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第1章 工程热力学1

1.1基本概念1

1.1.1热力学系统1

1.1.2状态2

1.1.3平衡（平衡状态）2

1.1.4状态参数2

1.1.5状态公理2

1.1.6状态方程式2

1.1.7热力参数及坐标图2

1.1.8功和热量3

1.1.9热力过程3

1.1.10热力循环4

1.1.11单位制4

1.2准静态过程、可逆过程与不可逆过程4

1.2.1准静态过程5

1.2.2可逆过程与不可逆过程5

1.3热力学第一定律5

1.3.1热力学第一定律的实质5

1.3.2内能5

1.3.3焓6

1.3.4热力学第一定律在闭口系统和开口系统的表达式6

1.3.5系统的储存能7

1.3.6稳定流动能量方程及其应用8

1.4气体性质9

1.4.1理想气体模型及其状态方程9

1.4.2实际气体模型及其状态方程10

1.4.3压缩因子10

1.4.4临界参数11

1.4.5对比态定律11

1.4.6理想气体的比热容11

1.4.7混合气体12

1.5理想气体基本热力过程及气体压缩13

1.5.1定压、定容、定温和绝热过程13

1.5.2多变过程14

1.5.3压气机的压缩轴功16

1.5.4余隙18

1.5.5多级压缩及中间冷却18

1.6热力学第二定律18

1.6.1热力学第二定律的实质及表述19

1.6.2卡诺循环和卡诺定理19

1.6.3熵21

1.6.4孤立系统熵增原理21

1.7水蒸气和湿空气23

1.7.1蒸发、冷凝、沸腾和汽化23

1.7.2水蒸气的定压发生过程23

1.7.3水蒸气图表24

1.7.4水蒸气的基本热力过程25

1.7.5湿空气的性质25

1.7.6湿空气的焓湿图27

1.7.7湿空气的基本热力过程28

1.8气体和蒸汽的流动29

1.8.1稳定流动基本方程29

1.8.2定熵流动的基本特性30

1.8.3喷管中流速及流量计算31

1.8.4绝热节流32

1.9动力循环32

1.9.1蒸汽动力基本循环——朗肯循环（Rankine Cycle）32

1.9.2回热、再热循环33

1.9.3热电循环34

1.9.4内燃机循环34

1.10制冷循环35

1.10.1空气压缩制冷循环35

1.10.2蒸汽压缩制冷循环36

1.10.3吸收式制冷循环38

1.10.4热泵38

1.10.5气体的液化39

复习题39

复习题答案与提示43

第2章 传热学48

2.1导热理论基础48

2.1.1导热基本概念48

2.1.2傅里叶定律49

2.1.3导热系数49

2.1.4导热微分方程50

2.1.5导热过程的单值性条件51

2.1.6小结52

2.2稳态导热52

2.2.1通过平壁的导热52

2.2.2通过圆筒壁的导热53

2.2.3临界热绝缘直径54

2.2.4通过肋壁的导热55

2.2.5通过接触面的导热56

2.2.6二维稳态导热问题56

2.2.7小结56

2.3非稳态导热57

2.3.1非稳态导热的特点57

2.3.2对流换热边界条件下非稳态导热57

2.3.3常热流密度边界条件下非稳态导热59

2.3.4小结59

2.4导热问题数值解59

2.4.1有限差分法原理59

2.4.2建立离散方程的方法60

2.4.3稳态导热问题的数值计算60

2.4.4非稳态导热问题的数值计算61

2.4.5小结63

2.5对流换热分析63

2.5.1影响对流换热的一般因素63

2.5.2对流换热过程微分方程式64

2.5.3对流换热微分方程组64

2.5.4流动边界层和热边界层64

2.5.5边界层换热微分方程组及其求解65

2.5.6边界层换热积分方程组及其求解66

2.5.7动量传热和热量传递的类比67

2.5.8外掠平板紊流换热67

2.5.9对流换热无量纲准则及其意义67

2.5.10相似理论基础68

2.5.11小结69

2.6单相流体对流换热及准则关系式70

2.6.1管内受迫流动对流换热70

2.6.2管内受迫对流换热计算71

2.6.3外掠圆管流动换热72

2.6.4自然对流换热73

2.6.5自然对流与受迫对流并存的混合对流换热74

2.6.6小结74

2.7凝结与沸腾换热74

2.7.1凝结换热74

2.7.2沸腾换热75

2.7.3小结76

2.8热辐射的基本定律77

2.8.1热辐射基本概念77

2.8.2普朗克定律78

2.8.3斯蒂芬-玻尔兹曼定律78

2.8.4兰贝特余弦定律78

2.8.5基尔霍夫定律79

2.8.6小结79

2.9辐射换热计算79

2.9.1角系数79

2.9.2黑表面间的辐射换热80

2.9.3灰表面间的辐射换热81

2.9.4气体辐射83

2.9.5气体与外壳间的辐射换热83

2.9.6太阳辐射84

2.9.7小结85

2.10传热与换热器85

2.10.1通过肋壁的传热85

2.10.2复合换热时的传热计算86

2.10.3传热的增强与削弱86

2.10.4平均温度差87

2.10.5换热器计算87

2.10.6小结89

复习题89

复习题答案与提示99

第3章 工程流体力学及泵与风机108

3.1流体动力学基础108

3.1.1描述流体运动的两种方法108

3.1.2恒定流动和非恒定流动109

3.1.3恒定元流能量方程109

3.1.4恒定总流能量方程111

3.2相似性原理和因次分析113

3.2.1力学相似113

3.2.2相似准数114

3.2.3因次分析法115

3.2.4模型实验117

3.3流动阻力和能量损失118

3.3.1流动阻力和能量损失的分类118

3.3.2层流和紊流现象119

3.3.3均匀流方程119

3.3.4圆管中的层流120

3.3.5紊流运动121

3.3.6沿程阻力的计算121

3.3.7非圆管的沿程损失123

3.3.8局部水头损失124

3.3.9减少阻力的措施125

3.4管路计算125

3.4.1简单管路的计算125

3.4.2串联管路的计算127

3.4.3并联管路的计算128

3.5特定流动分析129

3.5.1势函数和流函数概念129

3.5.2几种简单的平面无旋流动130

3.5.3圆柱形测速管原理130

3.5.4紊流射流的一般特性132

3.5.5特殊射流134

3.6气体动力学基础135

3.6.1理想气体一元恒定流动的运动方程135

3.6.2声速、滞止参数、马赫数136

3.6.3气体速度与断面的关系137

3.7泵与风机138

3.7.1泵与风机的性能曲线138

3.7.2管路性能曲线及工作点139

3.7.3泵或风机的联合运行140

3.7.4离心式泵或风机的工况调节140

3.7.5泵的气蚀与安装高度142

3.7.6泵或风机的选择143

复习题143

复习题答案与提示154

第4章 自动控制162

4.1自动控制与自动控制系统的一般概念162

4.1.1控制工程的基本含义162

4.1.2信息的传递163

4.1.3反馈及反馈控制163

4.1.4开环及闭环控制系统的构成164

4.1.5控制系统的分类及基本要求167

4.2控制系统的数学模型170

4.2.1控制系统各环节的特性171

4.2.2控制系统微分方程的拟定与求解175

4.2.3拉普拉斯变换与反变换176

4.2.4传递函数及其方块图181

4.3线性系统的分析与设计187

4.3.1基本调节规律及实现方法187

4.3.2控制系统的一阶瞬态响应192

4.3.3二阶瞬态响应193

4.3.4频率特性基本概念197

4.3.5频率特性表示方法199

4.3.6调节器的特性对调节质量的影响212

4.3.7二阶系统的设计方法213

4.4控制系统的稳定性与对象的调节性能217

4.4.1稳定性基本概念217

4.4.2稳定性与特征方程根的关系217

4.4.3代数稳定判据217

4.4.4对象的调节性能指标219

4.5掌握控制系统的误差分析220

4.5.1误差及稳态误差220

4.5.2系统类型及误差度220

4.5.3静态（稳态）误差系数221

4.6控制系统的综合和校正223

4.6.1校正的概念223

4.6.2串联校正装置的形式及其特性224

4.6.3继电器调节系统（非线性系统）及校正228

复习题231

复习题答案与提示238

第5章 热工测试技术246

5.1测量技术的基本知识246

5.1.1测量246

5.1.2测量精度与测量误差247

5.1.3常见测量方法249

5.1.4仪表的测量范围与测量精度250

5.1.5仪表的稳定性250

5.1.6静态特性和动态特性250

5.1.7传感器251

5.1.8传输通道251

5.1.9变换器252

5.2温度的测量252

5.2.1温度与温标252

5.2.2热电材料253

5.2.3热电效应测温原理254

5.2.4膨胀效应测温原理及其应用255

52.5热电回路性质及理论255

5.2.6热电耦结构及使用方法256

5.2.7热电阻测温原理及常用材料、常用组件的使用方法256

5.2.8辐射温度计257

5.2.9温度变送器259

5.2.10测温布置技术259

5.3湿度的测量260

5.3.1干湿球温度计测量原理260

5.3.2干湿球电学测量和信号传送传感260

5.3.3露点仪261

5.3.4露点仪测湿布置技术262

5.4压力的测量262

5.4.1压力计262

5.4.2压力传感器263

5.4.3压力仪表的选用和安装264

5.5流速的测量265

5.5.1流速测量原理265

5.5.2机械风速仪的测量及结构265

5.5.3热线风速仪的测量原理及结构265

5.5.4 L形动压管（毕托管）266

5.5.5测速仪267

5.5.6流速测量布置技术267

5.6流量的测量268

5.6.1节流法和容积法测流量268

5.6.2流量计268

5.6.3流量测量的布置技术273

5.7液位的测量273

5.7.1常见测液位方法273

5.7.2液位测量的布置及误差消除方法273

5.8热流量的测量274

5.8.1热流计的分类274

5.8.2热流计的布置及使用274

5.9误差与数据处理274

5.9.1误差函数的分布规律275

5.9.2直接测量的平均值、方差、标准误差、有效数字和测量结果表达275

5.9.3测量结果表达276

5.9.4间接测量最优值、标准误差、误差传播理论、微小误差原则、误差分配276

5.9.5组合测量原理279

5.9.6最小二乘法原理279

5.9.7经验公式法279

5.9.8相关系数279

5.9.9回归分析279

5.9.10显著性检验及分析279

5.9.11过失误差处理280

5.9.12系统误差处理方法及消除方法280

5.9.13误差的合成定律280

复习题281

复习题答案与提示287

第6章 机械基础290

6.1概述290

6.1.1机械设计的一般原则和程序290

6.1.2机械零件的设计准则293

6.1.3许用应力和安全系数294

6.2平面机构的自由度296

6.2.1运动副及其分类297

6.2.2平面机构运动简图297

6.2.3具有确定运动的条件及平面机构自由度299

6.3平面连杆机构301

6.3.1铰链四杆机构的基本型式和特性301

6.3.2曲柄存在的条件301

6.3.3铰链四杆机构的演化302

6.4凸轮机构304

6.4.1凸轮机构的应用和类型305

6.4.2从动件的基本运动规律306

6.4.3直动从动件盘形凸轮机构的轮廓曲线的绘制307

6.5螺纹连接310

6.5.1螺纹的常用类型和主要参数310

6.5.2螺旋副的受力分析、效率和自锁311

6.5.3螺纹连接的基本类型312

6.5.4螺纹连接的强度计算313

6.5.5螺纹连接设计时应注意的问题314

6.6带传动315

6.6.1带传动的工作情况分析315

6.6.2普通V带传动的主要参数和选择计算317

6.6.3带轮的材料和结构322

6.6.4带传动的张紧与维护323

6.7齿轮机构323

6.7.1齿轮机构的特点与类型323

6.7.2直齿圆柱齿轮各部分名称和尺寸324

6.7.3渐开线齿轮的正确啮合条件和连续传动条件325

6.7.4齿轮的失效326

6.7.5直齿圆柱齿轮的强度计算327

6.7.6斜齿圆柱齿轮传动及其受力分析331

6.7.7齿轮的结构331

6.7.8蜗杆传动333

6.8轮系334

6.8.1定轴轮系及其传动比334

6.8.2周转轮系及其传动比335

6.9轴336

6.9.1轴的分类337

6.9.2轴的材料337

6.9.3轴的结构338

6.9.4轴的计算339

6.9.5轴毂联接类型340

6.10滚动轴承343

6.10.1滚动轴承的分类343

6.10.2滚动轴承的代号345

6.10.3滚动轴承的选择计算347

复习题349

复习题答案与提示356

模拟试卷一361

模拟试卷一答案367

模拟试卷二371

模拟试卷二答案377

参考文献381