能源系统设计与实践.pdf

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书籍描述

内容简介
本书是美国麦格劳希尔出版社2012年的重点书,全书共17章,及6个附录。内容涉及能源系统涉及的经济、气候等因素,化石燃料资源,固定燃烧系统,碳封存,核能源系统,太阳能系统,太阳能光伏电池,风能系统,生物能源系统等内容。并结合实例进行介绍,原理清晰,数据明确,配图丰富,资料齐全。

编辑推荐
《能源系统设计与实践》内容丰富、数据详实,全面且具有一定的权威性,非常适合各级院校能源、环境等相关专业的师生参考阅读,还可作为能源系统设计师、工程师的业务参考用书。

作者简介
作者:(美国)瓦纳克(Francis M.Vanek) (美国)Louis D.Albright (美国)Largus T.Angenent 译者:杨德胜 王翡翠

目录
第1章导论
1.1概述
1.2能源供应的特性及历史发展
1.3能源、人口及财富之间的关系
1.4世界所面临的能源消耗压力
1.5能源问题及本书的内容
1.6能源系统中的计量单位
1.7小结
第2章能源系统的系统工具
2.1概述
2.2简介
2.3系统方法的基本原理
2.4应用于能源系统的其他系统工具
2.5分析能源系统的工具
2.6小结
第3章能源系统的经济工具
3.1概述
3.2简介
3.3能源项目和能源系统的经济分析
3.4直接成本和收益及外部成本和收益
3.5干预能源投资,实现社会目的
3.6NPV(净现值)案例研究示例
3.7小结
第4章气候变化和气候模拟
4.1概述
4.2简介
4.3气候模拟和气候变化
4.4未来的气候
4.5小结
第5章化石燃料资源
5.1概述
5.2简介
5.3常规化石燃料的减少以及向非常规化石燃料的可行性过渡
5.4小结
第6章固定燃烧系统
6.1概述
6.2简介
6.3燃烧循环计算的原理
6.4最高效率的先进燃烧循环
6.5固定燃烧系统的经济分析
6.6将环境因素纳入燃烧系统工程造价分析
6.7未来的化石燃料燃烧
6.8未来燃烧系统的问题
6.9小结
第7章碳封存
7.1概述
7.2简介
7.3间接封存
7.4CO2的地质存储
7.5把CO2转化为惰性物质进行封存
7.6从大气中直接去除CO2进行封存
7.7封存方案的整体比较
7.8小结
第8章核能系统
8.1概述
8.2简介
8.3核反应和核资源
8.4反应堆设计:成熟技术和新兴技术
8.5核聚变
8.6核能与社会:环境问题、政治问题及安全问题
8.7小结
第9章太阳能资源
9.1概述
9.2简介
9.3太阳能几何学术语的定义以及一天中太阳位置的计算
9.4扩散对太阳能性能的影响
9.5小结
第10章太阳能光伏技术
10.1概述
10.2简介
10.3光伏电池性能的基础
10.4实际光伏发电系统的设计和运行
10.5生命周期能量及环境考虑因素
10.6小结
第11章主动式太阳能热应用
11.1概述
11.2本章使用的符号
11.3简介
11.4平板型太阳能集热器
11.5聚光型太阳能集热器
11.6平板型太阳能集热器的内部热传递
11.7小结
第12章被动式太阳能热应用
12.1概述
12.2本章使用的符号
12.3简介
12.4热舒适度的考虑因素
12.5建筑围护的考虑因素
12.6采暖度日数及季节性热需求
12.7被动式太阳能加热系统的类型
12.8通过窗户的太阳能传输
12.9用于分析的负荷集热比值法
12.10LCR(负荷集热比)法的节约因数
12.11用于设计的负荷集热比值法
12.12热浮力产生的被动通风
12.13被动式太阳能系统的特殊窗户
12.14小结
第13章风能系统
13.1概述
13.2简介
13.3利用数据评估潜在风电场
13.4风电场特定风力涡轮机功率输出的评估
13.5风力涡轮机的设计
13.6风能系统的经济效益和社会效益
13.7小结
第14章生物能源和系统
14.1概述
14.2简介
14.3生物质
14.4平台
14.5酒精
14.6生物柴油
14.7甲烷和氢气(沼气)
14.8小结
第15章交通运输能源技术
15.1概述
15.2简介
15.3汽车设计考虑因素及替代推进设计
15.4内燃机车辆的替代:替代燃料和替代推进技术
15.5比较替代燃料的“油井到车轮”分析
15.6小结
第16章交通运输能源的系统观点
16.1概述
16.2简介
16.3交通运输系统中能源消耗的当前趋势与最新评估
16.4将系统方法应用于交通运输能源系统
16.5了解新技术的过渡方法
16.6由系统观点得出的未来交通运输能源政策
16.7小结
第17章结论:创立21世纪能源系统
17.1概述
17.2简介:有关发展的寓言
17.3可持续能源未来的路径:案例研究
17.4创立未来能源系统时能源专家的作用
17.5小结
附录A 儒略万年历
附录B LCR(负荷集热比)表格(其中SSF表示太阳能采暖节能率)
附录C CF表
附录D 部分练习题答案
附录E 常用转换
附录F 热力学常数信息

文摘
版权页:



4.3 气候模拟和气候变化
在本章的剩余章节中,我们将介绍气候的数学模型,并利用所提出的概念论述类似于气候变化作用的反馈机制,以揭示气候变化随时间而加快或减缓的方法。作为计算地球上可用太阳能的起始点,回顾一下作为物体温度函数的黑体辐射,即来自于某一物体的热辐射。黑体辐射是行星或星星与周围物体交换热量的主要方法。黑体辐射的能通量是温度四次方的函数,如下所示:
FBB=σT4
其中,FBB表示能通量,以W/m2计;T表示开尔文温度;σ表示玻尔兹曼常数,其值为σ=5.67×10—8W/m2K4。
把太阳和地球看作两个黑体,就可以计算出在没有任何大气时的预期地表温度。观测到太阳表面平均温度为5770K,代入式(4.1),该温度可以产生6.28×107W/m2的能通量。太阳半径约为7.0×108m,太阳中心到地球轨道的平均距离为1.5×1011m。单位面积能通量的强度随着距离的平方而衰减,则地球所在距离的能通量平均强度为
6.28×107W/m2(7.0108/1.5×1011)2≈l367W/m2
1367W/m2这一数值被称为太阳常数,其变量符号为S0。首先,尽管“太阳常数”已知,但实际数值会随着时间变化而略有波动(见第9章)。其次,不同文献中S0的数值略有不同,如S0=1369W/m2或S0=1372W/m2。对于本章中的计算而言,对S0的选择不会大幅度地改变结果,如果有需要,读者可以使用不同的S0数值。
下面我们将说明,如果没有大气层的存在,由于S0而产生的入射至地球的能量和远离地球的能量的黑体辐射处于平衡状态,地面平均温度应该为33K(59°F),低于整个地球表面长期观测值的平均值,如下所述。假设地球是一个没有大气层的黑体,并且其仅有的热量来源为太阳的能通量(实际上地球有另一个潜在热量来源,即来自地核的热量,我们可以忽略这一热源对地表温度的影响,因为形成地壳的岩石层是一种非常差的热导体)。

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