1.3流体动力学基础
一、教学要求
【掌握内容】
（1）流量、流速的概念及流量、流速与温度和压力的关系（2）稳定流动与非稳定流动的概念
（3）均匀流与非均匀流的概念
（4）流动状态流态及判断
（5）流态及判断
（6）流体能量的种类
（7）连续性方程的含义及应用
（8）伯努力方程的含义及应用
【理解内容】
（1）管道截面上的速度分布
（2）流体能量间的相互转化
【了解内容】
（1）伯努力方程的工程应用实例
①流体流量的测定—文丘里流量计
②流体流速的测定—皮托管
（2）动量方程
二、教学重点与难点
【教学重点】
（1）流体动力学的一些基本概念
（2）流体流动的连续性方程
（3）流体的伯努力方程
【教学难点】
（1）伯努力方程
（2）伯努利方程在工程上的应用
（3）动量方程
三、教学方法
讲解基本概念，分解难点，掌握好理论深度，以实用和够用为原则，强调基础理论的应用，教学中应讲、练结合，并借助于一些实验加深对基础理论的掌握。
四、教学时数
【建议学时】6～8学时
五、教学内容
1.3.1基本概念
1.3.1.1流量与流速
1、流量：单位时间内流过管道任一截面的流体量，称为流量。
①体积流量：单位时间内流过管道任一截面的流体体积，用“”表示，单位为m3/s
②质量流量：单位时间内流过管道任一截面的流体质量，用“”表示，单位为kg/s
2、流速：单位时间内流体的质点沿流管流过的距离称为流速，用“u”表示，单位是m/s。
3、流量和真实流速u之间的关系及平均流速的关系
流体在截面为dF流管的体积流量和质量流量分别为：
截面积为F的管道的流量应为：
理想流体没有内摩擦力，在管道截面上各点速度都相同；但实际流体有一定的粘性力，在管道中流动时，截面上各点的速度都不相同，在工程上使用u很不方便。
平均流速：单位面积上的体积流量。用w表示。即：
4、质量流量与体积流量和平均流速间的关系
（m3/s）
5、流速、流量与温度和压强的关系
（1）液体：膨胀性、压缩性很小，V，W与P、T无关。
（2）气体：膨胀性、压缩性很大，V，W与P、T有关。
表明：t↑，w↑；t↓，w↓。
结论：流体在等截面的管道中流动，被加热时将产生加速流动；被除数冷却时将产生减速流动。
【例题】某硅酸盐窑炉煅烧后产生的烟气量为m3/h，该处压强为负100Pa，气温为800℃,经冷却后进入排风机，这时的风压为负1000Pa，气温为200℃，求这时的排风量（不计漏风等影响）。
【解】
==4.44×104 (m3/h)
6、硅酸盐窑炉系统：（近似认为==）
7、变温流动时的平均速度
1.3.1.2稳定流与非稳定流
运动流体全部质点所占的空间称为流场。
稳定流：流体在流场中流动时，任意一点流体的物理参数（如温度、压力、密度、流速等）均不随时间而变化的流动过程。
非稳定流：流体在流场中流动时，任意一点流体的物理参数（如温度、压力、密度、流速等）均随时间而变化的流动过程。
1.3.1.3均匀流与非均匀流
流线：流场中绘出反映流动方向的一系列线条。
流线上每一点的切线矢量就代表该点的流速方向。在稳定流动的情况下，流线就是流体质点运动的轨迹线。
流场可看成是由无限多根流线所组成的空间。
流管：沿垂直流动方向上的微小截面积的周边的流线所形成的空心管道。
流束：流管内的流体。
流场内的全部流体是由无限根流束组成部分的总流。
流速大小和方向不变的流动称为均匀流。
均匀流中流线是平行直线，流速在各断面上的分布保持不变。如等直径直管中的液流或者断面形状和水深不变的长直渠道中的水流都是均匀流。
流速大小和方向均随流动过程而改变的流动称为非均匀流。
非均匀流的流线不是平行直线，流场中各质点的流速大小或方向均随流动过程而改变，如流体在收缩管、扩散管或弯管中的流动。
根据流速变化的缓程度，不均匀流以可分为缓变流和急变流。缓变流的流线近似成平等直线，其过流断面可近似看成平面，即我们近似可将缓变流看成均匀流。
均匀流的过流断面上流体压强分布符合静力学规律，非均匀流不符合静力学规律。
1.3.1.4流体流动状态
1、流态及判断
（1）流态的类型
从雷诺实验可知:
（2）影响流态的因素：
①流速：↑，质点可能产生与流向垂直的分速度↑，愈易形成紊流。
②流体性质：↑，惯性力↑；μ↓，内摩擦力↓，易形成紊流。
③管壁的几何尺寸：管内径d↑，管内各层流体受管壁的摩擦作用愈小，易形成紊流。
（3）流态的判断
综合上述因素得流态的判断依据：
—→雷诺准数或雷诺数
雷诺准数的物理意义：推动流体运动的动力或惯性力与阻止流体运动的阻力（内摩擦力或粘滞力）之比。
注：雷诺数Re的大小，不仅可作为判别流体流动形态的依据，还反映流动中流体质点湍动的程度。
2、当量直径
水力半径：与流动方向相垂直的截面积与被流体所浸润的周边长度之比，即：
（m）
当量直径：水力半径的4倍，即：
按此定义：a、边长为ab的矩形截面
b、正方形截面b=a
c、圆环截面
d、梯形截面
【例题】某硅酸盐工业窑炉内,烟气温度为1000℃，鞭标态密度为1.30kg/Bm3，在截面为0.5×0.6m2的烟道中以3.8m/s的流速通过，烟道内负压为402Pa，试判断烟道中烟气的流态（设当地大气压为99991Pa）。
【解】根据式（1.10），1000℃时烟气的密度为：
==0.2740(kg/m3)
根据公式式计算1000℃时烟气的粘度为：(或查表)
==(Pa·s)
当量直径：
（m）
雷诺准数：
= 1.158×104>4000
烟道中烟气为紊流。
1.3.1.5流体在管道截面上的速度分布
由于粘性的作用，流体在管道截面上的速度分布总是管中心处流速最大，越近管壁流速越小，在紧贴管壁处流速为零。其流速分布与流态有关。
1、层流
层流时，流体在管道截面上的速度呈抛物线规律分布。在管壁处流速为零，中心流速最大。平均速度为最大速度的二分之一。
2、紊流
在紊流时，管道截面流速分布比较复杂，流体质点除了沿管轴线方向流动外，还在截面上产生横向流动，形成旋流。整个流速分布可以分为三个不同的区域。
(1)层流底层
在靠近管壁附近，厚度在千分之几到几毫米范围内保持层流状态，层流底层的厚度可用下式计算。
（m）
（2）过渡区
紧靠层流底层的是一层起伏不定的过渡流或过渡区，其厚度大致与层流底层相近。过度区和层流底层一起又称为边界层。
（3）紊流区（主流）
流体呈紊流状态，既有主流沿管道轴向运动，又有质点的纵向运动。管道截面上某一固定点的流速随时在脉动，当稳定流动时这种脉动的平均值还是一定的，称为时均流速。
德国学者普朗特认为，如果忽略边界层，把整个管道截面看成紊流，管道截面流速分布可用次根定律表示。从定律可知，紊流程度越大时，速度分布越均匀。
主流区内速度分布比较均匀,接近中心部分有相等的流速。
1.3.1.6流体的能量
物质的能量包含两大部分，即机械能和内能；机械能分为位能，动能和静压能三种形式。
压头：单位体积流体所具有的能量
(1)动压头：流体流动时因有一定的流速所具有的能量称为动压头。
单位体积流体的动压头为： (Pa)
(2)静压头：流体因有一定的压强而具有的能量。
单位体积流体的静压头为：
(3)几何压头：流体在重力的作用下，因其位置距离基准面有一定的高度而具有的能量。
单位体积流体的几何压头：（Pa）
对于液体， (Pa)
对于热气体，
基准面在上方：
1.3.2流体动力学基本方程式
1.3.
2.1流体流动的连续性方程
设流体在变截面的管道中稳定流动，如图。
连续性方程的含义：在管路没有泄漏和补充的情况下,在同一时间内，流进任一截面的流体的质量和从另一截面流出的流体质量相等。
数学表达式：
对不可压缩流体：
圆形的管道：
应用连续性方程的注意点：
①流体必须是稳定流动；
②流体必须是连续的；
③分清是可压缩流体不是不可压缩流体，以便采用相应的公式；
④对中途有流体输入或输出的分支管道，连续性方程有不同的表达式。
【例题】水泵汲入管外径为88.5mm，壁厚4mm，压出管外径为75.5mm，壁厚3.75mm，汲入管的流速为1.2m/s，试求压出管中水的流速。
解：吸入管内径=88.5-2×4=80.5mm，压出管内径=75.5-2×3.75=68mm。设在吸入管和压
出管之间无泄漏，则：
(m/s)
水在压出管的流速为1.68m/s。
1.3.
2.2伯努利方程
1、伯努力方程
（1）理想流体的伯努利方程
理想流体是指既无粘性又完全不可压缩流体，在流动时不能抵抗剪切变形，流动过程中，只存在机械能形式之间的转化，无能量损失和流体内能的增减。
设理想液体在变截面和管道中等温而稳定地缓变流动，任意取两个截面1-1和2-2，据能量守恒定律可得：
上式表明：不可压缩的理想液体在等温流动过程中，在管道的任一截面上，流体的静压能、位能及动能之和是不变的，但三者之间可以相互转化。
其它表达形式：
对单位重力流体：
或常数
（2）实际流体的伯努力方程式
实际流体在等温流动过程中与理想流体的不同点：
①实际流体有粘性，流动过程中有能量损失
②实际流体任一截面上各点的速度不同，其实际动能比平均动能大
实际流体伯努力方程：
动能修正系数αk1、αk2，层流时αk1=αk2=2，紊流时随Re值增大而趋于1。工程上近似认为αk1=αk2=1，不会造成较大的误差。
简化后的实际流体伯努力方程为：
（3）二流体伯努力方程
窑炉内的热气体受大气浮力的作用，此外，窑炉中的气体通常不是等温流动，气体密度不是常数，要用平均温度下的密度代替。
窑炉中热气体的伯努力方程：
（4）应用伯努力方程解题的注意事项
①分析流动：首先应分析所研究的流体是否符合伯努力方程的应用条件；其次要弄清流体总体，即是要把研究的局部流动和流动总体联系起来。
方程的应用条件：
a、流体流动必须是恒定流动；
b、流体应是不可压缩流体，但工程上遇到的大多数气体可近似使用；
c、计算断面应是缓变流截面,但当动能一项在总能量中所占比例很小时,可将断面取在急变流处作近似解。
d、如两截面之间有能量输入或输出时，伯努力方程为：
热气体：
上述伯努力方程的简写式：
或
②选取基准面：基准面可以任意选取，但必须是水平面。对同一方程中的两个不同断面，其计算基准只能是同一基准面
一般选取基准面时，若管道中为液体，基准面习惯取在截面之下；若管道中为气体，基准面习惯取在截面之上。水平流动时基准面习惯取在管道中心。
③选取计算断面：应选在缓变流处，为了便于计算，应将其中一个断面取在流动参数已知的位置上，并使未知数包含在所列方程中。
④确定压强基准：可用绝对压强，亦可用表压强，但等号两边必须一致。
⑤方程中的能量损失一项应加在流动的末端，即下游断面上。
【例题】如图所示，水箱中的水经底部立管恒定流出，已知水深H＝1.5m，管长L＝2m，管径d＝200m，不计能量损失，求：
①立管出口处水的流速；
②离立管出口1m入的压力。
【解】（1）本题满足方程的应用条件，取水箱液面与立管出口断面1－1、2－2截面，
2－2截面为基准面，建立伯努力方程：
∵z1=1.5+2=3.5m，p1= p2=0（表压），F1＞＞F2，W1＜＜W2，hk=0,z=0，＝0
∴
（2）基准面不变，建立2－2、3－3断面的伯努力方程：
∵z2=0，z3＝1，p2＝0，w2=w3,＝0，
∴
【例题】平均温度为200℃，标态密度为1.32kg/m3的热气体从高为50m的烟囱顶部以4Bm/s的速度排出。已知烟囱顶部内径为d2=1m，底部内径为d1=1.5m，摩擦阻力损失为16Pa，试计算烟囱底部的静压头。
【解】烟气在200时的密度：
烟气在顶部的流速：
烟气在底部的流速：
据伯努力方程：
以顶部为基准面，Z2=0；以相对压强作为压强基准，P2=0，则：
2、压头间的转换
伯努利方程式是机械能守恒和转化定律在运动流体中的表现形式。方程式中各个压头之间是可以相互转变的。
（1）几何压头和静压头之间的转变
设有热气体在垂直管道由中由上向下流动，且管径不变则,即,忽略压头损失，
列出1-1和2-2的伯努力方程。
因为hg2(在下)＞hg1(在上)
则hs2＜hs1
即hs→hg（几何压头视为“能量损失”）
同理：hg→hs（几何压头视为“推动力”）
（2）动压头和静压头之间的转变
某一流体在一水平的、逐渐扩张的管道中流动
因为hk1＞hk2
则hs2＜hs1
即hk→hs
同理：hs→hk
（3）压头的综合转变
热气体由下向上在截面逐渐变小的垂直管道中流动
上式说明，热气体由下向上流动时，逐渐将几何压头转变为静压头、动压头，并消耗部分能量用于克服压头损失。
综上所述，在流体流动过程中，各种压头之间可以相互转变，其转变规律如图所示。
1.3.
2.3动量方程
稳定态流动的动量方程
(N)
稳定态流动动量方程的物理意义表明：单位时间内流出控制体与流入控制体的流体动量之差等于作用在控制体内流体的合外力。
稳定态流动动量方程是个矢量方程：
动量方程是喷射器和喷射式煤气烧嘴烧工作的理论基础。
动量守恒原理：
当=0，则有： (N)
1.3.
2.4伯努力方程的应用
(1)流体流量的测定—文丘里流量计
如图所示：
(m3/s)
在实际测量时应对上式用修正系数加以修正，即：
(m3/s)
(2)流体流速的测定—皮托管
如图所示，将基准面取在A-B流线上：
或
（m/s）
实用上常将静压管和皮托管组成一体，称为皮托－静压管或动压管测定流速。水平流场或者流动参数随的变化可以忽略不计的流动：
常数
上式表明：流速和压强的变化相互制约，流速高的点上压强低，流速低的点上压强高。因此，工程中可以用降低压强的方法来提高流速。但是对于液体，当压强降低到饱和压强时，液体开始汽化，上式不再适用。
测试题（液压传动） 姓名：得分： 一、填空题（每空2分，共30分） 1．液压系统中的压力取决于（），执行元件的运动速度取决于（）。 2．液压传动装置由（）、（）、（）和（）四部分组成，其中（）和（）为能量转换装置。 3．仅允许油液按一个方向流动而反方向截止的液压元件称为（）。 4．溢流阀为（）压力控制，阀口常（），先导阀弹簧腔的泄漏油与阀的出口相通。定值减压阀为（）压力控制，阀口常（），先导阀弹簧腔的泄漏油必须单独引回油箱。 5．为了便于检修，蓄能器与管路之间应安装（），为了防止液压泵停车或泄载时蓄能器内的压力油倒流，蓄能器与液压泵之间应安装（）。 二、选择题（每题2分，共10分） 1.将发动机输入的机械能转换为液体的压力能的液压元件是（）。 A.液压泵 B.液压马达 C.液压缸 D.控制阀 2.溢流阀一般是安装在（）的出口处，起稳压、安全等作用。 A.液压缸 B.液压泵 C.换向阀 D.油箱。 3．液压泵的实际流量是（）。 A.泵的理论流量和损失流量之和 B.由排量和转速算出的流量 C.泵的理论流量和损失流量的差值 D.实际到达执行机构的流量 4.泵常用的压力中，（）是随外负载变化而变化的。 A.泵的输出压力 B.泵的最高压力 C.泵的额定压力 5.流量控制阀使用来控制液压系统工作的流量，从而控制执行元件的（）。 A.运动方向 B.运动速度 C.压力大小 三、判断题（共20分） 1．液压缸活塞运动速度只取决于输入流量的大小，与压力无关。（）
2．流量可改变的液压泵称为变量泵。（） 3．定量泵是指输出流量不随泵的输出压力改变的泵。（） 4．当液压泵的进、出口压力差为零时，泵输出的流量即为理论流量。（） 5．滑阀为间隙密封，锥阀为线密封，后者不仅密封性能好而且开启时无死区。（）6．节流阀和调速阀都是用来调节流量及稳定流量的流量控制阀。（） 7．单向阀可以用来作背压阀。（） 8．同一规格的电磁换向阀机能不同，可靠换向的最大压力和最大流量不同。（）9．因电磁吸力有限，对液动力较大的大流量换向阀则应选用液动换向阀或电液换向阀。（） 10．因液控单向阀关闭时密封性能好，故常用在保压回路和锁紧回路中。（） 四、问答题（共40分） 1、说明液压泵工作的必要条件？（15分） 2、在实际的维护检修工作中，应该注意些什么？（25分）
材料工程课程设计 Course Exercise for Material Engineering 课程编号：07360110 学分： 2 学时：2周（其中：讲课学时：实验学时：上机学时：2周） 先修课程：材料工程基础 适用专业：无机非金属材料专业本科三年级学生 教材： 开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务： 《材料工程课程设计》目的在于加强实践教学环节，加深对理论知识的理解，培养学生综合运用基础理论和专业知识分析、解决实际问题的能力。 课程设计的任务是通过设计各种型号的窑炉，加深对专业课《材料热工工程》的全面理解，掌握无机材料工业的重要设备－窑炉的工作原理，设计与计算的方法，提高分析问题与解决问题的能力，同时也培养学生应用计算机辅助设计与绘图的能力。 二、课程的基本内容及要求： 1.课程的基本内容 （1）掌握窑炉的工作原理 （2）掌握窑体的主要尺寸计算 （3）掌握窑炉的热工计算 （4）掌握窑体材料的选择 （5）熟练应用CAD软件制图 （6）撰写设计说明书 2.课程要求： 要求通过给定设计内容及原始数据，结合专业课《热工工程》的教学内容，掌握窑炉的工作原理，掌握窑炉的设计与计算的方法，并能熟练应用CAD软件制图，完成设计说明书和结构简图一份。
四、大纲说明 1、根据学生完成的课程设计说明书和图纸的质量和设计阶段的表现综合评定成绩，分优、良、中、及格、不及格五等。 2、按每天8小时计，总工作量不少于80小时。 五、参考书目及学习资料 1、《硅酸盐工业热工基础》；孙晋源主编；武汉工业出版社，1992年 2、《陶瓷工业热工设备》，刘根群主编；武汉工业出版社，1989年 3、《玻璃工业热工设备》，孙承绪主编；武汉工业大学出版社，1996年 4、《玻璃窑炉设计与计算》，孙承绪主编；中国建筑工业出版社，1983年 制定人：陈彩凤审定人：刘军批准人：杨娟 2013 年4 月10 日
第一章绪论 一、填空题 1 、一部完整的机器一般主要由三部分组成， 即 、 、 2 、液体传动是主要利用 能的液体传动。 3 、液压传动由四部分组成即 、 、 、 。 4 、液压传动主要利用 的液体传动。 5 、液体传动是以液体为工作介质的流体传动。包括 和 。 二、计算题： 1:如图 1 所示的液压千斤顶，已知活塞 1 、 2 的直径分别为 d= 10mm ， D= 35mm ，杠杆比 AB/AC=1/5 ，作用在活塞 2 上的重物 G=19.6kN ，要求重物提升高度 h= 0.2m ，活塞 1 的移动速度 v 1 = 0.5m /s 。不计管路的压力损失、活塞与缸体之间的摩擦阻力和泄漏。试求： 1 ）在杠杆作用 G 需施加的力 F ； 2 ）力 F 需要作用的时间； 3 ）活塞 2 的输出功率。
二、课后思考题： 1 、液压传动的概念。 2 、液压传动的特征。 3 、液压传动的流体静力学理论基础是什么？ 4 、帕斯卡原理的内容是什么？ 5 、液压传动系统的组成。 6 、液压系统的压力取决于什么？ 第一章绪论答案 一、填空题 第1空：原动机；第2空：传动机；第3空：工作机；第4空：液体动能; 第5空 ：液压泵； 6 ：执行元件； 7 ：控制元件； 8 ：辅助元件； 9 ：液体压力能； 10 ：液力传动； 11 ：液压传动 二、计算题：
答案： 1 ）由活塞 2 上的重物 G 所产生的液体压力 =20×10 6 Pa 根据帕斯卡原理，求得在 B 点需施加的力 由于 AB/AC=1/5 ，所以在杠杆 C 点需施加的力 2 ）根据容积变化相等的原则 求得力 F 需施加的时间 3 ）活塞 2 的输出功率
高中化学知识点规律大全 ——硅和硅酸盐工业 1．碳族元素 [碳族元素] 包括碳(6C)、硅(14Si)、锗(32Ge)、锡(50Sn)和铅(82Pb)5种元素．碳族元素位于元素周期表中第ⅣA族。[碳族元素的原子结构] (1)相似性： ①最外层电子数均为4个； ②主要化合价：+2价、+4价．其中C、Si、Ge、Sn的+4价化合物稳定；Pb的+2价的化合物稳定，但+4价的Pb的化合物却是不稳定的，如PbO2具有强氧化性。 (2)递变规律：按碳、硅、锗、锡、铅的顺序，随着核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大，失电子能力增强，得电子能力减弱，非金属性减弱，金属性增强。由于碳族元素的最外层为4个电子，因此由非金属性向金属性递变的趋势很明显。在碳族元素的单质中，碳是非金属；硅虽然是非金属，但却貌似金属(为灰黑色固体)，且为半导体；锗具有两性，但金属性比非金属性强，为半导体；锡和铅为金属。 *[C60]C60与金刚石、石墨一样，都属于碳的同素异形体。C60是一种由60个碳原子构成的单质分 子，其形状如球状的多面体，在C60分子中有12个五边形和20个六边形。 [硅] (1)硅在自然界中的含量：硅在地壳中的含量居第二位(含量第一位的为氧元素)。 (2)硅在自然界中的存在形式：自然界中无单质硅，硅元素全部以化合态存在，如二氧化硅、硅酸盐等．化合态的硅是构成地壳的矿石和岩石的主要成分。 (3)单质硅的物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。其熔点、沸点很高，硬度很大(晶体硅的结构类似于金刚石)。晶体硅是半导体。 (4)单质硅的化学性质： ①在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。例如：Si + 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 + 2H2↑ ②在加热时，研细的硅能在氧气中燃烧：Si + O2SiO2 (5)用途： ①硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可制成太阳能电池。 ②利用硅的合金，可用来制造变压器铁芯和耐酸设备等。 (6)工业制法．用焦炭在高温下还原SiO2可制得含有少量杂质的粗硅： SiO2 + 2C Si + 2CO↑ [二氧化硅] (1)二氧化硅在自然界中的存在：天然二氧化硅叫硅石。石英的主要成分为二氧化硅晶体，透明的石英晶体叫做水晶，含有有色杂质的石英晶体叫做玛瑙。二氧化硅是一种硬度很大、熔点很高的固体。 (2)化学性质： ①SiO2是酸性氧化物．例如：SiO2+CaO CaSiO3 SiO2还可与NaOH反应：SiO2 + 2NaOH(水溶液中或熔融态) ＝Na2SiO3 + H2O 注意a．由于SiO2与强碱溶液反应生成了粘性很强的Na2SiO3溶液，因此盛放碱性的试剂瓶不能用玻璃塞，以防止瓶塞和瓶子粘在一起． b．SiO2不溶于水，也不与水反应．因此，不能通过SiO2与H2O反应的方法来制取其对应的水化物——硅酸(H2SiO3)．制取H2SiO3的方法如下： Na2SiO3 + 2HCl ＝2NaCl + H2SiO3↓ 或Na2SiO3 + CO2 + H2O ＝Na2CO3 + H2SiO3↓ 硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比H2CO3还弱。 ②SiO2能与氢氟酸发生反应：4HF + SiO2＝SiF4 + 2H2O SiO2是玻璃的主要成分，因此盛氢氟酸的试剂瓶不能用玻璃容器（可用塑料瓶）。 (3)用途： ①二氧化硅是制造高性能通讯材料——光导纤维的重要原料。 ②石英用来制造石英电子表、石英钟。较纯净的石英用来制造石英玻璃，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。 ③水晶常用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等。 ④玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品。
《液压与气压传动》平时作业 平时作业（一） 第一章概述 1.液压传动系统由哪几部分组成？各个组成部分的作用是什么？ 答:（1）能源装置：将原动机所提供的机械能转变成液压能的装置，通常称液压泵。 （2）执行元件：将液压泵所提供的液压能转变称机械能的元件。 （3）控制元件：控制或调节液压系统中液压油的压力、流量和液压油的流动方向元件。 （4）辅助元件：上述三部分以外的其他元件，例如油箱、油管、管接头、蓄能器、滤油器、冷却器、加热器及各种检测仪表等，它们的功能各不相同，但对保证系统正常工作有重要作用。 （5）工作介质：油液或液压液，是液压传动中能量传递的载体。 2.液压传动的主要优缺点是什么？ 答：优点： （1）与机械传动、电力传动同功率相比较时，液压传动的体积小、重量轻、结构紧凑。 （2）工作平稳、反应快、冲击小、能高速启动、制动、能够频繁换向。 （3）可实现大范围的无级调速，能在运行过程中进行调速，调速范围可达（2000：1）。 （4）控制方便，易于实现自动化，对压力、流量、方向易于进行调节或控制。 （5）易于实现过载保护。 （6）液压元件已经标准化、系列化和通用化，在液压系统的设计和使用中都比较方便。 （7）有自润滑和吸振性能。 缺点：（1）不能保证严格的传动比。 （2）损失大，有利于远距离传输。 （3）系统工作性能易受温度影响，因此不易在很高或很低的温度条件下工作。 （4）液压元件的制造精度要求高，所以元件价格贵。 （5）液压诉故障不易查找。 （6）工作介质的净化要求高。 第二章液压油与液压流体力学基础 1.试解释下列概念 （1）恒定流动：液体流动时，若液体中任何一点的压力、流速和密度都不随时间而变化，这种流动就称为恒定流动。 （2）非恒定流动：流动时压力、流速和密度中任何一个参数会随时间变化，则称为非恒定流动（也称非定常流动）。 （3）通流截面：液体在管道中流动时，垂直于流动方向的截面称为通流截面。 （4）流量：单位时间内，流过通流截面的液体体积为体积流量，简称流量。 （5）平均流速：液压缸工作时，活塞的运动速度就等于缸内液体的平均流速。 （6）密度：单位体积液体的质量称为该液体的密度。 2.什么叫液体的粘性？常用的粘度表示方法有哪几种？他们之间如何换算？ 答：液体在外力作用下流动时，分子间的内聚力阻碍分子间的相对运动，而产生内摩擦力的性质称为粘性。 常用的粘度有三种，即动力粘度、运动粘度和相对粘度。 3.什么是压力？压力有哪几种表示方法？液压系统的工作压力与负载有什么关系？ 答：（1）液体单位面积上所受的法向力称为压力。 （2）压力有两种表示方法：绝对压力和相对压力。以绝对真空作为基准进行度量的压力，称为绝对
硅及其化合物硅酸盐工业 【学习目标】1、理解晶体硅的结构、性质和用途 2、掌握原硅酸、硅酸和硅酸盐的重要性质 3、了解工业上生产玻璃和水泥的原料、化学原理和产品的成分、性能 【学习重点】硅的结构、性质和用途；硅酸、硅酸和硅酸盐的重要性质。 【学习要点】 一、硅的结构及性质 二、硅的重要化合物 三、硅酸盐工业 【随堂练习】 1、下列关于硅和硅的化合物的叙述正确的是（） ①硅的晶体结构和金刚石相似，都是原子晶体②硅是地壳中含量最多的非金属③晶体硅是良好的半导体材料④ SiO2是制造光导纤维的重要材料⑤SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的⑥SiO2是两性氧化物，它不溶于任何酸 A ①②⑥ B ①⑤⑥ C ③④⑤ D ②⑤⑥ 2、下列说法不正确的是（） ①石英、玛瑙、水晶、硅藻土、玻璃等主要成分都是SiO2。②含硅4%的钢具有良好导磁性，含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性③自然界中没有游离态的硅，化合态硅是构成矿物和岩石的主要成分。④以单质硅为原料，生产一系列含硅产品的工业叫硅酸盐工业。⑤普通玻璃的主要成分是3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3。⑥玻璃的成分是相同的，如石英玻璃、钢化玻璃、有机玻璃、水玻璃等，只是他们的加工工艺不同而已。⑦水泥的硬化过程是复杂的物理化学过程，水泥中加入的石膏是为了加速水泥的硬化速度。⑧因为高温是SiO2跟Na2CO3反应放出CO2，故硅酸比碳酸酸性强。 A 全不正确 B 除①②③④外 C 除②③外 D ④⑥⑦⑧ 3、工业上由粗硅制取纯硅有以下反应： ① Si（s）+ 3HCl == SiHCl3 + H2（g）+ 381kJ ② SiHCl3（g）+ H2 == Si（s）+ 3HCl（g） 对于上述反应说法正确的是（） A 均为置换反应和氧化还原反应 B 反应①、②实际上互为逆反应 C 由于反应①放热，则反应②一定吸热 D 提高SiHCl3产率，应采取加压和升温办法 4、下列说法正确的是（） A 在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中都需要的原料是生石灰 B 陶瓷、水泥、玻璃、单晶硅、普钙等都属于硅酸盐产品 C 普通玻璃是电的绝缘体，这种透明的固体不属于晶体 D 钢化玻璃的重要用途之一是制造汽车车窗，合成它的主要原料是四氟乙烯 5、下列元素的单质中，最易跟氢气反应生成氢化物的是（） A 硼 B 氮 C 氟 D 碳 6、固体融化时必须破坏非极性键的是（） A 冰 B 晶体硅 C 溴 D 二氧化硅 7、CO2通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是（） A 氯化钙 B 石灰水 C 饱和碳酸钠溶液 D 硅酸钠 8、石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维，制造输电线、电厂设备破坏。这是由于石墨（） A 有放射性 B 易燃、易爆 C 能导电 D 有剧毒
【解】查表知硅砖的导热系数λ= 0.92 + 0.7×10-3 t W/（m.o C ） 硅砖的平均温度 o 121300300800C 22 av t t t ++=== 硅砖的平均导热系数 λ = 0.92 + 0.7×10-3 t av = 0.92 + 0.7×10-3 ×800 = 1.48 W/（m.o C ） 散热损失量 (1300300) 1.481032889W 0.45t t F Q F λδδλ??-?? ==== 习题【2-2】 【解】设硅藻土砖的厚度和导热系数分别为δ1，λ1 红砖的厚度和导热系数分别为δ2，λ2 如果不用硅藻土，红砖的厚度为δ2 用红砖替代硅藻土后，要保持炉墙的散热量不变，即保持炉墙的热阻不变 替换前，炉墙热阻12 112R δδλλ= +，替换后，炉墙热阻322 R δλ= 令R 1=R 2，得 3 12122 δδδλλλ+=，则 213210.390.04 0.250.37 m =370 mm 0.13 λδδδλ?=+ =+= 习题【2-3】 【解】该拱形窑顶的导热可以视为1/4单层圆筒壁的导热 查表知耐火粘土砖的导热系数λ= 0.835+ 0.58×10-3 t W/（m.o C ） 耐火粘土砖的平均温度 o 12700100400C 22av t t t ++=== 硅砖的平均导热系数 λ = 0.835 + 0.58×10-3 t av = 0.835 + 0.58×10-3 ×400 = 1.067 W/（m.o C ） 根据单层圆筒壁的传热量公式可得每米窑长拱顶散失热量 21 11700100 4197W/m 10.850.23 14 4 ln ln 2 1.06710.85 2t Q d l d ππλ?-= == +??
1-1 填空题 1.液压传动是以（液体）为传动介质，利用液体的（压力能）来实现运动和动力传递的一种传动方式。 2.液压传动必须在（密闭的容器内）进行，依靠液体的（压力）来传递动力，依靠（流量）来传递运动。 3.液压传动系统由（动力元件）、（执行元件）、（控制元件）、（辅助元件）和（工作介质）五部分组成。 4.在液压传动中，液压泵是（动力）元件， 它将输入的（机械）能转换成（压力）能，向系统提供动力。 5.在液压传动中，液压缸是（执行）元件， 它将输入的（压力）能转换成（机械）能。 6.各种控制阀用以控制液压系统所需要的（油液压力）、（油液流量）和（油液流动方向），以保证执行元件实现各种不同的工作要求。 7.液压元件的图形符号只表示元件的（功能），不表示元件（结构）和（参数），以及连接口的实际位置和元件的（空间安装位置和传动过程）。 8.液压元件的图形符号在系统中均以元件的（常态位）表示。 1-2 判断题 1.液压传动不易获得很大的力和转矩。（ × ） 2.液压传动装置工作平稳，能方便地实现无级调速，但不能快速起动、制动和频繁换向。（ × ） 3.液压传动与机械、电气传动相配合时， 易实现较复杂的自动工作循环。（ √ ） 4.液压传动系统适宜在传动比要求严格的场合采用。（ × ） 2-1 填空题 1．液体受压力作用发生体积变化的性质称为液体的（可压缩性），可用（体积压缩系数）或（体积弹性模量）表示，体积压缩系数越大，液体的可压缩性越（大）；体积弹性模量越大,液体的可压缩性越（小）。在液压传动中一般可认为液体是（不可压缩的）。 2．油液粘性用（粘度）表示；有（动力粘度）、（运动粘度）、（相对粘度）三种表示方法； 计量单位m 2/s 是表示（运动）粘度的单位；1m 2/s ＝（106 ）厘斯。 3．某一种牌号为L-HL22的普通液压油在40o C 时（运动）粘度的中心值为22厘斯cSt(mm 2 /s )。 4. 选择液压油时，主要考虑油的（粘度）。（选项：成分、密度、粘度、可压缩性） 5．当液压系统的工作压力高，环境温度高或运动速度较慢时，为了减少泄漏，宜选用粘度较（高）的液压油。当工作压力低，环境温度低或运动速度较大时，为了减少功率损失，宜选用粘度较（低）的液压油。 6. 液体处于静止状态下，其单位面积上所受的法向力，称为（静压力），用符号（p ）表示。其国际单位为（Pa 即帕斯卡），常用单位为（MPa 即兆帕）。 7. 液压系统的工作压力取决于（负载）。当液压缸的有效面积一定时，活塞的运动速度取决于（流量）。 8. 液体作用于曲面某一方向上的力，等于液体压力与（曲面在该方向的垂直面内投影面积的）乘积。 9. 在研究流动液体时，将既（无粘性）又（不可压缩）的假想液体称为理想液体。 10. 单位时间内流过某通流截面液体的（体积）称为流量，其国标单位为 （m 3/s 即米 3 /秒），常用单位为（L/min 即升/分）。 12. 液体的流动状态用（雷诺数）来判断，其大小与管内液体的（平均流速）、（运动粘度）和管道的（直径）有关。 13. 流经环形缝隙的流量，在最大偏心时为其同心缝隙流量的（）倍。所以，在液压元件中，为了减小流经间隙的泄漏，应将其配合件尽量处于（同心）状态。 2-2 判断题 1. 液压油的可压缩性是钢的100～150倍。（√） 2. 液压系统的工作压力一般是指绝对压力值。（×） 3. 液压油能随意混用。（×） 4. 作用于活塞上的推力越大，活塞运动的速度就越快。（×） 5. 在液压系统中，液体自重产生的压力一般可以忽略不计。 （√） 6. 液体在变截面管道中流动时，管道截面积小的地方，液体流速高，而压力小。（×） 7. 液压冲击和空穴现象是液压系统产生振动和噪音的主要原因。（√） 3-1 填空题 1．液压泵是液压系统的（能源或动力）装置，其作用是将原动机的（机械能）转换为油液的（压力能），其输出功率用公式（pq P ?=0或pq P =0）表示。 2．容积式液压泵的工作原理是：容积增大时实现（吸油） ，容积减小时实现（压油）。 3．液压泵或液压马达的功率损失有（机械）损失和（容积）损失两种；其中（机械）损失是指泵或马达在转矩上的损失，其大小用（机械效率ηm ）表示；（容积）损失是指泵或马达在流量上的损失，其大小用（容积效率ηv ）表示。
第二节硅酸盐工业简介、新型无机非金属材料 【同步教育信息】 一. 本周教学内容：第二节硅酸盐工业简介、新型无机非金属材料 二.知识目标： 初步了解“硅酸盐工业”；初步了解制水泥的主要原料和生产过程、水泥的主要成分和性质；了解制玻璃的主要原料和主要反应。 三. 能力目标：通过对水泥工业的教学，培养学生的自学能力和表达能力。 四. 德育目标： 使学生逐渐形成正确的科学社会观，即使学生认识到“科学技术是第一生产力”，关心环境、资源再生等与现代社会有关的化学问题，具有社会责任感。通过对玻璃、陶瓷工业现状及前景的介绍，激发学生学习兴趣。 五. 重点难点： 普通玻璃的化学反应原理作为知识目标中的重点，但更重要的是培养学生的能力及科学情感和科学思想。 六. 知识分析： （一）硅酸盐工业简介 1. 水泥普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaO·Si02)、硅酸二钙(2CaO·Si02)和铝酸三钙(3CaO·A1218)等。 2. 玻璃玻璃有普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃等等。玻璃没
有固定的熔、沸点。 3. 比较水泥和玻璃的生产方法（见下表）硅酸盐产品 4. 陶瓷（1）制造陶瓷的主要原料：粘土。 （2）制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、陶器 （3）陶瓷的种类(根据原料、烧制温度划分)：土器、陶器、瓷器、炻器等。硅酸盐的组成可以用氧化物形式来表示例高岭石：A12(Si218)(OH)4可表示为：A1218·2Si02·2H20 （二）新型无机非金属材料： 1. 无机非金属材料的分类 （1）传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 （2）新型无机非金属材料：半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等。
硅酸盐工业热工基础作业答案2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁 单值条件tw1=1300C tw2=300Cδ=450mm F=10 m 2 胸墙的平均温度Tav＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值 λav＝0.92＋0.7x0.001 x800＝1。48w/m.c Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104 W 2－2解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁 由Q=t?/R或q=t?/Rt知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才 行 单值条件δ1＝40mm δ2=250mm λ1=0.13W/m.C λ2=0.39W/m. 硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层) Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=0.04/0.13+0.25/0.39+δ3/λ3 若仅有红砖（两层）Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/0.39+δ3/λ3 Rt1=Rt2?0.04/0.13+0.25/0.39=δ/0.39 得δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm。 2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁 单值条件δ＝230mm R1=0.85m Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav=0.835X0.58X103- X(Tw1+Tw2)/2=0.835+0.58X400X10 3- =1.067W/m.C R2=R1+δ=1.08m 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.08 0.85 =4200W/m 因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。 2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁 单值条件λ1＝50W/m。C λ2＝0.1 W/m。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(1213 1122 d d Ln Ln d d λλ +)= 2502 222.27 11851375 501750.1185 X W Ln Ln π = + 若仅考虑石棉的热阻，则
1.什么叫液压传动？液压传动所用的工作介质是什么? 答：利用液体的压力能来传递动力的的传动方式被称之为液压传动。液压传动所用的工作介质是液体。2?液压传动系统由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？ 答：（1）动力装置：动力装置是指能将原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是液压系统的动力 源。 （2）控制调节装置：其作用是用来控制和调节工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和 工作机构的工作要求。 （3 ）执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出力和速度（或转 矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。 （4 ）辅助装置：除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄能器、冷却器、 管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中是必不可少 的，对保证系统正常工作有着重要的作用。 （5）工作介质：工作介质指传动液体，在液压系统中通常使用液压油液作为工作介质。 3.如图所示的液压千斤顶，小柱塞直径d=10 mm行程S=25 mm大柱塞直径D=50 mm重物产生的力=50 000 N，手压杠杆比L 1=500 25,试求：（1）此时密封容积中的液体压力是多少？（2）杠杆端施加力为多少时，才能举起重物？（3）杠杆上下动作一次，重物的上升高度是多少？ 解：（1）p空一50000一25.46 106Pa = MPa A2- （50 10 3）2 4 6 3 2 （2）F pA 25.46 10 （10 10 ）2000 N 4 l 25 F1 F 2000 100 N L 500 A1 d、2 10、2 ’ （3）S2 Si Si （） 25 （） 1 mm A D 50 答：密封容积中的液体压力p= MPa，杠杆端施加力F1 =100 N，重物的上升高度S2=1 mm
1 ?什么叫液压传动液压传动所用的工作介质是什么 答：利用液体的压力能来传递动力的的传动方式被称之为液压传动。 液压传动所用的工作介质是液体。2?液压传动系统由哪几部分组成各组成部分的作用是什么 答：（1）动力装置：动力装置是指能将原动机的机械能转换成为液压能的装置，它是液压系统的动力 源。 （2）控制调节装置：其作用是用来控制和调节工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和 工作机构的工作要求。 （3 ）执行装置：是将液压能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的推动下输出力和速度（或转 矩和转速），输出一定的功率以驱动工作机构做功。 （4 ）辅助装置：除以上装置外的其它元器件都被称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄能器、冷却器、 管件、管接头以及各种信号转换器等。它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中是必不可少 的，对保证系统正常工作有着重要的作用。 （5）工作介质：工作介质指传动液体，在液压系统中通常使用液压油液作为工作介质。 3.如图所示的液压千斤顶，小柱塞直径d=10 mm行程S=25 mm大柱塞直径D=50 mm重物产生的力=50 000 N，手压杠杆比L 1=500 25,试求：（1）此时密封容积中的液体压力是多少（2）杠杆端施加力为多少时，才能举起重物（3）杠杆上下动作一次，重物的上升高度是多少 解：（1）p空一50000一25.46 106Pa = MPa A2- （50 10 3）2 4 6 3 2 （2）F pA 25.46 10 （10 10 ）2000 N 4 l 25 F1 F 2000 100 N L 500 A1 d、2 10、2 ’ （3）S2 Si Si （）25 （） 1 mm A D 50 答：密封容积中的液体压力p= MPa，杠杆端施加力F1 =100 N，重物的上升高度S2=1 mm。
《液压与气压传动》习题解答 第1章液压传动概述 １、何谓液压传动？液压传动有哪两个工作特性？ 答：液压传动是以液体为工作介质，把原动机的机械能转化为液体的压力能，通过控制元件将具有压力能的液体送到执行机构，由执行机构驱动负载实现所需的运动和动力，把液体的压力能再转变为工作机构所需的机械能，也就是说利用受压液体来传递运动和动力。液压传动的工作特性是液压系统的工作压力取决于负载，液压缸的运动速度取决于流量。 ２、液压传动系统有哪些主要组成部分？各部分的功用是什么？ 答：⑴动力装置：泵，将机械能转换成液体压力能的装置。⑵执行装置：缸或马达，将液体压力能转换成机械能的装置。⑶控制装置：阀，对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。⑷辅助装置：对工作介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件间连接等作用的装置。⑸传动介质：液压油，传递能量。 ３、液压传动与机械传动、电气传动相比有哪些优缺点？ 答：液压传动的优点：⑴输出力大,定位精度高、传动平稳，使用寿命长。 ⑵容易实现无级调速，调速方便且调速范围大。⑶容易实现过载保护和自动控制。 ⑷机构简化和操作简单。 液压传动的缺点：⑴传动效率低，对温度变化敏感，实现定比传动困难。⑵出现故障不易诊断。⑶液压元件制造精度高，⑷油液易泄漏。 第２章液压传动的基础知识 1、选用液压油有哪些基本要求？为保证液压系统正常运行，选用液压油要考虑哪些方面？ 答：选用液压油的基本要求：⑴粘温特性好，压缩性要小。⑵润滑性能好，防锈、耐腐蚀性能好。⑶抗泡沫、抗乳化性好。⑷抗燃性能好。选用液压油时考虑以下几个方面，⑴按工作机的类型选用。⑵按液压泵的类型选用。⑶按液压系统工作压力选用。⑷考虑液压系统的环境温度。⑸考虑液压系统的运动速度。 ⑹选择合适的液压油品种。 2、油液污染有何危害？应采取哪些措施防止油液污染？ 答：液压系统中污染物主要有固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物等杂物。其中固体颗粒性污垢是引起污染危害的主要原因。1)固体颗粒会使滑动部分磨损加剧、卡死和堵塞，缩短元件的使用寿命；产生振动和噪声。2)水的侵入加速了液压油的氧化，并且和添加剂一起作用，产生粘性胶质，使滤芯堵塞。3) 空气的混入能降低油液的体积弹性模量，引起气蚀，降低其润滑性能。4)微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。 污染控制贯穿于液压系统的设计、制造、安装、使用、维修等各个环节。在实际工作中污染控制主要有以下措施：1)油液使用前保持清洁。2)合理选用液压元件和密封元件，减少污染物侵入的途径。3)液压系统在装配后、运行前保持清洁。4)注意液压油在工作中保持清洁。5)系统中使用的液压油应定期检查、补充、更换。6)控制液压油的工作温度，防止过高油温造成油液氧化变质。 3、什么是液压油的粘性和粘温特性？为什么在选择液压油时，应将油液的粘度作为主要的性能指标？ 答：液体流动时分子间相互牵制的力称为液体的内摩擦力或粘滞力，而液体
《硅酸盐工业热工设备(陶瓷)》课程教学大纲 一、基本信息 课程编号：01A32205 课程名称：硅酸盐工业热工设备（陶瓷） 英文名称：Thermal Equipment for Silicate Industry (Ceramic) 课程类型: □通识必修课□通识核心课□通识选修课□学科基础课 □专业基础课■专业必修课□专业选修课□实践环节 总学时：32 讲课学时：32 实验学时：0 学分：2.0 适用对象：材料科学与工程（陶瓷方向）本科生 先修课程：热工基础、流体力学、工程制图、材料机械、材料力学等课程。本课程学习时最好与陶瓷工艺学同步进行,或略后于该课程。 课程负责人：刘永杰 二、课程的性质与作用 《硅酸盐工业热工设备（陶瓷）》课是材料科学与工程专业（陶瓷方向）的一门专业必修程，其主要任务是阐明陶瓷工业生产中所用的热工设备—窑炉的结构、作用、工作原理等知识，并及时的介绍一些陶瓷热工设备方面的有关新技术的新成果。使学生对陶瓷工业生产所用热工设备的类型、构造、工作原理、工作参数及性能、用途有全面、系统和深入的理解，熟悉陶瓷工业热工设备设计和使用的知识，了解陶瓷工业热工设备的现状及发展趋势，为后续生产实践和科学实验过程中进行设备选型、使用和维护奠定理论和技术基础。 三、教学目标 通过该课程的学习，使学生掌握陶瓷工业热工设备的用途及作用；热工设备的结构、工作原理与操作方法；陶瓷工业热工设备的设计；掌握各种不同陶瓷工业热工设备的特点、性能及进行优劣比较；了解热工设备的热工测量技术和自动调节知识。使学生具备使用、改进和设计热工设备的初步能力。认识陶瓷工业热工设备对于环境保护、行业发展以及企业效益的重要性，并关注其发展动态和环保理念，能够在以后的生产实践和科学实验过程中正确地进行设备选型、使用、维护和更新。 课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系
第二节硅酸盐工业简介 Ⅰ学习重点 1.从原料、反应条件、原理、主要设备，主要成份及其表示方法等方面比较普通玻璃和普通水泥的生产方法 2.硅酸盐的表示方法，玻璃态物质的特点 一、选择题 1.下列不属于硅酸盐工业产品的是( ) A.水泥 B.陶瓷 C.砖瓦 D.石英玻璃 2.下列物质不属于硅酸盐的是( ) A.粘土 B.硅藻土 C.Al2(Si2O5)(OH)4 D.Mg2SiO4 3.生产水泥的主要设备是( ) A.熔炉 B.回转窑 C.沸腾炉 D.合成塔 4.某硅酸盐样品中锌的质量分数为58.6%，其化学组成用氧化物形式可表示为n ZnO·SiO2，则n值等于( ) A.0.5 B.1 C.2 D.3 5.在天然环境中用自然界中的物质，且在常温下必须在空气中才能硬化的是( ) A.石灰抹墙后变硬不再溶于水 B.熟石膏调水后灌入模中变硬 C.水玻璃抹在蛋皮上不久变硬呈玻璃状 D.水泥砂浆浇灌后变硬 6.在水泥中加石膏的目的是( ) A.调节水泥的机械强度 B.调节水泥的硬化速度 C.降低水泥的成本 D.扩大水泥的使用范围 7.关于水泥的下列说法，错误的是( ) A.水泥遇水就会发生硬化 B.水泥是化合物 C.水泥砂浆和混疑土必定要有水泥 D.水泥回转窑中生料和空气、煤粉是逆向操作的 8.用1 L 1.0mol/LNaOH溶液吸收标准状态下17.92 L CO2，所得溶液中CO2-3和 HCO-3的摩尔浓度之比约是( ) A.1∶3 B.2∶1 C.2∶3 D.3∶2 9.下列物质中，制取时不需用石灰石作原料的是( ) A.硅酸 B.水泥 C.玻璃 D.生石灰 10.过量的泥沙、纯碱和生石灰共熔后可生成 ①水泥②玻璃③瓷器④混凝土⑤一种硅酸盐产品( ) A.①和④ B.②和⑤ C.③ D.② 11.根据水泥和玻璃的生产，总结出硅酸盐工业的一般特点是 ①生成物是硅酸盐；②反应条件是高温；③含有硅的物质作原料；④反应原理是一系列复杂的物理-化学变化( ) A.①③ B.①②③ C.①②③④ D.①③④ 12.与普通玻璃主要成分一样的是( ) A.钢化玻璃 B.玻璃纸 C.有机玻璃 D.水玻璃 13.欲观察氢气燃烧的焰色，燃气导管口的材料最好的是( )
《液压与气压传动》大作业及答案 一.填空（40分） 1.在密闭系统中，以（）为工作介质，并以其（）进行能量传递的 方式称为液压传动。 2.液压系统中的压力取决于（），执行元件的运动速度取决于（）。 3.液压泵是将（）能转换为（）能的装置，液压马达是将（）能 转换为（）能的装置。 4.液压泵实际输出流量随压力升高而（）。 5.液压泵的实际流量比理论流量（）；液压马达实际流量比理论流量（）。 6.齿轮泵的内泄漏途径主要有（）、（）、（）三条，其中以（） 泄漏最为严重。 7.齿轮泵中齿轮上受到的径向力主要由（）和（）两部分组成，其中 （）齿轮上受到的径向力比较大。 8.斜盘式轴向柱塞泵构成吸、压油密闭工作腔的三对运动摩擦副为（与）、 （与）、（与）。 9.斜盘式轴向柱塞泵中的柱塞个数通常是（），其主要原因是（）。 10.柱塞缸的柱塞运动速度与缸筒内径（），只与（）直径和（） 有关。 11.对于伸缩式液压缸，若负载、供油量不变，当液压缸外伸时，速度逐级（）， 系统压力逐级（）。 12.液压控制阀按照功能分类可分为（）控制阀、（）控制阀和（）控 制阀。 13.液压系统采用三位四通换向阀换向，若要求液压泵卸荷、液压缸锁紧时，可采用的 中位机能为（）。 14.调速阀是由（）和节流阀（）而成。 15.按照节流阀在系统中安装的不同位置，节流调速回路分为（）、 （）和（）三种类型回路。 16.采用进油节流的调速系统，当节流阀通流面积调定后，系统负载减小时，液压缸的 运动速度（）。
17.旁路节流调速系统中，泵出口压力随（）的变化而变化，只有（）损 失，而没有溢流损失，因此效率较高。 二．简答（每题5分，共20分） 1.简述液压系统的组成及各部分的作用。 2.简述提高泵自吸能力的措施。 3.简述溢流阀、减压阀、顺序阀的区别。 4. 为什么用调速阀组成的调速系统中油缸的速度基本不受负载的影响？ 三．分析（每题5分，共20分） 1.如图所示，设溢流阀的调整压力为P0，关小节流阀a和b的节流口，得节流阀a的 前端压力为P 1，后端压力为少P 2 ，且P ＞P 1 ，若再将节流口b完全关死，分析此时节 流阀a的前端压力与后端压力各为多少。 2.图示回路中，若溢流阀的凋整压力分别如图。泵出口处的负载为无限大。试问在不 计管道损失时，A、B点和C点的压力各为多少？
m l h m mm l m kg cm g 1.05.02.030sin 2.0200/800/8.033=?======ρ已知： 烟气的真空度为： Pa h g p v 8.78430sin 2.081.9800=??=??=ρ ∵ 1 mmH 2O = 9.80665 Pa ∴ 1 Pa = 0.10197 mmH 2O O mmH Pa p v 2027.808.784== 烟气的绝对压力为： kPa Pa p p p v b 540.98388.985408.7843224.133745==-?=-= 2.2填空缺数据（兰色）： 2.9 题略 已知：D 1 = 0.4 m ，p 1 =150 kPa ，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD ，太阳辐射加热后D 2 = 0.45 m 求：过程中气体对外作功量 解：由D 1=0.4 m ，p 1=150 kPa ，可求得：k =375 kPa/m kJ D D k dD kD W dD kD D d kD pdV dW D D 27.2) (8 22 )6 (41423332 1 =-= == ?==? π π π π 答：过程中气体对外作功量为2.27 kJ
解：由题意：△U = 0 → T 2 = T 1 = 600 K 由理想气体气体状态方程， 有： Pa p p T V p T V p T V p 5121 1 2222111100.23 1 3?== == △U =△H = 0 3.7 题略 解：（1）混合后的质量分数： ωCO 2 = 5.6 %， ωO 2 =16.32 %， ωH 2O =2 %， ωN 2 =76.08 % （2） 折合摩尔质量： M eq = 28.856 kg/kmol （3） 折合气体常数： R eq = 288.124 J/（kg ·K ） （4） 体积分数： φCO 2 = 3.67 %， φO 2 =14.72 %， φH 2 O =3.21 %， φN 2 =78.42 % （5）各组分气体分压力： p CO 2 = 0.01101 MPa ， p O 2 =0.04416 MPa ， p H 2O =0.00963 MPa ， p N 2 =0.2353 MPa 下面是附加的一些例题，供参考： 一、试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功？有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）？ 解：∵ 定压过程总加热量为： q =c p △T 其中用来改变热力学能的部分为：△u= c v △T 而 c p = c v +R g K J K kJ p p mR V V mR s m S g g /1426.1/101426.13ln 208.0005.0ln ln 31 212=?=??=-==?=?-
第2章 液压流体力学基础 液压传动以液体作为工作介质来传递能量和运动。因此，了解液体的主要物理性质，掌握液体平衡和运动的规律等主要力学特性，对于正确理解液压传动原理、液压元件的工作原理，以及合理设计、调整、使用和维护液压系统都是十分重要的。 2.1液体的物理性质 液体是液压传动的工作介质，同时它还起到润滑、冷却和防锈作用。液压系统能否可靠、有效地进行工作，在很大程度上取决于系统中所用的液压油液的物理性质。 2.1.1液体的密度 液体的密度定义为 dV dm V m V =??=→?0lim ρ （2.1） 式中 ρ——液体的密度（kg/m 3）； ΔV ——液体中所任取的微小体积（m 3）； Δm ——体积ΔV 中的液体质量（kg ）； 在数学上的ΔV 趋近于0的极限，在物理上是指趋近于空间中的一个点，应理解为体积为无穷小的液体质点，该点的体积同所研究的液体体积相比完全可以忽略不计，但它实际上包含足够多的液体分子。因此，密度的物理含义是，质量在空间点上的密集程度。 对于均质液体，其密度是指其单位体积内所含的液体质量。 V m =ρ （2.2） 式中 m ——液体的质量（kg ）； V ——液体的体积（m 3）。 液压传动常用液压油的密度数值见表2.1。 表2.1 液压传动液压油液的密度 液压油的密度随温度的升高而略有减小，随工作压力的升高而略有增加，通常对这种变化忽略不计。一般计算中，石油基液压油的密度可取为ρ＝900kg/m 3。
2.1.2液体的可压缩性 液体受压力作用时，其体积减小的性质称为液体的可压缩性。液体可压缩性的大小可以用体积压缩系数k 来表示，其定义为：受压液体在发生单位压力变化时的体积相对变化量，即 V V p k ??-=1 （2.3） 式中 V ——压力变化前，液体的体积； Δp ——压力变化值； ΔV ——在Δp 作用下，液体体积的变化值。 由于压力增大时液体的体积减小，因此上式右边必须冠一负号，以使k 成为正值。 液体体积压缩系数的倒数，称为体积弹性模量K ，简称体积模量。 V K p V =-?? （2.4） 体积弹性模量K 的物理意义是液体产生单位体积相对变化量所需要的压力。 表2.2表示几种常用液压油液的体积弹性模量。由表中可知，石油基液压油体积模量的数值是钢（K ＝2.06×1011Pa ）的1/(100～170)，即它的可压缩性是钢的100～170倍。 表2.2 各种液压油液的体积模量（20℃，大气压） 液压油的体积弹性模量与温度、压力有关。当温度增大时，K 值减小，在液压油液正常的工作范围内，K 值会有5%～25%的变化；压力增大时，K 值增大，但这种变化不呈线性关系，当p ≥3MPa 时，K 值基本上不再增大。 在常温下，纯液压油的平均体积弹性模量的值在(1.4～2) ×103MPa 范围内，数值很大，因此在液压传动中，一般认为液压油是不可压缩的。 当液压油中混入未溶解的气体后，K 值将会有明显的降低。在一定压力下，油液中混入1%的气体时，其体积弹性模量降低为纯油的50%左右，如果混有10%的气体，则其体积弹性模量仅为纯油的10%左右。由于油液在使用过程中很难避免混入气体，因此研究液压元件和系统动态特性时，必须考虑液压油可压缩性的影响，一般取K ＝700MPa 。 当考虑液体的可压缩性时，封闭在容器内的液体在外 力作用时的特征极象一个弹簧：外力增大，体积减小；外 力减小，体积增大。这种弹簧的刚度K h ，在液体承压面积 A 不变时，如图2.1所示，可以通过压力变化Δp ＝ΔF/A 、 体积变化ΔV=A Δl （Δl 为液柱长度变化）和式（2.4）求 出，即 V K A l F K h 2=??-= （2.5） 图2.1 油液弹簧的刚度计算简图