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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17

1.5.5 多级压缩及中间冷却17

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18

1.6.2 卡诺循环和卡诺定理18

1.6.3 熵20

1.6.4 孤立系统熵增原理21

1.7 水蒸气和湿空气22

1.7.1 蒸发、冷凝、沸腾和汽化22

1.7.2 水蒸气的定压发生过程23

1.7.3 水蒸气图表23

1.7.4 水蒸气的基本热力过程24

1.7.5 湿空气的性质25

1.7.6 湿空气的焓湿图26

1.7.7 湿空气的基本热力过程27

1.8 气体和蒸汽的流动28

1.8.1 稳定流动基本方程28

1.8.2 定熵流动的基本特性29

1.8.3 喷管中流速及流量计算30

1.8.4 绝热节流31

1.9 动力循环31

1.9.1 蒸汽动力基本循环——朗肯循环（Rankine Cycle）31

1.9.2 回热、再热循环32

1.9.3 热电循环33

1.9.4 内燃机循环33

1.10 制冷循环34

1.10.1 空气压缩制冷循环34

1.10.2 蒸汽压缩制冷循环35

1.10.3 吸收式制冷循环37

1.10.4 热泵37

1.10.5 气体的液化38

复习题38

复习题答案与提示42

第2章 传热学47

2.1 导热理论基础47

2.1.1 导热基本概念47

2.1.2 傅里叶定律48

2.1.3 热导率48

2.1.4 导热微分方程49

2.1.5 导热过程的单值性条件50

2.2 稳态导热51

2.2.1 通过平壁的导热51

2.2.2 通过圆筒壁的导热52

2.2.3 临界热绝缘直径53

2.2.4 通过肋壁的导热53

2.2.5 通过接触面的导热54

2.2.6 二维稳态导热问题55

2.3 非稳态导热55

2.3.1 非稳态导热的特点55

2.3.2 对流换热边界条件下非稳态导热55

2.3.3 常热流密度边界条件下非稳态导热57

2.4 导热问题数值解57

2.4.1 有限差分法原理58

2.4.2 建立离散方程的方法58

2.4.3 稳态导热问题的数值计算59

2.4.4 非稳态导热问题的数值计算60

2.5 对流换热分析61

2.5.1 影响对流换热的一般因素62

2.5.2 对流换热过程微分方程式62

2.5.3 对流换热微分方程组62

2.5.4 流动边界层和热边界层63

2.5.5 边界层换热微分方程组及其求解64

2.5.6 边界层换热积分方程组及其求解65

2.5.7 动量传热和热量传递的类比66

2.5.8 外掠平板紊流换热66

2.5.9 对流换热无量纲准则及其意义66

2.5.10 相似理论基础67

2.6 单相流体对流换热及准则关系式68

2.6.1 管内受迫流动对流换热68

2.6.2 管内受迫对流换热计算70

2.6.3 外掠圆管流动换热71

2.6.4 自然对流换热71

2.6.5 自然对流与受迫对流并存的混合对流换热72

2.7 凝结与沸腾换热72

2.7.1 凝结换热72

2.7.2 沸腾换热73

2.8 热辐射的基本定律74

2.8.1 热辐射基本概念74

2.8.2 普朗克定律76

2.8.3 斯蒂芬-玻尔兹曼定律76

2.8.4 兰贝特余弦定律76

2.8.5 基尔霍夫定律76

2.9 辐射换热计算77

2.9.1 角系数77

2.9.2 黑表面间的辐射换热77

2.9.3 灰表面间的辐射换热78

2.9.4 气体辐射80

2.9.5 气体与外壳间的辐射换热81

2.9.6 太阳辐射81

2.10 传热与换热器82

2.10.1 通过肋壁的传热82

2.10.2 复合换热时的传热计算83

2.10.3 传热的增强与消弱83

2.10.4 平均温度差84

2.10.5 换热器计算85

复习题87

复习题答案与提示94

第3章 工程流体力学及泵与风机101

3.1 流体动力学基础101

3.1.1 描述流体运动的两种方法101

3.1.2 恒定流动和非恒定流动102

3.1.3 恒定元流能量方程102

3.1.4 恒定总流能量方程104

3.2 相似性原理和因次分析106

3.2.1 力学相似106

3.2.2 相似准数107

3.2.3 因次分析法108

3.2.4 模型实验110

3.3 流动阻力和能量损失111

3.3.1 流动阻力和能量损失的分类111

3.3.2 层流和紊流现象112

3.3.3 均匀流方程112

3.3.4 圆管中的层流113

3.3.5 紊流运动114

3.3.6 沿程阻力的计算114

3.3.7 非圆管的沿程损失116

3.3.8 局部水头损失117

3.3.9 减少阻力的措施118

3.4 管路计算118

3.4.1 简单管路的计算118

3.4.2 串联管路的计算120

3.4.3 并联管路的计算121

3.5 特定流动分析122

3.5.1 势函数和流函数概念122

3.5.2 几种简单的平面无旋流动123

3.5.3 圆柱形测速管原理123

3.5.4 紊流射流的一般特性124

3.5.5 特殊射流127

3.6 气体动力学基础128

3.6.1 理想气体一元恒定流动的运动方程128

3.6.2 声速、滞止参数、马赫数128

3.6.3 气体速度与断面的关系130

3.7 泵与风机131

3.7.1 泵与风机的性能曲线131

3.7.2 管路性能曲线及工作点132

3.7.3 泵或风机的联合运行133

3.7.4 离心式泵或风机的工况调节133

3.7.5 泵的气蚀与安装高度134

3.7.6 泵或风机的选择136

复习题136

复习题答案与提示147

第4章 自动控制155

4.1 自动控制与自动控制系统的一般概念155

4.1.1 控制工程的基本含义155

4.1.2 信息的传递156

4.1.3 反馈及反馈控制156

4.1.4 开环及闭环控制系统的构成157

4.1.5 控制系统的分类及基本要求160

4.2 控制系统的数学模型163

4.2.1 控制系统各环节的特性163

4.2.2 控制系统微分方程的拟定与求解168

4.2.3 拉普拉斯变换与反变换169

4.2.4 传递函数及其方块图173

4.3 线性系统的分析与设计179

4.3.1 基本调节规律及实现方法179

4.3.2 控制系统的一阶瞬态响应184

4.3.3 二阶瞬态响应185

4.3.4 频率特性基本概念189

4.3.5 频率特性表示方法191

4.3.6 调节器的特性对调节质量的影响199

4.3.7 二阶系统的设计方法200

4.4 控制系统的稳定性与对象的调节性能204

4.4.1 稳定性基本概念204

4.4.2 稳定性与特征方程根的关系204

4.4.3 代数稳定判据204

4.4.4 对象的调节性能指标206

4.5 掌握控制系统的误差分析207

4.5.1 误差及稳态误差207

4.5.2 系统类型及误差度207

4.5.3 静态（稳态）误差系数207

4.6 控制系统的综合和校正210

4.6.1 校正的概念210

4.6.2 串联校正装置的形式及其特性211

4.6.3 继电器调节系统（非线性系统）及校正214

复习题217

复习题答案与提示225

第5章 热工测试技术232

5.1 测量技术的基本知识232

5.1.1 测量232

5.1.2 测量精度与测量误差233

5.1.3 常见测量方法235

5.1.4 仪表的测量范围与测量精度236

5.1.5 仪表的稳定性236

5.1.6 静态特性和动态特性236

5.1.7 传感器237

5.1.8 传输通道237

5.1.9 变换器238

5.2 温度的测量238

5.2.1 温度与温标238

5.2.2 热电材料239

5.2.3 热电效应测温原理240

5.2.4 膨胀效应测温原理及其应用241

5.2.5 热电回路性质及理论241

5.2.6 热电偶结构及使用方法242

5.2.7 热电阻测温原理及常用材料、常用组件的使用方法242

5.2.8 辐射温度计243

5.2.9 温度变送器245

5.2.10 测温布置技术246

5.3 湿度的测量246

5.3.1 干湿球温度计测量原理246

5.3.2 干湿球电学测量和信号传送传感246

5.3.3 露点仪247

5.3.4 露点仪测湿布置技术248

5.4 压力的测量248

5.4.1 压力计249

5.4.2 传感器249

5.4.3 压力仪表的选用和安装250

5.5 流速的测量251

5.5.1 流速测量原理251

5.5.2 机械风速仪的测量及结构251

5.5.3 热线风速仪的测量原理及结构252

5.5.4 L型动压管（毕托管）253

5.5.5 测速仪253

5.5.6 流速测量布置技术254

5.6 流量的测量254

5.6.1 节流法和容积法测流量254

5.6.2 流量计255

5.6.3 流量测量的布置技术259

5.7 液位的测量260

5.7.1 常见测液位方法260

5.7.2 液位测量的布置及误差消除方法260

5.8 热流量的测量260

5.8.1 热流计的分类260

5.8.2 热流计的布置及使用260

5.9 误差与数据处理261

5.9.1 误差函数的分布规律261

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261

5.9.3 测量结果表达262

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262

5.9.5 组合测量原理264

5.9.6 最小二乘法原理264

5.9.7 经验公式法265

5.9.8 相关系数265

5.9.9 回归分析265

5.9.10 显著性检验及分析265

5.9.11 过失误差处理265

5.9.12 系统误差处理方法及消除方法265

5.9.13 误差的合成定律266

复习题267

复习题答案与提示272

第6章 机械基础275

6.1 概述275

6.1.1 机械设计的一般原则和程序275

6.1.2 机械零件的设计准则278

6.1.3 许用应力和安全系数278

6.2 平面机构的自由度281

6.2.1 运动副及其分类281

6.2.2 平面机构运动简图282

6.2.3 具有确定运动的条件及平面机构自由度283

6.3 平面连杆机构285

6.3.1 铰链四杆机构的基本型式和特性285

6.3.2 曲柄存在的条件286

6.3.3 铰链四杆机构的演化287

6.4 凸轮机构289

6.4.1 凸轮机构的应用和类型289

6.4.2 从动件的常用运动规律290

6.4.3 直动从动件盘形凸轮机构的轮廓曲线的绘制292

6.5 螺纹联接294

6.5.1 螺纹的常用类型和主要参数294

6.5.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁295

6.5.3 螺纹联接的基本类型296

6.5.4 螺纹联接的强度计算297

6.5.5 螺纹联接设计时应注意的问题298

6.6 带传动299

6.6.1 带传动的工作情况分析299

6.6.2 普通V带传动的主要参数和选择计算301

6.6.3 带轮的材料和结构306

6.6.4 带传动的张紧与维护307

6.7 齿轮机构307

6.7.1 齿轮机构的特点与类型307

6.7.2 直齿圆柱齿轮各部分名称和尺寸307

6.7.3 渐开线齿轮的正确啮合条件和连续传动条件309

6.7.4 齿轮的失效309

6.7.5 直齿圆柱齿轮的强度计算310

6.7.6 斜齿圆柱齿轮传动及其受力分析315

6.7.7 齿轮的结构315

6.7.8 蜗杆传动316

6.8 轮系318

6.8.1 定轴轮系及其传动比318

6.8.2 周转轮系及其传动比319

6.9 轴320

6.9.1 轴的分类320

6.9.2 轴的材料321

6.9.3 轴的结构321

6.9.4 轴的计算322

6.9.5 轴毂联接类型324

6.10 滚动轴承326

6.10.1 滚动轴承的分类326

6.10.2 滚动轴承的代号328

6.10.3 滚动轴承的选择计算330

复习题332

复习题答案与提示339

参考文献344