工程热力学-教学大纲

-------工程热力学教学大纲一、课程说明课程编号：100105Z10课程名称（中/英文）：工程热力学/EngineeringThermodynamics课程类别：专业核心课程学时/学分：56/3.5先修课程：微积分ⅠA、大学物理Ⅱ适用专业：能源与动力工程、建筑环境与能源应用工程、新能源科学与工程教材、教学参考书：[1]童钧耕.工程热力学[M].第四版.北京：高等教育出版社,2007.6[2]沈维道,蒋智敏,童钧耕.工程热力学[M].第三版.北京：高等教育出版社,2001.[3]严家禄,余晓福.水和水蒸汽热力性质图表.北京：高等教育出版社,2004.（第2版）[4]朱明善等工程热力学.北京：清华大学出版社2011.（第2版）[5]工程热力学总复习——理论概要和习题童钧耕等编上海上海交通大学出版社2001（第1版）[6]Thermodynamics6th.EditionKENNETHWARKDONALAE.RICHARDSMcGraw-HillPublishingCompany1999（第1版）[7]何雅玲.工程热力学精要分析及典型题精解[M].西安：西安交通大学出版社，2005.（第1版）二、课程设置的目的意义本课程是热能与动力工程专业、新能源科学与工程、建筑环境与能源应用工程专业的专业基础课，其目的是通过本课程的学习，培养学生分析和求解热能有效利用以及热能与其它能量转换规律的能力，使学生掌握热力学的基本规律，并能正确运用这些规律进行热工过程和热力循环分析，同时培养学生的科学抽象、逻辑思维能力，能初步了解工程热力学的基本思路和方法，具有较强的创新意识，为后续课程的学习及日后从事与能源利用、制冷与空调、动力机械、新能源开发利用、建筑环境与能源利用等相关的研究、设计与管理工作打下良好基础。三、课程的基本要求要求学生牢固地掌握热能和机械能相互转换的基本规律，并能推广应用于其它能量的转换问题；掌握热力过程和热力循环的分析方法，深刻了解提高能量利用经济性的基本原则和主要途径；熟练地运用常用工质的物性公式和图表进行热力计算；注意培养从实际问题抽象为理论，并运用理论分析和解决实际问题的能力。知识：掌握工程热力学的基本概念，能源转换基本规律，即掌握理想气体的定义、性质、状态参数、状态方程等；热力学第一定律和第二定律，包括了定律的定性和定量表达及有关应用等；质量守恒方程、能量守恒方程和熵守恒方程等，这是热工分析计算的基础；定温、定-------压、定容和绝热等四个基本热力过程，包括过程的特点、过程中状态参数的变化、热量和功量(机械功)的转化情况等；以及气体的流动压缩、水蒸汽及其热力过程、湿空气及空调过程、动力循环和制冷循环等知识。学会从能源及其转换效率基本定律出发，建立能源转换及热能系统设计的基本思维方式，形成能源－工质－效率的基本知识结构。能力：从应用的角度选择能源转换最合适的循环方式，将工程热力学的知识用于解决能源转换的工程问题；培养解决复杂工程问题的能力；掌握最基本的能源转换系统的设计理念，针对具体问题提出有效的解决方案，提高开发新型循环方式与系统的能力；在能源应用学科中培养创新意识，提高分析、发现、研究和解决问题的能力；素质：建立能源－工质－系统-环境一体的观念，通过课程中的分析讨论辩论培养分析沟通交流素质，建立提高能源转换效率的思维模式，提升理解能源管理与能源经济决策的基本素质。通过课外导学的模式，提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展素质。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第0章绪论热能及利用、热力学发展、内容以及研究方法22热能及利用、热力学发展历史、主要研究内容以及研究方法。理解工程热力学的大体内容并了解研究方法首先建立与学生的良好互动关系,交代工程热力学学习要求和目的。预先要求学生准备热力学应用范围和实例，讲述以示例引入；补充一些难以思考到的知识点。第1章基本概念及定义热力系统。工质。工质的热力学状态及其基本状态参数，平衡状态。状态方程式。坐标图。工质的状态变化过程，热力循环。44工质的热力系统与状态、基本状态参数、状态方程式、坐标图、工质的状态变化过程、热力循环。平衡状态、准平衡过程、可逆过程的概念、状态量与过程量。教师说明含义，带动理解，增加讨论，部分内容交由学生预习完成，突出状态方程及其坐标图的作用，讲解其变化过程，同时强调解决问题思想第2章热力学第一定律热力学第一定律的实质，热力学能，能量的传递和转化，焓，热力学第一定律的基本能量方程式，稳定流动能量方程式，开口系统能量方程式一般表达式，能量方程式的应用。66热力学第一定律的实质是能量守恒及其转换定律，焓，热力学第一定律的基本能量方程式，稳定流动能量方程式，能量方程式的应用。焓、功、稳定流动过程中几种功的关系、能量方程式的应用。学生预习+课堂演示（热力学方程式相关推导）+教师点评提高学生课堂参与兴趣。抓住方法核心，淡化数学推导讲述热力学第一定律的核心实质内容。第3章气体和蒸汽的性质理想气体的概念、理想气体状态方程式、理想气体的比热容、理想气体的热力学能、焓、熵、理想气体混合物等。水的饱和状态，水的定压加热汽化过程，三相点，水44理想气体的概念、状态方程式、比热容、热力学能、焓、熵等。水的饱和状态，水的定压加热汽化过程，三相点，水和水蒸汽状态参数理想气体的理解和应用，比热容、理想气体的热力学能、焓、熵的计算，确定水蒸气状态参数的独立变将理想气体和水蒸气的性质分开讲述，理想气体为主要讲解部分。在学生预习的基础上提问基本概念，并解释难理解的名词，然后进行公式的推导。-------和水蒸汽状态参数量、查表。第4章气体和蒸汽的基本热力过程研究热力过程的目的及一般方法，定容过程，定压过程，定温过程，绝热过程，多变过程。水蒸汽的基本过程，克拉贝隆—克劳修斯方程55定容过程，定压过程，定温过程，绝热过程，多变过程。水蒸汽的基本过程。热力过程计算公式的掌握、应用p-v图与T-s图分析多变过程等。常用的水蒸气热力过程。此章节较为重要，要求学生提前预习并针对概念进行课堂提问。演示各种公式的推导过程，同时引导学生根据公式画出趋相应图像，并整理到一起去归纳总结。水蒸气部分由水蒸气的性质直至热力过程均由教师讲解，学生做好课后复习。第5章热力学第二定律热力学第二定律，卡诺循环，概括性卡诺循环，多热源的可逆循环，状态参数熵的导出，熵方程，不可逆过程中熵变的分析，孤立系统熵增原理及做功能力的损失，物质系的㶲。88热力学第二定律，卡诺循环，状态参数熵的导出，熵方程，不可逆过程中熵变的分析，孤立系统熵增原理及做功能力的损失。热力学第二定律的实质、卡诺定律的意义、熵的意义、计算、应用等。考虑系统性，从第二定律入手，针对卡诺循环进行机理分析，同时在状态参数以及其他方程的推导过程中，加强学生对问题更深刻的理解。侧重机理分析和计算练习。着重理解鼓励系统熵增原理以及熵变的分析。此章节以讲解为主，学生自助学习为辅助。第6章实际气体的性质及热力学一般关系式理想气体状态方程用于实际气体的偏差，实际气体的状态方程，对比状态方程，压缩因子图，热力学一般关系式，气体热力学能、焓及熵的一般方程。44实际气体的状态方程，对比态原理，压缩因子图，热力学一般关系式，气体热力学能、焓及熵的一般方程。理想气体实际气体方程偏差，对比态方程的掌握，实际气体一般方程的应用。由理想气体的特性引入，通过在理想气体状态方程的基础上进行实际气体的修正，得到实际气体的状态方程，对比态方程以及其他一般方程，而后请同学们对剩下的部分进行推导，并通过需要引出压缩因子图。第7章气体与蒸汽的流动稳定流动的基本方程式，音速，促使流速改变的条件，喷管的计算，有摩阻的绝热流动，绝热滞止，绝热节流，流动混合。66稳定流动的基本方程式，促使流速改变的条件，喷管的设计与校核计算，绝热滞止，绝热节流，流动混合。喷管的设计计算和校核计算、节流的工程应用。学生预习、课堂教学和课后作业有机结合。首先给出实际情况，然后着重于通过方程的变化解读喷管内流体的状态变化。第8章压气机的热力过程活塞式压气机和叶轮式压气机的工作原理；不同压缩过程（绝热、定温、多变）状态参数的变化规律、压气机耗功的计算；多级压缩、中间冷却、余隙容积。23压气机的工作原理；不同压缩过程（绝热、定温、多变）状态参数的变化规律、压气机耗功的计算；多级压缩、中间冷却、余隙容积。两种压气机的工作原理，理论功耗的计算过程，其他压气机名词含义及工作原理此章节以学生自主学习为主，教师在上堂课首先布置下问题，让学生带着问题预习。课堂开始则通过问题一步步引入压气机的原理，之后课堂讲解其功耗的计算过程。多级压缩以介绍和学生自学为主。第9章气体动力循环内燃机概说，汽油机循环，柴油机循环，各种理想循环的比较。燃气轮机定压加热理想循环，定压加热实际循环，定压加热回热循环及提高循环效率的热力学措施。22汽油机循环，柴油机循环，各种理想循环的比较。燃气轮机定压加热理想循环，定压加热实际循环，定压加热回热循环及提高循环效率的热力学措施。各种循环的p-v图和T-s图，能对循环进行正确的能量分析和计算。安排更多的预习，提供更有主动性的预习题，使课堂少讲，增加学生的自主学习时间。第10章简单蒸汽动力装置44简单蒸汽动力装置循蒸汽再热循讲课前以题目形式针对-------蒸汽动力装置循环循环——朗肯循环，再热循环，回热循环，热电合供循环。环——朗肯循环，再热循环，回热循环。环、回热循环的能量分析与计算等。性提出课堂讲授内容的疑问给学生，要求预先阅读教材并能在课堂回答。课堂通过提问及回答的方式加强学生对教材内容的正确理解。第11章制冷循环制冷装置的理想循环——逆向卡诺循环，压缩空气制冷循环，压缩蒸汽制冷循环，热泵循环。22逆向卡诺循环，压缩空气制冷循环，压缩蒸汽制冷循环，热泵循环。压缩空气制冷循环、压缩蒸气制冷循环、热泵循环的分析计算。讲课前以题目形式针对性提出课堂讲授内容的疑问给学生。提供更有主动性的预习题。然后通过预习的情况来针对性讲解，并在课堂演示循环的分析计算。第12章理想气体混合物及湿空气理想气体混合物的概念、比热容、热力学能、熵和焓。湿空气概述，绝对湿度和相对湿度，湿空气的状态参数，湿空气的焓—湿图，湿空气的过程及应用举例。22湿空气概述，绝对湿度和相对湿度，湿空气的状态参数，湿空气的焓—湿图，湿空气的过程及应用举例。相对湿度、含湿量的确定、焓湿图上湿空气状态参数的确定。此章节作为讲解的重点，首先通过多媒体展示混合物及湿空气在现实生活中存在的现象，然后引出讲解的重点内容，介绍状态参数、焓湿图等，并举例印证。第13章化学热力学基础热力学第一定律应用于化学反应，可逆与不可逆反应，盖斯定律，应用生成焓计算反应热效应，基尔希诺夫定律，绝热理论燃烧温度的计算。22热力学第一定律应用于化学反应，可逆与不可逆反应，盖斯定律，应用生成焓计算反应热效应，基尔希诺夫定律。化学反应的可逆与不可逆的区别，热力学第一定律在化学反应中的应用此章节以学生自主学习为主，教师在上堂课首先布置下问题，然后进行讲解。以概要为主。总复习11对整个课程的重点难点梳理其它22补充知识拓展，学科前沿科技介绍注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求实验名称实验内容学时基本要求二氧化碳临界状态观测及p-v-T关系实验1）了解CO2临界状态的观测方法，增强对临界状态的感性认识。2）加深对课堂所讲的工质的热力状态，凝结，汽化,饱和状态等基本概念的理解。3）掌握CO2的p-v-T的关系的测定方法，学会用实验测量气体状态及状态变化规律的方法和技巧。4）学会活塞式压力计，恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。2掌握实际气体热力学状态变化的基本规律及其关键因素空气定压比热测定实验1）加深理解比热容的概念。2）熟悉本实验中测温、测压、测热量、测流量的方法。3）掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。4）分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。5）掌握理想气体比热容与温度