Introduction to Heat Transfer, Chapters 6-9 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Frank P. Incropera

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-12

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780471225003

丛书系列:

图书标签:

• Heat Transfer
• Conduction
• Convection
• Radiation
• Heat Exchangers
• Thermal Resistance
• Boundary Layer
• Heat Transfer Coefficients
• Numerical Methods
• Engineering Thermodynamics

热力学基础与应用：从宏观到微观的能量转化之旅 （本书聚焦于热力学第一定律、第二定律的深入探讨，以及气体动力学理论在工程问题中的应用，与《Introduction to Heat Transfer, Chapters 6-9》所覆盖的对流传热和辐射传热主题无直接关联。） 第一部分：热力学基础与平衡态分析 第一章：热力学的基本概念与状态描述 本章旨在为读者构建扎实的经典热力学框架。我们将从最基本的概念入手，详细阐述系统的定义、边界、状态以及过程。重点讨论热力学平衡的内涵，包括热平衡、力平衡和化学平衡，并引入相平衡的概念，为后续的相变分析奠定基础。我们将深入解析宏观性质（如温度、压力、体积）与微观粒子行为之间的联系，明确热力学性质的“状态函数”特性及其路径无关性。此外，本章将详尽介绍理想气体状态方程的推导及其在工程应用中的适用性与局限性，并对比真实气体的范德华方程，探讨修正因子对气体行为的影响。我们还将介绍理想气体与真实气体在等温、等压过程中的体积和能量变化计算方法。 第二章：热力学第一定律与能量守恒 能量守恒原理是所有工程科学的基石。本章的核心在于对热力学第一定律的全面阐述，即能量的产生、消耗与转化。我们将精确定义功（$W$）和热（$Q$）这两种能量传递形式，并区分准静态过程与不可逆过程中的功的计算，特别是边界功、轴功和非流体功的详细推导。系统的内能（$U$）被确立为关键的状态函数，并结合第一定律推导出封闭系统和控制体（开放系统）的能量方程。对于控制体分析，我们将详细讲解动能和势能项的引入，并专注于稳态和非稳态流动的能量平衡应用，例如在管道流动、涡轮机和泵中的能量传递分析。此外，本章将引入焓（$H$）作为方便的计算工具，并探讨比热容（定容 $C_v$ 和定压 $C_p$）的定义、测量方法及其在定容加热和定压加热过程中的应用。 第三章：热力学第二定律与熵的引入 热力学第二定律揭示了能量转换的方向性与效率限制。本章将从卡诺定理和克劳修斯不等式出发，系统地建立熵（$S$）的概念，并将其确立为描述过程不可逆性的核心状态函数。我们将详细探讨熵的产生原理——熵在不可逆过程中增加，在可逆过程中保持不变。对于封闭系统和控制体，我们将推导出熵平衡方程，并利用它来判断过程的自发性和可行性。本章的重点之一是理解热力学第三定律，即绝对零度下纯物质的熵值为零，并探讨其对计算绝对熵值的意义。此外，我们将引入辅助的热力学势函数，如亥姆霍兹自由能（$A$）和吉布斯自由能（$G$），并阐释它们在判断化学反应和相变平衡条件中的决定性作用。 第四章：热力学过程的分析与性能评估 本章致力于应用前述热力学定律解决实际工程问题。我们将对常见的热力学循环进行深入分析，包括理想蒸汽朗肯循环（Rankine Cycle）的详细性能评估，重点分析饱和蒸汽与过热蒸汽的利用效率，以及凝汽器和锅炉中的能量交换。对于气体动力学系统，我们将详尽解析理想气体的可逆等温、等熵、定压和定容过程，并计算其功、热和熵变。本章还将引入热力学效率的概念，如热效率、功效率，并讨论如何通过改进循环（如回热、再热、预热）来提高系统的整体性能。对泵和压缩机的等熵效率的计算将作为控制体分析的经典案例进行剖析。 第二部分：气体动力学与气体性质的微观解释 第五章：理想气体的动力学理论 本章将视角从宏观热力学转向微观统计力学的基础，专门探讨气体动力学理论（Kinetic Theory of Gases）。我们将建立分子运动的模型，并从大量分子的随机热运动推导出宏观压力、温度与分子平均平移动能之间的关系。本章的核心在于推导麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布函数，并利用该分布函数计算分子平均速率、均方根速率和最概然速率。这些速率是理解气体扩散、黏性和输运现象的基础。此外，我们将讨论能量均分定理，并利用它来解释理想气体内能与自由度之间的关系，从而推导出不同类型理想气体（单原子、双原子分子）的比热比（$gamma$）。本章的理论推导将清晰展示微观粒子的运动如何精确地再现宏观的热力学定律。 第六章：气体性质的查表与图解法 虽然理想气体模型在许多情况下足够精确，但对于高压或低温工况，真实气体的行为必须通过查表或图解法进行精确描述。本章重点介绍如何利用“压缩因子”（$Z$）来修正理想气体状态方程，从而处理真实气体的偏差。我们将详细介绍如何构建并使用普适的压缩因子图（Generalized Compressibility Charts），并通过“对应态原理”（Corresponding States Principle）来解释不同物质在给定简化温度和简化压力下的相似行为。此外，本章将详细讲解如何使用蒸汽表和纯组分气体性质表来直接获取饱和区和过热区的精确热力学性质（如 $P, v, u, h, s$）。我们将演示如何通过线性插值和多项式插值法，从给定的表格数据中准确提取过程所需的关键参数，确保工程计算的准确性。 第七章：气体混合物与分压定律 在许多实际应用中，我们处理的都是由多种组分构成的气体混合物，而非单一纯净物质。本章将系统地介绍气体混合物的热力学处理方法。我们将首先阐述道尔顿分压定律，解释混合物总压力如何由各组分的分压之和构成。随后，我们将引入道尔顿模型和安托万模型，用于描述理想气体混合物的性质。重点将放在偏摩尔性质（Partial Molar Properties）的概念上，解释如何在混合物中分离出单一组分的贡献，例如偏摩尔焓和偏摩尔体积的计算。对于理想气体混合物，我们将讨论其等容混合过程中的热力学变化，特别是混合熵的产生——即使混合过程不涉及热交换或功交换，混合本身也是一个不可逆过程，会导致系统熵的增加。最后，我们将讨论用基于质量百分比和摩尔百分比的方法来计算混合物的平均分子量和密度。 第八章：化学反应热力学导论 本章将热力学原理拓展到化学反应领域，探讨能量在化学键断裂与形成过程中的转化。我们将精确定义反应热（或称焓变 $Delta H_r$）和标准生成焓，并利用赫斯定律（Hess's Law）计算复杂反应的反应热。本章的核心是引入化学亲和力（Chemical Potential）的概念，并利用吉布斯自由能变 $Delta G_r$ 来判断反应的自发性与平衡点。我们将详细推导范特霍夫方程（Van't Hoff equation），阐述温度对化学平衡常数 $K$ 的影响。对于涉及气体的反应，我们将学习如何利用平衡常数和反应物、产物的分压或摩尔分数来确定反应的最终平衡组成，从而预测反应的转化率。本章将严格区分热力学平衡与反应速率（动力学）之间的区别。

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