目錄
前言
第1 章　 工程熱力學 1
　 考試大綱 1
　 1. 1　 基本概念 1
　 　 1. 1. 1　 熱力學系統(tǒng) 1
　 　 1. 1. 2　 狀態(tài) 2
　 　 1. 1. 3　 平衡 (平衡狀態(tài)) 2
　 　 1. 1. 4　 狀態(tài)參數(shù) 2
　 　 1. 1. 5　 狀態(tài)公理 2
　 　 1. 1. 6　 狀態(tài)方程式 2
　 　 1. 1. 7　 熱力參數(shù)及坐標圖 2
　 　 1. 1. 8　 功和熱量 3
　 　 1. 1. 9　 熱力過程 4
　 　 1. 1. 10　 熱力循環(huán) 4
　 　 1. 1. 11　 單位制 4
　 1. 2　 準靜態(tài)過程、 可逆過程和不可逆過程 4
　 　 1. 2. 1　 準靜態(tài)過程 5
　 　 1. 2. 2　 可逆過程與不可逆過程 5
　 1. 3　 熱力學第一定律 5
　 　 1. 3. 1　 熱力學第一定律的實質(zhì) 5
　 　 1. 3. 2　 內(nèi)能 5
　 　 1. 3. 3　 焓 6
　 　 1. 3. 4　 熱力學第一定律在閉口系統(tǒng)的表達式 6
　 　 1. 3. 5　 系統(tǒng)的儲存能 6
　 　 1. 3. 6　 熱力學第一定律在開口系統(tǒng)的表達式 8
　 　 1. 3. 7　 穩(wěn)定流動能量方程及其應(yīng)用 8
　 1. 4　 氣體性質(zhì) 9
　 　 1. 4. 1　 理想氣體模型及其狀態(tài)方程 9
　 　 1. 4. 2　 實際氣體模型及其狀態(tài)方程 11
　 　 1. 4. 3　 壓縮因子 11
　 　 1. 4. 4　 臨界參數(shù) 11
　 　 1. 4. 5　 對比態(tài)及其定律 12
　 　 1. 4. 6　 理想氣體的比熱容、 內(nèi)能及焓 12
　 　 1. 4. 7　 混合氣體的性質(zhì) 13
　 1. 5　 理想氣體基本熱力過程及氣體壓縮 14
　　1. 5. 1　 定壓、 定容、 定溫和定熵過程 15
　 　 1. 5. 2　 多變過程 15
　 　 1. 5. 3　 氣體壓縮軸功 17
　 　 1. 5. 4　 多級壓縮和中間冷卻 19
　 　 1. 5. 5　 余隙 19
　 1. 6　 熱力學第二定律 20
　 　 1. 6. 1　 熱力學第二定律的實質(zhì)及表述 20
　 　 1. 6. 2　 卡諾循環(huán)和卡諾定理 20
　 　 1. 6. 3　 熵 22
　 　 1. 6. 4　 孤立系統(tǒng)熵增原理 23
　 1. 7　 水蒸氣和濕空氣 24
　 　 1. 7. 1　 蒸發(fā)、 冷凝、 沸騰和汽化 25
　 　 1. 7. 2　 水蒸氣的定壓發(fā)生過程 25
　 　 1. 7. 3　 水蒸氣圖表 26
　 　 1. 7. 4　 水蒸氣的基本熱力過程 27
　 　 1. 7. 5　 濕空氣的性質(zhì) 28
　 　 1. 7. 6　 濕空氣的焓濕圖 30
　 　 1. 7. 7　 濕空氣的基本熱力過程 31
　 1. 8　 氣體和蒸汽的流動 32
　 　 1. 8. 1　 穩(wěn)定流動基本方程 32
　 　 1. 8. 2　 定熵流動的基本特性 33
　 　 1. 8. 3　 噴管中流速及流量計算 34
　 　 1. 8. 4　 絕熱節(jié)流 36
　 1. 9　 動力循環(huán) 36
　 　 1. 9. 1　 蒸汽動力基本循環(huán)朗肯循環(huán) 36
　 　 1. 9. 2　 回熱、 再熱循環(huán) 37
　 　 1. 9. 3　 熱電循環(huán) 38
　 　 1. 9. 4　 內(nèi)燃機循環(huán) 38
　 1. 10　 制冷循環(huán) 40
　 　 1. 10. 1　 空氣壓縮制冷循環(huán) 40
　 　 1. 10. 2　 蒸汽壓縮制冷循環(huán) 41
　 　 1. 10. 3　 吸收式制冷循環(huán) 43
　 　 1. 10. 4　 熱泵 43
　 　 1. 10. 5　 氣體的液化 44
　 復(fù)習題 44
　 復(fù)習題答案與提示 49
第2 章　 傳熱學 54
　 考試大綱 54
　 2. 1　 導熱理論基礎(chǔ) 54
　 　 2. 1. 1　 導熱基本概念 54
　 　 2. 1. 2　 傅里葉定律 55
　 　 2. 1. 3　 熱導率 55
　 　 2. 1. 4　 導熱微分方程 56
　 　 2. 1. 5　 導熱過程的單值性條件 57
　 　 2. 1. 6　 小結(jié) 58
　 2. 2　 穩(wěn)態(tài)導熱 58
　 　 2. 2. 1　 通過平壁的導熱 59
　 　 2. 2. 2　 通過圓筒壁的導熱 60
　 　 2. 2. 3　 臨界熱絕緣直徑 61
　 　 2. 2. 4　 通過肋壁的導熱 62
　 　 2. 2. 5　 通過接觸面的導熱 63
　 　 2. 2. 6　 二維穩(wěn)態(tài)導熱問題 64
　 　 2. 2. 7　 小結(jié) 64
　 2. 3　 非穩(wěn)態(tài)導熱 64
　 　 2. 3. 1　 非穩(wěn)態(tài)導熱的特點 64
　 　 2. 3. 2　 對流換熱邊界條件下非穩(wěn)態(tài)導熱 65
　 　 2. 3. 3　 常熱流密度邊界條件下非穩(wěn)態(tài)導熱 67
　 　 2. 3. 4　 小結(jié) 67
　 2. 4　 導熱問題數(shù)值解 67
　 　 2. 4. 1　 有限差分法原理 67
　 　 2. 4. 2　 建立離散方程的方法 68
　 　 2. 4. 3　 穩(wěn)態(tài)導熱問題的數(shù)值計算 68
　 　 2. 4. 4　 非穩(wěn)態(tài)導熱問題的數(shù)值計算 70
　 　 2. 4. 5　 小結(jié) 71
　 2. 5　 對流換熱分析 71
　 　 2. 5. 1　 影響對流換熱的一般因素 72
　 　 2. 5. 2　 對流換熱過程微分方程式 72
　 　 2. 5. 3　 對流換熱微分方程組 72
　 　 2. 5. 4　 流動邊界層和熱邊界層 72
　 　 2. 5. 5　 層流邊界層換熱微分方程組及其求解 73
　 　 2. 5. 6　 邊界層換熱積分方程組及其求解 74
　 　 2. 5. 7　 動量傳熱和熱量傳遞的類比 75
　 　 2. 5. 8　 外掠平板紊流換熱 76
　 　 2. 5. 9　 對流換熱無量綱準數(shù)及其意義 76
　 　 2. 5. 10　 相似理論基礎(chǔ) 76
　 　 2. 5. 11　 小結(jié) 78
　 2. 6　 單相流體對流換熱及準則關(guān)系式 78
　 　 2. 6. 1　 管內(nèi)受迫流動對流換熱 78
　 　 2. 6. 2　 管內(nèi)受迫對流換熱計算 80
　 　 2. 6. 3　 外掠圓管流動換熱 81
　 　 2. 6. 4　 自然對流換熱 81
　 　 2. 6. 5　 自然對流與受迫對流并存的混合對流換熱 82
　 　 2. 6. 6　 小結(jié) 82
　 2. 7　 凝結(jié)與沸騰換熱 84
　 　 2. 7. 1　 凝結(jié)換熱 84
　 　 2. 7. 2　 沸騰換熱 84
　 　 2. 7. 3　 小結(jié) 86
　 2. 8　 熱輻射的基本定律 86
　 　 2. 8. 1　 熱輻射基本概念 86
　 　 2. 8. 2　 普朗克定律 87
　 　 2. 8. 3　 斯特藩 玻耳茲曼定律 87
　 　 2. 8. 4　 蘭貝特余弦定律 87
　 　 2. 8. 5　 基爾霍夫定律 88
　 　 2. 8. 6　 小結(jié) 88
　 2. 9　 輻射換熱計算 89
　 　 2. 9. 1　 角系數(shù) 89
　 　 2. 9. 2　 黑表面間的輻射換熱 89
　 　 2. 9. 3　 灰表面間的輻射換熱 90
　 　 2. 9. 4　 氣體輻射 92
　 　 2. 9. 5　 氣體與外殼間的輻射換熱 93
　 　 2. 9. 6　 太陽輻射 93
　 　 2. 9. 7　 小結(jié) 94
　 2. 10　 傳熱與換熱器 94
　 　 2. 10. 1　 通過肋壁的傳熱 94
　 　 2. 10. 2　 復(fù)合換熱時的傳熱計算 95
　 　 2. 10. 3　 傳熱的增強與削弱 95
　 　 2. 10. 4　 平均溫度差 96
　 　 2. 10. 5　 換熱器計算 97
　 　 2. 10. 6　 小結(jié) 98
　 復(fù)習題 98
　 復(fù)習題答案與提示 109
第3 章　 工程流體力學及泵與風機 119
　 考試大綱 119
　 3. 1　 流體動力學基礎(chǔ) 119
　 　 3. 1. 1　 描述流體運動的兩種方法 119
　　 3. 1. 2　 恒定流動和非恒定流動 120
　 　 3. 1. 3　 恒定元流能量方程 120
　 　 3. 1. 4　 恒定總流能量方程 123
　 3. 2　 相似性原理和因次分析 124
　 　 3. 2. 1　 力學相似 125
　 　 3. 2. 2　 相似準數(shù) 125
　 　 3. 2. 3　 因次分析法 126
　 　 3. 2. 4　 模型實驗 129
　 3. 3　 流動阻力和能量損失 130
　 　 3. 3. 1　 流動阻力和能量損失的分類 130
　 　 3. 3. 2　 層流和紊流現(xiàn)象 131
　 　 3. 3. 3　 均勻流方程 132
　 　 3. 3. 4　 圓管中的層流 132
　 　 3. 3. 5　 紊流運動 133
　 　 3. 3. 6　 沿程阻力的計算 134
　 　 3. 3. 7　 非圓管的沿程損失 135
　 　 3. 3. 8　 局部水頭損失 136
　 　 3. 3. 9　 減少阻力的措施 137
　 3. 4　 管路計算 137
　 　 3. 4. 1　 簡單管路的計算 137
　 　 3. 4. 2　 串聯(lián)管路的計算 140
　 　 3. 4. 3　 并聯(lián)管路的計算 140
　 3. 5　 特定流動分析 141
　 　 3. 5. 1　 勢函數(shù)和流函數(shù)概念 141
　 　 3. 5. 2　 幾種簡單的平面無旋流動 142
　 　 3. 5. 3　 圓柱形測速管原理 143
　 　 3. 5. 4　 紊流射流的一般特性 144
　 　 3. 5. 5　 特殊射流 146
　 3. 6　 氣體動力學基礎(chǔ) 148
　 　 3. 6. 1　 理想氣體一元恒定流動的運動方程 148
　 　 3. 6. 2　 聲速、 滯止參數(shù)、 馬赫數(shù) 148
　 　 3. 6. 3　 氣體速度與斷面的關(guān)系 149
　 3. 7　 泵與風機 150
　 　 3. 7. 1　 泵與風機的性能曲線 151
　 　 3. 7. 2　 管路性能曲線及工作點 152
　 　 3. 7. 3　 泵或風機的聯(lián)合運行 154
　 　 3. 7. 4　 離心式泵或風機的工況調(diào)節(jié) 154
　 　 3. 7. 5　 泵的氣蝕與安裝高度 155
　 　 3. 7. 6　 泵或風機的選擇 157
　 復(fù)習題 157
　 復(fù)習題答案與提示 169
第4 章　 自動控制 177
　 考試大綱 177
　 4. 1　 自動控制與自動控制系統(tǒng)的一般概念 177
　 　 4. 1. 1　 控制工程的基本含義 177
　 　 4. 1. 2　 信息的傳遞 177
　 　 4. 1. 3　 反饋及反饋控制 178
　 　 4. 1. 4　 開環(huán)及閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成 179
　 　 4. 1. 5　 控制系統(tǒng)的分類及基本要求 182
　 4. 2　 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型 184
　 　 4. 2. 1　 控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的特性 184
　 　 4. 2. 2　 控制系統(tǒng)微分方程的擬定與求解 189
　 　 4. 2. 3　 拉普拉斯變換與反變換 190
　 　 4. 2. 4　 傳遞函數(shù)及其框圖 194
　 4. 3　 線性系統(tǒng)的分析與設(shè)計 201
　 　 4. 3. 1　 基本調(diào)節(jié)規(guī)律及實現(xiàn)方法 201
　 　 4. 3. 2　 控制系統(tǒng)的一階瞬態(tài)響應(yīng) 205
　 　 4. 3. 3　 二階瞬態(tài)響應(yīng) 207
　 　 4. 3. 4　 頻率特性基本概念 210
　 　 4. 3. 5　 頻率特性表示方法 212
　 　 4. 3. 6　 調(diào)節(jié)器的特性對調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響 224
　 　 4. 3. 7　 二階系統(tǒng)的設(shè)計方法 226
　 4. 4　 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與對象的調(diào)節(jié)性能 229
　 　 4. 4. 1　 穩(wěn)定性基本概念 229
　 　 4. 4. 2　 穩(wěn)定性與特征方程根的關(guān)系 229
　 　 4. 4. 3　 代數(shù)穩(wěn)定判據(jù) 230
　 　 4. 4. 4　 對象的調(diào)節(jié)性能指標 232
　 4. 5　 控制系統(tǒng)的誤差分析 232
　 　 4. 5. 1　 誤差及穩(wěn)態(tài)誤差 232
　 　 4. 5. 2　 系統(tǒng)類型及誤差度 233
　 　 4. 5. 3　 靜態(tài) (穩(wěn)態(tài)) 誤差系數(shù) 233
　 4. 6　 控制系統(tǒng)的綜合和校正 235
　 　 4. 6. 1　 校正的概念 235
　 　 4. 6. 2　 串聯(lián)校正裝置的形式及其特性 237
　 　 4. 6. 3　 繼電器調(diào)節(jié)系統(tǒng) (非線性系統(tǒng)) 及校正 240
　 復(fù)習題 245
　 復(fù)習題答案與提示 257
第5 章　 熱工測試技術(shù) 270
　 考試大綱 270
　 5. 1　 測量技術(shù)的基本知識 270
　 　 5. 1. 1　 測量 270
　 　 5. 1. 2　 測量精度與測量誤差 271
　 　 5. 1. 3　 常見測量方法 273
　 　 5. 1. 4　 儀表的測量范圍與測量精度 274
　 　 5. 1. 5　 儀表的穩(wěn)定性 274
　 　 5. 1. 6　 靜態(tài)特性和動態(tài)特性 275
　 　 5. 1. 7　 傳感器 276
　 　 5. 1. 8　 傳輸通道 276
　 　 5. 1. 9　 變換器 276
　 5. 2　 溫度的測量 276
　 　 5. 2. 1　 溫度與溫標 276
　 　 5. 2. 2　 熱電材料 278
　 　 5. 2. 3　 熱電效應(yīng)測溫原理 279
　 　 5. 2. 4　 膨脹效應(yīng)測溫原理及其應(yīng)用 280
　 　 5. 2. 5　 熱電回路性質(zhì)及理論 280
　 　 5. 2. 6　 熱電偶結(jié)構(gòu)及使用方法 281
　 　 5. 2. 7　 熱電阻測溫原理及常用材料、 常用組件的使用方法 281
　 　 5. 2. 8　 輻射溫度計 282
　 　 5. 2. 9　 溫度變送器 284
　 　 5. 2. 10　 測溫布置技術(shù) 285
　 5. 3　 濕度的測量 285
　 　 5. 3. 1　 干濕球溫度計測量原理 285
　 　 5. 3. 2　 干濕球溫度電學測量和信號傳送傳感器 286
　 　 5. 3. 3　 露點儀 286
　 　 5. 3. 4　 露點儀測濕布置技術(shù) 288
　 5. 4　 壓力的測量 288
　 　 5. 4. 1　 壓力計 289
　 　 5. 4. 2　 壓力傳感器 290
　 　 5. 4. 3　 壓力儀表的選用和安裝 291
　 5. 5　 流速的測量 293
　 　 5. 5. 1　 流速測量原理 293
　 　 5. 5. 2　 機械風速儀的測量及結(jié)構(gòu) 293
　 　 5. 5. 3　 熱線風速儀的測量原理及結(jié)構(gòu) 294
　 　 5. 5. 4　 L 形動壓管 (畢托管) 294
　 　 5. 5. 5　 測速儀 295
　 　 5. 5. 6　 流速測量布置技術(shù) 295
　 5. 6　 流量的測量 296
　 　 5. 6. 1　 節(jié)流法和容積法測流量 296
　 　 5. 6. 2　 流量計 297
　 　 5. 6. 3　 流量測量的布置技術(shù) 301
　 5. 7　 液位的測量 302
　 　 5. 7. 1　 常見測液位方法 302
　 　 5. 7. 2　 液位測量的布置及誤差消除方法 303
　 5. 8　 熱流量的測量 303
　 　 5. 8. 1　 熱流計的分類 303
　 　 5. 8. 2　 熱阻式熱流計 303
　 　 5. 8. 3　 熱流計的布置及使用 304
　 　 5. 8. 4　 熱水熱量的測量 305
　 5. 9　 誤差與數(shù)據(jù)處理 305
　 　 5. 9. 1　 誤差函數(shù)的分布規(guī)律 306
　 　 5. 9. 2　 直接測量的平均值、 方差、 標準誤差、 有效數(shù)字和測量結(jié)果表達 307
　 　 5. 9. 3　 測量結(jié)果表達 308
　 　 5. 9. 4　 間接測量最優(yōu)值、 標準誤差、 誤差傳播理論、 微小誤差原則、 誤差分配 308
　 　 5. 9. 5　 組合測量原理 310
　 　 5. 9. 6　 最小二乘法原理 310
　 　 5. 9. 7　 經(jīng)驗公式法 311
　 　 5. 9. 8　 相關(guān)系數(shù) 311
　 　 5. 9. 9　 回歸分析 311
　 　 5. 9. 10　 顯著性檢驗及分析 311
　 　 5. 9. 11　 過失誤差處理 312
　 　 5. 9. 12　 系統(tǒng)誤差處理方法及消除方法 312
　 　 5. 9. 13　 誤差的合成定律 312
　 復(fù)習題 314
　 復(fù)習題答案與提示 320
第6 章　 機械基礎(chǔ) 323
　 考試大綱 323
　 6. 1　 概述 323
　 　 6. 1. 1　 機械設(shè)計的一般原則和程序 323
　 　 6. 1. 2　 機械零件的設(shè)計準則 326
　 　 6. 1. 3　 許用應(yīng)力和安全系數(shù) 327
　 6. 2　 平面機構(gòu)的自由度 329
　 　 6. 2. 1　 運動副及其分類 330
　 　 6. 2. 2　 平面機構(gòu)運動簡圖 330
　　6. 2. 3　機構(gòu)具有確定運動的條件及平面機構(gòu)自由度 332
　 6. 3　 平面連桿機構(gòu) 334
　 　 6. 3. 1　 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式和特性 334
　 　 6. 3. 2　 曲柄存在的條件 334
　 　 6. 3. 3　 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化 335
　 6. 4　 凸輪機構(gòu) 338
　 　 6. 4. 1　 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和類型 338
　 　 6. 4. 2　 從動件的基本運動規(guī)律 339
　 　 6. 4. 3　 直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的輪廓曲線的繪制 341
　 6. 5　 螺紋連接 343
　 　 6. 5. 1　 螺紋的常用類型和主要參數(shù) 343
　 　 6. 5. 2　 螺旋副的受力分析、 效率和自鎖 344
　 　 6. 5. 3　 螺紋連接的基本類型 345
　 　 6. 5. 4　 螺紋連接的強度計算 346
　 　 6. 5. 5　 螺紋連接設(shè)計時應(yīng)注意的問題 347
　 6. 6　 帶傳動 348
　 　 6. 6. 1　 帶傳動的工作情況分析 348
　 　 6. 6. 2　 普通 V 帶傳動的主要參數(shù)和選擇計算 350
　 　 6. 6. 3　 帶輪的材料和結(jié)構(gòu) 355
　 　 6. 6. 4　 帶傳動的張緊與維護 356
　 6. 7　 齒輪機構(gòu) 356
　 　 6. 7. 1　 齒輪機構(gòu)的特點與類型 357
　 　 6. 7. 2　 直齒圓柱齒輪各部分名稱和尺寸 357
　 　 6. 7. 3　 漸開線直齒圓柱齒輪的正確嚙合條件和連續(xù)傳動條件 358
　 　 6. 7. 4　 齒輪的失效 359
　 　 6. 7. 5　 直齒圓柱齒輪的強度計算 360
　 　 6. 7. 6　 斜齒圓柱齒輪傳動及其受力分析 364
　 　 6. 7. 7　 齒輪的結(jié)構(gòu) 364
　 　 6. 7. 8　 蝸桿傳動 365
　 6. 8　 輪系 367
　 　 6. 8. 1　 定軸輪系及其傳動比 367
　 　 6. 8. 2　 周轉(zhuǎn)輪系及其傳動比 368
　 6. 9　 軸 369
　 　 6. 9. 1　 軸的分類 369
　 　 6. 9. 2　 軸的材料 370
　 　 6. 9. 3　 軸的結(jié)構(gòu) 370
　 　 6. 9. 4　 軸的強度計算 371
　 　 6. 9. 5　 軸轂連接類型 373
　 6. 10　 滾動軸承 375
　 　 6. 10. 1　 滾動軸承的分類 376
　 　 6. 10. 2　 滾動軸承的代號 378
　 　 6. 10. 3　 滾動軸承的選擇計算 379
　 復(fù)習題 381
　 復(fù)習題答案與提示 389
模擬試題 (一) 394
　 模擬試題 (一) 答案 400
模擬試題 (二) 406
　 模擬試題 (二) 答案 413
參考文獻 418