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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3

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4

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5

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6

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10

1.4.5 对比态定律10

1.4.6 理想气体的比热容、内能及焓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、定温和定熵过程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24

1.7.3 水蒸气图表24

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32

1.8.4 绝热节流33

1.9 动力循环34

1.9.1 蒸汽动力基本循环——朗肯循环（Rankine Cyc）34

1.9.2 回热、再热循环35

1.9.3 热电循环36

1.9.4 内燃机循环36

1.10 制冷循环37

1.10.1 空气压缩制冷循环38

1.10.2 蒸汽压缩制冷循环38

1.10.3 吸收式制冷循环40

1.10.4 热泵41

1.10.5 气体的液化41

复习题42

复习题答案与提示46

第2章 传热学50

2.1 导热理论基础50

2.1.1 导热基本概念50

2.1.2 傅里叶定律51

2.1.3 导热系数51

2.1.4 导热微分方程52

2.1.5 导热过程的单值性条件53

2.1.6 小结54

2.2 稳态导热54

2.2.1 通过平壁的导热54

2.2.2 通过圆筒壁的导热55

2.2.3 临界热绝缘直径57

2.2.4 通过肋壁的导热57

2.2.5 通过接触面的导热58

2.2.6 二维稳态导热问题59

2.2.7 小结59

2.3 非稳态导热59

2.3.1 非稳态导热的特点59

2.3.2 对流换热边界条件下非稳态导热59

2.3.3 常热流密度边界条件下非稳态导热61

2.3.4 小结61

2.4 导热问题数值解62

2.4.1 有限差分法原理62

2.4.2 建立离散方程的方法62

2.4.3 稳态导热问题的数值计算63

2.4.4 非稳态导热问题的数值计算64

2.4.5 小结66

2.5 对流换热分析66

2.5.1 影响对流换热的一般因素66

2.5.2 对流换热过程微分方程式66

2.5.3 对流换热微分方程组66

2.5.4 流动边界层和热边界层67

2.5.5 边界层换热微分方程组及其求解68

2.5.6 边界层换热积分方程组及其求解68

2.5.7 动量传热和热量传递的类比69

2.5.8 外掠平板紊流换热70

2.5.9 对流换热无量纲准则及其意义70

2.5.10 相似理论基础70

2.5.11 小结72

2.6 单相流体对流换热及准则关系式72

2.6.1 管内受迫流动对流换热72

2.6.2 管内受迫对流换热计算74

2.6.3 外掠圆管流动换热75

2.6.4 自然对流换热75

2.6.5 自然对流与受迫对流并存的混合对流换热76

2.6.6 小结76

2.7 凝结与沸腾换热77

2.7.1 凝结换热77

2.7.2 沸腾换热78

2.7.3 小结79

2.8 热辐射的基本定律79

2.8.1 热辐射基本概念79

2.8.2 普朗克定律80

2.8.3 斯蒂芬一玻尔兹曼定律80

2.8.4 兰贝特余弦定律81

2.8.5 基尔霍夫定律81

2.8.6 小结81

2.9 辐射换热计算82

2.9.1 角系数82

2.9.2 黑表面间的辐射换热82

2.9.3 灰表面间的辐射换热83

2.9.4 气体辐射85

2.9.5 气体与外壳间的辐射换热85

2.9.6 太阳辐射86

2.9.7 小结87

2.10 传热与换热器87

2.10.1 通过肋壁的传热87

2.10.2 复合换热时的传热计算88

2.10.3 传热的增强与削弱88

2.10.4 平均温度差89

2.10.5 换热器计算89

2.10.6 小结91

复习题91

复习题答案与提示100

第3章 工程流体力学及泵与风机110

3.1 流体动力学基础110

3.1.1 描述流体运动的两种方法110

3.1.2 恒定流动和非恒定流动111

3.1.3 恒定元流能量方程111

3.1.4 恒定总流能量方程113

3.2 相似性原理和因次分析115

3.2.1 力学相似115

3.2.2 相似准数116

3.2.3 因次分析法117

3.2.4 模型实验119

3.3 流动阻力和能量损失120

3.3.1 流动阻力和能量损失的分类120

3.3.2 层流和紊流现象121

3.3.3 均匀流方程122

3.3.4 圆管中的层流122

3.3.5 紊流运动123

3.3.6 沿程阻力的计算124

3.3.7 非圆管的沿程损失125

3.3.8 局部水头损失126

3.3.9 减少阻力的措施127

3.4 管路计算127

3.4.1 简单管路的计算127

3.4.2 串联管路的计算129

3.4.3 并联管路的计算130

3.5 特定流动分析131

3.5.1 势函数和流函数概念131

3.5.2 几种简单的平面无旋流动132

3.5.3 圆柱形测速管原理132

3.5.4 紊流射流的一般特性134

3.5.5 特殊射流136

3.6 气体动力学基础137

3.6.1 理想气体一元恒定流动的运动方程137

3.6.2 声速、滞止参数、马赫数138

3.6.3 气体速度与断面的关系139

3.7 泵与风机140

3.7.1 泵与风机的性能曲线140

3.7.2 管路性能曲线及工作点141

3.7.3 泵或风机的联合运行142

3.7.4 离心式泵或风机的工况调节142

3.7.5 泵的气蚀与安装高度144

3.7.6 泵或风机的选择145

复习题145

复习题答案与提示156

第4章 自动控制164

4.1 自动控制与自动控制系统的一般概念164

4.1.1 控制工程的基本含义164

4.1.2 信息的传递164

4.1.3 反馈及反馈控制165

4.1.4 开环及闭环控制系统的构成166

4.1.5 控制系统的分类及基本要求169

4.2 控制系统的数学模型171

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176

4.2.3 拉普拉斯变换与反变换177

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188

4.3.1 基本调节规律及实现方法188

4.3.2 控制系统的一阶瞬态响应192

4.3.3 二阶瞬态响应194

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210

4.3.7 二阶系统的设计方法212

4.4 控制系统的稳定性与对象的调节性能215

4.4.1 稳定性基本概念215

4.4.2 稳定性与特征方程根的关系215

4.4.3 代数稳定判据216

4.4.4 对象的调节性能指标217

4.5 掌握控制系统的误差分析218

4.5.1 误差及稳态误差218

4.5.2 系统类型及误差度219

4.5.3 静态（稳态）误差系数219

4.6 控制系统的综合和校正222

4.6.1 校正的概念222

4.6.2 串联校正装置的形式及其特性223

4.6.3 继电器调节系统（非线性系统）及校正226

复习题234

复习题答案与提示243

第5章 热工测试技术253

5.1 测量技术的基本知识253

5.1.1 测量253

5.1.2 测量精度与测量误差254

5.1.3 常见测量方法255

5.1.4 仪表的测量范围与测量精度256

5.1.5 仪表的稳定性257

5.1.6 静态特性和动态特性257

5.1.7 传感器258

5.1.8 传输通道258

5.1.9 变换器258

5.2 温度的测量259

5.2.1 温度与温标259

5.2.2 热电材料260

5.2.3 热电效应测温原理261

5.2.4 膨胀效应测温原理及其应用262

5.2.5 热电回路性质及理论262

5.2.6 热电偶结构及使用方法262

5.2.7 热电阻测温原理及常用材料、常用组件的使用方法263

5.2.8 辐射温度计264

5.2.9 温度变送器266

5.2.10 测温布置技术266

5.3 湿度的测量267

5.3.1 干湿球温度计测量原理267

5.3.2 干湿球温度电学测量和信号传送传感267

5.3.3 露点仪267

5.3.4 露点仪测湿布置技术269

5.4 压力的测量269

5.4.1 压力计269

5.4.2 压力传感器270

5.4.3 压力仪表的选用和安装270

5.5 流速的测量272

5.5.1 流速测量原理272

5.5.2 机械风速仪的测量及结构272

5.5.3 热线风速仪的测量原理及结构272

5.5.4 L形动压管（毕托管）273

5.5.5 测速仪274

5.5.6 流速测量布置技术274

5.6 流量的测量274

5.6.1 节流法和容积法测流量274

5.6.2 流量计275

5.6.3 流量测量的布置技术279

5.7 液位的测量279

5.7.1 常见测液位方法279

5.7.2 液位测量的布置及误差消除方法280

5.8 热流量的测量280

5.8.1 热流计的分类280

5.8.2 热流计的布置及使用280

5.9 误差与数据处理280

5.9.1 误差函数的分布规律281

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281

5.9.3 测量结果表达282

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283

5.9.5 组合测量原理285

5.9.6 最小二乘法原理285

5.9.7 经验公式法285

5.9.8 相关系数285

5.9.9 回归分析286

5.9.10 显著性检验及分析286

5.9.11 过失误差处理286

5.9.12 系统误差处理方法及消除方法286

5.9.13 误差的合成定律286

复习题288

复习题答案与提示293

第6章 机械基础296

6.1 概述296

6.1.1 机械设计的一般原则和程序296

6.1.2 机械零件的设计准则299

6.1.3 许用应力和安全系数300

6.2 平面机构的自由度302

6.2.1 运动副及其分类303

6.2.2 平面机构运动简图303

6.2.3 具有确定运动的条件及平面机构自由度305

6.3 平面连杆机构307

6.3.1 铰链四杆机构的基本形式和特性307

6.3.2 曲柄存在的条件307

6.3.3 铰链四杆机构的演化308

6.4 凸轮机构310

6.4.1 凸轮机构的应用和类型311

6.4.2 从动件的基本运动规律312

6.4.3 直动从动件盘形凸轮机构的轮廓曲线的绘制313

6.5 螺纹联接316

6.5.1 螺纹的常用类型和主要参数316

6.5.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁317

6.5.3 螺纹联接的基本类型318

6.5.4 螺纹联接的强度计算319

6.5.5 螺纹联接设计时应注意的问题320

6.6 带传动321

6.6.1 带传动的工作情况分析321

6.6.2 普通V带传动的主要参数和选择计算323

6.6.3 带轮的材料和结构328

6.6.4 带传动的张紧与维护329

6.7 齿轮机构329

6.7.1 齿轮机构的特点与类型329

6.7.2 直齿圆柱齿轮各部分名称和尺寸330

6.7.3 渐开线齿轮的正确啮合条件和连续传动条件331

6.7.4 齿轮的失效332

6.7.5 直齿圆柱齿轮的强度计算333

6.7.6 斜齿圆柱齿轮传动及其受力分析337

6.7.7 齿轮的结构337

6.7.8 蜗杆传动339

6.8 轮系340

6.8.1 定轴轮系及其传动比340

6.8.2 周转轮系及其传动比341

6.9 轴342

6.9.1 轴的分类343

6.9.2 轴的材料343

6.9.3 轴的结构344

6.9.4 轴的计算345

6.9.5 轴毂联接类型346

6.10 滚动轴承349

6.10.1 滚动轴承的分类349

6.10.2 滚动轴承的代号351

6.10.3 滚动轴承的选择计算353

复习题355

复习题答案与提示362

模拟试题（一）367

模拟试题（一）答案373

模拟试题（二）377

模拟试题（二）答案382

参考文献386