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出版者:Kaplan

作者:Newman, Donald

出品人:

页数:250

译者:

出版时间:2007-5

价格:142.00元

装帧:Pap

isbn号码:9781419518157

丛书系列:

图书标签:

• 热力学
• 考试
• 工程热力学
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• 能源
• 复习
• 题库
• 高等教育
• 理工科
• 大学教材

燃烧的引擎：现代机械动力学前沿探索 图书简介 《燃烧的引擎：现代机械动力学前沿探索》 是一部深度剖析现代工程领域中动力系统设计、优化与未来发展方向的专业著作。本书旨在为机械工程、航空航天、能源科学等领域的工程师、研究人员以及高年级学生提供一个全面且深入的视角，探讨驱动我们现代世界的复杂热力学过程、流体力学效应以及先进材料的应用。 本书的结构设计精妙，循序渐进地引导读者穿越从宏观系统性能分析到微观材料行为理解的广阔知识体系。全书内容聚焦于实际工程问题的解决和前沿技术的突破，彻底摒弃了基础理论的重复阐述，直接切入复杂系统的核心挑战。 --- 第一部分：先进热力循环与系统集成（Advanced Thermodynamic Cycles and System Integration） 本部分着重探讨超越经典朗肯和布雷顿循环的先进热力学构型及其在实际高效率能源转换中的应用。 1. 超临界与超超临界流体应用（Supercritical and Ultra-Supercritical Fluid Applications）： 详细分析了在发电领域，如何利用水蒸气在临界点以上运行所带来的热效率飞跃。内容包括：关键部件（如锅炉、汽轮机叶片）在极端压力和温度下的材料选择标准、腐蚀控制策略（如氧化物沉积管理），以及如何通过精确控制加热和冷却速率来最大化能量提取。特别关注了先进超超临界电站的设计优化，特别是针对锅炉炉膛内燃烧不确定性的建模与控制。 2. 往复式内燃机的深度剖析（In-Depth Analysis of Reciprocating Internal Combustion Engines）： 本章并未停留在标准的均相燃烧理论，而是深入探讨了稀薄燃烧（Lean Burn）、均质充量压燃（HCCI） 以及湍流火焰传播（TFE） 在提高燃油经济性和降低氮氧化物（NOx）排放方面的最新进展。重点介绍了高分辨率二维和三维计算流体力学（CFD）在优化进气道几何形状、喷油正时和火花塞位置中的应用，特别是针对重型柴油机和新型均质点火汽油机（GCI）的瞬态性能分析。 3. 组合循环与热电联产（Combined Cycles and Cogeneration）： 探讨了燃气轮机与蒸汽轮机组合系统的动态耦合问题。分析了如何利用先进的废热回收锅炉（HRSG）设计，特别是二次再热技术和先进工质（如二氧化碳作为朗肯循环工质） 的集成，实现系统总效率突破50%的工程可行性。书中还详细介绍了热电联产（CHP）系统中，如何平衡热负荷与电负荷需求，实现能源利用率的最大化。 --- 第二部分：高精度流体力学与传热（High-Fidelity Fluid Dynamics and Heat Transfer） 本部分侧重于在极端工况下，流体流动与热量传递的复杂相互作用，这是高性能热力机械设计的核心。 4. 湍流建模的最新进展（Frontiers in Turbulence Modeling）： 深入讨论了超越标准$k-epsilon$模型的方法论，如雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）、大涡模拟（LES） 和直接数值模拟（DNS） 在旋涡识别、壁面边界层分离预测中的优劣势。书中通过具体的叶轮机械（如涡轮叶片和压缩机）的案例研究，展示了如何利用高阶模型来精确预测气动损失和二次流结构。 5. 复杂传热机制（Complex Heat Transfer Mechanisms）： 关注在高速流动和极端温差下的非经典传热。内容包括：膜冷却技术（Film Cooling） 在涡轮叶片气膜的形成、穿透和破裂过程中的多尺度模拟；热障涂层（TBCs） 的失效模式分析，特别是应力驱动的脱层和微裂纹扩展；以及微通道换热器中相变传热增强的技术。 6. 气动弹性力学与颤振分析（Aeroelasticity and Flutter Analysis）： 针对高速旋转机械和飞行器结构，系统分析了流体动力载荷与结构振动之间的耦合效应。包括气动载荷的随机激发、颤振临界速度的精确计算，以及如何通过结构阻尼优化和叶片几何形状的修改来抑制失稳振动。 --- 第三部分：材料科学与极端环境下的性能（Materials Science and Performance in Extreme Environments） 现代动力系统的性能极限往往由其所用材料的耐受能力决定。本部分聚焦于下一代材料在苛刻工作条件下的行为。 7. 镍基单晶与陶瓷基复合材料（Nickel-Base Superalloys and Ceramic Matrix Composites, CMCs）： 详细解析了新一代第三代和第四代镍基高温合金（如高铼含量合金）的微观结构稳定性、蠕变断裂机制以及高温氧化/热腐蚀的动力学过程。更重要的是，本书投入大量篇幅讨论了CMCs在涡轮前端的应用潜力，包括纤维/基体界面设计以增强抗冲击性和抗热震性，以及在服役中对微裂纹的自修复机制。 8. 增材制造对热力学系统的影响（Impact of Additive Manufacturing on Thermal Systems）： 探讨了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等技术如何变革传统的热力学部件制造。重点分析了增材制造部件的残余应力分布、晶粒结构各向异性对疲劳寿命的影响，以及如何利用增材制造技术实现复杂内部冷却通道的设计，从而突破传统铸造工艺的限制。 9. 燃烧产物的腐蚀与沉积（Corrosion and Deposition from Combustion Products）： 针对燃气轮机在低等级燃料（如生物燃料或含硫燃料）运行中面临的严重腐蚀问题。分析了熔盐腐蚀的机理，特别是硫酸盐和钒酸盐沉积对叶片材料的损害路径。同时，提出了先进的表面工程解决方案，如高熵合金涂层和反应扩散屏障涂层（DBRs）的应用效果评估。 --- 第四部分：面向未来的动力系统设计理念（Design Philosophies for Future Power Systems） 本部分展望了能源转型背景下，动力系统设计所面临的范式转变。 10. 碳捕获与再利用（Carbon Capture and Utilization, CCU）： 重点研究了集成在发电系统中的后燃烧捕获技术的能耗分析，以及对现有蒸汽循环性能的影响。探讨了直接空气捕获（DAC） 技术的能量需求和集成挑战。此外，还涉及将捕获的$ ext{CO}_2$作为工作介质，应用于新的热力学循环（如布雷顿循环的变体）中的可行性研究。 11. 氢能与合成燃料在热机中的应用（Hydrogen and Synthetic Fuels in Thermal Machines）： 考察了纯氢气和氨（$ ext{NH}_3$）燃料在现有燃气轮机和内燃机中的燃烧特性和排放控制挑战。内容涵盖氢气火焰速度、回火风险的精确建模，以及如何通过催化燃烧技术实现超低 $ ext{NOx}$ 排放。 12. 系统级可靠性与寿命预测（System-Level Reliability and Life Prediction）： 引入了基于物理的寿命预测（PB-LLP） 方法论，结合多物理场耦合模拟结果，对复杂热力学系统进行剩余使用寿命（RUL） 评估。强调了数字孪生技术在实时监测、故障诊断和预测性维护中的关键作用，确保高性能动力系统在极端条件下的长期稳定运行。 --- 《燃烧的引擎：现代机械动力学前沿探索》 绝非一本基础参考书，它是一份面向工程前沿的“行动指南”。本书通过严谨的理论框架与大量的工程实例相结合，致力于推动读者超越教科书知识的边界，直接参与到下一代高效率、高可靠性动力系统的开发与创新中。

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