热能与动力机械基础
循环经济——是由“资源—产品—再生资源”所构成的物质反复流动的经济发展模式。它要求在经济活动中以“3 R原则”作为行为准则：
(1)减量化(Reduce)原则。用较少的原料和能源投入来达到既定的生产或消费的
目的。
(2)再使用（Reuse)原则。产品和包装容器能以初始的形式被反复使用。
(3)再循环(Recycle)原则。生产出来的物品在完成其使用功能后能重新变成可
以利用的资源，而不是不可恢复的垃圾。
循环经济的特征——低开采、高利用、低排放，它是一种与环境和谐相处的经济发展模式。通过循环经济，使资源的使用减量化、产品能反复使用和废弃物资源化，从而实现“最佳生产、最适消费、最少废弃”。
1．单位GDP（国内生产总值）能耗
是指某一年或某一个时期，实现单位国民经济产值所平均消耗的能源数量。
单位GDP能耗即单位产值能耗，属于宏观经济领域的指标，其表达式为
r﹦E/M 式中，E—能源消耗量 (指标准煤)； M—同期国民经济生产总值。
单位为吨标准煤/万元。
2．单位产品能耗
是指每单位产品产量所消耗的能量，属于微观经济领域的指标。它又分为单耗和综合能耗两种，可用一个式子来表达
C﹦E p/A
式中，A为产品产量；E p为产品能耗。
当E p是指某种能的消耗量时，C为单耗，如生产1kWh电的煤耗；
如果E p是指生某种产品过程中所消耗的各种一次能源、二次能源的总消耗量，则C为综合能耗。
3．能源利用效率
它为被有效利用的能量(或获得的能量)与消耗的能量(或投入的能量)之比。它被用来考察用能的完善程度，其定义式为
η﹦E e/E c
η—为能源利用效率；E e—有效利用的能量；
E c—消耗的能量。
(火用)效率
我们可以广义地定义(火用)损失。对于某一个系统或设备，投入或耗费的(火用)Ex i 与被利用或收益的(火用)Ex g之差，即为该系统或设备的(火用)损失Ex L，可表示为 Ex L= Ex i﹣Ex g而被有效利用（或收益）的(火用)与投入（或耗费）的(火用)之比，则为该系统或设备的(火用)效率ηex，也称为有效能效率
环境污染的防治
1) 改善动力机械和热能利用的各种设备的结构，并研制新型高效装置。
2) 采用高效、低污染的新型动力循环。如煤气化燃气一蒸汽联合循环。
3) 采用代用燃料与代用工质，并禁用某些工质。如以天然气代替煤气。
4) 开发利用新能源和可再生能源。如太阳能、风能、生物质能等。
5) 研制性能优良的技术部件。如新型的燃烧器、高效的脱硫除尘器。如插图1—6
为一种联合的脱硫脱硝工艺。
6) 建立“噪声综合控制区”和进行“环境噪声达标区”的建设。 7) 综合治理环境。合理排放和处理废气、废水、废液、废料。 8) 从可持续发展的战略目标出发，发展循环经济，推行环境无害化技术和清洁生产。 锅炉的基本构造
锅炉本体——炉膛、燃烧设备、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器和
炉墙构架。
辅助设备——燃料供给、煤粉制备、送引风、水处理及给水、除尘除灰和自动
控制等装置。
（1）收到基。以收到状态的燃料为基准计算燃料中全部成分的组合称为收到基。以
下角标ar 表示。 （2-1） 闪点及燃点
燃油的闪点——当油气和空气的混合物与明火接触而发生短促闪光时的油温。 燃点——油面上的油气和空气的混合物遇到明 火能着火燃烧并持续5 s 以上的
最低油温。 热平衡基本原理
所谓锅炉热平衡是指锅炉的输入热量与输出热量(包括有效利用热和各项热损失)
之间的平衡。
图2-6为锅炉热平衡示意图
根据图2-6可以写出如下热平衡方程式：654321Q Q Q Q Q Q Q r +++++= 正平衡效率 根据锅炉有效利用热占输入锅炉热量的百分数来表示，即
()%1001
?=
r
Q Q η
②反平衡效率 把输入锅炉的热量可作为百分之一百，然后扣除锅炉的各项热损失，
即 (%))
(100654321q q q q q q f +++++-=η
火床燃烧设备
火床燃烧是指燃料主要在火床(又称炉排)上完成燃烧全过程的一种燃烧方式。特点是燃料按一定厚度均匀地铺在炉排面上燃烧。
火炉的种类有：固定炉排炉、链条炉排炉、抛煤机翻转炉排炉、抛煤机倒转链条
炉、振动炉排炉等，
炉膛容积热负荷 —单位容积和单位时间内燃料燃烧的放热量，即
V
BQ q ar
v net V ,,=
表2-9(略)为火床炉炉排面积热负荷 与炉膛容积热负荷 的推荐值。
火室燃烧是指燃料在炉膛空间中以悬浮状态完成燃烧全过程的一种燃烧方式。它
可以燃用固体、液体及气体燃料。
燃用固体燃料的火室炉通常称为煤粉炉，煤粉炉燃烧的煤粉必须很细，粒径一般在以下，以有利于燃烧。
火室燃烧是指燃料在炉膛空间中以悬浮状态完成燃烧全过程的一种燃烧方式。它可以燃用固体、液体及气体燃料。
燃用固体燃料的火室炉通常称为煤粉炉，煤粉炉燃烧的煤粉必须很细，粒径一般在以下，以有利于燃烧。
汽轮机类型
蒸汽参数表
示方法
型
号示例
凝汽式
中间再热式
一次调节抽气式
二次调节抽气式
背压式
抽气背压式
主蒸汽压力
/主蒸汽温度
主蒸汽压力
/主蒸汽温度/中间再
热温度
主蒸汽压力
/调节抽气压力
主蒸汽压力
/高压抽气压力/低压
抽气压力
主蒸汽压力
/背压
主蒸汽压力
/抽气压力/背压
N
50-8.28/5
35
N
600-16.7/
537/537
C
50-8.82/0
.118
C
C12-
3
.43/0.98/
0.118
B
50-8.82/0
.98
C
B25-
8
.82/1.47/
0.49
级内损失和级的效率 1.汽轮机的级内损失
计算级的损失需要根据其实际情况而定。
（1）叶高损失 叶高损失 用半经验公式计算 （3-44）
（2）扇形损失 扇形损失的计算公式如下 （3-45）
（3）叶轮摩擦损失 摩擦耗功的经验 （4）部分进汽损失 （5）漏汽损失 （6）湿汽损失 回热循环
吸收热量：7
11h h q -=
公式
（错误!文档中没有指定样式的文字。-1） 放出热量：)
)(1(322h h q --=α
公式（错误!
文档中没有指定样式的文字。-2） 功量： ()()26611h h h h w s --+-=α
公式（错误!
文档中没有指定样式的文字。-3） 热效率：
()()7
1266111h h h h h h q w s ---+-==
αη 公式（错误!
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能量平衡方程：
3
67)1(h h h αα-+=
公式（错误!
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抽汽量：
363
7h h h h --=
α
公式（错误!
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功率：s w m P 工质&= 公式( 错误!
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耗热量：11q m Q 工质&&= 公式( 错误!
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排热量：22q m Q 工质&&=
再热循环
S
T
吸收热量：
6'1311h h h h q -+-= 公
式 （错误!文档中没有指定样式的文字。-9） 放出热量：3
22h h q -=
公
式 （错误!文档中没有指定样式的文字。-10） 功
量
：
2
'161h h h h w s -+-=
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'1312
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η
公
式 （错误!文档中没有指定样式的文字。-12）
功率：s w m P 工质&= 公
式( 错误!文档中没有指定样式的文字。-13) 耗
热
量
：
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公式( 错误!文档中没有指定样式的文字。-14) 排
热
量
：
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公式( 错误!文档中没有指定样式的文字。-15)
采用再热循环可以提高平均吸热温度，因此可以提高循环热效率。
热电联产循环
热电联产既供热又供电，常用两个指标来确定其经济性：
（1）热电厂的燃料利用系数η
某厂的热电站功率12ＭＷ，使用背压式汽轮机，Ｐ1＝3.5MPa ，t 1＝435℃，Ｐ2＝0.8
ＭＰa，排汽全部用于供热。假设煤的发热值为20000KJ/kg，计算电厂的循环热效率及耗煤量。设锅炉效率为85％。如果热电分开生产，电能由Ｐ2=7kPa的凝汽式汽轮机生产，热能（0.8MPa的230℃的蒸汽）由单独的锅炉供应，其他条件同上，试比较其耗煤量。设锅炉效率同上。
燃气—蒸汽联合循环
注蒸汽燃气轮机循环
湿空气燃汽轮机（ＨＡＴ）循环
轻水堆是指用加压的普通纯净水慢化和冷却的反应堆。如果不允许水在堆内沸腾，则称压水堆；如果允许水在堆内沸腾，则称沸水堆。轻水堆是目前最主要的堆型。
重水堆是指用重水慢化的反应堆。
气冷堆是指用石墨慢化，二氧化碳或氦气冷却的反应堆。
世界上核电站以压水堆为主。我国都是压水堆核电站。其原因如下：
⑴压水堆的投资低。
⑵压水堆技术上最成熟。
⑶压水堆安全。
⑷我国已初步具备建设压水堆的工业技术基础。
核聚变
快中子反应堆
发电能力为100万千瓦的轻水堆，每天使用约3公斤铀-235。虽然用量不多，但是由于天然铀储量有限现探明约可使用1000年，其中铀-235约只占0．7％，而99．3％是铀-238。铀-235和铀-238都是铀的同位素，它们的原子核都会裂变，但铀-235有其独特的裂变方式，当中子撞击其原子核时，原子核会分裂成重量几乎相等的两部分，而铀-238却不具备上述裂变方式，所以不能用作轻水堆的燃料。因此，当今核电站的核燃料中，铀-235如同"优质煤"，而铀-238却像"煤矸石"，只能作为核废料堆积在那里，成为污染环境的"公害"。
为了解决上述问题，使铀资源得到充分利用，科学家正在开发研究、设计另一种形式的反应堆---快中子反应堆，简称"快堆"。快堆不用铀-235，而用钚-239作燃
料，不过在堆心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238。钚-239产生裂变反应时放出来的快中子，被装在外围再生区的铀-238吸收，铀-238就会很快变成钚-239。这样，钚-239裂变，在产生能量的同时，又不断地将铀-238变成可用燃料钚-239，而且再生速度高于消耗速度，核燃料越烧越多，快速增殖，所以这种反应堆又称"快速增殖堆"。据计算，如快中子反应堆推广应用，将使铀资源的利用率提高50-60倍，大量铀-238堆积浪费、污染环境问题将能得到解决。
安全性
核电站是安全的，因为
第一，核反应堆大多采用低浓度裂变物质作燃料，不具备发生核爆炸的条件。 第二，核反应堆内有安全控制手段。
第三，反应堆有自稳定的特性。
核反应堆也会产生一些废气、废液和废物。但于燃煤电站相比，核电站可称为清洁的能源。
1、柴油机
⑴YZ6102Q——六缸直列、四冲程、缸径102mm、水冷、汽车用（YZ为扬
州柴油机厂代号）；
⑵10V120FQ——10缸V型气缸排列、四冲程、缸径120mm、风冷、汽车用；
⑶12VE230ZCZ——12缸、V型、二冲程、缸径230mm、水冷、增压、船用
主机、左机基本型。
2、汽油机
⑴ 1E65F——单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型；
⑵ EQ6100-1——六缸、直列、四冲程、缸径100mm、水冷，区分符号1
表示第一种变型产品（EQ为第二汽车制造厂代号）；
⑶ BJ492QA——四缸、直列、四冲程、缸径92mm、水冷、汽车用，区分
符号A表示变型产品（BJ为北京汽车制造厂代号）。
1、上止点、下止点及活塞行程
活塞顶端离曲轴旋转中心最远处，称为上止点。活塞顶端离曲轴中心最近处，称为下止点。上、下止点间的距离S称为活塞行程。连杆轴颈中心到曲轴轴颈中心的距离R为曲柄半径。对气缸中心线通过曲轴中心线的内燃机，其活塞行程等于曲柄半径的两倍，即S=2R。
2、气缸工作容积
上、下止点所包容的气缸容积称为气缸工作容积，用表示。
式中D——气缸直径（mm）；
S——活塞行程（mm）。
3、内燃机排量
内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量，用表示。
式中i ——气缸数；
——气缸工作容积（L）。
内燃机排量表示内燃机的作功能力，在内燃机其他参数相同的前提下，内燃机排量越大内燃机所发出的功率就越大。
4、燃烧室容积
活塞位于上止点时的气缸容积称为燃烧室容积，也称压缩容积。用Vc表示。
5、气缸总容积
气缸工作容积与燃烧室容积之和称为气缸总容积，用Va表示。
Va = Vs + Vc
6、压缩比
气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用ε表示。
四冲程汽油机与四冲程柴油机的共同点是：
1）每个工作循环都包含进气、压缩、作功和排气等四个活塞行程，每个行程各占180°曲轴转角，即曲轴每旋转两周完成一个工作循环。
2）四个活塞行程中，只有一个作功行程，其余三个是耗功行程。显然，在作功行程曲轴旋转的角速度要比其它三个行程时大得多，即在一个工作循环内曲
轴的角速度是不均匀的。为了改善曲轴旋转的不均匀性，可在曲轴上安装转动惯量
较大的飞轮或采用多缸内燃机并使其按一定的工作顺利依次进行工作。
两者不同之处是：
1）汽油机的可燃混合气在缸外部开始形成并延续到进气和压缩行程终了，时间较长。柴油机的可燃混合气在气缸内部形成，从压缩行程接近终了时开始，并
占小部分作功行程，时间很短。
2）汽油机的可燃混合气用电火花点燃，柴油机则是自燃。所以又称汽油机为点燃式内燃机，称柴油机为压燃式内燃机。
内燃机的构造和组成，随发动机的用途、生产厂家和生产年代的不同而千差万别。
但就其总体结构而言，却都是由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、进排气系统、
燃油系统、冷却系统、润滑系统、起动系统和有害排放物控制装置组成。如果是汽
油机，还包括点火系统。若为增压发动机，还应有增压系统。
1—发生器 2—冷凝器 3—节流阀 4—蒸发器 5—吸收器 6—泵
吸收式制冷系统组成示意图
1—冷凝器
2—发生器
3—蒸发器
4—冷剂泵
5—吸收器
6—溶液泵
7—引射器
8—换热器
图6-25 单效双筒式溴化锂吸收式制冷机的工作原理图
. 地源热泵系统应用的优势
（1）较低的能量消耗。地源热泵比空气源热泵节省能源40％以上，比电采暖节省能源70％以上。
（2）免费或低费用的提供生活热水。在夏季可以免费提供热水，在冬季获得热水的费用可节省一半。
（3）改善了建筑外观。因为通常没有室外压缩机或冷却水塔。
（4）较低的环境影响。比燃煤锅炉与电驱动地源热泵所排放的CO2量，可减少30％。
（5）较低的维护费用。平均维护费用约为传统系统的三分之一。
（6）运行灵活、经久耐用。地源热泵本身通常寿命在20年以上。
（7）全年满足温、湿度要求。因机组可自主决定供热、制冷空调的时间。
（8）分区供热和制冷。
（9）设计特性明显。
影响地源热泵系统有效使用的最大障碍是不适当的设计和安装。
（一）太阳能的特点
1．数量巨大但却非常分散
2．时间长久但却不连续不稳定
3．清洁安全、免费使用但初投资高
（二）太阳能利用的方式
1．太阳能转换为热能
2．太阳能转换为电能
3．太阳能转换为化学能
5.风速频率与风玫瑰图
风速频率是指某地一年（或一个月）之内具有相同风速的总时数的百分比。用各方向上平均风速频率和平均风速立方值的乘积，绘制成风玫瑰图，可显示风能资源情况及能量集中的方向，如图7－15所示。
1．潮汐能利用
海水潮汐是一种自然现象。它是在月球和太阳引潮力作用下所发生的海水周期性涨、落运动。一般情况下，每昼夜有两次涨落，一次在白天，一次在晚上，人们把白天的海水涨落称“潮”，晚上的海水涨落称“汐”，合起来称为“潮汐”。
潮汐能主要源于地球与月球、太阳之间的相互作用，不像其他海洋能主要来源于太阳能，而且其开发技术相对比较成熟。所谓潮汐能就是指海水在涨落潮运动中包含着的大量的动能和势能的总和。
2．氢的制备
为了实现氢能的大规模应用，最关键的是要找到一种廉价低能耗的制氢方法。
制备氢的基本方法：
（1）甲烷等与水蒸汽反应制氢
（2）电解水制氢
水电解过程就是使直流电通过导电水溶液(通常加H2SO4或KOH)使水分解成H2和O2,电解的反应式为
为了提高制氢效率，水的电解通常在3.0－5.0MPa的压力下进行。
近年来，采用煤辅助水电解的方法,可以使电解的能耗比常规下降100%。
（3）热化学制氢
从水中制氢也可以通过高温化学反应的方法进行。按照反应中所涉及的中间载体物料，可以分成氧化物体系，卤化物体系、含硫体系和杂化体系四种反应体系。如，氧化物体系：
其中Me为金属Mn、Fe、Co等。对于四种体系的反应过程都可以写成一种通用形式 总反应为
反应式中X是反应的中间媒体（如，氧化物，卤化物），它在反应中并不消耗，仅参与反应。整个过程仅仅消耗水和一定的热量，热化学反应的温度约为1073～1273K。
4）生物质制氢
固态生物质制氢的基本工艺为将生物质生成合成气。合成气中的碳氢化合物再与水蒸气发生催化重整反应，生成H2和CO2。整个反应式为：
3．规模化制氢技术
(1)核能热利用制氢
(2)太阳能热分解水制氢
(3)太阳能电解水制氢
(4)太阳能直接光解水制氢
(5)人工光合成作用制氢
(6)生物制氢
4．氢的储存
氢的储存难度很大，目前可以采用的储氢方法有下列三种。
1）高压储存
将氢气压缩成高压（15～20MPa），装入钢瓶中储存和运输。但由于氢气密度很小，不能解决大量氢的储存问题。
2）液态储存
将氢气冷却到20K，氢气将被液化，储存在绝热的低温容器中。
3）金属氢化物储存
当氢和金属形成氢化物时，氢就以固态的形式存储于氢化物中。当需要用氢时，通过加热，氢化物就可以放出氢气。金属氢化物储存使用方便，运输简单，是氢气储存中最方便且有发展前景的一种储氢方法。
纳米碳管储氢已成为当前研究热点。
4）质子交换膜型（PEMFC）。
PEMFC通常被认为是在交通运输领域最有希望的燃料电池技术。该技术具有快速起动和适应变工况等特点。
一、判断题 1、通常来说，线性振动系统的自由度数和固有频率数是相等的。（对） 2、振动系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵与选取的广义坐标无关。（错） 3、单自由度弹簧振子在光滑水平面和铅垂平面做自由振动时，振动周期不相等。（错） 4、小阻尼单自由度系统的自由振动称为衰减振动。（对） 5、加大阻尼一定可以有效隔振。（错） 6、自由度有阻尼系统的强迫振动，振幅最大发生在外激励频率与系统圆频率相等时。（错） 7、F0、ω、m、c、k为已知实数且都不等于0的条件下，t为时间变量，运动微分方程 0sin0 mx cx kx F tω ++-= &&&中的响应为单自由度有阻尼系统的自由振动。（错） 8、多自由度线性系统的固有振型之间一定存在着关于质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵的正交性。（错） 9、无阻尼振动系统的固有频率与系统的质量、弹簧刚度和所受外激励有关。（错） 10、对于能量无耗散的单自由度线性振动系统，在自由振动时系统的机械能守恒，采用能量法可直接得出系统的固有频率与运动微分方程。（对） 二、简答题 （1）简述机械振动的概念，并列出振动系统的主要特性参数有哪些？ 所谓机械振动，是指物体（或物体系）在平衡位置（或平均位置）附近作来回往复的运动。主要特性参数有：质量、刚度、阻尼。 （2）机械振动学研究的主要内容是什么？ 主要研究外界激励（输入）、振动系统、响应（输出）三者之间的关系。 （3）试用数值说明阻尼对该振动系统的影响。 解：一方面使系统振动的周期略有增大，频率略有降低，即 另一方面使系统振动的振幅按几何级数衰减。 (4) 什么是共振？在工程实际中机械系统共振时的突出表现是什么？ 答：通常把激励频率与系统固有频率相等时称为共振。 机械振动系统的振幅显著增大。 三、解应用杜哈美积分，分别计算及两个区间的响应。 当时，计算系统的响应 当时，大于的部分，被积分函数为零，所以 四、 解：
热能动力机械现状及其发展 【摘要】热能动力机械在我国各行各业中有着广泛的应用，而且对国民经济起着非常重要的作用。本文以热能动力机械的专业适应方向及高技术性的特点为依据论述了热能动力机械的现状及其发展走向。 【关键词】热能动力机械；现状；发展走向 一、前言 当热能转换成动力，并且应用在人们的生产生活中时，不仅改变了人们的生产与生活的方式，而且为资源能源的可持续利用、高效利用提供了空间。热能动力机械以其科学性和先进性亟待在人们的生产实践中有着更大范围内的应用。 二、热能动力机械专业的适应方向 无论日常生活，还是工农业生产；无论交通运输，还是航天领域，都离不开动力。热能是这些动力的主要来源之一，如冬天燃煤取暖是利用煤燃烧所产生的热能；火箭发射人造地球卫星利用的动力来自燃料燃烧所产生的热能；蒸汽机车牵引火车的动力来自于蒸汽的热能；热电厂所产生的低品位蒸汽供给工厂热能，在寒冷地区提供暖气；动力设备产生的废热用作制冷动力等。热能除了能被直接利用外，还可以通过转换装置变成电能，得以更广泛地利用，如火力发电、核能发电等。该专业的主要适应方向有： （一）适应火力发电、核能发电行业。任何一家火力发电厂都是利用锅炉将化石燃料的化学能转化为蒸汽的热能，利用汽轮机将蒸汽的热能转化为机械能带动发电机发出电能；锅炉、汽轮机及其热力系统的运行，由热工测量设备进行测量和监视，由自动化装置实行自动控制。核能发电除利用受控核裂变反应所释放的热能将水加热成蒸汽不同于火力发电外，其它生产过程基本上同于火力发电。湖南橡胶厂、冷水江铁厂等大企业的自备电厂的生产过程亦同于火力发电厂。 （二）适应于石化行业。炼油厂、化肥厂、制碱厂、维尼纶厂等企业，都必须有热动力设备产生热动力来满足生产的要求，如工业锅炉、换热器、泵与风机等动力设备。 （三）适应于冶金行业。冶金行业需要大型的热动力设备，如高炉所需要的热空气由锅炉产生再由风机送到高炉中去。 （四）热力设备的设计和生产制造行业。修完本专业的全部课程后，具备一定的设计和生产制造能力。 （五）制冷行业。大型制冷设备的动力来源于锅炉所产生的热能，制冷工质的循环理论同于热动力工质循环理论，制冷专业与热工专业实际上是相关专业。
制冷和空调是相互联系又相互独立的两个领域。制冷是一种冷却过程，除用于食品冷冻加工、化工和机械加工等工业制冷外，其最主要的应用是空调。空调中既有冷却，也包括括供暖、加湿、去湿以及流速、热辐射和空气质量的调节等。 本章将以制冷循环或逆向循为核心，重点阐述制冷与空调系统中的能量转换关系和性能评价等内容。 第一节概述 一、制冷的定义与分类 制冷是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，使其温度降低到环境温度以下，保持并利用这个温度。按照所获得的温度，通常将制冷的温度范围划分为以下几个领域：120K以上，普冷；120N0．3K，深冷(又称低温)；0．3K以下，极低温。 由于温度范围不同，所采用的降温方式，使用的工质、机器设备以及依据的具体原理有很大差别。工程应用上有多种人工制冷方法，如适用于普通制冷的蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式制冷，适用于深度制冷(制冷温度为20~160K)的气体膨胀制冷、半导体体制冷、磁制冷等。空气调节系统中所用的人工制冷方法主要是蒸气压缩式、吸收式制冷。 二、制冷研究的内容 制冷研究的内容可以概括为以下四个方面： 1)研究获得低于环境温度的方法、机理以及与此对应的循环，并对循环进行热力学的 分析和计算。 2)研究循环中使用的工质的性质，从而为制冷机提供合适的工作介质。 3)研究气体的液化和分离技术。例如液化氧、氮、氢、氦等气体，将空气或天然气液化、分离，均涉及一系列的制冷技术。 4)研究所需的各种机械和设备，包括它们的工作原理、性能分析、结构设计。 三、制冷技术的应用 制冷技术的应用几乎渗透到各个生产技术、科学研究领域，并在改善人类的生活质量方面发挥了巨大作用。 1．商业及人民生活 食品冷冻冷藏和舒适性空气调节是制冷技术应用最为量大、面广的领域。 商业制冷主要用于各类食品冷加工、冷藏储存和冷藏运输，使之保质保鲜。现代的食品工业，从生产、储运到销售，有一条完整的“冷链”。所使用的制冷装置有：各种食品冷加工装置、大型冷库、冷藏汽车、冷藏船等，直至家庭用的电冰箱。 舒适性空气调节为人们创造适宜的生活和工作环境。如家庭、办公室用的局部空调装置；大型建筑、车站、机场、宾馆、商厦等使用的集中式。空调系统；各种交通工具，如轿
太原理工大学研究生试题 姓名： 学号： 专业班级： 机械工程2014级 课程名称: 《机械系统动力学》 考试时间: 120分钟 考试日期: 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 分数 1 圆柱型仪表悬浮在液体中，如图1所示。仪表质量为m ，液体的比重为ρ，液体的粘性阻尼系数为r ，试导出仪表在液体中竖直方向自由振动方程式，并求固有频率。（10分） 2 系统如图2所示，试计算系统微幅摆动的固有频率，假定OA 是均质刚性杆，质量为m 。（10分） 3 图3所示的悬臂梁，单位长度质量为ρ，试用雷利法计算横向振动的周期。假定梁的 变形曲线为?? ? ?? -=x L y y M 2cos 1π（y M 为自由端的挠度）。（10分） 4 如图4所示的系统，试推导质量m 微幅振动的方程式并求解θ(t)。（10分） 5 一简支梁如图5所示，在跨中央有重量W 为4900N 电机，在W 的作用下，梁的静挠度δst=，粘性阻尼使自由振动10周后振幅减小为初始值的一半，电机n=600rpm 时，转子不平衡质量产生的离心惯性力Q=1960N ，梁的分布质量略去不计，试求系统稳态受迫振动的振幅。（15分） 6 如图6所示的扭转摆，弹簧杆的刚度系数为K ，圆盘的转动惯量为J ，试求系统的固有频率。(15分) 7如图7一提升机，通过刚度系数m N K /1057823?=的钢丝绳和天轮（定滑轮）提升货载。货载重量N W 147000=，以s m v /025.0=的速度等速下降。求提升机突然制动时的钢丝绳最大张力。(15分) 8某振动系统如图8所示，试用拉个朗日法写出动能、势能和能量散失函数。(15分) 太原理工大学研究生试题纸
《机械动力学》期末复习题及答案1、判断 1.机构平衡问题在本质上是一种以动态静力分析为基础的动力学综合，或动力学设计。 答案:正确 2.优化平衡就是采用优化的方法获得一个绝对最佳解。 答案:错误 3.惯性力的计算是建立在主动构件作理想运动的假定的基础上的。 答案:正确 4.等效质量和等效转动惯量与机械驱动构件的真实速度无关。 答案:正确 5.作用于等效构件上的等效力（或等效力矩）所作的功等于作用于系统上的外力所作的功。答案: 错误 6.两点动代换后的系统与原有系统在静力学上是完全等效的。 答案:错误 7.对于不存在多余约束和多个自由度的机构，动态静力分析是一个静定问题。 答案:错误 8.摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的简单化。 答案:错误 9.机构摆动力完全平衡的条件是：机构运动时，其总质心作变速直线运动。 答案:错误 10.等效质量和等效转动惯量与质量有关。 答案:错误 11.平衡是在运动设计完成之前的一种动力学设计。 答案:错误 12.在动力分析中主要涉及的力是驱动力和生产阻力。 答案:正确 13.当取直线运动的构件作为等效构件时，作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到等效力。答案:正确 14.摆动力的平衡一定会导致机械结构的复杂化。 答案:错误 15.机器人操作机是一个多自由度的闭环的空间机构。 答案:错误 16.质量代换是将构件的质量用若干集中质量来代换，使这些代换质量与原有质量在运动学上等效答案:正确 17.弹性动力分析考虑构件的弹性变形。 答案:正确 18.机构摆动力矩完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。 答案:错误
19.拉格朗日方程是研究约束系统静力动力学问题的一个普遍的方法。 答案:正确 20.在不含有变速比传动而仅含定速比传动的系统中，传动比为常数。 答案:正确 21.平衡分析着眼于全部消除或部分消除引起震动的激振力。 答案:正确 22.通路定理是用来判断能否实现摆动力完全平衡的理论。 答案:错误 23.无论如何，等效力与机械驱动构件的真实速度无关。 答案:正确 24.综合平衡不仅考虑机构在机座上的平衡，同时也考虑运动副动压力的平衡和输入转矩的平衡。答案:正确 25.速度越快，系统的固有频率越大。 答案:错误 26.平衡的实质就是采用构件质量再分配等手段完全地或部分地消除惯性载荷。 答案:正确 27.优化综合平衡是一个多目标的优化问题，是一种部分平衡。 答案:正确 28.机构摆动力完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。 答案:正确 29.当以电动机为原动机时，驱动力矩是速度的函数。 答案:错误 30.为了使得等效构件的运动与机构中该构件的运动一致，要将全部外力等效地折算到该机构上这 一折算是依据功能原理进行的。 答案:正确 2、单选 1.动力学反问题是已知机构的（），求解输入转矩和各运动副反力及其变化规律。 A.运动状态 B.运动状态和工作阻力 C.工作阻力 D.运动状态或工作阻力 答案:B 2.平衡的实质就是采用构件质量再分配等手段完全地或部分地消除（）。 A.加速度 B.角加速度 C.惯性载荷 D.重力 答案: C 3.摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的（）。 A.简单化
机械动力学简史
机械动力学简史 一.动力学简介 机械动力学作为机械原理的重要组成部分，主要研究机械在运转过程中的受力，机械中各部分构件的质量和构件之间机械运动的相互关系，是现代机械设计的重要理论基础。 一般来说，机械动力学的研究内容包括六个方面：（1）在已知外力作用下求机械系统的真实运动规律；（2）分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力；（3）研究回转构件和机构平衡的理论和方法；（4）研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系；（5）机械振动的分析研究；（6）机构分析和机构综合。其主要研究方向是机械在力的作用下的运动和机械在运动过程中产生的力，并且从力和相互作用的角度对机械进行设计和改进的学科。 二.动力学的前期发展 人类的发展过程中，很重要的一个进步特征就是工具的使用和制造。从石器时代的各种石制工具开始，机械的形式开始发展起来。从简单的工具形式，到包含各类零件、部件的较为先进的机械，这中间的发展过程经历了不断的改进与反复，也经历了在国家内部与国家之间的传播过程。 机械的发展过程也经历了从人自身的体力，到利用畜力、风力和水力等，材料的类型也从自然中自有的，过渡到简单的人造材料。整个发展过程最终形成了包含动力、传动和工作等部分的完整机械。 人类从石器时代进入青铜时代、铁器时代，用以吹旺炉火的鼓风器的发展起了重要作用。有足够强大的鼓风器，才能使冶金炉获得足够高的炉温，才能从矿石中炼得金属。中国在公元前1000～前900年就已有了冶铸用的鼓风器，
并渐从人力鼓风发展到畜力和水力鼓风。早在公元前，中国已在指南车上应用复杂的齿轮系统。古希腊已有圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗杆传动的记载。但是，关于齿轮传动瞬时速比与齿形的关系和齿形曲线的选择，直到17世纪之后方有理论阐述。手摇把和踏板机构是曲柄连杆机构的先驱，在各文明古国都有悠久历史，但是曲柄连杆机构的形式、运动和动力的确切分析和综合，则是近代机构学的成就。 近代的机械动力学，在动力以及机械结构本身来说，具有各方面的重大突破。动力在整个生产过程中占据关键地位。随着机械的改进，对于金属和矿石的需求量增加，人类开始在原有的人力和畜力的基础上，利用水力和风力对机械进行驱动，但是这也造成了很多工厂的选址的限制，并不具有很大的推广性。而后来稍晚出现的纽科门大气式蒸汽机，虽然也可以驱使一些机械，但是其燃料的利用率很低，对于燃料的需求量太大，这也使得这种蒸汽机只能应用于煤矿附近。 瓦特发明的具有分开的凝汽器的蒸汽机以及具有回转力的蒸汽机，不仅降低了燃料的消耗量，也很大程度上扩大了蒸汽机的应用范围。蒸汽机的发明和发展，使矿业和工业生产、铁路和航运都得以机械动力化。蒸汽机几乎是19世纪唯一的动力源。但蒸汽机及其锅炉、凝汽器、冷却水系统等体积庞大、笨重，应用很不方便。 19世纪末，电力供应系统和电动机开始发展和推广。20世纪初，电动机已在工业生产中取代了蒸汽机，成为驱动各种工作机械的基本动力。生产的机械化已离不开电气化，而电气化则通过机械化才对生产发挥作用。 发电站初期应用蒸汽机为原动机。20世纪初期，出现了高效率、高转速、
课程考试复习题及参考答案 机器人学导论 一、名词解释题： 1.自由度： 2.机器人工作载荷： 3.柔性手： 4.制动器失效抱闸： 5.机器人运动学： 6.机器人动力学： 7.虚功原理： 驱动： 9.电机无自转： 10.直流伺服电机的调节特性： 11.直流伺服电机的调速精度： 控制： 13.压电元件： 14.图像锐化： 15.隶属函数： 网络： 17.脱机编程： ： 二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义 4.机器人控制系统的基本单元有哪些 5.直流电机的额定值有哪些 6.常见的机器人外部传感器有哪些 7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。 8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成 9.为什么要做图像的预处理机器视觉常用的预处理步骤有哪些 10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。 11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类 12.仿人机器人的关键技术有哪些 三、论述题： 1.试论述机器人技术的发展趋势。 2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。 3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。 4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。 5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的 6.试论述工业机器人的应用准则。 四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）： 1.已知点u的坐标为[7,3,2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y 轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿z轴平移7个单位得到点t。求u, v, w, t各点的齐次坐标。
习题一 1-1 机械动力学的研究内容及研究方法？ 1-2 试举出几例工程中的动力学实例。 习题二 2-1 简述机械振动的分类。 2-2 简述动力学的要素和动力学模型。 2-3 判断下列振动是否为周期振动，若是求其周期 ⑴()cos55sin3.5 =+ x t t t ⑵2 =+ ()cos22cos1.6 x t t t ⑶()3sin5cos5 =+ x t t t 2-4 对图示系统进行模型化，将其物块连接在具有等效刚度的单个弹簧上，试求其等效刚度。 2-5 计算图示系统中扭转轴（空心）的扭转刚度。 2-6 图示齿轮齿条组成的系统，求其等效系统的等效质量和等效刚度。把x作为广义坐标，x为从系统的平衡位置起的位移。
3-5 一单自由度系统运动方程为4168sin x x x t ω++=， 求下列值：固有角频率n ω；临界阻尼系数cr c ；阻尼比ξ；静位移s X ；动位移幅值X ；有阻尼固有频率d ω；振动响应滞后于激励的相角?。 3-6 单自由度无阻尼系统，假定其初始条件全为零，即0)0()0(==x x ，试问 ⑴当外部激励0)(=t F ，能产生振动吗？为什么？ ⑵当从0=t 时刻开始受到t F t F ωsin )(0=的激励，能产生振动吗？为什么？ 3-7 一台10000N 重的机器支承在总刚度为40000N/m 的弹簧上，它有一失衡的转动元件在3000转/分下形成800N 的干扰力，假定20.0=ξ。试建立系统的运动微分方程并求由失衡引起的运动振幅。 3-8 已知一单自由度系统，其自由振动的振幅在4个整周期后衰减到原来的20%，试计算系统的粘性阻尼比ξ。 3-9 铁路的缓冲器被设计成一个带有一黏性缓冲器和一弹簧并联，当这个缓冲器工作在一个20000kg 的火车并有5210?N/m 的刚度时，要使系统阻尼比为1.25时，问缓冲器的阻尼系数应为多少？ 3-10 空火车的质量为4500kg ，当题3-9中的缓冲器安装在空车时，问系统的固有频率和阻尼比是多少？ 3-11 质量为45kg 的机器固定在四个刚度为5210?N/m 的并联弹簧上，当机器的运作频率为32Hz 时，测得机器的稳态振幅为1.5mm ，则激振力幅度有多大？ 3-12 质量为120kg 的机器固定在长为1.5m 的简支梁中间跨上，梁的弹性模量为9220010N/m E =?，横截面惯性矩为641.5310m I -=?。在此系统机器上作用力幅为2000N 的谐波激励测试该系统，试验记载的最大稳态振幅为2.5mm 。试求系统的阻尼比。
热能与动力机械基础 一、名词解释 第1章 1.热能动力装置：燃烧设备、热能动力机以及它们的辅助设备统称为热能动力装置。 2.原动机：将燃料的化学能、原子能和生物质能等所产生的热能转换为机械能的动力设备。如蒸汽机、蒸汽轮机、燃气轮机、 汽油机、柴油机等。 3.工作机：通过消耗机械能使流体获得能量或使系统形成真空的动力设备。 第2章 1.锅炉：是一种将燃料化学能转化为工质（水或蒸汽）热能的设备。 2.锅炉参数：锅炉的容量、出口蒸汽压力及温度和进口给水温度。 3.锅炉的容量：指在额定出口蒸汽参数和进口给水温度以及保证效率的条件下，连续运行时所必须保证的蒸发量(kg/s或T/h) ， 也可用与汽轮机发电机组配套的功率表示为kW 或MW 。 4.锅炉出口蒸汽压力和温度：指锅炉主汽阀出口处(或过热器出口集箱)的过热蒸汽压力和温度。 5.锅炉进口给水温度：指省煤器进口集箱处的给水温度。 6.煤的元素分析：C、H、O、N、S。 7.锅炉各项热损失：有排烟热损失，化学不完全燃烧损失，机械不完全燃烧损失，灰渣物理热损失，及散热损失。 8.锅炉热平衡：指输入锅炉的热量与锅炉输出热量之间的平衡。 9.锅炉的输出热量：包括用于生产蒸汽或热水的有效利用热和生产过程中的各项热损失。 10.锅炉的热效率：锅炉的总有效利用热量占锅炉输入热量的百分比。在设计锅炉时，可以根据热平衡求出锅炉的热效率： 11.锅炉燃烧方式：层燃燃烧、悬浮燃烧及流化床燃烧三种方式。 12.层燃燃烧：原煤中特别大的煤块进行破碎后，从煤斗进入炉膛，煤层铺在炉排上进行燃烧。 13.悬浮燃烧：原煤首先被磨成煤粉，然后通过燃烧器随风吹入炉膛进行悬浮燃烧。这种燃烧方式同样用来燃烧气体和液体燃料。 14.流化：指炉床上的固体燃料颗粒在气流的作用下转变为类似流体状态的过程。 15.流化床燃烧：原煤经过专门设备破碎为0～8mm大小的煤粒，来自炉膛底部布风板的高速鼓风将煤粒托起，在炉膛中上下翻滚 地燃烧。 16.悬浮燃烧设备：炉膛、制粉系统和燃烧器共同组成煤粉炉的悬浮燃烧设备。 17.炉膛：是组织煤粉与空气连续混合、着火燃烧直到燃尽的空间。 18.制粉系统主要任务：连续、稳定、均匀地向锅炉提供合格、经济的煤粉。可分为直吹式和中间储仓式两种。 19.煤粉燃烧器分类：按空气动力特性可分为旋流燃烧器和直流燃烧器两种。 20.旋流燃烧器的气流结构特性：二次风强烈旋转，喷出喷口后形成中心回流区，卷吸炉内的高温烟气至燃烧器出口附近，加热 并点燃煤粉。二次风不断和一次风混合，使燃烧过程不断发展，直至燃尽。除中心回流区的高温烟气卷吸外，在燃烧器喷出 的气流的外圈也有高温烟气被卷吸。 21.旋流燃烧器的布置方式：旋流燃烧器一般作前墙或前后墙对冲(交错)布置。 22.直流式燃烧器的布置方式：直流式燃烧器从喷口喷出的气流不旋转，直流式燃烧器布置在炉膛四角，其出口气流几何轴线切 于炉膛中心的一个假想圆，造成气流在炉内强烈旋转。 23.锅炉受热面类型：水冷壁、省煤器、过热器、再热器、空气预热器；换热方式为对流、辐射及对流辐射混合式。 24.过量空气系数：燃料燃烧实际所用的空气量与燃料燃烧所需理论空气量之比。 第3章 1.反动度：气体作加速流动时损失较小，设计时常使得气流在动叶中也有一定的加速（膨胀）。气流在动叶气道内膨胀程度的 大小，常用级的焓降反动度?m来表示。?m等于气流在动叶气道内膨胀时的理想焓降△h b与整个级的滞止理想焓降△h t*之比。 2.喷嘴损失：蒸汽在喷嘴叶栅内流动时，汽流与流道壁面之间、汽流各部分之间存在碰撞和摩擦，产生的损失。 3.速比：级的圆周速度与喷嘴出口速度之比。 部分进汽度：有喷嘴的弧段长度与整个圆周长度的比值。 轮周效率：1kg工质所做的轮周功与该级所消耗的理想能量的比值。
2014年机械动力学基础考试题参考答案 一、判断题（每个1分，共10分） 1、串联弹簧的等效刚度比原来各弹簧的刚度都要小，并联弹簧的等效刚度比原来各弹簧的 刚度都要大。√ 2、多自由度振动系统的运动微分方程组中，各方程间的耦合是振动系统的固有性质。× 3、自由振动系统的振幅、初相角及振动频率是系统的固有特征，与初始条件无关。× 4、固有振型关于质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵均具有正交性。× 5、单自由度无阻尼振动系统作用一简谐激励，若初始条件为0，即 000 x x == ，系统不会有自由振动项。× 6、一般情况下，两自由度线性系统的自由振动是简谐振动。× 7、共振时无阻尼系统的振幅将随时间无限增大，响应滞后激励的相位角为π 2 。√ 8、对于多自由度线性系统，当激振频率与其中任一固有频率相等时，系统都会发生共振。 √ 9、一般来说，系统的固有频率和固有振型的数目与系统的自由度数目相同。√ 10、杜哈梅积分将激励视为非常短的脉冲的叠加，适用于单自由度有阻尼的质量-弹簧系统 对任意激励的响应。√ 二、简答题(每题5分，共计25分) （1）什么是机械振动？举例说明振动的优、缺点。 答：机械振动是指物体（或物体系）在平衡位置（或平均位置）附近来回往复的运动。 第二问为开放题 （2）简述机械振动系统的实际阻尼、临界阻尼、阻尼比的联系与区别。 答：实际阻尼是指振动系统的真实阻尼值，用于度量系统自身消耗振动能量的能力； 临界阻尼是概念阻尼，是指一个特定的阻尼值，大于或等于该阻尼值，系统的运动不是振动，而是一个指数衰运动； 阻尼比（相对阻尼系数）等于实际阻尼与临界阻尼之比
（3）写出拉格朗日方程的表达式，并解释各符号所代表的含义。 拉格朗日方程的表达式为： )()(d d t Q q U q T q T t j j j j =??+??-?? （j =1，2，…，n ）。 式中，,j j q q 为振动系统的广义坐标和广义速度；T 为系统的动能；U 为系统的势能；Q j (t )为对应与广义坐标q j 的除有势力以外的其他非有势力的广义力；n 为系统的自由度数目。 （4）简述建立系统微分方程的常用方法有哪几种？ 牛顿第二定律、能量法、拉格朗日方程 （5）如何利用减幅系数确定系统中的阻尼系数。（第一句话为主） 只要测定衰减振动的第1次与第1+j 次振动的振幅之比，就可以算出对数减幅δ，从而确定系统中的阻尼系数的大小。1 1ln 1 += j A A j δ，2 2 2(δ πδζ+=），km c ζ2=。 三、计算题 (15分) 求图示滑轮系统的有阻尼固有频率及质量块在简谐力作用下的强迫振动响应。滑轮与绳子的本身重量及绳子的弹性可略去不计。 解：x , x 1, x 2坐标如图所示，取静力平衡位置为坐标原点，由滑轮系统分析有： )(221x x x +=，2211x k x k = (4分) 所以 x k k k x ) (2212 1+= ，x k k k x )(22112+=，由牛顿第二定律可得：
对热能与动力工程专业的认识通过上网查询和老师的介绍，认识到热能与动力工程 是研究热能的释放、转换、传递以及合理利用的学科，它广泛应用于能源、动力、空间技术、化工、冶金、建筑、环境保护等各个领域。 一热能与动力工程专业培养目标 热能与动力工程专业的培养目标；主要培养能源转换与利用和热力环境保护领域具有扎实的理论基础，较强的实践、适应和创新能力，较高的道德素质和文化素质的高级人才，以 满足社会对该能源动力学科领域的科研、设计、教学、工程技术、经营管理等各方面的人才需求。学生应具备宽广的自然科学、人文和社会科学知识，流体工程、流体力学、流体机械、动力机械、水利工程等宽厚理论基础、热能动力工程专业知识和实践能力，掌握计算机应用与自动控制技术方面的知识。能从事汽车动力工程、制冷与低温技术、暖通空调，能源与环境工程、电厂热能动力、燃气工程、船舶、流体机械等方面的科研、教学、设计、开发、制造、安装、检修、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。 二热能与动力工程专业方向； 我校热能与动力工程专业设立了两个方向; 制冷与空调方向和热电方向。 主干学科：动力工程与工程热物理、机械工程、传热学、工程热力学。 主要课程；工程数学、画法几何与机械制图、工程力学、材料力学、机械原理、机械零件、电工与电子学、机械制造基础、机械原理、机械设计、工程热力学、流体力学、传热学、工程经济学，控制工程基础、微机原理与接口技术、单片机原理、测试技术、制造工艺学、优化设计等。 制冷方向专业科目：主要研究制冷与低温技术。主要有制冷与空调测量技术、制冷原理与装置、低温技术、空气调节、制冷压缩机、制冷系统CAD、计算机绘图、泵与风机、制冷空调电气自动控制、冰箱冷库、制冷热动力学、热泵制冷空调故障诊断等有关课程。专业方向培养从事制冷与空调技术和设备设计、科研、开发、制造和管理工作的高级工程技术人才。 本专业方向毕业生可在制冷、低温和空调技术及其相关应用领域的企业和科研院所、高等学校、设计院以及相关政府管理部门从事制冷与空调技术和设备的研究开发、设计制造、运行控制、管理、技术服务和营销等方面的工作。 热电方向专业科目；主要研究大气环境保护理论和技术，主要有电站锅炉原理核电技术、燃气轮机及其联合循环、热力发电厂、循环流化床锅炉、电厂汽轮机原理，发电厂自动化、电机学、发电厂电气设备、继电保护原理等有关课程。 毕业生主要从事热力设备的运行、维护、管理、科研开发以及热力系统的设计等工作，还可以在航天、机械、化工、船舶、核能等行业从事相关工作，也可以在军事部门、核电工业和辐射科学相关的科研设计单位、核电站、高等院校等从事规划、设计、运行、施工、管理、教育和研究开发工作。 三热能与动力工程专业前景： 伴随现实环境的发展，热能与动力工程的重要性正在日渐突出。 目前全世界常规能源的日渐短缺，人类环境保护意识的不断增强，节能、高效、降低或消除污染排放物、发展新能源及其它可再生能源成为本学科的重要任务，在能源、交通运输、汽车、船舶、电力、航空宇航工程、农业工程和环境科学等诸多领域获得越来越广泛的应用，在国民经济各部门发挥着越来越重要的作用。 能源动力及环境是目前世界各国所面临的头等重大的社会问题，我国能源工业面临着经济增长、环境保护和社会发展的重大压力。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占商品煤炭、(％，已成为我国大气污染的主要来源。已经探明的常规能源剩余储量76能源消费的．
机械动力学期末复习题及 答案 Prepared on 22 November 2020
《机械动力学》期末复习题及答案1、判断 1.机构平衡问题在本质上是一种以动态静力分析为基础的动力学综合，或动力学设计。 答案:正确 2.优化平衡就是采用优化的方法获得一个绝对最佳解。 答案:错误 3.惯性力的计算是建立在主动构件作理想运动的假定的基础上的。 答案:正确 4.等效质量和等效转动惯量与机械驱动构件的真实速度无关。 答案:正确 5.作用于等效构件上的等效力（或等效力矩）所作的功等于作用于系统上的外力所 作的功。答案:错误 6.两点动代换后的系统与原有系统在静力学上是完全等效的。 答案:错误 7.对于不存在多余约束和多个自由度的机构，动态静力分析是一个静定问题。 答案:错误 8.摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的简单化。 答案:错误 9.机构摆动力完全平衡的条件是：机构运动时，其总质心作变速直线运动。
答案:错误 10.等效质量和等效转动惯量与质量有关。 答案:错误 11.平衡是在运动设计完成之前的一种动力学设计。 答案:错误 12.在动力分析中主要涉及的力是驱动力和生产阻力。 答案:正确 13.当取直线运动的构件作为等效构件时，作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到等效力。 答案:正确 14.摆动力的平衡一定会导致机械结构的复杂化。 答案:错误 15.机器人操作机是一个多自由度的闭环的空间机构。 答案:错误 16.质量代换是将构件的质量用若干集中质量来代换，使这些代换质量与原有质量在运动学上等效 答案:正确 17.弹性动力分析考虑构件的弹性变形。 答案:正确 18.机构摆动力矩完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。 答案:错误 19.拉格朗日方程是研究约束系统静力动力学问题的一个普遍的方法。
机械系统动力学试题 一、 简答题： 1．机械振动系统的固有频率与哪些因素有关？关系如何？ 2．简述机械振动系统的实际阻尼、临界阻尼、阻尼比的联系与区别。 3．简述无阻尼单自由度系统共振的能量集聚过程。 4. 简述线性多自由度系统动力响应分析方法。 5. 如何设计参数，使减振器效果最佳？ 二、 计算题： 1、 单自由度系统质量Kg m 10=, m s N c /20?=, m N k /4000=, m x 01.00=, 00=? x ,根据下列条件求系统的总响应。 （a ） 作用在系统的外激励为t F t F ωcos )(0=,其中N F 1000=， s rad /10=ω。 （b ） 0)(=t F 时的自由振动。 2、 质量为m 的发电转子，它的转动惯量J 0的确定采用试验方法：在转子径向R 1的地方附加一小质量m 1。试验装置如图2所示，记录其振动周期。 a ）求发电机转子J 0。 b ）并证明R 的微小变化在R 1=（m/m 1+1）·R 时有最小影响。 3、 如图3所示扭转振动系统，忽略阻尼的影响 J J J J ===321，K K K ==21 （1）写出其刚度矩阵； （2）写出系统自由振动运动微分方程； （2）求出系统的固有频率； （3）在图示运动平面上，绘出与固有频率对应的振型图。 1 θ（图2）
（图3） 4、求汽车俯仰振动（角运动）和跳振（上下垂直振动）的频率以及振 动中心（节点）的位置（如图4）。参数如下：质量m=1000kg，回转半径r=0.9m，前轴距重心的距离l1=0.1m,后轴距重心的距离l2=1.5m,前弹簧刚度k1=18kN/m,后弹簧刚度k2=22kN/m （图4） 5、如5图所示锻锤作用在工件上的冲击力可以近似为矩形脉冲。已知 工件，铁锤与框架的质量为m1=200 Mg，基础质量为m2=250Mg，弹簧垫的刚度为k1=150MN/m，土壤的刚度为k2=75MN/m.假定各质量的初始位移与速度均为零，求系统的振动规律。
热能与动力机械基础 循环经济——是由“资源—产品—再生资源”所构成的物质反复流动的经济发展模式。它要求在经济活动中以“3 R原则”作为行为准则： (1)减量化(Reduce)原则。用较少的原料和能源投入来达到既定的生产或消费的目的。 (2)再使用（Reuse)原则。产品和包装容器能以初始的形式被反复使用。 (3)再循环(Recycle)原则。生产出来的物品在完成其使用功能后能重新变成可以利用的资源，而 不是不可恢复的垃圾。 循环经济的特征——低开采、高利用、低排放，它是一种与环境和谐相处的经济发展模式。通过循环经济，使资源的使用减量化、产品能反复使用和废弃物资源化，从而实现“最佳生产、最适消费、最少废弃”。 1．单位GDP（国内生产总值）能耗 是指某一年或某一个时期，实现单位国民经济产值所平均消耗的能源数量。 单位GDP能耗即单位产值能耗，属于宏观经济领域的指标，其表达式为 r﹦E/M 式中，E—能源消耗量(指标准煤)；M—同期国民经济生产总值。 单位为吨标准煤/万元。 2．单位产品能耗 是指每单位产品产量所消耗的能量，属于微观经济领域的指标。它又分为单耗和综合能耗两种，可用一个式子来表达 C﹦E p/A 式中，A为产品产量；E p为产品能耗。 当E p是指某种能的消耗量时，C为单耗，如生产1kWh电的煤耗； 如果E p是指生某种产品过程中所消耗的各种一次能源、二次能源的总消耗量，则C为综合能耗。 3．能源利用效率 它为被有效利用的能量(或获得的能量)与消耗的能量(或投入的能量)之比。它被用来考察用能的完善程度，其定义式为 η﹦E e/E c η—为能源利用效率；E e—有效利用的能量； E c—消耗的能量。 (火用)效率 我们可以广义地定义(火用)损失。对于某一个系统或设备，投入或耗费的(火用)Ex i与被利用或收益的(火用)Ex g之差，即为该系统或设备的(火用)损失Ex L，可表示为 Ex L= Ex i﹣Ex g而被有效利用（或收益）的(火用)与投入（或耗费）的(火用)之比，则为该系统或设备的(火用)效率ηex，也称为有效能效率 环境污染的防治 1) 改善动力机械和热能利用的各种设备的结构，并研制新型高效装置。 2) 采用高效、低污染的新型动力循环。如煤气化燃气一蒸汽联合循环。 3) 采用代用燃料与代用工质，并禁用某些工质。如以天然气代替煤气。 4) 开发利用新能源和可再生能源。如太阳能、风能、生物质能等。 5) 研制性能优良的技术部件。如新型的燃烧器、高效的脱硫除尘器。如插图1—6为一种联合的脱 硫脱硝工艺。 6) 建立“噪声综合控制区”和进行“环境噪声达标区”的建设。
第六章制冷与空调思考题和习题 1、制冷系统的冷凝温度低则效率高，试评价用另外一个制冷系统来冷却该制冷系统冷凝器的冷却水的可能性。两个系统组合后的性能是比单个的好、相同或者差？为什么？ 答：这个系统可行，这就是复叠系统，复叠系统是为了获取低温，解决单级压缩蒸气受到循环压比的限制以及制冷剂热物理特性限制而出现的一种制冷系统。复叠制冷系统图见图1。如果冷热端温差相差不大，单级压缩系统能够正常运行，复叠系统比单级压缩系统制冷系数小，运行并不经济，因为复叠系统的冷凝蒸发器存在换热温差，会发生一部分不可逆传热损失。如果冷热端温差相差较大，采用单级压缩系统会导致超压比运行，使实际压缩过程更偏离等熵压缩过程，引起压缩机排温升高、效率降低、功耗增大。此时采用多级复叠循环系统比较经济。 2、制冷系统中的热交换器的传热系数与哪些因素有关？如何提高运行中的热交换设备的传热效果？ 答：制冷系统中的热交换器的传热系数与传热管的形式，介质的换热条件，管内外热阻的大小等因素有关。运行中机组分油效果要好，避免油进入换热器，在换热器表面形成油膜，增大热阻，影响换热效果；避免结霜、结露现象。 3、为什么要规定压缩机的运行工况？空调工况和标准工况中的冷凝温度和蒸发温度各为多少？ 答：任何压缩机都是在一定的外界条件下工作的。为了考核压缩机在通常工作条件下的工作状态，规定了标准工况和空调工况。标准工况下，蒸发温度为－15℃，冷凝温度30℃。空调工况下，蒸发温度为5℃，冷凝温度为40℃。
4、试分析从蒸发器出来的低压蒸气过热程度及过热度大小对制冷系统的影响。 答：蒸气过热的影响，见图2。 图2 从图中可以看出，制冷量增加了，增加量为： 功也增加了，增加量为： 因此，制冷系数 是否增加和制冷剂的特性有关。各种制冷剂制冷系数随过热度变化情况见图3。 图3 制冷系数随过热度变化情况 5、试用p －h 和有关公式分析，当一台制冷压缩机运行时的冷凝温度tk 降低（此时蒸发温度t0不变）和蒸发温度t0升高（此时冷凝温度tk ）不变时，制冷压缩机的制冷量Q0和理论制冷循环的制冷系数ε0将如何变化？ 答：蒸发温度不变，冷凝温度降低的影响：见图4 01'1q h h ?=-'02'211()() w h h h h ?=---' 00000 q q q w w w ε+?'==' +?
一、判断题 1. 考虑效率时，等效力大小与效率值大小成反比。 2. 某机械的广义坐标数为5，则该机械的广义力一定少于5个。 3. 某机械系统自由度为4，那么其惯性系数33J 一定不小于零。 4. 定轴轮系在匀速转动时，等效力矩一定等于零。 5. 在考虑弹性时，铰链四杆机构中单元杆的节点变形数一定等于系统的节点变形数。 1．× 2．× 3．√ 4．√ 5．× 二、如图所示机构在水平面上运转，件1为原动件，转角为?。已知杆1长 08.m l =，其绕A 点转动惯量A J 1=0.22kgm ，件2质量212.kg m =，其质心为2 B 点，杆3质量32kg m =，杆1受驱动力矩M ，杆3受力F 作用。试求： 1. 以件1为等效件建立机构动力学方程。 2. 该机构由静止起动时45?=，那么若20N F =，M 至少应大于多少才能启动机构。 3. 若20N F =，15Nm M =，求90?=时，?=? 解：1、?cos l S = ?ωsin 1 3 l v -=∴
?ωsin 1 3 Fl M v F M M v -=-= ()232212 1332 1 2 21sin ?ωω l m l m J v m v m J J A B A v ++=??? ? ??+???? ??+= 由 ???d dJ J M v v v 22 += 得: =-?sin Fl M () [ ]+++? ? 2 3221sin l m l m J A ()22 3 cos sin ? ?? l m 2、 2008450.sin M -??> 113.Nm M > 3、=-?sin Fl M () [ ]+++? ? 2 3221sin l m l m J A ()22 3 cos sin ? ?? l m 9342.rad ?=- 图示轮系中，轮4转角为4?，系杆转角为H ?，各件转动惯量: 210.4kgm J =,222361821.kgm .kgm J J J ===，，24506.kgm J J ==，205.kgm H J =。各轮齿数：120z =，2456030z z z ===，，3660z z ==，各件所受力矩大小：H 30Nm M =，14203Nm 0Nm M M ==，，640Nm M =，方向如图所示。忽略各件质量及重力，现选定H q ?=1，24q ?=，试求H ?。 解： 0=,1=21H H i i ，414201,i i ==， 11125322,i i = =，21223122,i i ==- ， 616251 44 ,i i ==
《热能动力机械基础》复习题 绪论 第一章 基本概念 1． 何谓能量？它通常有哪六种形式？ 所谓能量就是产生某种效果或变化的一种能力，它是为能源所拥有的。 机械能，热能，电能，核能，化学能，辐射能。 2． 各种能量形式之间能否转换？最基本的能量形式是哪种？为什么？ 热能是最基本的能量形式，所有其他能量形式都能转化为热能 3． 解释：一次能源、二次能源、可再生能源、非再生能源、常规能源、新能源。 凡自然界存在的，并可直接取得热不改变其基本形态的能量称一次能源。 由一次能源经加工或转换而形成的另一种形态的能源产品称为二次能源。 可再生能源。即可以不断再生并有规律的得到补充的能源，是取之不尽用之不竭的。 非可再生能源，经亿万年形成的，短期内无法再生的能源。 利用技术比较成熟且被大规模利用的能源，故称常规能源。 尚未被大规模利用，正在积极研究开发的能源称新能源。 5热能产生的途径是什么？热能能转换为机械能和电能吗？途径是什么？ 产生途径1.直接产生如地热能，海洋热能。2.通过转换产生。 转换成机械能：如推动内燃机，汽轮机 转换成电能： 如热电发电 6在热能利用方面，需要关注哪两大问题？ 1提高能源利用率。2减少环境污染 7何谓热力循环？何谓正循环，何谓逆循环？ 所谓热力循环：就是工质从某一热力状态起始，经过一系列变化后又回到原来初始状态的热力过程。 8热力学第一定律的实质是什么？试列出其数学表达式。（普遍式、闭口系、开口系） 热力过程中能量可以想换转换和转移但总能量保持不变。 普通式：Q=ΔE+W 闭口系：Q=ΔU+W 开口系：Q=ΔU+q △c 22 +qg Δz +W+ΔPV 9热力学第二定律与热力学第一定律有什么不同？试举例说明热力学第二定律。 热力学第一定律表明能量传递和转移时 ，其数量守恒。 热力学第二定律指出一切自发过程都是不可逆的，阐述能量传递和转移的方向。常温冰融化成水。 10试述能源有效利用的途径。能源有效利用常用评价指标的定义及物理意义。
期末复习题 一、判断题（每小题2分，共30题，共60分） 1、机构平衡问题在本质上是一种以动态静力分析为基础的动力学综合，或动力学设计。（R ） 2、平衡是在运动设计完成之前的一种动力学设计。（F ） 3、平衡分析着眼于全部消除或部分消除引起震动的激振力。（R ） 4、优化平衡就是采用优化的方法获得一个绝对最佳解。（F ） 5、在动力分析中主要涉及的力是驱动力和生产阻力。（R ） 6、通路定理是用来判断能否实现摆动力完全平衡的理论。（F ） 7、惯性力的计算是建立在主动构件作理想运动的假定的基础上的。（R ） 8、当取直线运动的构件作为等效构件时，作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到等效力。（R ） 9、无论如何，等效力与机械驱动构件的真实速度无关。（R ） 10、等效质量和等效转动惯量与机械驱动构件的真实速度无关。（R ） 11、摆动力的平衡一定会导致机械结构的复杂化。（F ） 12、综合平衡不仅考虑机构在机座上的平衡，同时也考虑运动副动压力的平衡和输入转矩的平衡（ R） 13、作用于等效构件上的等效力（或等效力矩）所作的功等于作用于系统上的外力所作的功。（F ） 14、机器人操作机是一个多自由度的闭环的空间机构。（ F） 15、速度越快，系统的固有频率越大。（F ） 16、两点动代换后的系统与原有系统在静力学上是完全等效的。（F ） 17、质量代换是将构件的质量用若干集中质量来代换，使这些代换质量与原有质量在运动学上等效（R） 18、平衡的实质就是采用构件质量再分配等手段完全地或部分地消除惯性载荷。（ R） 19、对于不存在多余约束和多个自由度的机构，动态静力分析是一个静定问题。（F ） 20、弹性动力分析考虑构件的弹性变形。（R ） 21、优化综合平衡是一个多目标的优化问题，是一种部分平衡。（R ） 22、摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的简单化。（ F） 23、机构摆动力矩完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。（F ） 24、机构摆动力完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。（R ） 25、机构摆动力完全平衡的条件是：机构运动时，其总质心作变速直线运动。（ F） 26、拉格朗日方程是研究约束系统静力动力学问题的一个普遍的方法。（R ） 27、当以电动机为原动机时，驱动力矩是速度的函数。（ F） 28、等效质量和等效转动惯量与质量有关。（F ） 29、在不含有变速比传动而仅含定速比传动的系统中，传动比为常数。（R ） 30、为了使得等效构件的运动与机构中该构件的运动一致，要将全部外力等效地折算到该机构上， 这一折算是依据功能原理进行的。（R ） 二、单选题（每小题2分，共30题，共60分） 31、动力学反问题是已知机构的（B ），求解输入转矩和各运动副反力及其变化规律。 A、运动状态 B、运动状态和工作阻力 C、工作阻力 D、运动状态或工作阻力 32、动态静力分析应用于（C ）。 A、动力学正问题 B、运动学正问题 C、动力学反问题 D、运动学反问题 33、设机构中的活动构件数位6，含低副数目为2，含高副数目为3，则构件的自由度数为（ B）。 A、10 B、11 C、12 D、13 34、平衡的实质就是采用构件质量再分配等手段完全地或部分地消除（C ）。 A、加速度 B、角加速度 C、惯性载荷 D、重力 35、长期以来人们用加配重使摆动力部分被平衡的方法来减小（D ）。 A、速度 B、体积 C、摩擦 D、振动