【正文】 ，盡管由于各種原因，摩擦阻尼力可能被忽略，但是，它最終會(huì)阻礙自由振動(dòng)。一個(gè)可沿鉛垂方向振動(dòng)的雙質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)，（b）所示，有兩個(gè)自由度，這是因?yàn)橐_定任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置需要兩個(gè)坐標(biāo)。盡管嚴(yán)格定義的金屬只局限于純金屬，但是普遍的用法是把它擴(kuò)展到更廣范圍的金屬合金。單個(gè)晶體是由單元晶粒按有規(guī)則模式重復(fù)而形成的三維晶格。同樣，電子云使大多數(shù)金屬有很好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。 金屬材料分為兩類：黑色金屬和有色金屬。雖然碳含量很少（鋼材中少于1％，鑄鐵中不超過4％）而且通常低于其他合金元素，但它仍然是機(jī)械性能發(fā)展和控制的主要因素。鋁、鎂、鈦和鈹被認(rèn)為是輕金屬，因?yàn)樗鼈兊拿芏缺蠕撹F的密度小的多。 由于鋅、錫、鉛和銻的熔點(diǎn)都低于800F（427C），因此把它們歸類為低熔點(diǎn)合金。這些金屬有鎢、鉬和鉻，它們的熔點(diǎn)都在3000F（1649C）以上，常用在必須抵抗異常高溫的產(chǎn)品中。也有許多特性決定材料的初始狀態(tài)適合一些特定的加工工藝?；蛘咦鳛檫x擇去提高材料最終的強(qiáng)度來得到更高的服務(wù)強(qiáng)度。在考慮加工工藝，這個(gè)參量的大部分值很明顯是很有用的。主要是制造過程中各種材料性質(zhì)的相互關(guān)系，例如強(qiáng)度與韌性等，影響著生產(chǎn)工藝。這章開始討論的目的，實(shí)際上，是為了指出這些材料的性質(zhì)在加工過程中和加工過程之后都重要，為了了解它們?yōu)槭裁催@么重要，它們?cè)趺礃佑绊懠庸すに嚨?。用這種方法我們可以很容易確定對(duì)一個(gè)給定的元件和材料的一個(gè)合適的方法最后給出最后的形狀，要求的強(qiáng)度和性質(zhì)。制造的成本自始至終，即從規(guī)定元件要在一定壽命期間滿足一定的功能開始，直到最后的檢驗(yàn)、試驗(yàn)和保用，都是最重要的。同樣的，眾所周知的例子，是一個(gè)重要的抵抗腐蝕的性質(zhì)。煉油廠在腐蝕控制方面具有最好聲譽(yù)，這部分地是由于其產(chǎn)品的價(jià)值給了煉油廠以資金來進(jìn)行腐蝕控制，部分地也是由于對(duì)煉油廠來說如果任何一項(xiàng)腐蝕控制措施出現(xiàn)問題的話，都存在發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。所有種類的化學(xué)和電化學(xué)過程在工業(yè)上被用做和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但是它們被設(shè)計(jì)出來是用于改善金屬而不是去破壞它。但是在這個(gè)定義中它們不被包括。即使是在一個(gè)材料選擇總是正確的、設(shè)備設(shè)計(jì)沒有任何缺陷并且操作也沒有任何錯(cuò)誤的理想世界中，腐蝕仍將發(fā)生，只不過是可以接受的腐蝕速率罷了。%中，大概1%到2%是可以通過現(xiàn)在的技術(shù)避免的，大概是每人每年200美元的浪費(fèi)。直接成本包括金屬的重新噴漆，雖然這筆費(fèi)用不同于安裝精確的部件，因?yàn)樵S多金屬表面噴漆是防止腐蝕。腐蝕導(dǎo)致了我們一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)的代價(jià)就是資源枯竭，但是這不是算作直接費(fèi)用。往往腐蝕工作分配給新的工程師或技術(shù)員，因?yàn)樗且环N快速的方法為他/她去了解的人，工廠運(yùn)作，它的問題?；瘜W(xué)工程包括材料的化學(xué)加工，主要以化學(xué)和物理化學(xué)的高度復(fù)雜性為基礎(chǔ)。等等，然而，它（化學(xué)工程）不是簡(jiǎn)單的復(fù)制他們的發(fā)現(xiàn)，而是依靠他們進(jìn)行大量的化學(xué)處理。在那時(shí)許多的早期的化學(xué)工程的教科書和手冊(cè)都是百科全書一樣商業(yè)生產(chǎn)過程中所知道。隨著化學(xué)工程的穩(wěn)步向前發(fā)展，新的數(shù)據(jù)，新的聯(lián)系，新的歸納正在被加入化學(xué)工程的主題?；瘜W(xué)工程師所研究問題的傳統(tǒng)范圍，從復(fù)雜性和規(guī)模上來講，也許都可以稱之為是中等尺度的問題。例如，一些工作可能把宏觀尺度的環(huán)境和中間尺度的燃燒系統(tǒng)和微觀尺度的分子反應(yīng)和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。并且他們?cè)谥圃旌瓦^程設(shè)計(jì)和加工方面將會(huì)越來越多的用計(jì)算機(jī)，人們的智慧，以及解決問題的專門的系統(tǒng)。這些相似性，隨著它們經(jīng)常被提起，能夠經(jīng)常涉及到相似的物理構(gòu)造借以發(fā)生傳送，因而，明白一個(gè)傳送過程就可以明白另一個(gè)傳送過程。2. 為什么工程師要研究傳遞現(xiàn)象？自從這門學(xué)科涉及到一些自然規(guī)律，一些人把它歸類為工程方面的一個(gè)分支。這些傳遞過程也參與到人體當(dāng)中就像在復(fù)雜得過程憑借污染物質(zhì)的其反應(yīng)擴(kuò)散到大氣中。例如，考察一個(gè)簡(jiǎn)單的換熱器，即一根管子，通過保持器壁溫高于流過管內(nèi)的流體溫度，即可加熱流體。這些預(yù)測(cè)的結(jié)果將會(huì)通過一個(gè)研究工程師計(jì)算一些方程式（通常是用計(jì)算機(jī)）后獲得的。當(dāng)然獲得參數(shù)也是很重要的，熱傳遞系數(shù)被用作設(shè)計(jì)，也正是由于這些原因一個(gè)傳遞課程可以被認(rèn)為是一個(gè)工程課程就像是一門學(xué)科。然而，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，越來越多的問題將會(huì)用這種方法解決。因此，控制傳熱的定律和以控制熱流為主要目的的儀器類型都是很重要的。熱量的這種流動(dòng)叫做傳導(dǎo)。區(qū)普通的傳導(dǎo)的例子就是熱在不透明的物體中流動(dòng)，就像火爐里的磚墻或是管子的金屬壁。對(duì)流的一個(gè)例子是焓的變化由于湍流流動(dòng)和由于熱的空氣流過普通的冷卻器。如果這個(gè)氣流產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)被機(jī)械力的作用分開如泵和攪拌器，這種流動(dòng)域密度的變化程度無關(guān)叫做強(qiáng)制對(duì)流。也不會(huì)使它偏離原來的路徑。單元子和雙原子氣體對(duì)熱射線是可以通過的，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)熱經(jīng)過某種氣體團(tuán)是，它可以通過輻射的方式也可以傳導(dǎo)。傳熱，對(duì)流和輻射都被分開和避免相互間造成影響二者都很重要。每單位面積的傳熱率叫做熱通量。流體流動(dòng)的平均溫度 當(dāng)一個(gè)流體正在變熱或者變冷時(shí)，流體橫截面的溫度會(huì)變化。大家一致認(rèn)為，流束的溫度就是假設(shè)把流過所研究截面的全部流束取出并絕熱混合后所達(dá)到的均勻溫度。這個(gè)原則，在美國(guó)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展過程中變得明顯，在1915年早些首次變得明顯。同時(shí)化學(xué)工程的復(fù)雜性還受到由反應(yīng)物的物理及化學(xué)性質(zhì)所決定的結(jié)構(gòu)材料和設(shè)備設(shè)計(jì)的影響。最近幾年，新技術(shù)逐漸被理解，比較適用于過去但很少使用分離技術(shù)這導(dǎo)致了分離，處理，操作或者是介入制造的數(shù)量上的持續(xù)增長(zhǎng)，這些可用于沒有重大改變的各種進(jìn)程。蒸發(fā) 這是一個(gè)特殊的情況下傳熱，其中涉及蒸發(fā)的揮發(fā)性溶劑，如水從一個(gè)非易失性溶質(zhì)如鹽或其它材料在解決方案烘干 在這個(gè)操作中揮發(fā)液體，通常是水，從固體材料中揮發(fā)出去。液—液萃取 在這種情況下的解決辦法是，在混合溶劑中除去與之接觸的另一種液體。許多的單元操作有一定的基本基礎(chǔ)和基本原則或共同的機(jī)制。原料承受一些物理處理使它們以能夠其化學(xué)反應(yīng)的組成。 對(duì)于用于物理處理的設(shè)備設(shè)計(jì)的步驟是研究單元操作。設(shè)計(jì)的反應(yīng)器沒有例子和許多其它可以提出的進(jìn)程，所追求的最佳的并步僅僅是反應(yīng)器的成本的最小化?；瘜W(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)也許是一種只有化學(xué)工程領(lǐng)域才涉及的工作。1．熱力學(xué)熱力學(xué)給我們?cè)谠O(shè)計(jì)上兩個(gè)非常重要的信息，在反應(yīng)過程中的熱釋放和熱吸收以及最大可能的反應(yīng)程度。熱力學(xué)也可以計(jì)算反應(yīng)材料的標(biāo)準(zhǔn)自由度的平衡常數(shù)?；瘜W(xué)是聯(lián)系著反應(yīng)的研究。它衡量著這個(gè)比率并提出有價(jià)值發(fā)現(xiàn)的解釋。Unit 16 壓力容器及其部件壓力容器時(shí)不泄露的容器。 由于內(nèi)部壓力，容器被設(shè)計(jì)成各種形狀和尺寸。 壓力容器的典型部件描述如下： 圓柱殼體 在石化工業(yè)中對(duì)于結(jié)構(gòu)壓力容器圓柱殼體是經(jīng)常被用到的，它是很容易制造、安裝并且維修很經(jīng)濟(jì)。用一種結(jié)構(gòu)相對(duì)另一種依靠很多因素，如成型方法、材料成本、和空間限。 半球形封頭 通常，在一個(gè)給定溫度和壓力下半球形的要求厚度是相同直徑和材料圓柱殼體的一半。由于半球形封頭比與它們連接的圓柱殼體薄，所以在封頭與殼體連接區(qū)域必須是等高的，以便減小不連續(xù)區(qū)域的影響。因此，由于這邊意外的區(qū)域所需的厚度小于封頭的實(shí)際厚度，多余的部分就可以用于這些區(qū)域內(nèi)接管的補(bǔ)強(qiáng)。因?yàn)檩^大的力，ASME標(biāo)準(zhǔn)，八卷一節(jié)中，規(guī)定當(dāng)錐形內(nèi)部施加壓力頂角限制成小于30度。螺栓被安裝應(yīng)用墊圈的地方的扁平封頭稱為盲板。對(duì)于一些容器，物料是大量的或內(nèi)部經(jīng)常變化的，通常是通過連接的整個(gè)封頭或一部分來給開一個(gè)較大的通道。另外一些清理容器的和排水口也必須有。由于它們傳遞剪切力所以裙座是經(jīng)濟(jì)的。水平容器通常由鞍座支撐。許多內(nèi)容都被考慮，像材料的可獲取性，抗腐蝕能力，材料的強(qiáng)度，類型和載荷的大小，安裝的位置包括風(fēng)載荷和地震載荷，制造的地點(diǎn)，容器安裝的方位和在設(shè)備制造地點(diǎn)勞動(dòng)力的可用性。材料的替代十分廣泛并且覆蓋層和涂層被廣泛應(yīng)用。對(duì)于那些在低溫環(huán)境下運(yùn)行或盛裝液體的容器，必須注意保證材料在低溫下的抗擊能力。如果管轄部門已經(jīng)決定采用ASME規(guī)范的第八篇，那么需要確定的只是選用第一分篇還是第二分篇。有時(shí)，由于對(duì)按第一分篇設(shè)計(jì)的容器在最低要求之外又增加了許多附加要求，因此按第二分篇設(shè)計(jì)選取較高的需用應(yīng)力可能更為經(jīng)濟(jì)。支撐位置，水平或豎直，并且支撐點(diǎn)像來自支撐容器和管子的力一樣必須被記錄。如果疲勞分析被要求，這個(gè)特殊的周期和力也被給出。如同用戶設(shè)計(jì)條件一樣，制造商的設(shè)計(jì)報(bào)告以及有關(guān)制造廠數(shù)據(jù)報(bào)告的證書嗾使強(qiáng)制性的。根據(jù)這個(gè)章程和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于一個(gè)特殊進(jìn)程的容器的許用材料是被規(guī)定的?？v觀世界，多種安全因素被用在材料的壽命上去建立鍋爐、壓力容器和管子的設(shè)計(jì)許用壓力。在另外的一些國(guó)家，對(duì)于設(shè)計(jì)部件這真正的數(shù)據(jù)是由多次測(cè)試而確定的。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，液體混合物的成分通過加熱被蒸發(fā)掉。但也有例外，典型的就是木材和煤的干餾，它是從固體中分離液體成分。應(yīng)用樣式的選擇適宜被蒸發(fā)材料的物理特性，分離成度和處理的數(shù)量為基礎(chǔ)的。理論 用來決定分離成度和設(shè)計(jì)尺寸的蒸餾設(shè)備是由蒸發(fā)溶液平衡數(shù)據(jù)、熱和材料平衡、允許會(huì)發(fā)速率、分離率和熱傳遞效率。（4） 氣液比（5） 液體的潛熱（6） 液體和蒸汽的聯(lián)系（7） 表面張力（避免物沫夾帶的近似值）（8） 液體和正空的熱導(dǎo)性（9） 泡沫特性（10） 對(duì)可能結(jié)構(gòu)材料的腐蝕程度蒸餾設(shè)備分類 蒸餾設(shè)備可以被廣泛的分類為間歇操作和連續(xù)性操作設(shè)備。壓力變化在從真空度到1000psi變化。對(duì)兩種冷熱流體一般有單獨(dú)的通道，一般是連續(xù)性操作。起初是因?yàn)樗鼈兊闹匾砸彩菓?yīng)為他們?cè)谖墨I(xiàn)中由較完整的記載。圍在邊緣的夠槽中密封墊片含有液體，并且控制板間液體的流入與流出空間。摩擦飲食和熱傳遞系數(shù)碎著班的空間和波紋的種類變化。冷流體是逆流的。螺線形式對(duì)于中等壓力的高粘性流體比較適合。翹片式換熱器的操作壓力設(shè)計(jì)為80atm。錯(cuò)流和逆流的任何排列形式都是可行的，并且在同一設(shè)備中可以安排三種或三種以上的流束，壓力下降、熱交換關(guān)系的設(shè)計(jì)其他方面被很好的記載。 套管式換熱器 套管式換熱器是由一個(gè)尺寸比較大的和中間一個(gè)尺寸比較小的中央管通過塑料密封套連接而成。在環(huán)狀的空間上，軸向翹片可以改善氣體和粘性流體的熱交換效率。在以下情況下，是值得考慮的。精制塔和管設(shè)備。小型間歇設(shè)備應(yīng)用于不同時(shí)間產(chǎn)生的不同類型的產(chǎn)品的操作中。因此需要較大的接觸面。最初，攪拌被用來是物料混合，在反應(yīng)時(shí)維持無聊的均勻性，并且使熱在夾管或內(nèi)表面中傳遞。在這里所有的非反應(yīng)分子有相同的存在時(shí)間。任何要求的初始混合物都是由噴嘴或在線攪拌器完成的。自然的，對(duì)于滿足條件的反應(yīng)設(shè)備與化學(xué)惰性氣體的吸收很相似，就是說我們的塔和攪拌槽。被液體流化的固體叫懸浮體。PARTⅤ 機(jī)械加工21 泵1．介紹泵是提出，轉(zhuǎn)移或壓縮液體和氣體的設(shè)備。水泵是用管子或其他機(jī)械把水從一個(gè)地方傳到另一個(gè)地方。容積泵通過由真空產(chǎn)生的吸力把水引到一個(gè)緊湊的地方。當(dāng)水被泵吸入時(shí)，單向閥關(guān)閉，阻止水流回到井下。而且，當(dāng)推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)時(shí)，水進(jìn)入位于刃片的軸部的間隙并且以很高的壓力甩向底部。在這些區(qū)域里，早期的泵是為了將水一桶一桶的從水源或河渠中提升到容器中。蒸汽驅(qū)動(dòng)的水泵首先廣泛的被應(yīng)用在從煤礦往外輸水過程中。這些泵可以是單作用的，也可以是雙作用的。這些泵可以是單級(jí)的也可以是多級(jí)的。同時(shí)葉輪也給液體一個(gè)較高的過度，這個(gè)過度能夠使泵的一個(gè)固定部件轉(zhuǎn)化成壓力。在泵工作前，葉輪必須被灌注，也就是在泵啟動(dòng)時(shí)，葉輪必須被液體包圍。對(duì)于小流量和高壓力來說，葉輪作用很大部分是放射狀的。4 射流泵射流泵是通過一個(gè)流量相對(duì)較小的液體或蒸汽，以較高速度移動(dòng)到較大的液流。5 其他類型的泵仍然存在其他很多類型的容積泵，一般用帶有很多保密配合的圓形突出的回轉(zhuǎn)件。一個(gè)相似的泵在公元前3世紀(jì)被希臘數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家阿基米德發(fā)明了。Unit 22 氣體的泵設(shè)備對(duì)于處理戒指為氣體或液體來說，雖然設(shè)備在結(jié)構(gòu)上有很大差異，但這兩種設(shè)備在本質(zhì)上屬于相同基本類型的機(jī)械設(shè)備。因?yàn)闅怏w壓縮過程中體積減小，因此與液體相比在結(jié)構(gòu)上存在差異，而且這個(gè)差異在設(shè)計(jì)中也要考慮。任何在壓縮機(jī)中沒有被排出缸體的氣體，再重新充入時(shí)要膨脹到入口的壓力。旋轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)這種壓縮機(jī)可以分為較高壓縮和較低壓縮兩種類型。在旋轉(zhuǎn)時(shí)，刃片滑片攔住氣體但氣體在旋轉(zhuǎn)式被壓縮，并且在端口被排出。工作液體的進(jìn)口壓力與出口壓力相等，而且工作液體自動(dòng)被吸入來補(bǔ)償出口的液體。在這種類型的壓縮機(jī)是通過兩個(gè)部件的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。因此在催化參照下，石油化工分離工廠（乙烯加工廠），生產(chǎn)進(jìn)度在１２ｋｇ／ｓ的氨工廠，和產(chǎn)量要求較高的天然氣田，這種類型的壓縮機(jī)是使用最廣泛的了。對(duì)于從粗汽油中，用催化的方式生產(chǎn)乙烯所產(chǎn)生的氣體的操作，需要石化廠的流量為6. 5 kg/s壓力為１０MW的能量。在１９８１年Svarovsky做出了努力將在固液分離中不同種類的工藝和機(jī)器裝成冊(cè)。（２） 在一個(gè)力場(chǎng)作用下通過沉降或沉淀進(jìn)行分離，在力場(chǎng)（重力場(chǎng)，離心場(chǎng)）中的沉降分離是利用固相和液相的密度差。這種混合物的過濾性和沉積速度主要取決于懸浮液的浮散狀態(tài)，反過來浮散狀態(tài)很大程度上，受控制混合物的穩(wěn)定性和控制質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)接觸整體狀態(tài)的固液所影響。盡管有這些困難的問題，現(xiàn)代過濾和分離工藝不斷被新的技術(shù)似乎比表面上看起來更加難所取代。利用重力沉淀是要考慮的，特別是大流量和連續(xù)性的工藝中。一些分離方法需要的沉降和過濾工藝，將固體集中，將減少流過液體的量，而且過濾器尺寸也減小了。下一個(gè)疑問是分離的連續(xù)性還是不連續(xù)性操作。因?yàn)榉蛛x過程很少單獨(dú)存在，這就使得情況更加復(fù)雜。在一些情況下，濾出物為主要產(chǎn)品，需要用干凈的液體凈化。過濾器的選擇部分在章末又考慮，過濾工藝的計(jì)算壓力。這些由越來越小的孔構(gòu)成。反過來說，設(shè)備也可能進(jìn)行多種操作，因此設(shè)備可以通過泵設(shè)備作用提高流體壓力，或化學(xué)設(shè)備。Unit 24 閥閥，是一種控制液體或氣體流動(dòng)的機(jī)械。小閥和低壓閥通常由黃銅，鑄鐵，塑料制造，而較高壓力的閥是用鍛鋼制造的。而且毫無疑問它們的發(fā)展也是這個(gè)順序。新型工藝和技術(shù)的出現(xiàn)預(yù)計(jì)新的發(fā)現(xiàn)和外來的，結(jié)構(gòu)材料的發(fā)現(xiàn)。例如，早期的閥，旋塞閥，是在公元前發(fā)明的。另外屬于一類，并且在下面的五章中進(jìn)行討論，這些閥假如用