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目录1

前言1

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1

1.1.7 热力参数及坐标图2

1.1.6 状态方程式2

1.1.5 状态公理2

1.1.4 状态参数2

1.1.3 平衡（平衡状态）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

1.3.3 焓5

1.3.2 内能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

1.2.2 可逆过程与不可逆过程5

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7

1.4 气体性质8

1.4.1 理想气体模型及其状态方程8

1.4.5 对比态定律10

1.4.4 临界参数10

1.4.3 压缩因子10

1.4.2 实际气体模型及其状态方程10

1.4.6 理想气体的比热容11

1.4.7 混合气体11

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13

1.5 3 压气机的压缩轴功16

1.6 热力学第二定律17

1.6.1 热力学第二定律的实质及表述17

1.5.5 多级压缩及中间冷却17

1.5.4 余隙17

1.6.2 卡诺循环和卡诺定理18

1.6.3 熵19

1.6.4 孤立系统熵增原理20

1.7 水蒸气和湿空气21

1.7.1 蒸发、冷凝、沸腾和汽化21

1.7.2 水蒸气的定压发生过程21

1.7.3 水蒸气图表22

1.7.5 湿空气的性质23

1.7.4 水蒸气的基本热力过程23

1.7.6 湿空气的焓湿图25

1.7.7 湿空气的基本热力过程27

1.8 气体和蒸汽的流动27

1.8.1 喷管和扩压管27

1.8.2 稳定流动基本方程28

1.8.3 流速、声速和流量29

1.8.4 喷管流量的计算29

1.8.5 临界压力比与临界流速30

1.8.6 绝热节流31

1.9.2 回热、再热循环32

1.9 动力循环32

1.9.1 朗肯循环（Rankine Cycle）32

1.9.3 热电循环33

1.9.4 燃机循环33

1.10 制冷循环34

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37

1.10.4 热泵37

复习题38

1.10.5 气体的液化38

复习题答案与提示47

第2章 传热学51

2.1 导热理论基础51

2.1.1 导热基本概念51

2.1.2 傅里叶定律52

2.1.3 导热系数52

2.1.4 导热微分方程53

2.1.5 导热过程的单值性条件53

2.2 稳态导热54

2.2.1 通过平壁的导热55

2.2.2 通过圆筒壁的导热56

2.2.4 通过肋壁的导热57

2.2.3 临界热绝缘直径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

2.3 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无限大平壁加热与冷却过程非稳态导热59

2.4 导热问题数值解61

2.4.1 有限差分法原理61

2.3.3 常热流密度边界条件下非稳态导热61

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

2.5 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 边界层换热微分方程组及其求解67

2.5.5 边界层换热积分方程组及其求解69

2.5.6 动量传递和热量传递的类比70

2.5.7 相似理论基础71

2.6.1 管内受迫流动换热73

2.6 单相流体对流换热及准则关系式73

2.6.2 管内受迫对流换热计算75

2.6.3 外掠圆管流动换热75

2.6.4 自然对流换热76

2.6.5 自然对流与受迫对流并存的混合对流换热77

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

2.8.1 热辐射基本概念79

2.8 热辐射的基本定律79

2.8.2 普朗克（MPlanck）定律80

2.8.3 斯蒂芬-玻尔兹曼（Stefen-Boltzmann）定律81

2.8.4 兰贝特（Lambert）余弦定律81

2.8.5 基尔霍夫（Kirchhoff）定律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

2.9.5 气体与外壳间的辐射换热85

2.9.4 气体辐射85

2.9.6 太阳辐射86

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 传热的增强与消弱88

2.10.4 平均温度差89

2.10.5 换热器计算89

复习题91

复习题答案与提示98

3.1.1 描述流体运动的两种方法104

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

3.1.2 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119

3.3.9 减少阻力的措施120

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123

3.5 特定流动分析124

3.5.1 势函数和流函数概念124

3.5.2 几种简单的平面无旋流动125

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129

3.6 气体动力学基础130

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132

3.7 泵与风机133

3.7.1 泵与风机的性能曲线133

3.7.2 管路性能曲线及工作点134

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138

复习题138

复习题答案与提示149

第4章 自动控制157

4.1 自动控制与自动控制系统的一般概念157

4.1.1 控制工程的基本含义157

4.1.2 信息的传递158

4.1.3 反馈及反馈控制158

4.1.4 开环及闭环控制系统的构成159

4.1.5 控制系统的分类及基本要求162

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164

4.2.2 控制系统微分方程的拟定与求解170

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176

4.3 线性系统的分析与设计182

4.3.1 基本调节规律及实现方法182

4.3.2 控制系统的一阶瞬态响应187

4.3.3 二阶瞬态响应188

4.3.4 频率特性基本概念191

4.3.5 频率特性表示方法192

4.3.6 调节器的特性对调节质量的影响200

4.3.7 二阶系统的设计方法202

4.4 控制系统的稳定性与对象的调节性能205

4.4.1 稳定性基本概念205

4.4.2 稳定性与特征方程根的关系205

4.4.3 代数稳定判据205

4.4.4 对象的调节性能指标207

4.5.3 静态（稳态）误差系数208

4.5.2 系统类型及误差度208

4.5.1 误差及稳态误差208

4.5 掌握控制系统的误差分析208

4.6 控制系统的综合和校正209

4.6.1 校正的概念209

4.6.2 串联校正装置的形式及其特性209

4.6.3 继电器调节系统（非线性系统）及校正211

复习题217

复习题答案与提示227

5.1.1 测量232

5.1 测量技术的基本知识232

第5章 热工测试技术232

5.1.2 测量精度与测量误差233

5.1.3 常见测量方法234

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237

5.1.6 静态特性和动态特性237

5.1.7 传感器238

5.1.8 传输通道238

5.1.9 变换器238

5.2.1 温度与温标239

5.2 温度的测量239

5.2.3 热电效应测温原理240

5.2.2 热电材料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 温度计243

5.2.9 温度变送器244

5.2.10 测温布置技术244

5.3.2 干湿球电学测量和信号传送传感245

5.3.3 露点仪245

5.3 湿度的测量245

5.3.1 干湿球温度计测量原理245

5.3.4 露点仪测湿布置技术247

5.4 压力的测量247

5.4.1 压力计247

5.4.2 传感器248

5.4.3 压力仪表的选用和安装249

5.5.2 机械风速仪的测量及结构250

5.5.3 热线风速仪的测量原理及结构250

5.5.1 流速测量原理250

5.5 流速的测量250

5.5.4 L型动压管（毕托管）251

5.5.5 测速仪252

5.5.6 流速测量布置技术252

5.6 流量的测量253

5.6.1 节流法和容积法测流量253

5.6.2 流量计254

5.7.1 常见测液位方法258

5.7 液位的测量258

5.6.3 流量测量的布置技术258

5.7.2 液位测量的布置及误差消除方法259

5.8 热流量的测量259

5.8.1 热流计的分类259

5.8.2 热流计的布置及使用259

5.9 误差与数据处理259

5.9.1 误差函数的分布规律259

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260

5.9.3 测量结果表达260

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261

5.9.5 组合测量原理263

5.9.6 最小二乘法原理263

5.9.7 经验公式法263

5.9.8 相关系数264

5.9.9 回归分析264

5.9.10 显著性检验及分析264

5.9.11 过失误差处理264

5.9.12 系统误差处理方法及消除方法264

5.9.13 误差的合成定律264

复习题266

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

6.3.1 铰链四杆机构的基本型式和特性285

6.3 平面连杆机构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

6.7.4 齿轮的失效309

6.7.3 渐开线齿轮的正确啮合条件和连续传动条件309

6.7.5 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314

6.7.7 齿轮的结构315

6.7.8 蜗杆传动316

6.8 轮系317

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

6.9.3 轴的结构321

6.9.2 轴的材料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344

参考文献350