熱能與動力工程基礎

前言

黨的十六屆五中全會提出，“十一五”末期我國單位GDP能源消耗要比“十五”末期的降低20％左右。這個目標要靠全國人民的共同努力才能實現(xiàn)。而不僅僅是能源領域工作者的任務。為此，掌握科學用能的基本理論和方法應當是每個工程師必備的基本素質(zhì)，對材料、冶金等非能源動力類專業(yè)的工科學生進行這方面知識培養(yǎng)成為當務之急。從2003年起，東北大學在材料與；臺金學院“尖子班”中開設了“熱能工程導論”課，進行這方面知識的傳授，效果良好，計劃予以推廣。本書就是為了適應這一需要而編寫的.本書試圖以比較淺顯易懂的語言將熱能與動力工程領域的基本理論和應用的全景展示給本領域以外的學生和科技工作者，使他們了解能源及能源利用的概況，認識和了解熱能與動力工程專業(yè)領域所涉及的方方面面，了解和掌握熱能利用的理論基礎，了解主要能源設備與裝置的原理和技術發(fā)展狀況，了解能源與環(huán)境問題的密切關系與對策。本書共分9章。第1章簡單而全面地論述了國內(nèi)外所面臨的能源問題；第2章和第3章按照學科分類介紹了熱能與動力工程領域內(nèi)各個子學科及其發(fā)展方向的主要內(nèi)容和技術前沿，具有較強的科普性；第4章簡單講述了流體力學和傳熱學的最基本的原理，即熱能直接利用的理論基礎；第5章介紹了主要的熱能利用設備的原理、結(jié)構(gòu)；第6章則針對熱功轉(zhuǎn)換的熱力學原理和設備進行了簡述。其中比較強調(diào)能源利用的第二定律原理。

內(nèi)容概要

《熱能與動力工程基礎》介紹了熱能與動力工程領域的基本理論和應用概況，內(nèi)容包括能源及能源利用的概況、熱能與動力工程專業(yè)領域所涉及的各個方面、熱能利用的理論基礎、主要能源設備與裝置的原理和技術發(fā)展狀況、能源與環(huán)境問題的密切關系與對策等。
《熱能與動力工程基礎》可作為高等學校非熱能動力類專業(yè)的能源利用類課程的教材，也可供能源動力類專業(yè)學生課外閱讀以了解除各學校自身特色以外的本專業(yè)的全貌，也可作為相關科技工作者的參考書。

書籍目錄

1 能源概論1.1 能源與人類社會的發(fā)展1.2 能源的分類1.3 能源的評價1.4 1973年以來世界與中國的能源狀況1.4.1 世界能源狀況1.4.2 中國能源狀況2 熱能與動力工程的研究方向(上)2.1 專業(yè)與學科2.2 熱能與動力工程專業(yè)(動力工程及工程熱物理學科)的研究內(nèi)容2.3 工程熱物理學科(080701)2.3.1 工程熱力學2.3.2 流體力學2.3.3 傳熱傳質(zhì)學2.3.4 燃燒學2.3.5 多相流動與傳熱傳質(zhì)2.3.6 熱物理測試技術2.4 熱能工程學科(080702)2.4.1 電廠熱能動力工程2.4.2 建筑熱物理技術2.4.3 換熱器技術2.4.4 新能源和可再生能源技術2.4.5 冶金熱能工程2.4.6 能量貯存技術2.4.7 農(nóng)村能源2.5 動力機械及工程學科(080703)2.5.1 內(nèi)燃機2.5.2 汽輪機及其輔機2.5.3 航空發(fā)動機與燃氣輪機2.5.4 艦船動力裝置2.5.5 鍋爐2.5.6 新型動力技術2.5.7 余熱與余壓利用3 熱能與動力工程的研究方向(下)3.1 流體機械及工程學科(080704)3.1.1 流體機械內(nèi)部流動機理3.1.2 流體機械及系統(tǒng)的優(yōu)化設計與可靠性分析3.1.3 流體工程中噪聲與振動的機理和控制3.1.4 真空技術3.1.5 氣力、液力輸送3.1.6 工程滲流3.1.7 非牛頓流體流動的工程應用3.2 制冷及低溫工程學科(080705)3.2.1 低溫技術3.2.2 氣體液化及分離設備與系統(tǒng)3.2.3 凍結(jié)和凍干過程機理3.2.4 低溫絕熱技術3.2.5 冷量儲存及輸送技術3.2.6 制冷及低溫技術的廣泛應用3.3 化工過程機械學科(080。706)3.3.1 流程工業(yè)中的傳熱設備及節(jié)能技術的研究3.3.2 化工單元傳質(zhì)設備和相分離設備研究3.3.3 化工過程用泵、壓縮機等流體機械的研究與監(jiān)控3.3.4 壓力容器及管道的設計、制造和安全保障的技術研究3.4 動力工程與工程熱物理學科新的增長點3.4.1 工業(yè)生態(tài)學3.4.2 電磁流體力學(材料工藝過程中的熱物理問題)3.4.3 能源戰(zhàn)略與政策研究3.4.4 生態(tài)環(huán)境與生命系統(tǒng)中的熱物理研究3.4.5 大氣運動與大氣的傳熱傳質(zhì)作用3.4.6 火災科學的理論與實驗研究4 熱能直接利用的理論基礎4.1 流體力學基礎4.1.1 基本概念4.1.2 流體靜力學4.1.3 流體動力學4.2 傳熱學的基本理論4.2.1 導熱4.2.2 導熱系數(shù)4.2.3 導熱微分方程式4.2.4 初始條件及邊界條件4.2.5 對流和對流換熱4.2.6 對流換熱的數(shù)學描寫4.2.7 對流換熱的邊界層4.2.8 管槽內(nèi)強制對流湍流換熱的實驗關聯(lián)式4.2.9 熱輻射的概念4.2.10 熱輻射的基本定律4.2.11 輻射換熱的計算4.2.12傳熱過程和傳熱系數(shù)5 熱能的直接利用5.1 鍋爐5.1.1 煙管鍋爐和水管鍋爐5.1.2 層燃爐5.1.3 室燃爐5.1.4 循環(huán)流化床鍋爐5.2 換熱器5.2.1 換熱器的分類5.2.2 板類換熱器的基本結(jié)構(gòu)5.2.3 管類換熱器的基本結(jié)構(gòu)5.2.4 管殼式換熱器5.3 工業(yè)窯爐5.3.1 火焰爐5.3.2 電爐5.3.3 膛式爐窯5.4 工業(yè)加熱5.4.1 紅外加熱5.4.2 蒸汽加熱5.4.3 其他介質(zhì)加熱6 能源動力轉(zhuǎn)換與熱力學基礎6.1 熱力學第一定律和熱力學第二定律6.2 孤立系統(tǒng)熵增原理6.2.1 熵流與熵產(chǎn)6.2.2 可用能6.2.3 孤立系統(tǒng)熵增原理6.2.4 熱能利用的能量梯級利用原理6.2.5 存在物理學與演化物理學6.3 地球生物圈、熵與人類活動6.4 動力機械6.5 熱力發(fā)電廠6.5.1 熱力發(fā)電廠的基本循環(huán)6.5.2 實際的熱力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)(熱力循環(huán))6.5.3 電廠的熱經(jīng)濟性指標6.5.4 熱力發(fā)電廠的技術發(fā)展方向6.6 汽車發(fā)動機6.6.1 四沖程內(nèi)燃機的工作原理6.6.2 內(nèi)燃機的理論熱力循環(huán)及性能指標6.6.3 汽車發(fā)動機的動力經(jīng)濟性能指標6.6.4 內(nèi)燃機的排氣凈化6.6.5 車用內(nèi)燃機的技術進展7 制冷與熱泵7.1 制冷機與熱泵7.2 蒸氣壓縮制冷循環(huán)7.2.1 蒸氣壓縮制冷循環(huán)7.2.2 制冷劑7.2.3 制冷劑命名7.2.4 制冷壓縮機7.2.5 制冷壓縮機的技術發(fā)展趨勢7.3 其他制冷循環(huán)7.3.1 吸收式制冷循環(huán)7.3.2 氣流引射式制冷循環(huán)7.3.3 空氣壓縮制冷循環(huán)7.3.4 熱電制冷8 熱能與環(huán)境8.1 各種能源對環(huán)境的影響8.1.1 煤8.1.2 石油和天然氣8.1.3 核能8.1.4 能源獲取過程中的環(huán)境問題8.2 區(qū)域性能源環(huán)境問題8.2 1 S0x8.2.2 NOx8.2.3 懸浮顆粒物8.2.4 HC8.2.5 CO8.2.6 二口惡英8.2.7 熱污染8.2.8 噪聲污染8.2.9 放射性污染8.3 全球性能源環(huán)境問題8.3.1 溫室效應8.3.2 酸雨8.3.3 大氣臭氧層的破壞8.4 環(huán)境影響評價8.4.1 環(huán)境影響評價的內(nèi)容和要求8.4.2 環(huán)境影響評價的典型案件8.5 改善能源環(huán)境狀況的措施8.5.1 清潔能源行動8.5.2 清潔燃燒技術8.5.3 CFCS替代8.5.4 節(jié)能節(jié)水8.6 污染轉(zhuǎn)移與排放權(quán)貿(mào)易8.7 環(huán)境問題中的熱物理8.7.1 大氣、水體中污染物運動與流體力學8.7.2 污染物轉(zhuǎn)化的熱物理機理9 工業(yè)工藝過程中的熱物理問題9.1 冶金工業(yè)的加熱工藝9.1.1 焙燒、煅燒9.1.2 金屬加熱工藝9.1.3 燒結(jié)與焦化9.2 計算流體力學在冶金中的應用9.2.1 冶金中計算流體力學的研究概況9.2.2 冶金流體力學研究中所面臨的問題9.2.3 計算流體力學的作用9.3 硅酸鹽工業(yè)熱工過程9.3.1 陶瓷的燒成過程9.3.2 水泥9.3.3 玻璃的熔制過程9.4 本章結(jié)語參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1.1 能源與人類社會的發(fā)展人類社會的發(fā)展是和社會生產(chǎn)力的發(fā)展密切相關的，而社會生產(chǎn)力的一個重要組成部分就是為生產(chǎn)過程提供原動力的能源與動力工程。能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。人類社會和社會生產(chǎn)力的發(fā)展過程在歷史上與人類利用能源的發(fā)展過程是一致的。在從類人猿逐漸進化到人的過程中，人類學會了使用火。農(nóng)耕時代人們分散地使用薪柴、人力、畜力、風力和水力。18世紀蒸汽機的發(fā)明和改進是人類第一次大規(guī)模地使用能源，為生產(chǎn)提供了一種強有力的動力，推動了生產(chǎn)力的飛速發(fā)展，掀起了歷史上著名的“工業(yè)革命”，徹底改變了原來自然經(jīng)濟的小生產(chǎn)方式，奠定了工業(yè)化生產(chǎn)的牢固的物質(zhì)基礎。19世紀電力的使用在工業(yè)生產(chǎn)中也是革命性的事件，它奠定了現(xiàn)代化自動化大生產(chǎn)的基礎，改變了原來的勞動密集型的生產(chǎn)方式，同時它所帶來的遠距離即時通訊技術對于生產(chǎn)、流通、資金以及生活方式的沖擊和改變也是驚人的。20世紀70年代的能源危機則從另一方面促進了社會發(fā)展，后工業(yè)化社會或者信息社會就是這一發(fā)展的結(jié)果。在不遠的未來，化石燃料必將枯竭，新能源也會隨之發(fā)展，這將給人類社會帶來什么樣的變革，已經(jīng)成為人們熱衷的話題。目前國際上常以能源的人均占有量、人均消費量、生產(chǎn)和消費構(gòu)成、利用率及其對環(huán)境的影響等等來衡量一個國家或地區(qū)的現(xiàn)代化程度。能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的原動力。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源的需求量日益增加，如果能源的供應趕不上經(jīng)濟發(fā)展的需要，將會出現(xiàn)能源危機，從而影響社會經(jīng)濟的進展。1.2 能源的分類運動是物質(zhì)存在的基本形式，能量則是運動的基本屬性。人類社會和自然界的一切運動都伴隨著能量的空間轉(zhuǎn)換和形式轉(zhuǎn)換。能量有六種主要存在形式：機械能、熱能、電能、輻射能、化學能和核能。所謂能源，就是儲存有能量的物質(zhì)，是人類從中獲取能量的資源。煤、石油、天然氣都是我們熟知的能源，核裂變和核聚變、太陽光（輻射）都能給我們提供能量，所以是能源。此外，各種自然過程，如風、流水、波浪、潮汐和地震等等也包含能量，所以也都是能源。地球上的能源歸納起來。

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