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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