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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3

1.1.8　功和热量3

1.1.9　热力过程4

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5

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6

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10

1.4.2　实际气体模型及其状态方程10

1.4.3　压缩因子11

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14

1.5.1　定压、定容、定温和绝热过程14

1.5.2　多变过程14

1.5.3　压气机的压缩轴功17

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19

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20

1.6.3　熵21

1.6.4　孤立系统熵增原理22

1.7　水蒸气和湿空气23

1.7.1　蒸发、冷凝、沸腾和汽化24

1.7.2　水蒸气的定压发生过程24

1.7.3　水蒸气图表25

1.7.4　水蒸气的基本热力过程26

1.7.5　湿空气的性质26

1.7.6　湿空气的焓湿图28

1.7.7　湿空气的基本热力过程29

1.8　气体和蒸汽的流动30

1.8.1　稳定流动基本方程30

1.8.2　定熵流动的基本特性31

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33

1.9.1 蒸汽动力基本循环——朗肯循环（Rankine Cycle）33

1.9.2　回热、再热循环34

1.9.3　热电循环34

1.9.4　内燃机循环35

1.10　制冷循环36

1.10.1　空气压缩制冷循环36

1.10.2　蒸汽压缩制冷循环37

1.10.3　吸收式制冷循环38

1.10.4　热泵39

1.10.5　气体的液化39

复习题40

复习题答案与提示44

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　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　小结56

2.3　非稳态导热56

2.3.1　非稳态导热的特点56

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58

2.3　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59

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　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68

2.5.10　相似理论基础68

2.5　小结70

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　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　小结76

2.8　热辐射的基本定律76

2.8.1　热辐射基本概念76

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78

2.8　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80

2.9.4　气体辐射82

2.9.5　气体与外壳间的辐射换热83

2.9.6　太阳辐射83

2.9　小结84

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85

2.10.3　传热的增强与消弱86

2.10.4　平均温度差86

2.10.5　换热器计算87

2.10　小结89

复习题89

复习题答案与提示96

第3章　工程流体力学及泵与风机104

3.1　流体动力学基础104

3.1.1　描述流体运动的两种方法104

3.1.2　恒定流动和非恒定流动105

3.1.3　恒定元流能量方程105

3.1.4　恒定总流能量方程107

3.2　相似性原理和因次分析109

3.2.1 力学相似109

3.2.2　相似准数110

3.2.3　因次分析法111

3.2.4　模型实验113

3.3　流动阻力和能量损失114

3.3.1 流动阻力和能量损失的分类114

3.3.2　层流和紊流现象115

3.3.3　均匀流方程115

3.3.4　圆管中的层流116

3.3.5　紊流运动117

3.3.6　沿程阻力的计算117

3.3.7　非圆管的沿程损失119

3.3.8　局部水头损失120

3.3.9　减少阻力的措施121

3.4　管路计算121

3.4.1　简单管路的计算121

3.4.2　串联管路的计算123

3.4.3　并联管路的计算124

3.5　特定流动分析125

3.5.1 势函数和流函数概念125

3.5.2　几种简单的平面无旋流动126

3.5.3　圆柱形测速管原理126

3.5.4　紊流射流的一般特性127

3.5.5　特殊射流130

3.6　气体动力学基础131

3.6.1 理想气体一元恒定流动的运动方程131

3.6.2　声速、滞止参数、马赫数131

3.6.3　气体速度与断面的关系133

3.7　泵与风机134

3.7.1　泵与风机的性能曲线134

3.7.2　管路性能曲线及工作点135

3.7.3　泵或风机的联合运行136

3.7.4　离心式泵或风机的工况调节136

3.7.5　泵的气蚀与安装高度137

3.7.6　泵或风机的选择139

复习题139

复习题答案与提示150

第4章 自动控制158

4.1 自动控制与自动控制系统的一般概念158

4.1.1　控制工程的基本含义158

4.1.2　信息的传递159

4.1.3　反馈及反馈控制159

4.1.4　开环及闭环控制系统的构成160

4.1.5　控制系统的分类及基本要求163

4.2　控制系统的数学模型166

4.2.1　控制系统各环节的特性167

4.2.2　控制系统微分方程的拟定与求解171

4.2.3　拉普拉斯变换与反变换172

4.2.4　传递函数及其方块图177

4.3　线性系统的分析与设计183

4.3.1　基本调节规律及实现方法183

4.3.2　控制系统的一阶瞬态响应188

4.3.3　二阶瞬态响应189

4.3.4　频率特性基本概念193

4.3.5　频率特性表示方法195

4.3.6　调节器的特性对调节质量的影响205

4.3.7　二阶系统的设计方法206

4.4　控制系统的稳定性与对象的调节性能210

4.4.1　稳定性基本概念210

4.4.2　稳定性与特征方程根的关系210

4.4.3　代数稳定判据210

4.4.4　对象的调节性能指标212

4.5　掌握控制系统的误差分析213

4.5.1　误差及稳态误差213

4.5.2　系统类型及误差度214

4.5.3　静态（稳态）误差系数214

4.6　控制系统的综合和校正216

4.6.1　校正的概念216

4.6.2　串联校正装置的形式及其特性218

4.6.3　继电器调节系统（非线性系统）及校正221

复习题224

复习题答案与提示231

第5章　热工测试技术239

5.1　测量技术的基本知识239

5.1.1　测量239

5.1.2　测量精度与测量误差240

5.1.3　常见测量方法242

5.1.4　仪表的测量范围与测量精度243

5.1.5　仪表的稳定性243

5.1.6　静态特性和动态特性243

5.1.7　传感器244

5.1.8　传输通道244

5.1.9　变换器245

5.2　温度的测量245

5.2.1　温度与温标245

5.2.2　热电材料246

5.2.3　热电效应测温原理247

5.2.4　膨胀效应测温原理及其应用248

5.2.5　热电回路性质及理论248

5.2.6　热电耦结构及使用方法249

5.2.7　热电阻测温原理及常用材料、常用组件的使用方法249

5.2.8　辐射温度计250

5.2.9　温度变送器252

5.2.10　测温布置技术252

5.3　湿度的测量253

5.3.1　干湿球温度计测量原理253

5.3.2　干湿球电学测量和信号传送传感253

5.3.3　露点仪254

5.3.4　露点仪测湿布置技术255

5.4　压力的测量255

5.4.1　压力计255

5.4.2　压力传感器256

5.4.3　压力仪表的选用和安装257

5.5　流速的测量258

5.5.1　流速测量原理258

5.5.2　机械风速仪的测量及结构258

5.5.3　热线风速仪的测量原理及结构258

5.5.4　L型动压管（毕托管）259

5.5.5　测速仪260

5.5.6　流速测量布置技术260

5.6　流量的测量261

5.6.1　节流法和容积法测流量261

5.6.2　流量计261

5.6.3　流量测量的布置技术266

5.7　液位的测量266

5.7.1　常见测液位方法266

5.7.2　液位测量的布置及误差消除方法266

5.8　热流量的测量267

5.8.1　热流计的分类267

5.8.2　热流计的布置及使用267

5.9　误差与数据处理267

5.9.1　误差函数的分布规律267

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267

5.9.3　测量结果表达268

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269

5.9.5　组合测量原理271

5.9.6　最小二乘法原理271

5.9.7　经验公式法271

5.9.8　相关系数271

5.9.9　回归分析271

5.9.10　显著性检验及分析271

5.9.11　过失误差处理272

5.9.12　系统误差处理方法及消除方法272

5.9.13　误差的合成定律272

复习题273

复习题答案与提示279

第6章　机械基础282

6.1　概述282

6.1.1　机械设计的一般原则和程序282

6.1.2　机械零件的设计准则285

6.1.3　许用应力和安全系数286

6.2　平面机构的自由度288

6.2.1　运动副及其分类289

6.2.2　平面机构运动简图289

6.2.3　具有确定运动的条件及平面机构自由度291

6.3　平面连杆机构293

6.3.1 铰链四杆机构的基本型式和特性293

6.3.2　曲柄存在的条件293

6.3.3　铰链四杆机构的演化294

6.4　凸轮机构296

6.4.1 凸轮机构的应用和类型297

6.4.2　从动件的常用运动规律298

6.4.3　直动从动件盘形凸轮机构的轮廓曲线的绘制299

6.5　螺纹联接302

6.5.1　螺纹的常用类型和主要参数302

6.5.2　螺旋副的受力分析、效率和自锁303

6.5.3　螺纹联接的基本类型304

6.5.4　螺纹联接的强度计算305

6.5.5　螺纹联接设计时应注意的问题306

6.6　带传动307

6.6.1　带传动的工作情况分析307

6.6.2　普通V带传动的主要参数和选择计算309

6.6.3　带轮的材料和结构314

6.6.4　带传动的张紧与维护315

6.7　齿轮机构315

6.7.1　齿轮机构的特点与类型315

6.7.2　直齿圆柱齿轮各部分名称和尺寸316

6.7.3　渐开线齿轮的正确啮合条件和连续传动条件317

6.7.4　齿轮的失效318

6.7.5　直齿圆柱齿轮的强度计算319

6.7.6　斜齿圆柱齿轮传动及其受力分析323

6.7.7　齿轮的结构323

6.7.8　蜗杆传动325

6.8　轮系326

6.8.1　定轴轮系及其传动比326

6.8.2　周转轮系及其传动比327

6.9　轴328

6.9.1　轴的分类329

6.9.2　轴的材料329

6.9.3　轴的结构330

6.9.4　轴的计算331

6.9.5　轴毂联接类型332

6.10　滚动轴承335

6.10.1　滚动轴承的分类335

6.10.2　滚动轴承的代号337

6.10.3　滚动轴承的选择计算339

复习题341

复习题答案与提示348

参考文献353