热能工程与先进能源技术仿真与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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苏石川，孔为，陈代芬 等 著

图书标签:

• 热能工程
• 能源技术
• 仿真
• 设计
• 热力学
• 传热学
• 可再生能源
• 节能
• 能源系统
• 计算流体力学

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122219428

版次：1

商品编码：11580941

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：胶版纸

页数：293

字数：516000

正文语种：中文

编辑推荐

　　能量转化中涉及的传热、传质及导电过程具有通用性和代表性。本书是针对能源技术的基本技术特征，运用COMSOLMultiphysics软件对热能工程及几种可再生能源的仿真模拟与设计，对具体的工程技术有一定的借鉴作用。稿件所基于的软件COMSOLMultiphysics是能源、力学等多物理场仿真的通用软件，对其他学科也具有一定的参考价值。

内容简介

　　能量转化的核心基础可能是多种多样的，但就其整个能源应用装置而言，大部分能源利用技术的研究、发展到最终的商业化都涉及传热、传质及导电过程的工程分析设计。　　《热能工程与先进能源技术仿真与设计》主要以COMSOLMultiphysics软件为工具，首先介绍了传质、传热、导电等单个物理过程的仿真，然后以燃料电池为例详细介绍多物理场间的耦合仿真。在经典物理的范畴内，大部分工程问题都可抽象为二阶及二阶以下的微分方程形式，因此本书中基于传热、传质及导电的耦合研究方法完全可推广应用于能源应用研究过程中遇到的其他物理、化学过程的工程建模分析。读者通过对本书的阅读和理解，可系统掌握使用有限元工程软件针对能源应用研究过程中遇到的各种工程问题进行数值建模和分析优化设计的技能。　　《热能工程与先进能源技术仿真与设计》可供COMSOL软件用户，化工领域的本科生、研究生，能源动力类的本科生、研究生使用，也可供能源行业技术人员、研究人员参考。

内页插图

目录

第1章 绪论1.1 能源使用与环境1.2 当前能源利用概述1.2.1 锅炉燃烧及燃煤发电概述1.2.2 太阳能直接热利用概述1.2.3 太阳能光伏发电概述1.2.4 核能发电技术概述1.2.5 燃料电池发电技术概述1.2.6 海洋能（潮汐能、波浪能、洋流能、海洋温差能）利用概述1.2.7 水力能、风能、生物质能、地热能利用概述1.3 发展传热-传质-电磁工程仿真技术的重要性参考文献
第2章 几何结构2.1 建立一维几何结构2.1.1 点的建立2.1.2 线段的建立2.1.3 多段线的建立2.2 建立二维几何结构2.2.1 圆的创建2.2.2 椭圆的创建2.2.3 矩形的创建2.2.4 正方形的创建2.2.5 多边形的创建2.3 二维几何结构的布尔运算2.3.1 并集2.3.2 交集2.3.3 差集2.3.4 组合2.4 编辑二维几何结构2.4.1 选择几何结构对象2.4.2 修改几何结构对象2.4.3 创建几何结构对象副本2.5 倒角与圆角2.5.1 倒角2.5.2 圆角2.6 二维综合实例2.7 建立三维几何结构2.7.1 长方体的创建2.7.2 圆柱体的创建2.7.3 圆锥体的创建2.7.4 球体的创建2.8 通过二维对象创建三维模型2.8.1 拉伸2.8.2 旋转2.9 三维几何结构的布尔运算2.9.1 并集2.9.2 交集2.9.3 差集2.10 编辑三维几何结构2.10.1 阵列2.10.2 复制2.10.3 镜像2.10.4 移动2.10.5 旋转2.11 三维综合实例参考文献
第3章 网格划分3.1 建立自由三角形网格3.1.1 根据系统默认尺寸直接生成自由网格3.1.2 利用Size控制不同边的网格尺寸3.1.3 利用Size控制不同区域的网格尺寸3.1.4 利用Distribution控制不同边的网格数量3.2 建立结构网格3.3 建立自由四边形网格3.4 建立边界层网格3.5 建立拉伸网格3.6 建立双重网格3.7 建立装配体网格3.8 边网格3.9 复制网格3.9.1 复制面网格3.9.2 复制体网格3.10 网格转换3.10.1 面转换3.10.2 体转换3.11 网格划分综合实例参考文献
第4章 数学方程求解4.1 代数方程4.1.1 COMSOL? 默认算子、常数及函数4.1.2 一元一阶方程求解过程4.1.3 一元多阶方程的求解4.1.4 二元一阶方程组求解4.1.5 二元多阶方程组4.2 超越方程4.3 微分方程4.3.1 COMSOL符号约定4.3.2 微分方程的分类4.3.3 常微分方程4.3.4 偏微分方程4.3.5 微分代数方程4.3.6 经典微分方程参考文献
第5章 传质仿真5.1 物质扩散涉及的物理量5.2 Fick's model简介5.3 Stefan-Maxwell model简介5.4 Dusty gas model简介5.5 具有菲克定律形式的尘气模型简介5.5.1 两组分尘气模型5.5.2 多组分尘气模型5.6 FM应用实例5.6.1 引言5.6.2 模型定义5.6.3 结果与讨论5.6.4 模型简介5.7 SMM应用实例5.7.1 引言5.7.2 模型定义5.7.3 模型简介5.8 DGMFM应用实例5.8.1 引言5.8.2 模型定义5.8.3 模型简介参考文献
第6章 传热仿真6.1 热传导6.2 热对流6.3 热辐射6.4 换热器仿真6.4.1 引言6.4.2 模型定义6.4.3 结果与讨论6.4.4 模型简介6.5 汽车刹车盘在刹车前后温度变化仿真6.5.1 引言6.5.2 模型定义6.5.3 结果与讨论6.5.4 模型简介6.6 水杯中的自然对流仿真6.6.1 引言6.6.2 模型定义6.6.3 结果与讨论6.6.4 模型简介参考文献
第7章 动量仿真7.1 自由空间中的动量方程7.2 多孔介质中的动量方程7.3 流体阀仿真7.3.1 引言7.3.2 模型定义7.3.3 模型简介7.4 混合器内部流场数值模拟7.4.1 引言7.4.2 模型定义7.4.3 结果与讨论7.4.4 模型简介参考文献
第8章 导电仿真8.1 电荷守恒方程8.2 电导率8.3 有效电导率的计算8.3.1 引言8.3.2 模型定义8.3.3 结果与讨论8.3.4 模型简介参考文献
第9章 燃料电池理论基础9.1 能源危机9.2 燃料电池简介9.2.1 燃料电池起源与发展9.2.2 燃料电池的分类9.2.3 固体氧化物燃料电池的开路电压（Nernst势）9.2.4 固体氧化物燃料电池的I-V曲线9.3 固体氧化物燃料电池的数学模型9.3.1 固体氧化物燃料电池的几何结构9.3.2 动量守恒方程9.3.3 能量守恒方程9.3.4 质量守恒方程9.3.5 导电方程9.3.6 电化学模型参考文献
第10章 固体氧化物燃料电池仿真10.1 固体氧化物燃料电池多物理场模型10.1.1 引言10.1.2 模型定义10.2 模型简介10.2.1 模型向导10.2.2 全局定义10.2.3 创建几何模型10.2.4 定义设置10.2.5 边界条件设置10.2.6 网格划分10.2.7 计算10.2.8 结果与讨论参考文献

前言/序言

深入探索材料科学的边界：纳米结构、新型合金与功能涂层技术 图书简介 本书聚焦于当代材料科学领域的前沿研究与工程应用，旨在为读者构建一个从微观结构到宏观性能的完整认知体系。我们不再关注宏观尺度的热力学循环与能源转换效率，而是将视角聚焦于材料的本征属性及其在极端条件下的行为表现，特别是纳米尺度的形貌控制、新型合金的相变行为以及高性能功能涂层的界面工程。 本书共分为七个核心部分，内容深度与广度兼顾，力求展现材料科学研究的复杂性与无限潜力。 --- 第一部分：纳米材料的构筑与表征 本部分深入探讨了如何精确控制材料的尺寸、形状和表面活性，以实现性能的突破。 1.1 尺寸效应与量子限域 重点阐述了当材料尺寸进入纳米尺度后，电子能带结构和光电响应发生的根本性变化。我们将详细分析量子点（Quantum Dots）的合成方法——包括湿化学法（如溶胶-凝胶和热解法）以及物理气相沉积（PVD）的变体，并探讨如何通过调节颗粒大小来精确调控其发射光谱和载流子动力学。内容涵盖了激子束缚能、量子限制效应在催化剂活性位点设计中的应用。 1.2 表面工程与界面张力 材料的宏观性能往往由其表面和界面决定。本章深入研究了高比表面积纳米结构的形成机制，例如通过模板法制备的有序介孔材料（如沸石和MOFs的特定衍生物）。我们将解析表面能对纳米晶粒生长动力学的影响，以及如何利用表面官能团化来提高纳米颗粒在不同基体中的分散性和稳定性，这对复合材料的力学性能至关重要。 1.3 尖端表征技术解析 聚焦于揭示纳米结构细节的先进分析手段。详细介绍了高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）在晶格缺陷分析中的应用，特别是同步辐射X射线衍射（XRD）如何用于实时监测纳米材料的相变过程。此外，还将涵盖原子力显微镜（AFM）在测量局部电势和机械性能方面的技术细节。 --- 第二部分：高性能结构合金的设计与冶金学 本部分将材料科学的焦点从轻质能源载体转移到承受高应力、高温度环境的关键结构件。 2.1 先进高温合金的微观组织控制 深入探讨镍基、钛基和铌基高温合金中，如何通过精确控制$gamma/gamma'$相的体积分数、析出形状和取向，以实现优异的抗蠕变性能。内容包括定向凝固技术、增材制造（AM）过程中合金粉末的熔化与重结晶行为，以及高温下位错运动和晶界迁移的物理模型。 2.2 强韧化机制的复合化研究 研究如何通过引入第二相弥散质点（如碳化物、氧化物或金属间化合物）来有效钉扎位错。详细分析了晶界工程（Grain Boundary Engineering）在提高合金韧性中的作用，包括如何通过控制杂质在晶界上的偏聚来抑制脆性断裂。重点分析了高熵合金（HEAs）中“无序”结构对熵驱动稳定性和机械性能的协同影响。 2.3 疲劳与断裂韧性的多尺度模拟 本章侧重于计算材料学在预测结构寿命中的应用。我们将介绍基于密度泛函理论（DFT）计算合金体系的结合能和弹性模量，以及使用相场模型（Phase-Field Modeling）模拟裂纹萌生与扩展的路径。这些模拟工具为合金的理性设计提供了理论支撑。 --- 第三部分：功能性涂层与表面改性技术 本部分集中探讨如何通过对材料表面进行精确改性，赋予其特殊的电学、光学或耐腐蚀性能，而非关注能量的产生或传输。 3.1 物理气相沉积（PVD）与化学气相沉积（CVD）的工艺优化 全面梳理了磁控溅射、电子束蒸发等PVD技术在制备薄膜时的参数控制，特别是如何调节入射能量和基底温度来影响薄膜的应力状态和致密性。对比分析了等离子体增强CVD（PECVD）在制备高纯度、低温沉积薄膜（如氮化硅、氧化铝）中的优势与挑战。 3.2 耐磨损与抗腐蚀涂层体系 重点介绍硬质涂层（如类金刚石DLC、TiN/TiAlN多层膜）的设计原理。分析了涂层与基体之间的粘附力机制，以及如何通过中间层（Interlayer）的优化来有效缓解热膨胀系数失配带来的内应力，从而提高涂层在冲击载荷下的剥落抗性。 3.3 光电与生物活性涂层 探讨了用于光学器件的介质多层膜设计，包括光栅耦合器和增透膜的精密光学厚度控制。同时，简要介绍了生物医学领域中，用于提高植入物表面亲和力或抗菌性的特定功能化涂层技术。 --- 第四部分：先进计算方法在材料设计中的应用 本部分侧重于理论模型和计算工具的运用，指导实验研究的方向。 4.1 介观尺度模拟 详细介绍分子动力学（MD）模拟在研究晶界扩散、界面润湿性以及高分子链缠结等问题中的应用。讨论了如何选择合适的力场参数集以准确捕捉材料的原子间相互作用。 4.2 机器学习在材料筛选中的潜力 概述如何利用高通量计算数据，结合数据驱动模型（如神经网络），加速预测新型化合物的稳定性和潜在功能。讨论了数据集的构建、特征工程（Feature Engineering）在材料基因工程中的关键作用。 --- 总结与展望 本书不涉及热力学过程的数值模拟，不讨论热机效率、燃烧优化或高级热流体管理。它完全专注于材料的本征结构、组成与性能之间的内在联系，为致力于研发下一代结构材料、功能薄膜以及纳米器件的科研人员和工程师提供深入的理论指导和实验参考。读者将通过本书获得材料学深层次的分析视角，远超宏观工程热力学的范畴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，坦率地说，需要极大的专注度和毅力。它的逻辑结构非常清晰，从基础的热力学原理出发，逐步过渡到复杂的系统建模和仿真分析，知识体系的搭建是循序渐进的，这一点值得肯定。但是，章节之间的衔接偶尔会显得有些突兀，仿佛是把几篇独立的研究报告强行整合在了一起，缺少一些流畅的叙事性。尤其是在讨论到某些特定的先进能源设备时，突然插入的大段数学推导，可能会让非数学背景深厚的工程师感到吃力。我花了相当多的时间来消化那些关于边界条件处理和网格划分策略的部分，这些细节决定了仿真结果的成败。作者在某些关键的假设条件上解释得不够充分，导致我不得不频繁地翻阅前几章的基础内容来重新建立上下文联系，这无疑打断了阅读的连贯性。如果能在保持深度不变的前提下，增加一些案例解析中对“为什么选择这个模型而非那个模型”的哲学思考，阅读体验会大大提升。

评分☆☆☆☆☆

初次接触这本书时，我其实对“先进能源技术”这部分内容抱有更高的期待，希望看到更多关于前沿的、尚未完全商业化的技术，比如下一代核能系统或者高效热电转换材料的深度剖析。然而，这本书的侧重点似乎更偏向于传统热能系统的优化和基于成熟软件的建模应用。这也不能算缺点，毕竟打好基础比盲目追逐热点更为重要。书中对于如何利用常用仿真软件构建复杂系统的热力学模型，提供了非常详尽的步骤指导，对于初学者来说，这无疑是一份宝贵的“操作手册”。不过，对于我这种已经熟悉基础流程的读者而言，内容稍微显得有些“基础”。我更希望看到的是对模型求解器收敛性问题的深入探讨，或者对于处理非定常、高非线性问题的独到见解，这些在化工流程模拟中常常是最大的拦路虎。总的来说，它是一本优秀的入门到进阶过渡教材，但要说它是站在技术前沿的探索之作，可能还差那么一点火候。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简直是教科书级别的“硬核”气质，充满了严谨的学术气息。从字体选择到色彩搭配，无不透露着一股扎实可靠的工科范儿。当我翻开第一页，那些密密麻麻的公式和图表立刻占据了我的全部注意力。显然，这不是一本用来消遣的读物，而是给那些真正想深入钻研热能领域，并且对仿真技术有一定基础的工程师或高年级学生准备的“大部头”。我特别关注了其中关于流体力学和传热学的章节，作者似乎非常注重理论与实践的结合，没有停留在空泛的理论阐述上，而是紧密围绕实际工程问题展开讨论，这对于我这种急需解决实际项目中遇到的复杂热物理耦合问题的人来说，简直是雪中送炭。书中对不同数值计算方法的比较分析尤为深入，我能感受到作者在选择和解释这些方法时所下的苦功，力求让读者理解每种方法背后的适用条件和潜在的局限性，而不是简单地罗列公式，这一点非常赞赏。

评分☆☆☆☆☆

从内容排版的角度来看，这本书的图表质量是其一大亮点。那些展示温度场、流速分布和能量流向的彩色插图，清晰度极高，色彩对比度适宜，对于理解复杂的物理现象至关重要。很多热能问题，尤其是涉及到多相流或燃烧场的模拟结果，仅仅通过文字描述是难以想象的，而这里的配图精准地弥补了这一空白。我尤其喜欢其中对不同仿真结果进行对比分析的图表，比如将实验数据与数值模拟结果并置对比，这种直观的验证过程极大地增强了读者对模型可靠性的信心。然而，书中似乎遗漏了对后处理软件使用技巧的探讨。既然是仿真设计方面的书籍，读者很可能希望了解如何有效地从庞大的仿真数据中提取出有价值的工程指标，而不是仅仅停留在生成漂亮的三维云图阶段。如果能加入关于数据挖掘和结果可视化的实用技巧，这本书的实用价值会更上一层楼。

评分☆☆☆☆☆

我是在寻找如何优化现有工业锅炉热效率的背景下接触到这本大作的。我本以为它会提供一套现成的、可直接套用的优化算法流程。事实上，这本书提供了的是构建优化框架的“工具箱”和“思维模型”。作者强调的是，不同的工况和不同的燃料特性要求设计者必须重新审视和调整模型参数，没有“一招鲜吃遍天”的万能钥匙。这种强调设计者主动思考而非被动接受的态度，在充斥着“即插即用”解决方案的今天，显得尤为可贵。它训练的不是操作员，而是热能系统的“架构师”。虽然我没有直接找到针对我特定炉型的最优燃烧配比数据，但书中关于湍流模型选择对 NOx 排放预测精度的影响分析，给了我一个全新的视角去审视我目前的模拟设置。这本书成功地将一个复杂的工程学科，拆解成了可以被系统化处理的模块，对于提升工程人员的系统设计能力，具有深远的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

挺好的书，可读

评分☆☆☆☆☆

很不错的书，相当好。。。

评分☆☆☆☆☆

书很好，一直信赖京东，很实惠

评分☆☆☆☆☆

很顺利的一次购物，很不错！

评分☆☆☆☆☆

书的质量挺好的，实用性好

评分☆☆☆☆☆

质量非常不错！本书适合初学者学习，案例经典实用！卖家服务态度好！

评分☆☆☆☆☆

不错不错，就是版本有点老

评分☆☆☆☆☆

给弟弟买的 不知道是什么 看着就好难

评分☆☆☆☆☆

内容上有一些些错误