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页数:505

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出版时间:2009-6

价格:88.00元

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isbn号码:9787030244772

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• combustion2008
• 燃烧
• 燃烧学
• 化学工程
• 能源
• 动力工程
• 自学手册
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• 2008
• 工程技术
• 工业化学

燃烧的艺术：现代热力学与工程应用 本书聚焦于热力学、燃烧过程的深入理论探讨与前沿工程实践，旨在为读者构建一个全面、系统且富有洞察力的知识体系。 第一部分：热力学基础与统计力学桥梁 本部分将热力学的基本概念——能量、熵、焓和自由能——置于坚实严谨的数学框架之中。我们不会停留在经典热力学的现象描述，而是深入探究其微观基础。 第一章：经典热力学公理的重塑 本章从基本假设出发，详细阐述了热力学第一、第二和第三定律的数学表述与物理意义。重点讨论了封闭系统、开放系统的能量平衡方程，并引入了非平衡态热力学的一些初步概念。我们将深入分析理想气体和真实气体的状态方程，包括范德华方程和更精确的彭-罗宾逊（Peng-Robinson）方程，并探讨如何利用勒让德变换构造出热力学势。 第二章：统计力学的微观视角 理解宏观热力学性质的微观起源，是掌握燃烧科学的关键。本章引入统计力学的基本概念，包括系综理论（正则系综、巨正则系综）。详细推导了玻尔兹曼分布、费米-狄拉克分布和玻色-爱因斯坦分布，并将其应用于理想气体的内能、熵和比热的计算。特别关注了配分函数（Partition Function）在计算气体热力学函数中的核心作用，以及它如何连接到朗之万方程（Langevin Equation）和布朗运动。 第三章：相平衡与化学热力学 本章侧重于物质在不同相态之间的平衡关系。深入分析了吉布斯相律，并详细讨论了纯物质和多组分系统的相图（如压力-温度图、压力-组分图）。在化学热力学方面，重点阐述了化学反应的平衡常数、吉布斯自由能与反应进度的关系。引入了活度系数的概念来描述真实溶液中的非理想行为，并讨论了电化学热力学在燃料电池系统中的初步应用。 第二部分：化学动力学与反应机理 燃烧本质上是一个快速的化学反应过程。本部分致力于揭示这些反应的速率、路径和产物形成机制。 第四章：反应速率理论 本章详细介绍了宏观反应速率定律的建立过程，包括零级、一级、二级反应的积分法和微分法分析。核心内容将是基于碰撞理论（Collision Theory）和过渡态理论（Transition State Theory, TST）。我们将详细推导活化能与反应速率常数之间的关系，并探讨如何利用阿伦尼乌斯方程（Arrhenius Equation）对不同温度下的反应速率进行精确预测。此外，还会讨论熵的贡献在速率常数中的体现。 第五章：复杂反应网络的机理分析 实际的燃料氧化过程涉及数百甚至数千个基元反应。本章介绍如何简化和分析这些复杂网络。重点讲解链式反应（Chain Reactions）的定态假设（Steady-State Approximation）和分支/终止过程在火焰传播中的作用。我们将以最基础的氢气氧化反应为例，详细展示如何构建和求解反应速率方程组，并引入敏感性分析（Sensitivity Analysis）来识别机理中的关键步骤。 第六章：火焰传播与爆炸极限 本章将动力学与输运现象相结合，探讨火焰在氧化剂中的传播行为。深入分析了扩散控制下的火焰（如扩散火焰）和预混控制下的火焰（如绝热火焰）。详细阐述了泽尔多维奇（Zeldovich）理论在预混火焰传播速度计算中的应用。此外，将系统地梳理不同燃料/氧化剂组合的爆炸极限、最小点火能以及层流火焰速度的实验测量方法。 第三部分：燃烧过程的输运现象与模型构建 要精确模拟燃烧，必须耦合化学反应与动量、热量和质量的输运过程。 第七章：动量、能量与质量输运 本章回归流体力学的基础，但重点关注高温、高反应性流体中的输运特性。详细推导了牛顿粘性定律和傅里叶热传导定律在曲面坐标系中的表达形式。在质量输运方面，将区分扩散（Diffusion）和迁移（Convection），并引入菲克定律（Fick’s Laws），特别是针对多组分混合物的扩散系数计算，考虑扩散偶极效应（Diffusion Coupling）。 第八章：燃烧流场的数值模拟基础 本章为计算流体力学（CFD）在燃烧模拟中的应用奠定基础。重点介绍如何将Navier-Stokes方程、能量方程和组分输运方程在有限体积法框架下离散化。讨论压力-速度耦合算法（如SIMPLE或PISO算法）。在湍流模型方面，将侧重于雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型，如$k-epsilon$和$k-omega$模型，并探讨如何将化学反应引入湍流燃烧模型（如EDC模型或混合速率模型）。 第九章：辐射传热在高温系统中的主导作用 在工业燃烧器和自然界的大型火灾中，辐射换热往往是主要的能量转移机制。本章详细分析了气体和固体颗粒对热辐射的吸收、发射和散射特性。介绍普朗克定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律，并探讨了非灰体（Non-Gray Gas）辐射的计算方法，如辐射传输方程（Radiative Transfer Equation）的求解，包括射线追踪法和区域法。 第四部分：工程应用与先进燃烧技术 本部分将理论知识应用于实际工程挑战，探讨现代高效清洁燃烧技术。 第十章：燃气轮机与内燃机的热力学循环分析 从工程热力学视角出发，系统分析布雷顿循环（Brayton Cycle）在燃气轮机中的优化。讨论了实际循环中的压气机和涡轮效率损失，以及如何通过热力学方法（如有效能Exergy分析）来识别循环中的不可逆性来源。在内燃机部分，关注奥托循环和狄塞尔循环的实际偏离，以及高压缩比和稀薄燃烧对热效率和污染物排放的影响。 第十一章：先进燃烧技术：低排放与高效率 本章深入探讨解决传统燃烧污染问题的技术。重点研究贫油预混燃烧（Lean Premixed Combustion, LPMC）如何通过降低火焰温度来抑制热力学NOx的生成。详细阐述了辐射冷却、水蒸气注入、以及先进的旋流器设计在稳定和控制火焰中的作用。此外，将介绍选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）等后处理技术的热力学和动力学基础。 第十二章：现代反应堆设计与安全考量 最后，本章将理论模型应用于特定的反应堆系统。讨论了流化床燃烧器（Fluidized Bed Combustors）中颗粒物输运与燃烧的耦合问题，以及涉及多相流和复杂化学的煤粉燃烧过程。安全方面，将分析火灾蔓延的物理机制，以及如何利用热力学和动力学参数来预测和预防热失控反应（Thermal Runaway）。 本书的特点： 理论与实践深度融合： 每个理论章节后都紧跟工程实例，确保知识的可操作性。 聚焦前沿： 涵盖了最新的湍流燃烧模型和低排放燃烧技术。 严谨的数学推导： 确保读者能够从第一性原理理解复杂的物理现象。 本书适合高等院校热力学、化学工程、航空航天工程、机械工程专业的高年级本科生、研究生以及从事燃烧设备设计、过程优化和能源研究的工程师与科研人员。

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读这本书的过程，对我而言，更像是一场与一位经验丰富的老教授的“深夜对谈”。作者的笔触透露出一种沉稳且富有洞察力的风格，他似乎非常了解学习者在哪个节点会产生困惑，并总能在关键时刻提供一个巧妙的侧面解释。例如，在讨论到燃烧稳定性的问题时，许多书籍会直接给出复杂的判据，让人生畏。然而，这位作者却别出心裁地引入了“反馈机制”的概念，将燃烧系统比作一个复杂的乐团，强调了进气条件、燃料供给和火焰本身的相互影响，这种类比让“失稳”这个原本听起来很技术性的词汇，变得可感可知。我发现，每一次我试图跳过一些看似可以略读的部分时，很快就会在接下来的章节中遇到理解上的瓶颈，这迫使我必须回过头来，重新审视前面被我轻视的细节。这种设计，可以说是对读者耐心和专注度的一种持续挑战，但也正是这种“反向引导”，确保了知识的吸收是扎实而连贯的。

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这本书的封面设计得很有意思，那种磨砂质感摸起来非常舒服，拿到手里就感觉分量十足，让人对里面的内容充满了期待。我本来以为这本关于“燃烧”主题的书籍会充斥着大量晦涩难懂的化学方程式和热力学术语，读起来会像是在啃一本大学教材，但事实证明我的担心是多余的。作者在开篇部分就花了大力气搭建了一个非常直观的知识框架，他没有急于抛出复杂的公式，而是从我们日常生活中最常见的火灾、发动机工作原理这些例子入手，循序渐进地引导读者进入到更深层次的理论探讨中。这种叙事方式，极大地降低了初学者的阅读门槛。特别是关于火焰的结构和传播机制的章节，作者用极其生动的比喻和清晰的图示，把那些原本抽象的物理化学过程描绘得栩栩如生，让人仿佛能亲眼看到分子层面的剧烈反应。我个人尤其欣赏作者在处理“湍流燃烧”这一复杂课题时的处理手法，他没有采用生硬的数学推导，而是通过模拟实验的截屏和对比分析，巧妙地揭示了湍流对燃烧效率和污染物产生的影响，这对于非专业背景的读者来说，无疑是一份极大的福音，它成功地架起了一座连接理论与实践的坚实桥梁。

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说实话，我是在一个非常偶然的机会下接触到这本书的，当时我正在为一项涉及高温材料的工程项目寻找一些基础理论支撑，但市面上大多数参考资料都过于偏重某一特定应用，缺乏一个宏观的、能够贯穿始终的理论体系。这本“手册”的出现，简直就像是沙漠中的甘泉。它的结构安排极为精妙，你可以把它看作是一部结构清晰的百科全书，但又不失教科书的严谨性。它不仅仅停留在描述“是什么”，更深入地探讨了“为什么会这样”以及“如何控制”。我特别留意了其中关于燃烧诊断技术的那一部分，作者非常慷慨地分享了多种先进的非侵入式测量方法，比如激光诱导荧光（LIF）和粒子图像测速（PIV）在火焰诊断中的应用细节，这些信息通常只在顶级的会议论文中才能见到。更难得的是，作者在介绍这些高精尖技术时，并没有堆砌缩写和术语，而是用近乎手把手的语气，解释了数据采集的难点和结果解读的陷阱，这对于我们这些希望将前沿技术引入实际工作的工程师来说，具有无可替代的指导价值。这本书的深度和广度，远超出了一个“自学手册”的名头所能承载的范畴。

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这本书的排版和印刷质量绝对值得称赞。许多技术书籍为了控制成本，常常在图表清晰度和墨迹均匀度上妥协，导致关键的细节在高倍放大下变得模糊不清。然而，这本书在这方面做得非常出色，即便是那些用不同颜色区分的流场矢量图，其边界也锐利清晰，层次分明。我特别欣赏它所采用的字体选择，衬线体和无衬线体的混合使用，成功地在保持学术严肃性的同时，优化了长文本的阅读舒适度。更不用说随书附带的那个配套的在线资源链接（虽然我没有深入使用，但知道它的存在本身就是一种加分项），这表明作者和出版方都在努力提供一个多维度的学习环境。我是一个习惯于在纸质书上做大量批注和高亮的人，这本书的纸张厚度适中，即使用油性笔标记也不会轻易洇墨到背面，这对于我这种深度学习者来说，是衡量一本工具书价值的重要标准。总而言之，这是一部在内容、结构和物理载体上都达到了高水准的杰出著作。

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与其他同类书籍相比，这本书最大的亮点在于它对“历史演进”和“未来趋势”的把握。它没有把自己仅仅定位为对现有知识的整理，而更像是一部关于燃烧科学思想发展史的编年史。在某些关键概念的介绍后，作者会设置一个“历史回顾”的插页，简要介绍某位先驱科学家是如何通过一次关键实验推翻了旧有理论，建立了新的认识范式。这种叙事手法，极大地丰富了阅读体验，让人在学习技术细节的同时，也能体会到科学探索的艰辛与魅力。此外，作者在最后一章对“清洁能源燃烧”和“超音速燃烧”的展望部分，显得尤为前瞻和审慎。他没有过度渲染不切实际的未来图景，而是基于当前的技术瓶颈，客观地分析了未来十年内可能取得突破的方向，这为我们研究人员制定下一步的课题方向提供了极具参考价值的战略视角。整本书洋溢着一种严谨求实又充满探索精神的氛围。

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