一级建造师《机电工程》重难点复习

1H411020流体力学特性和热功转换关系

1H411021掌握流体的物理性质

一、流体的基本物理性质

——密度、比容、相对密度(比重)

1.密度：单位体积流体所具有的质量，称为流体的密度。以ρ示之，单位为g/m3。

注意：

1）温度对液体的密度有一定的影响，故在查阅液体密度时应注明温度条件。

2）液体可视为不可压缩流体；

3）气体因具有可压缩性及膨胀性，其密度随温度、压力的变化而变化较大，为可压缩体。

2.比容：密度的倒数，

V=1/ρ，单位为m3/g

3．相对密度：物质的密度与标准物质的密度之比，称为相对密度。

对于固体和液体，标准物质选用40的水；

对于气体多采用标准状况(00C，1.01325×lO5 Pa)下的空气。

二、流体的压力

流体单位面积上所承受的垂直作用力，称之为静压强；习惯上称为压力；以符号p表示。而流体的压力P称为总压力。

p= P/A

式中：p——流体压力(N/m2或Pa);

P——垂直作用于面积A上的总压力(N);

A——作用面的表面积(m2)。

1.绝对压力：流体的真实压力。

2.表压：流体绝对压力高于外界大气压力的数值。

当流体绝对压力高于外界大气压力时,安装在设备上的压力表的读数即为表压。

表压= 绝对压力—大气压力(当地)

3.真空度：当设备内流体压力低于外界大气压力时,安装在设备上的真空表的读数即为真空度。

真空度与绝对压力的关系为:

真空度=大气压力(当地)一绝对压力

三、流体的黏度

——黏度特性

液体的黏度随温度的升高而降低,气体的黏度随温度的升高而增大；

在同样流动情况下,流体的黏度越大,流体流动时产生的内摩擦力越大。

——温度和粘度将会影响液压件的密封性能。

1H411022掌握流体机械能的特性

一、流体静力学基本方程：

描述静止流体内部的压力与所处位置之间的关系。

流体静力学方程：Z1+p1/ρg=Z2+p2/ρg

其中：

Z1、Z2—分别为1、2两点相对于某一基准面的高度；

p1、p2—分别为1、2两点间压力

1）如果将1点取在容器的液面上，且液面上方的压力为p0，则1、2两点间的垂直距离为h= Z1- Z2, ，2点的压力为：

p2= p0+ρg h；

2）流体静力学方程：（p2—p0）/ρg= h，即表明压力或压力差可用液柱高度表（h=Z1-Z2）。

——提醒：

以上为工程中现场液柱测量压力的依据。

三、流量与流速

流量与流速的关系：

体积流量Q与平均流速v的关系: V=Q/A

质量流量G与平均流速v的关系:V=G/(A×ρ)

式中ρ流体的密度(Kg/m3)。

切记

一般液体的流速为1一3m/s,低压气体流速为8一12m/s。

四、定态流动系统的质量平衡

定态流动:

流体在流动过程中,任一截面处的流速、流量和压力等有关物理参数都不随时间变化,只随空间位置变化。

为处理工程设计问题，一般将相应工程问题按条件简化为定态流体。

对于定态流动系统流入系统的质量流量应等于流出系统的质量流量。

即：

对于圆形管道，

V1/V2=A2/A1=(d2/d1)2

不可压缩流体在圆形管道中任意截面的流速与管内径的平方成反比。

——提醒：

上述结论要清楚，由于工程中基本为圆形管道。对于圆形管道：

V1/V2=A2/A1=(d2/d1)2；

不可压缩流体在圆形管道中任意截面的流速与管内径的平方成反比。

五、定态流动系统的机械能平衡——伯努利方程

在定态流动系统中,动能、位能、压力能在流动过程中可以相互转化,其变化规律符合定态流动系统的机械能衡算方程,定态流动系统的能量衡算方程式为:——即伯努利方程。

gZ1+ v21/2+ p1/ρ+w e=gZ2+ v22/2+ p2/ρ+g∑h f

除g

Z1+ v21/2g+ p1/ρg+ h e =Z2+ v22/2g+ p2/ρg+∑h f

式中：以下内容要掌握

Z——位压头,又称为位头(米流体柱);

v2/2g——动压头,又称为速度头(米流体柱);

P/ρg——压力能,以压头形式表示,称为静压头(米流体柱);

he=we/g——外加功,以压头形式表示,称为有效压头(米流体柱);

∑hf——压头损失(米流体柱)。

——提醒：

掌握上述动能、位能、压力能的转换规律。

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1H411023熟悉热力系统工质能量转换关系

一、热力学常用参数

热力学的三个基本状态参数：

压力(压强)

温度(热力学温标)

比容(与密度互为倒数)；

内能；

焓。

二、基本热力过程

1.热力过程:热力系统由其初始平衡状态,经过一系列中间状态变化达到另一新的平衡状态,其中间的物理变化过程即为热力过程。

注意：常见的基本热力过程有:

(1)定压过程:

热力系统状态变化过程中,工质的压力保持不变。如工质在锅炉内的吸热过程。

(2)定温过程:

热力系统状态变化过程中,工质的温度保持不变。如工质在凝汽器内的放热过程。

(3)定容过程:

热力系统状态变化过程中,工质的比容保持不变。如工质在汽油机内的加热过程。

(4)绝热过程:

热力系统状态变化过程中,工质与外界无任何热量交换。如工质在汽轮机内的膨胀做功过程1H411024了解流体流动阻力的影响因素（将知识点“掌握”改为“了解”）

一、流体流动阻力产生的原因

——提醒：教材P17，此点重要。

二、管内液体流动类型

1. 流动型态

管内液体流动类型有二种类型：层流或滞流；湍（tuan团）流或紊流，其值与雷诺数有关。

流动型态：

——层流或滞流:

——湍（tuan团）流或紊流。

1．雷诺数

流体的流动型态与流速v、管径d、密度ρ、黏度μ这四个因素有关。

雷诺将这四个因素以符号Re表示：

Re =dvρ/ μ

结论：对于流体在圆管内流动,

当Re<2000时,流动型态为层流;

当Re>4000时,流动型态为湍流;

当Re=2000—4000时,称为过渡流。

一、圆管内流动损失的计算

——沿程阻力损失和局部阻力损失。

管路系统主要由两部分组成,一部分是直管，另一部分是管件(如弯头、三通)、阀门等。

将流体流经直管的能量损失称为沿程阻力(或直管阻力)；

流体流经管件、阀门等局部地方的能量损失称为局部阻力。

(一)沿程阻力(直管阻力)损失的计算

流体流经一定管径的直管时,由于流体内摩擦力的作用而产生的阻力。

计算式:

h

f

=λlv2/d2g

沿程阻力损失与流体在管道内的流速v和流经管道的长度l成正比；而与其管径d 的大小成反比。

式中：

h

f

——沿程阻力损失(m);

λ——摩擦系数,与雷诺数Re和管壁粗糙度e有关,可通过实验测定,也可以通过计算得出。当流态处于层流时, λ=64/Re

l——直管段长度(m);

d——管内径(m);

v——流体在管内流速(m/s)。

(二)局部阻力损失hf’的计算

局部阻力是指流体通过管路中的管件(如三通、弯头、大小头等)、阀门、管子出入口及流量计等局部障碍处而发生的阻力。

1.阻力系数法：

h

f

=ξv2/2g

式中：

ξ——局部阻力系数,由实验测定,或查阅有关图表。

2.当量长度法：

h f =入lev2/d

2

g

将流体的局部阻力折合成相当于流体流经同直径管长为le的直管时所产生的阻力。

式中：

le——管件的当量长度,其值由实验测定,或查阅有关图表。

局部阻力损失与流体在管道内的流速v和流经管道的当量长度l成正比；而与其管径d

的大小成反比。

3.管路的总阻力损失

管路的总阻力损失为流体流经直管的阻力损失与各局部阻力损失之和。

∑ hf ＝ hf+∑hf’

四、经济管径的确定——d

当流体流量Q一定时,管径d与√v 成反比。

若选较大流速,则管径减小,投资费用亦减少,但流体流动阻力增大,运行费用(包括能耗及每年的大修理费用)将随之增加; 反之,若选较小流速,运行费用减小,但管径增大,使投资费用增加。结论是：

适宜流速的选择应使每年的运行费与按使用年限计算的投资回收折旧费之和为最小。

工程实际中, 常用流速范围有一定的规律。

——密度大或黏度大的流体,流速取小一些;

对于含有固体杂质的流体,流速宜取大一些,以避免固体杂质沉积在管路中;

确定经济管径时,一般先选择适宜流速(或称经济流速),由 d=√4Q/Vπ估算管径，再圆整到管子标准规格。

例

1．实际流体沿管线流动过程中，有关流体机械能的正确说法是（）。（07年题）A．流体压力能一定下降 B．流体动能保持不变

C．总位能保持不变 D．总机械能下降

2．在工程实际中，经济管径的确定与流速的选择有关。下列表述错误的是( )。（09年题）A．密度大的流体，流速取小些

B．对含有固体杂质的流体，流速取大些

C．对于真空管路，选择的流速必须保证产生的压力降 P高于允许值

D．黏度大的流体，流速取小些

3．造成流体在管路中阻力损失的原因包括( )。（06年题）

A．流体的粘滞性 B．流体的惯性

C．管路断面突变 D．流体静压力

E．流体的化学特性

——1H411030机电工程材料的分类和性能

1H411031掌握机电工程材料的分类

一、金属材料

(一)黑色金属

——生铁和钢

分类：

碳质量分数含量大于2%的为生铁；

碳质量分数含量小于2%的为钢；

性能原理：

当碳质量分数含量小于2%的时，碳质量分数含量越小其钢的塑性越好（受外力变形越容易）而强度和硬度越低；

当碳质量分数含量大于2%的时，碳质量分数含量越大其材料的生铁特性越明显（塑性差、焊接性差、刚性高）。

(二)有色金属

铁金属以外的其他金属及合金统称为有色金属材料。

l.重金属：

铜及铜合金（纯铜密度为8.96g/cm3,），良好的导电性、导热性；优良的焊接性能。

锌及锌合金：锌合金分为变形锌合金、铸造锌合金、热镀锌合金。

镍及镍合金：有极强的耐腐蚀性,特别是耐海水腐蚀能力突出。

使镍耐高温,耐酸碱腐蚀是在镍中加入铜、铬、钼等而形成的,。

2.轻金属：铝及铝合金；镁及镁合金；钛及钛合金

二、无机非金属材料

(一)硅酸盐材料

包括水泥、玻璃、耐火材料和陶瓷。

(二)高分子材料

——电绝缘体、难导热体,热膨胀较大,耐热温度低,低温脆性；

耐水,大多数能耐酸、碱、盐等；

1.塑料、橡胶、纤维、涂料

三、复合材料

1.树脂基复合材料: 玻璃钢是以合成树脂为胶粘剂,玻璃纤维作增强材料而制成的复合材料；

其主要特点是:非匀质材料,无明显屈服点,材料呈脆性破坏,热传导慢,隔热性能好,有良好的表面性能和施工工艺性,但刚性差,弹性模量小。

2.金属基复合材料:是以金属为基体,复合高强度的增强体材料制造而成。其特点是良好的高温性能、尺寸稳定性,较低的热膨胀系数。

1H411032熟悉机电工程材料的性能

一、力学性能

1．强度

(1)屈服点和屈服强度:

在外力作用下,材料产生屈服现象的极限应力值为屈服强度。若材料有明显的屈服现象,可以应力一应变曲线所对应的应力值为屈服强度,表示为σs；

若材料没有明显的屈服现象,国家标准规定残余应变达到O.2%时的应力值作为屈服强度。

式中N--一材料屈服时所对应的荷载;

A——材料受力截面面积。

屈服点所对应的屈服强度表示了材料从弹性阶段过渡到弹塑性阶段的临界应力,是设计与选材的主要依据。

(2)抗拉强度:材料承受的最大荷载时所对应的应力值。是材料及产品质量控制的重要标志。

2.刚度:指材料能够不发生过量弹性变形的能力。

若材料和结构发生的弹性变形过大,也不会保证工件或结构的安全正常使用,必须进行变形极限控制,即刚度设计,在外力作用下,工件或结构不能超过允许的最大挠度。

桅杆式起重机设计既以港督计算为主。

3.韧性:指材料在塑性变形和断裂前吸收变形能量的能力。

评价材料韧性的力学性能指标有冲击韧性和断裂韧性。

断裂韧性:指材料抵抗裂纹失稳扩展的能力（焊接件）。

4.疲劳性:在交变荷载长时间作用下而发生断裂的现象为疲劳断裂。

疲劳断裂的特点:（钢构件）

(1)断裂前没有明显的塑性变形,发生突然脆性断裂破坏,无预兆,危险性大。

例

1．碳质量分数小于且接近2％的钢材是（）。（07年题）

A．低碳钢 B．中碳钢 C．高碳钢 D．纯铁

2．无机非金属硅酸盐材料包括水泥、玻璃、( )等。（09年题）

A．橡胶B．陶瓷 C．塑料 D．涂料