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出版者:North Amer Manufacturing Co

作者:Reed, Richard J.

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:

價格:55

裝幀:HRD

isbn號碼:9780960159635

叢書系列:

圖書標籤:

• Combustion
• North America
• Energy
• Engineering
• Chemical Engineering
• Fuel
• Industrial Processes
• Heat Transfer
• Environmental Science
• Power Generation

《工業過程熱力學與流體力學基礎》 本書聚焦於工業生産中至關重要的熱力學與流體力學兩大核心領域，旨在為工程技術人員、科研人員以及相關專業學生提供一套全麵、深入且極具實踐指導意義的理論與應用框架。全書內容緊密圍繞工業過程的優化、效率提升與安全運行展開，避免瞭對特定燃燒技術的冗餘探討，而是構建瞭一個廣闊的、適用於所有熱力學驅動過程的堅實基礎。 第一部分：熱力學基礎與過程分析 本部分係統梳理瞭熱力學的基本定律，並將其應用於復雜的工業係統分析。我們首先迴顧瞭宏觀與微觀熱力學的基本概念，包括狀態函數、過程、平衡態的定義，為後續的工程應用奠定理論基石。 1.1 熱力學第一定律在開放係統中的應用： 重點闡述瞭能量守恒原理在連續流動的工業設備，如泵、壓縮機、換熱器和反應器中的具體錶達形式——容積控製方程。詳細分析瞭穩態與非穩態過程下的能量平衡，特彆是考慮瞭係統邊界功（如軸功）和熱量傳遞對係統總能量變化的影響。 1.2 熱力學第二定律與熵的增量： 本章深入探討瞭熱力學第二定律在判斷過程可行性與效率極限中的核心作用。詳細介紹瞭熵增原理，並將其推廣至不可逆過程的分析。核心內容包括： 朗金循環與布雷頓循環的深入剖析： 側重於實際工業蒸汽動力裝置（如電廠鍋爐-汽輪機係統）和燃氣輪機的工作原理、效率限製，以及如何通過再生、迴熱、中間冷卻等技術手段來逼近卡諾效率極限。 㶲（Exergy）分析法： 作為第二定律的工程化工具，本書提供瞭詳盡的㶲分析方法論。通過㶲的損失計算，精確識彆齣工業流程中能量退化最嚴重、最需要改進的環節，例如高品位熱能的浪費或壓力損失導緻的有效能損耗。這為過程的本質性優化提供瞭量化依據，而非僅僅依賴於能量守恒的視角。 1.3 相平衡與物質傳遞： 討論瞭多組分係統的相平衡理論，包括氣液平衡（VLE）和固液平衡（SLE）。詳細介紹瞭理想溶液模型（如Raoult定律）的局限性，並引入瞭非理想溶液模型（如Wilson、NRTL、UNIQUAC方程）在化工分離過程（如精餾塔設計）中的應用。此外，還探討瞭化學勢在多相平衡體係中的關鍵作用。 第二部分：工業流體力學與輸運現象 本部分將焦點轉嚮瞭流體的運動、能量和物質的傳遞，這是所有涉及物料輸送和混閤過程的工業係統的基礎。 2.1 流體動力學基礎： 涵蓋瞭牛頓流體和非牛頓流體的本構關係。重點分析瞭納維-斯托剋斯方程（Navier-Stokes Equations）的簡化形式在工程上的應用，包括伯努利方程的適用範圍及修正。 2.2 管道流動與阻力計算： 詳細分析瞭圓管和非圓截麵管道中的層流與湍流。引入瞭雷諾數、摩擦因子圖（Moody Chart）的精確應用，並著重討論瞭管件（閥門、彎頭、放大器等）引起的局部阻力計算方法。這部分內容直接服務於泵、壓縮機選型和管網壓力降的精確估算。 2.3 動量、熱量與質量傳遞的耦閤： 探討瞭動量（流速）、熱量（溫度）和質量（濃度）在流動介質中同時傳遞的現象，即輸運現象。 對流換熱理論： 深入分析瞭無量綱數（Nusselt數、Prandtl數、Peclet數）在描述強製和自然對流換熱中的作用。提供瞭管內、管外、殼管式換熱器中傳熱係數的經驗關聯式和理論模型，並結閤LMTD和$epsilon-NTU$方法進行換熱器性能的評估與設計。 擴散與對流的相互作用： 闡述瞭Fick擴散定律與流體運動相結閤時物質傳遞的復雜性，為混閤、萃取和吸收塔的設計提供理論工具。 第三部分：工業過程建模與動態響應 本部分將理論知識與現代過程控製及係統動態分析相結閤，提升對實際運行中係統行為的理解和預測能力。 3.1 過程控製元件的流體與熱力學特性： 分析瞭調節閥、計量泵等控製執行器的流體動力學特性，以及它們如何影響整個控製迴路的傳遞函數。 3.2 一維過程模型的建立： 重點介紹瞭如何利用質量、能量和動量守恒定律，對集總參數係統（Lumped Parameter Systems，如儲罐、簡單反應器）和分布參數係統（Distributed Parameter Systems，如長管道、填充塔）建立微分代數方程組（DAE/ODE）。 3.3 動態響應分析： 使用拉普拉斯變換和傳遞函數描述係統對階躍、正弦擾動的響應。討論瞭係統的一階、二階慣性特性，以及延遲時間對過程穩定性的影響。這部分內容旨在幫助工程師理解和設計更魯棒的過程控製策略，從而應對負荷波動和環境變化。 總結 本書的編撰遵循“從第一性原理齣發，迴歸工程實踐需求”的原則。它提供瞭一種超越特定技術細節的通用分析工具箱，使讀者能夠係統性地分析任何涉及流體、熱能轉換和物質交換的工業過程。本書結構嚴謹，數學推導詳實，同時配有大量的工程實例與案例分析，確保讀者不僅掌握“是什麼”，更能理解“為什麼”和“如何做”。全書緻力於培養讀者運用熱力學和流體力學原理解決復雜、多變量工業難題的能力。

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作為一名獨立的技術顧問，我經常需要在短時間內快速瞭解一個全新行業的燃燒特性，比如從傳統的燃油鍋爐轉嚮生物質氣化發電係統。對於這種跨行業的知識遷移，我需要的是一本能夠提供堅實“基本盤”知識體係的書。這本書在這方麵做得非常齣色，它的結構設計如同一個完美的知識漏鬥，從最底層的物理定律開始，層層遞進，最終匯聚到最復雜的係統集成應用層麵。我特彆喜歡它對“燃燒診斷”那一塊內容的詳述，它不僅僅是告訴你“哪裏錯瞭”，更重要的是提供瞭一套係統的排查流程。比如，當齣現火焰位置異常後，手冊會指導你依次檢查燃料質量、風溫、風速分布，以及最關鍵的——燃燒室內的壓力梯度變化。這套係統性的思維訓練，遠比零散的故障排除指南要有效得多。此外，它對不同燃燒器設計（如文丘裏噴嘴、鏇流器等）的特性麯綫圖給得非常詳盡，這讓我在評估客戶現有設備性能衰退時，有瞭一個明確的基準綫可以參考，極大地提高瞭我的評估效率和準確性。

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我必須承認，我購買這本書主要是衝著它對“工業燃燒安全與排放控製”那幾個章節去的。我負責一傢大型石化聯閤裝置的運行安全監督工作，對於過程安全管理（PSM）來說，任何潛在的爆炸或火災隱患都是零容忍的。這本書在處理瞬態現象和失穩過程方麵的論述，絕對是業內頂尖水準。它不僅羅列瞭常見的燃燒不穩定性原因，比如迴流區過大或燃料/空氣混閤不均，還細緻地分析瞭不同報警閾值的設定依據。特彆是在超低排放控製方麵，它對選擇性非催化還原（SNCR）和選擇性催化還原（SCR）係統的反應溫度窗口、氨逃逸率的預測模型進行瞭詳盡的對比分析，並給齣瞭在實際煙氣組分波動情況下的工程修正係數。這比廠商提供的宣傳資料要嚴謹得多。我記得我們曾經為SCR係統氨逃逸率偏高而頭疼不已，通過書中提到的基於工況實時調整噴射量和風箱壓力的控製策略，我們成功地將逃逸率穩定在瞭目標值以下。這本書的價值在於，它把復雜的化學反應和流體力學現象，轉化為可量化、可控製的工程參數，真正做到瞭讓安全和效率並重。

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這本書的深度和廣度，簡直令人嘆為觀止。我是一名在大學裏教授能源工程的研究人員，我的主要工作是探索下一代低碳燃燒技術，比如貧油預混燃燒和等離子體輔助點火。在學術研究中，我們對底層物理機製的要求極高，需要精確的反應動力學速率常數和詳細的輸運模型參數。我過去常常需要跨越好幾本不同的專業書籍——一本關於化學動力學的，一本關於流體動力學的——纔能拼湊齣我們需要的完整模型輸入集。然而，《北美燃燒手冊》的齣現，極大地簡化瞭我的工作流程。它在動力學部分對C1到C3碳氫化閤物的基元反應網絡進行瞭非常詳盡的梳理，並且引用瞭最新的實驗數據來驗證模型的準確性。更讓我驚喜的是，它在計算流體力學（CFD）應用的章節中，沒有僅僅停留在介紹方程組，而是深入探討瞭不同雷諾平均納維-斯托剋斯（RANS）模型（如$k-epsilon$、$SST$ $k-omega$）在模擬火焰穩定性和化學反應速率時的適用性偏差。這種將前沿模型技術與傳統工程實踐相結閤的態度，使得這本書的學術價值和工程價值都達到瞭一個非常高的水平，對於培養研究生來說，也是無可替代的教材。

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這本書，坦率地說，拿到手上時我還有些猶豫，畢竟市麵上關於熱力學和燃燒過程的參考書已經汗牛充棟。我是一名在化工領域摸爬滾打瞭快二十年的工程師，主要精力放在大型工業鍋爐的優化和故障診斷上。我最看重的是實用性和數據支撐，那些隻停留在理論層麵、缺乏實際工程參數的書籍對我來說價值有限。然而，《北美燃燒手冊》這本書，給我的感覺是它成功地在嚴謹的理論基礎與麵嚮實際應用的工程數據之間找到瞭一個極佳的平衡點。它的章節組織非常清晰，從最基礎的化學計量學到復雜的湍流火焰建模，邏輯遞進得非常自然，即便是需要快速查閱某個特定工況下燃料的熱值或排放因子時，它的索引係統也做得相當人性化，檢索效率很高。我特彆欣賞它對不同類型燃料（從天然氣到重油乃至生物燃料）在不同燃燒器配置下的性能對比分析，這對於我們進行設備升級改造項目時至關重要。我記得有一次處理一個燃煤循環流化床鍋爐的返飛率問題，市麵上很多手冊隻給齣瞭通用公式，但這本書裏詳盡地列齣瞭不同粒徑分布和水分含量對流化特性的影響麯綫圖，這直接幫助我確定瞭優化燃燒風量的關鍵區間。總而言之，它不僅僅是一本“工具書”，更像是一位經驗豐富的老專傢在你身邊隨時準備提供精確指導。

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這本書的內容厚重，但閱讀體驗卻齣乎意料地流暢，這歸功於作者們在案例選擇和圖錶繪製上的匠心獨運。我不是一個喜歡死摳公式的人，我更偏愛那些能夠通過直觀圖示來理解復雜過程的書籍。這本書裏的插圖質量非常高，很多關鍵的火焰結構圖、壓力分布雲圖，都清晰地展示瞭物理過程的本質。比如，在解釋“燃燒效率”時，它不僅僅給齣瞭一個熱效率公式，而是通過對比一個理想的完全混閤燃燒室和一個實際的擴散火焰燃燒室的停留時間分布（RTD）麯綫，形象地展示瞭未燃盡損失是如何産生的。這種將抽象概念具象化的能力，對於初學者非常友好，同時對於資深工程師來說，也是一個很好的知識迴顧和深化理解的契機。我記得我曾經嚮我的實習生推薦這本書，他反饋說，這是他接觸過的關於燃燒理論最“可視化”的一本參考書。它成功地避免瞭將枯燥的數學推導堆砌起來，而是將數學模型作為理解物理現象的工具，而非目的本身。這種務實的教育理念，讓這本書在眾多專業手冊中脫穎而齣，成為我書架上最常被翻閱的一本。

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