注册设备工程师考试基础专业课总结

导热理论基础1.基本的传热方式：导热，对流，辐射。2.导热影响因素有：温度，湿度，压力，密度。在一定温度内，导热系数是温度的线性函数。3.气体导热系数：气体导热系数和压力无关，随温度升高而升高。液体的导热系数：随温度先升后降固体的导热系数：银铜金铝，纯金属，温度升高，导热系数减小，掺入杂质，下降；合金温度升高，导热系数增大。隔热保温材料：0.12纯铜：399碳钢：35-40水：0.599干空气：0.02594.导热微分方程：a——λ/ρc热扩散率，表征物体被加热或冷却时，物体内温度趋于均匀一致的能力。5.傅里叶定律：适用于连续均匀和各向同性材料的稳态和非稳态导热过程。稳态导热1.通过平壁的导热2.通过圆筒的导热热阻1(/hπd)+1/（2πλ）Ln(d2/d1)，计算切记带入直径时是d+2δ3.临界绝缘直径dc=2λ/h管道外径dc起到保温作用，管道外径dc,起到散热作用。(大管保温，电线散热)4.接触面导热影响因素有：接触面的粗糙度，接触面压力，材料的硬度。非稳态导热1.瞬态导热三个阶段：不规则阶段，正常情况阶段，建立新稳态。而傅里叶准则Fo≥0.2，非稳态进入正常阶段，过余温度的对数随时间线性变化。反映非稳态进行的深度。Fo=at/δ22.Bi0.1,认为温度分布均匀Bi=hδ/λ对比努谢尔特准则Nu3.常热流密度条件下非稳态导热：δ（t）=3.46根号下at对流换热分析1.外掠平板的边界层Re=5X105边界层区流体粘性起主要作用，主流区，认为无粘性，采用欧拉方程求解。2.边界层特点：边界层很薄；边界层内存在较大的速度梯度；边界层依次出现层流和紊流；边界层厚度和来流速度及板面粗糙度有关；层流底层温度梯度将明显大于层流区温度梯度。3.热边界层——层流，温度分布为抛物线型，紊流，温度分布为幂函数型。4.动量传递和热量传递的类比h和流动摩擦系数f的关系StPr2/3=Cf/2St=Nu/RePr5.准则关联数Nu——对流换热强弱Pr——v/a动量传递和热量传递格拉晓夫Gr=g△tal3/v2自然对流和惯性力的比值6.相似准则：同类现象的换热过程，同名准则对应相等，单值性条件相同。管内受迫流动1.进口段长度流动进口段长度和热进口段长度不一定相等，取决于Pr.Pr1,流动进口段长度小，反之，热进口段长度小。Pr=1,两者相等。2.充分发展段特点：管道断面流速分布不变，表面传热系数不变（常物性）3.对于层流(Re＜2300]，从入口段到充分发展段，表面传热系数逐渐减小，到充分发展段保持不变。4.全管长平均温度：q=c,线性；Nu=4.36;tw=c,对数，Nu=3.66,hqht外掠圆管流1.影响外掠圆管流表面传热系数的因素有：管排数，管排定位，排列方式，冲角，流体物性，流速。2.后排管子的h受到前排管子的扰动，h后h前。无限空间大平壁1.自然对流时，当壁面温度为定值或壁面q为常数，随着边界层的扩展，从层流发展到旺盛紊流，局部表面传热系数hx达到定值，保持不变，即与壁高无关。2.垂直封闭夹层，在夹层间距与高度比值较大时，可以按无限空间自然对流换热计算；两壁温差和间距都很小时，夹层内没有流动发生，当Gr2000时，可以按纯导热过程计算，以厚度△为定型尺寸。自然对流和受迫对流混合对流换热Gr/Re20.1时，纯受迫,Nu=f(Re,Pr);10＞Gr/Re≥0.1时，混合Gr/Re≥10时，纯自然对流,Nu=f(Gr,Pr)。凝结换热1.H珠状凝结＞h膜状凝结2.影响膜状凝结的因素：蒸汽速度，不凝气体，表面粗糙度，蒸汽含油，蒸汽过热度。3.增强凝结换热的措施：改变表面几何特征；有效排除不凝性气体；加速凝结液的排除；形成珠状凝结4.竖壁层流膜状凝结换热hx~x1/4，壁越长，液膜越厚，凝结换热越差沸腾换热1.对流沸腾，泡态沸腾，膜状沸腾，沸腾应控制在泡态沸腾的范围内，不能跨越零界点。2.泡态沸腾的增强：关键是使沸腾表面有更多半径大于Rmin的气泡核：在管表面覆盖多孔铜或铝，形成微孔层。热辐射基本定律1.在热平衡条件下，实际物体的吸收率和其所接受的辐射源有关。实际物体的单色吸收率等于物体其温度下的单色发射率。2.黑体：(1)普朗克-维恩位移定律最大波长X温度=2897.6（黑体Eb）Eb=CbT4Cb=5.67(2)四次方定律（黑体Eb）(3)热射线波长范围是0.1~100um(包括紫外线，可见光，红外线)，该波长范围都被吸收，则为黑体，表面呈现黑色a=1。(4)黑体和漫射表面的定向辐射强度符合兰贝特余弦定理。(5)在可见光的范围内，黑色物体比白色物体的吸收率高。3.灰体：单色波长发射率不随波长发生变化，与黑体相像。辐射换热计算1.辐射换热计算式角系数取决于2.遮热板，当加入n块与壁面发射率相同的遮热板，则换热量将减少到原来的1/（n+1）,遮热板层数越多，遮热效果越好。3.分子结构对称的双原子分子不具有辐射性质。气体辐射和吸收具有明显的选择性，不能看做灰体；气体的辐射和吸收在整个容器容器中进行，强度逐渐减弱。4.二氧化碳、玻璃都几乎不能使红外线透过，而地面物体大多辐射的是红外线，解释了温室效应。5.选择性表面是对波长小于3um的单色吸收率尽可能大。换热器计算1.应在表面传热系数小的一侧加肋，为了增强传热，必须提高h小的一侧。2.对数平均温差计算公式3.计算时，需结合利用Q=cm（t1-t2）以及φ=kA△tm两个公式。4.当两侧流体温差相等时，可用算术平均代替对数平均。5.一侧流体为相变流体，则顺流和逆流相等。流体动力学基础1.理想流体：连续介质，无粘性。（至于可压缩性则不是理想流体的条件）2.拉格朗日法（传统质点、迹线），欧拉法（流线、全局）3.稳定流动：流场中各物理参数（密度、温度）与时间无关，但流场空间是可以变化的（速度、压强）；均匀流动：质点的流速大小和方向均不变。4.伯努利方程及其条件：理想流体、不可压缩、稳定流动5.连续性方程Q=uA6.圆管均匀流，切应力和半径成正比；弯管流时，沿弯曲半径增加的方向，测压管水头增加，流速则沿离心力方向减小。相似原理和因次分析1.相似条件：同类现象，同名准则相等，单值性条件相同（理解：几何尺寸相似，介质可以不同）2.有压管流，雷诺数；明渠流，福诺德数Fr=u2/gl3.关于各类准则的意义见总结。阻力计算1.圆管均匀流，平均流速为最大流速的一半。（由于雷诺数用的是平均流速，故计算出的平均流速X2，才是最大流速）2.沿程阻力局部阻力3.圆管流层流Re=64/λ紊流过渡区（Re,K/d）紊流粗糙区（K/d）4.阻抗总公式5.利用伯努利方程计算时，一般取自然液面为断面，特点是P=0v=0气体动力学基础1.音速是压力的小扰动在流体中的传播速度。2.速度与过流断面的关系M1，亚音速，正常：速度随断面增大而减小M1，超音速，反常：速度随断面增大而增大想得到超音速的气流，单纯的收缩管是不行的，必须达到临界后再扩大，即拉法尔管。3.马赫数M=v/c其中c=（KRT）1/2泵与风机1.泵的气蚀是由于某温度下，水到达气化压力，对泵的水击。产生原因有：泵的安装位置高出吸液面的高差太大Hg;安装点的大气压力太低；泵所输送的液体温度过高2.泵的安装高度公式3.相似律-变频公式1234.性能曲线驼峰型取下降段稳定压力波动大选陡降型5.管路系统并联运行的泵流量小于单台泵单独运行之和；并联运行比较适合管路阻力平坦的系统。串联运行的泵适合性能曲线陡的系统。6.开式系统（如从水池中抽水）计算H=Hz+SQ2闭式系统（如供暖系统）计算H=SQ2计算时看清是开式还是闭式。机械设计概述1.机械设计基本原则：可行性可靠性经济性安全性2.影响零件寿命的因素：腐蚀磨损疲劳3.工作中应避免共振。4.零件的工作安全系数S=极限应力/许用应力5.静应力，零件的损坏形式：断裂（脆性材料强度极限b）塑性变形(塑性材料屈服极限s)6.变应力，零件的损坏形式：疲劳断裂7.计算荷载：等于名义荷载X工作系数1接近实际荷载自由度计算1.平面机构具有确定运动的充要条件：自由度大于0且原动件数=自由度数2.m个构件组成的复合铰链转动副个数为m-13.F=3n-(2PL+PH)低副：面面接触转动副（铰链）移动副；高副点线接触凸轮齿轮4.局部自由度：凸轮的滚子虚约束：行星轮平面连杆机构1.曲柄存在条件：最小+最大≤其余两杆之和最短杆为机架，双曲柄；最断杆领边为机架，曲柄摇杆机构；最短杆对边为机架，双摇杆机构。不满足曲柄存在条件，则只能是双摇杆机构。2.能实现急回运动的机构：偏置曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构的变形）3.当压力角=90°曲柄摇杆机构，摇杆主动，会出现死点不能运动。凸轮机构1.凸轮机构优点：结构简单设计方便；缺点：易于磨损，通常用于传力不大的控制机构。2.凸轮机构受力从优到劣：平底滚子尖底螺纹连接1．螺纹自锁条件：螺纹升角＜摩擦角2．螺纹的公称直径是大径。3．螺纹连接的类型：螺栓连接——被连接件的孔不切制螺纹，装拆方便。螺钉连接——省去螺母。双头螺柱连接——用于较厚的被连接件或为了结构紧凑而采用不通孔的连接。紧定螺钉——用来固定螺钉的相对位置，并可传递不大的力或转矩。4．螺栓的失效形式：螺栓杆拉断松螺栓F/A紧螺栓1.3F/A横向荷载轴向力公式——Fa=CF/mf竖向荷载轴向力公式——Fa=FE+FR5．提高螺纹强度措施：为了减少刚度，采用空心螺杆；悬置螺母，使载荷分布均匀；过渡出圆角，减小应力集中；凸台或沉孔，弯曲应力。带传动1.初拉力F0=1/2（F1+F2）传递的圆周力F=F1-F22.提高带传动的圆周力：增大包角，增大摩擦系数3.弯曲应力与带轮的直径成反比，小带轮上弯曲应力大，最大应力发生在紧边与小轮的接触处4.弹性滑动不可避免：原因是紧边拉力和松边拉力不等及带的弹性变形5.打滑是由于过载引起的全面滑动，应避免。齿轮机构1.缺点：安装精度高，成本高；不适宜远距离轴间传动。2.正确啮合条件：模数和压力角相等。w,d,z成比例。3.连续传动条件：啮合弧大于齿距。重合度越大，表示同时啮合的齿数越多，传递越平稳。4.齿轮的失效：折断（齿跟应力大），点蚀（脉动循环应力），折断（齿跟应力大），胶合（高温润滑失效），磨损（开式灰尘进入），变形（小齿轮先失效，小齿轮硬度更高）。5.斜齿轮：法面模数法面压力角相等。外啮合旋向相反，内啮合旋向相同。6.斜齿轮的受力分析：圆周力在主动轮上与其转动方向相反，在从动轮上相同。然后用左右手判定轴向力（大拇指方向）7.蜗杆涡轮失效形式：胶合，点蚀，磨损（青铜）轮系1.定轴轮系的传动比：从动轮连乘/主动轮连乘2.涡杆旋向判断左右手定则，注意涡轮的圆周力方向和蜗杆的轴向力方向相反，即拇指反方向。轴和轴承1.轴的分类：转轴：既转矩又弯矩；传动轴：转矩；心轴：弯矩。2.过渡处圆角减少集中应力。3.轴向固定零件：键轴上定位：轴肩。紧定螺钉，轴端挡圈4.轴承：向心轴承（径向荷载）推力轴承（轴向荷载）5.额定寿命：90%6.轴承内径计算：代号后两位数X5mm7.轴承寿命和荷载的关系：3次方，即荷载变为原来的一半寿命增加8倍。自控基本概念1.给定量输出量（或被控制量）反馈量干扰量2.开环系统（如前馈控制系统），优缺点：结构简单，成本低，工作稳定（不存在稳定性问题）。但抗干扰能力差，控制精度低。3.闭环系统：具有自动修正输出量偏差的能力，抗干扰性好，控制精度高，系统可能不稳定。4.反馈控制原理——基于偏差的调节或控制5.对控制要求：基本要求是：稳定。动态性能——超调量小，调整时间短；稳态性能——准确定——稳态误差ess越小越好。自控数学模型1．放大系数K，静态特性，K越大，反应灵敏，但稳定性差；时间常数T，动态特性，T大，则惯性大，控制平稳。2．传递函数-拉斯变换（1）传递函数只取决于系统的结构和参数，与输入量的大小和形式无关。（2）传递函数虽然结构参数一样，但输入、输出的物理量不同，则代表的物理意义不一样。（3）传递函数是在零初始条件下定义的，原则上不能反映非零初始条件下的全部运动。（4）传递函数是系统单位脉冲响