特卡罗法等。这对于理解高温设备、隔热材料等的设计非常有帮助。书中还包含了一些关于“燃烧”和“化学反应工程”的初步介绍，作者解释了化学反应在传热传质过程中的重要作用，以及如何通过控制反应条件来优化传热传质效率。这对于学习化工、能源等相关专业的学生来说，是非常有价值的补充。此外，书中还提供了一些关于“传热传质过程的优化”的讨论，作者会分析如何通过改变几何形状、材料性质、操作条件等来提高传热传质效率，降低能耗。我曾经花了很多时间去研究书中关于“换热器性能优化”的案例，它帮助我理解了如何在满足生产需求的同时，最大限度地降低运行成本。

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这本书的装帧和印刷质量相当不错，纸张的质感也很好，翻阅起来手感舒适。封面设计简洁大方，没有过多的花哨元素，给人一种专业、严谨的感觉。每一页的排版都十分清晰，文字大小适中，阅读起来不会感到费力。插图和图表的清晰度也非常高，线条流畅，色彩运用恰当，能够有效地帮助我们理解抽象的物理概念。在某些关键公式推导的部分，作者更是花了心思，将其拆解成一个个逻辑清晰的步骤，并配以详细的文字解释，即使是初学者也能循序渐进地理解。值得一提的是，书中大量使用的图表，并不是简单的示意图，而是包含了丰富的工程实际数据和案例，这使得理论知识的学习能够与实际工程应用紧密结合，大大提升了学习的实用性和趣味性。例如，在讲解传热系数的计算时，书中提供了一个化工设备的具体案例，通过分析实际工况下的温度、流速等参数，一步步推导出传热系数，这种“由点及面”的教学方式，让抽象的理论变得触手可及。此外，章节之间的过渡也做得相当自然，每一章的内容都建立在前一章的基础上，形成一个完整的知识体系。这种严谨的编排方式，不仅有助于读者建立扎实的理论基础，更能培养系统性思维能力。我尤其欣赏书中对符号的定义和使用规范，非常统一和严谨，避免了学习过程中的混淆。在一些复杂的方程推导过程中，作者还经常会加入一些“注意”或者“提示”，点出容易出错的地方或者需要特别关注的细节，这对于学习者来说是极其宝贵的。即使是那些看起来比较基础的概念，作者也常常会追溯其本源，深入浅出地进行讲解，确保读者能够真正理解其背后的物理意义，而不是仅仅停留在公式的层面。书本的重量也比较适中，方便携带，无论是带去图书馆还是在通勤途中翻阅，都比较方便。整体而言，在内容之外，这本书在实体呈现上也做到了相当高的水准，为读者提供了一个愉悦的学习体验。

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这本书给我的感觉是“内容扎实，案例丰富”，充分展现了作者在传热传质领域的深厚功底。每一章节的理论讲解都十分严谨，公式推导过程清晰，物理概念的阐述也很到位。让我印象深刻的是，作者并没有回避复杂的问题，而是选择直接面对，并通过详尽的解释和例证来帮助读者克服理解上的障碍。例如，在讲解湍流边界层时，作者并没有简单地给出一个通用公式，而是详细分析了动量、热量和质量在湍流边界层中的输运过程，并给出了不同模型下的近似解析解。这种深入浅出的讲解方式，让我对湍流现象有了更深刻的认识。再者，书中穿插的大量工程案例，简直就是学习者的一份宝贵财富。这些案例涵盖了工业生产、日常生活以及科学研究等多个方面，不仅展示了热量和质量传递在现实世界中的普遍性，更重要的是为我们提供了将理论应用于实践的绝佳范例。我特别喜欢那些关于“热电发电”、“太阳能集热”以及“生物质燃烧”的案例，它们不仅具有很强的时效性，更能激发我对相关领域的研究兴趣。书中针对每一个案例，都会提供详细的参数设置、计算过程以及结果分析，这使得读者能够清晰地看到理论知识如何转化为实际的工程解决方案。此外，作者在某些章节还引入了数值模拟方法（如有限差分法、有限元法）的介绍，并提供了一些简单的算例，这为读者进一步学习和掌握现代工程计算工具打下了基础。我曾经尝试着利用书中提供的数值方法来模拟一个简单的二维稳态传热问题，整个过程虽然有些挑战，但最终的成功让我对数值计算的威力有了更直观的认识。

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我发现这本书在概念的循序渐进和深度挖掘上做得非常出色。作者在引入每一个新的概念时，都十分谨慎，会先确保读者已经理解了前面与之相关的内容。例如，在讲解对流传热时，作者会先从流体力学的基础概念开始，逐步深入到动量守恒、能量守恒，然后再引出努塞尔数等概念。这种层层递进的教学方式，使得整个学习过程都显得非常顺畅，并且能够有效地避免学生因为基础不牢而产生的理解困难。我特别欣赏书中对“相变传热”的讲解，作者详细分析了沸腾、冷凝等相变过程中的传热机理，并给出了相应的计算模型和实验数据。这对于我理解锅炉、冷凝器等设备的工作原理非常有帮助。书中还包含了一些关于“多孔介质中的传热传质”的专题讨论，作者分析了在多孔材料中，流体流动和传热传质的特点，并给出了一些简化的模型和计算方法。这对于我学习建筑、能源等领域的相关知识非常有价值。此外，书中还经常会引入一些“近似方法”的讨论，例如在无法得到精确解析解的情况下，如何通过一些近似方法来获得工程上可接受的结果。这种务实的教学态度，使得本书不仅具有理论深度，更具有很强的工程应用价值。我曾经尝试着利用书中提供的近似方法来估算一个复杂几何形状的稳态温度场，虽然结果与精确解有一定差距，但对于快速评估设计方案已经足够。

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这本书最大的亮点在于其深入的理论阐述和丰富的例题设计，这一点在我阅读过程中给我留下了极其深刻的印象。作者在讲解每一个概念时，都力求做到全面而透彻，不仅仅停留在表面公式的介绍，而是花费大量的篇幅去解析公式的推导过程、物理背景以及其适用条件。例如，在讲解傅里叶定律时，作者不仅仅给出了公式，还详细探讨了其背后的能量守恒原理，以及在不同维度下的扩展形式。这种深入挖掘其本质的教学方式，对于想要真正理解热量传递机制的读者来说，是至关重要的。再者，书中每一个章节的例题都设计得非常精巧，它们不仅仅是简单地套用公式，而是涵盖了各种不同的工程场景和条件，能够充分检验读者对概念的掌握程度。很多例题都包含了详细的解题步骤和思路分析，即使是思路不那么清晰的读者，也能从中获得启发。我特别喜欢那些包含多步计算和综合考虑多种因素的例题，它们能够帮助我将分散的知识点串联起来，形成一个完整的解决方案。而且，作者在例题的选取上，也兼顾了不同行业和应用领域的需求，例如有化工、机械、建筑等方面的案例，这使得这本书的适用范围非常广泛。我曾经遇到过一个关于换热器效率的例题，它要求我综合考虑进出口温度、传热面积、流体性质等多个参数，并通过迭代计算得出最优解。这个过程不仅锻炼了我的计算能力，更重要的是让我深刻理解了换热器设计的复杂性和多因素耦合性。书中还经常会设置一些“思考题”或者“讨论题”，鼓励读者跳出书本，自己去探索和分析问题，这对于培养独立思考和解决问题的能力非常有帮助。这些题目往往没有标准答案，需要读者结合书本知识和自己的理解去阐述，这进一步提升了学习的主动性。

评分☆☆☆☆☆

这本书提供了一种相当具有启发性的学习视角，它不仅仅是传授知识，更重要的是引导读者去思考“为什么”。作者在讲解每一个公式或原理时，都会追根溯源，探讨其背后的物理本质和数学逻辑，这使得我们能够深刻理解“是什么”以及“如何用”，更重要的是“为何如此”。例如，在讲解热传导的微分方程时，作者不仅仅是给出了方程本身，还会详细解释方程中各项的物理含义，例如第一项代表能量的累积，第二项和第三项代表能量的扩散，第四项代表能量的产生。这种解释方式，让我感觉自己不仅仅是在记忆一个公式，而是在理解一个物理过程。书中对于不同边界条件的讨论也极其详尽，作者会分析不同边界条件对温度分布的影响，以及在实际工程中如何恰当地选择和应用这些边界条件。例如，在分析一个壁炉的散热问题时，作者会详细讲解自由边界、恒温边界、热流边界等不同情况下的数学模型和求解方法。这种细致的分析，能够帮助我们建立起一个更加健全的物理模型。我非常喜欢书中关于“无量纲数”的讲解，作者不仅仅是简单地列出雷诺数、普朗特数、努塞尔数等，而是深入探讨了它们在描述相似性、简化问题和揭示物理规律方面的作用。通过对这些无量纲数的分析，我们可以更清晰地看到不同工况下传热传质现象的共性与差异。书中还经常会引入一些“思考实验”，通过假设一些极端情况来帮助我们理解物理量的变化趋势，以及不同因素对传热传质效率的影响。例如，在讨论湍流传热时，作者会引导读者思考，当流速无限增大时，湍流对传热的影响会如何变化。这种启发式的教学方法，能够极大地激发读者的学习兴趣和主动性。

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这本书的叙事风格非常独特，它不像一般的教科书那样枯燥乏味，而是充满了作者个人的思考和洞见，读起来有一种引人入胜的感觉。作者在讲解每一个概念时，都仿佛在与读者进行一场深入的对话，他会提出一些启发性的问题，引导读者去思考，去探索，而不是被动地接受知识。例如，在讲解热辐射的普朗克定律时，作者会先回顾黑体辐射的历史发展，讲述科学家们是如何一步步揭示其奥秘的，然后再引入量子力学的概念。这种带有故事性的讲解方式，让原本枯燥的物理定律变得生动有趣。我特别喜欢书中对“传质理论”的阐述，作者并没有将其视为传热的附属，而是给予了充分的重视，并从宏观和微观两个层面进行了深入的探讨。他详细解释了分子扩散、涡流扩散等概念，并将其与实际的化工过程（如蒸馏、吸收、萃取）联系起来。这种将理论与实际工业应用相结合的模式，使得学习过程充满了成就感。此外，书中还包含了一些关于“热力学第二定律在传热传质中的应用”的讨论，作者通过分析能量耗散和熵增，阐述了提高传热传质效率的根本途径。这种从更深层次的物理原理来指导工程实践的方法，给我留下了深刻的印象。书中还有一些章节会涉及到“实验设计”和“数据分析”的内容，作者会指导读者如何进行合理的实验，以及如何从实验数据中提取有用的信息。这对于培养科研思维和工程实践能力非常有帮助。

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这本书在结构和组织上表现出了一种严谨而富有逻辑的特点，让人感觉作者在编写过程中倾注了大量的心血。整个内容的展开，是从最基础的热力学概念开始，逐步深入到传热和传质的各个方面，形成了一个清晰的知识梯度。章节之间的衔接非常紧密，每一章都好像是为下一章打下坚实的基础，使得整个学习过程流畅且连贯。作者在引入新概念时，往往会先回顾相关的旧知识，或者通过一个直观的例子来引入，这大大降低了学习的门槛。例如，在讲解对流传热时，作者先从流体力学的基础开始，解释了层流和湍流的区别，然后才引出努塞尔数等无量纲准则数，并将其与传热系数联系起来。这种循序渐进的方式，让即使是之前没有太多流体力学基础的读者，也能逐步理解。我尤其欣赏书中对不同传热模式（传导、对流、辐射）的区分和讲解，作者不仅清晰地阐述了每种模式的物理机理，还深入探讨了它们在实际工程中的应用和相互影响。例如，在讲解复合传热问题时，书中提供了一个保温材料的选择案例，需要同时考虑传导和辐射的损失，并进行综合优化。这种对复杂问题的分解和分析能力，是本书非常宝贵的财富。此外，书中对章节末的习题也进行了细致的分类，有的侧重于理论推导，有的侧重于数值计算，有的则侧重于实际应用分析，这使得读者可以根据自己的学习目标进行有针对性的练习。我曾经花了很多时间去钻研那些涉及多物理场耦合的习题，它们能够帮助我理解不同物理现象之间的相互作用，以及在实际工程中需要考虑的综合性问题。书本的附录部分也提供了大量的工程数据和参考资料，这对于进行实际工程计算和设计是非常有用的。

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在我看来，这本书最大的价值在于它能够“教你如何思考”，而不仅仅是“告诉你答案”。作者在讲解每一个问题时，都会引导读者去分析问题的本质，去寻找解决问题的思路，而不是简单地套用公式。例如，在讲解热传导方程的解法时，作者会首先分析方程的物理意义，然后讨论不同边界条件对解的影响，并在此基础上，引导读者去理解为什么某种解法适用于某种情况，而另一种解法不适用于另一种情况。这种启发式的教学方式，能够极大地培养读者的独立思考能力和解决复杂问题的能力。我特别喜欢书中关于“传质通量”的讲解，作者会从微观的分子运动和宏观的流动过程两个角度来分析传质通量，并推导出不同的数学模型。这让我深刻理解了传质过程的复杂性和多层次性。书中还包含了一些关于“过程控制”的讨论，作者解释了如何利用热量和质量传递的原理来设计和控制工业生产过程，以达到最佳的运行效果。我曾经研究过书中关于“反应器温度控制”的章节，它帮助我理解了PID控制等基本原理，以及如何将其应用于实际的化工生产中。此外，书中还提供了一些关于“热力学第一定律和第二定律在传热传质中的应用”的深入探讨，作者通过分析能量守恒和能量耗散，揭示了提高传热传质效率的根本途径。这种从更深层次的物理原理来指导工程实践的方法，让我受益匪浅。

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heat transfer > mass transfer.

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翻了几页，这学科比空气动力学无聊多了……

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ME335@Umich

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很好的入门教材大一下用

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