第1章 工程热力学 1
考试大纲 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 11
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 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 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 Cycle） 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 39
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 42
复习题 42
复习题答案与提示 47
第2章 传热学 52
考试大纲 52
2.1 导热理论基础 52
2.1.1 导热基本概念 52
2.1.2 傅里叶定律 53
2.1.3 热导率 53
2.1.4 导热微分方程 54
2.1.5 导热过程的单值性条件 55
2.1.6 小结 56
2.2 稳态导热 56
2.2.1 通过平壁的导热 56
2.2.2 通过圆筒壁的导热 58
2.2.3 临界热绝缘直径 59
2.2.4 通过肋壁的导热 59
2.2.5 通过接触面的导热 60
2.2.6 二维稳态导热问题 61
2.2.7 小结 61
2.3 非稳态导热 61
2.3.1 非稳态导热的特点 61
2.3.2 对流换热边界条件下非稳态导热 61
2.3.3 常热流密度边界条件下非稳态导热 63
2.3.4 小结 64
2.4 导热问题数值解 64
2.4.1 有限差分法原理 64
2.4.2 建立离散方程的方法 64
2.4.3 稳态导热问题的数值计算 65
2.4.4 非稳态导热问题的数值计算 66
2.4.5 小结 68
2.5 对流换热分析 68
2.5.1 影响对流换热的一般因素 68
2.5.2 对流换热过程微分方程式 69
2.5.3 对流换热微分方程组 69
2.5.4 流动边界层和热边界层 69
2.5.5 边界层换热微分方程组及其求解 70
2.5.6 边界层换热积分方程组及其求解 71
2.5.7 动量传热和热量传递的类比 72
2.5.8 外掠平板紊流换热 72
2.5.9 对流换热无量纲准则及其意义 72
2.5.10 相似理论基础 73
2.5.11 小结 74
2.6 单相流体对流换热及准则关系式 75
2.6.1 管内受迫流动对流换热 75
2.6.2 管内受迫对流换热计算 76
2.6.3 外掠圆管流动换热 77
2.6.4 自然对流换热 78
2.6.5 自然对流与受迫对流并存的混合对流换热 79
2.6.6 小结 79
2.7 凝结与沸腾换热 80
2.7.1 凝结换热 80
2.7.2 沸腾换热 80
2.7.3 小结 82
2.8 热辐射的基本定律 82
2.8.1 热辐射基本概念 82
2.8.2 普朗克定律 83
2.8.3 斯蒂芬-玻耳兹曼定律 83
2.8.4 兰贝特余弦定律 83
2.8.5 基尔霍夫定律 84
2.8.6 小结 84
2.9 辐射换热计算 85
2.9.1 角系数 85
2.9.2 黑表面间的辐射换热 85
2.9.3 灰表面间的辐射换热 86
2.9.4 气体辐射 88
2.9.5 气体与外壳间的辐射换热 89
2.9.6 太阳辐射 89
2.9.7 小结 90
2.10 传热与换热器 90
2.10.1 通过肋壁的传热 90
2.10.2 复合换热时的传热计算 91
2.10.3 传热的增强与削弱 91
2.10.4 平均温度差 92
2.10.5 换热器计算 93
2.10.6 小结 94
复习题 95
复习题答案与提示 105
第3章 工程流体力学及泵与风机 115
考试大纲 115
3.1 流体动力学基础 115
3.1.1 描述流体运动的两种方法 115
3.1.2 恒定流动和非恒定流动 116
3.1.3 恒定元流能量方程 116
3.1.4 恒定总流能量方程 118
3.2 相似性原理和因次分析 120
3.2.1 力学相似 120
3.2.2 相似准数 121
3.2.3 因次分析法 122
3.2.4 模型实验 124
3.3 流动阻力和能量损失 125
3.3.1 流动阻力和能量损失的分类 125
3.3.2 层流和紊流现象 126
3.3.3 均匀流方程 127
3.3.4 圆管中的层流 127
3.3.5 紊流运动 128
3.3.6 沿程阻力的计算 129
3.3.7 非圆管的沿程损失 130
3.3.8 局部水头损失 131
3.3.9 减少阻力的措施 132
3.4 管路计算 132
3.4.1 简单管路的计算 132
3.4.2 串联管路的计算 134
3.4.3 并联管路的计算 135
3.5 特定流动分析 136
3.5.1 势函数和流函数概念 136
3.5.2 几种简单的平面无旋流动 137
3.5.3 圆柱形测速管原理 137
3.5.4 紊流射流的一般特性 139
3.5.5 特殊射流 141
3.6 气体动力学基础 142
3.6.1 理想气体一元恒定流动的运动方程 142
3.6.2 声速、滞止参数、马赫数 143
3.6.3 气体速度与断面的关系 144
3.7 泵与风机 145
3.7.1 泵与风机的性能曲线 145
3.7.2 管路性能曲线及工作点 146
3.7.3 泵或风机的联合运行 148
3.7.4 离心式泵或风机的工况调节 149
3.7.5 泵的气蚀与安装高度 149
3.7.6 泵或风机的选择 151
复习题 151
复习题答案与提示 163
第4章 自动控制 172
考试大纲 172
4.1 自动控制与自动控制系统的一般概念 172
4.1.1 控制工程的基本含义 172
4.1.2 信息的传递 172
4.1.3 反馈及反馈控制 173
4.1.4 开环及闭环控制系统的构成 174
4.1.5 控制系统的分类及基本要求 177
4.2 控制系统的数学模型 179
4.2.1 控制系统各环节的特性 179
4.2.2 控制系统微分方程的拟定与求解 184
4.2.3 拉普拉斯变换与反变换 185
4.2.4 传递函数及其框图 189
4.3 线性系统的分析与设计 196
4.3.1 基本调节规律及实现方法 196
4.3.2 控制系统的一阶瞬态响应 201
4.3.3 二阶瞬态响应 202
4.3.4 频率特性基本概念 205
4.3.5 频率特性表示方法 207
4.3.6 调节器的特性对调节质量的影响 219
4.3.7 二阶系统的设计方法 221
4.4 控制系统的稳定性与对象的调节性能 224
4.4.1 稳定性基本概念 224
4.4.2 稳定性与特征方程根的关系 225
4.4.3 代数稳定判据 225
4.4.4 对象的调节性能指标 227
4.5 控制系统的误差分析 227
4.5.1 误差及稳态误差 227
4.5.2 系统类型及误差度 228
4.5.3 静态（稳态）误差系数 228
4.6 控制系统的综合和校正 231
4.6.1 校正的概念 231
4.6.2 串联校正装置的形式及其特性 232
4.6.3 继电器调节系统（非线性系统）及校正 236
复习题 244
复习题答案与提示 257
第5章 热工测试技术 269
考试大纲 269
5.1 测量技术的基本知识 269
5.1.1 测量 269
5.1.2 测量精度与测量误差 270
5.1.3 常见测量方法 272
5.1.4 仪表的测量范围与测量精度 273
5.1.5 仪表的稳定性 273
5.1.6 静态特性和动态特性 274
5.1.7 传感器 275
5.1.8 传输通道 275
5.1.9 变换器 275
5.2 温度的测量 275
5.2.1 温度与温标 275
5.2.2 热电材料 277
5.2.3 热电效应测温原理 278
5.2.4 膨胀效应测温原理及其应用 279
5.2.5 热电回路性质及理论 279
5.2.6 热电偶结构及使用方法 280
5.2.7 热电阻测温原理及常用材料、常用组件的使用方法 280
5.2.8 辐射温度计 281
5.2.9 温度变送器 283
5.2.10 测温布置技术 284
5.3 湿度的测量 284
5.3.1 干湿球温度计测量原理 284
5.3.2 干湿球温度电学测量和信号传送传感 285
5.3.3 露点仪 285
5.3.4 露点仪测湿布置技术 287
5.4 压力的测量 287
5.4.1 压力计 287
5.4.2 压力传感器 289
5.4.3 压力仪表的选用和安装 290
5.5 流速的测量 291
5.5.1 流速测量原理 291
5.5.2 机械风速仪的测量及结构 292
5.5.3 热线风速仪的测量原理及结构 292
5.5.4 L形动压管（毕托管） 293
5.5.5 测速仪 293
5.5.6 流速测量布置技术 294
5.6 流量的测量 294
5.6.1 节流法和容积法测流量 294
5.6.2 流量计 295
5.6.3 流量测量的布置技术 299
5.7 液位的测量 300
5.7.1 常见测液位方法 300
5.7.2 液位测量的布置及误差消除方法 301
5.8 热流量的测量 301
5.8.1 热流计的分类 301
5.8.2 热流计的布置及使用 301
5.8.3 热水热量的测量 301
5.9 误差与数据处理 302
5.9.1 误差函数的分布规律 302
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 303
5.9.3 测量结果表达 304
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 305
5.9.5 组合测量原理 307
5.9.6 最小二乘法原理 307
5.9.7 经验公式法 307
5.9.8 相关系数 307
5.9.9 回归分析 307
5.9.10 显著性检验及分析 308
5.9.11 过失误差处理 308
5.9.12 系统误差处理方法及消除方法 308
5.9.13 误差的合成定律 308
复习题 310
复习题答案与提示 316
第6章 机械基础 320
考试大纲 320
6.1 概述 320
6.1.1 机械设计的一般原则和程序 320
6.1.2 机械零件的设计准则 323
6.1.3 许用应力和安全系数 324
6.2 平面机构的自由度 326
6.2.1 运动副及其分类 327
6.2.2 平面机构运动简图 327
6.2.3 具有确定运动的条件及平面机构自由度 329
6.3 平面连杆机构 331
6.3.1 铰链四杆机构的基本形式和特性 331
6.3.2 曲柄存在的条件 331
6.3.3 铰链四杆机构的演化 332
6.4 凸轮机构 334
6.4.1 凸轮机构的应用和类型 335
6.4.2 从动件的基本运动规律 336
6.4.3 直动从动件盘形凸轮机构的轮廓曲线的绘制 337
6.5 螺纹连接 340
6.5.1 螺纹的常用类型和主要参数 340
6.5.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 341
6.5.3 螺纹连接的基本类型 342
6.5.4 螺纹连接的强度计算 343
6.5.5 螺纹连接设计时应注意的问题 344
6.6 带传动 345
6.6.1 带传动的工作情况分析 345
6.6.2 普通V带传动的主要参数和选择计算 347
6.6.3 带轮的材料和结构 352
6.6.4 带传动的张紧与维护 353
6.7 齿轮机构 353
6.7.1 齿轮机构的特点与类型 354
6.7.2 直齿圆柱齿轮各部分名称和尺寸 354
6.7.3 渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件和连续传动条件 355
6.7.4 齿轮的失效 356
6.7.5 直齿圆柱齿轮的强度计算 357
6.7.6 斜齿圆柱齿轮传动及其受力分析 361
6.7.7 齿轮的结构 361
6.7.8 蜗杆传动 362
6.8 轮系 364
6.8.1 定轴轮系及其传动比 364
6.8.2 周转轮系及其传动比 365
6.9 轴 366
6.9.1 轴的分类 366
6.9.2 轴的材料 367
6.9.3 轴的结构 367
6.9.4 轴的计算 368
6.9.5 轴毂连接类型 370
6.10 滚动轴承 372
6.10.1 滚动轴承的分类 373
6.10.2 滚动轴承的代号 375
6.10.3 滚动轴承的选择计算 376
复习题 378
复习题答案与提示 386
模拟试题（一） 392
模拟试题（一）答案 397
模拟试题（二） 400
模拟试题（二）答案 407
参考文献 412