《工程热力学》教学大纲

 

课程名称：工程热力学                课程代码：B0512003

课程类别：学科基础课                开课系部：电气与动力工程系

适用专业：能源与动力工程专业 

总 学 时：   56    学时             其中LD体育（中国）科技有限公司（上机）学时：   4   学时

先修课程：高等数学、大学物理

后续课程：汽轮机原理、换热器原理与设计、锅炉原理、供热工程

一、课程教学目标

本课程是能源与动力工程专业必修的一门基础理论课。

本课程的任务是：通过对本课程的学习，使学生着重从工程角度掌握热力学的基本规律，并能正确运用这些规律，理论联系实际地对热力过程、热力循环进行热力学分析和计算；同时也培养学生的逻辑思维能力，训练学生建立热力学模型的能力，培养他们对有关热工问题的判断、估计和综合分析能力。从而为学生学习后继有关专业课程，提供必要的工程热力学的基础理论知识和热力计算的基本方法，而且也为学生毕业后从事热能工程的设计、管理和科学研究提供重要的热力学理论基础。

课程目标对学生能力要求如下：

课程目标1. 了解热能与机械能在相互转换过程中的特点和规律；学会对热能与机械能进行转换的基本特点和规律。

课程目标2. 掌握对不同工质和不同种类热工过程进行分析的思想方法，具备分析和处理热工问题的抽象能力和逻辑思维能力。树立能量转换效率和转换质量进行评价的基本思想和方法。熟练工程计算的思路和方法。

课程目标3. 树立工程观点，具有对实际问题建立热力学模型的能力，并能用理论分析解决与热力学有关的实际问题。

二、课程教学目标对学习成果的支撑关系

            课程目标对学习成果的支撑关系

学习成果	学习成果指标点	课程目标
毕业能力G1.工程知识	能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。	课程目标1
毕业能力G2.问题分析	能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。	课程目标2 课程目标3
毕业能力G3. 设计/开发解决方案	能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。	课程目标3

 

三、课程教学方法（或手段）

1. 课堂讲授

(1) 采用启发式教学，激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。

(2) 采用电子教案，CAI 课件，多媒体教学与传统板书教学相结合，提高课堂教学信息量，增强教学的直观性。

(3) 采用案例教学。理论教学与工程实践相结合，引导学生应用基本理论知识对产品进行精度设计。

(4) 采用互动式教学。课内讨论和课外答疑相结合。

2. LD体育（中国）科技有限公司教学

LD体育（中国）科技有限公司是本课程一个重要环节，对完成工程热力学教学具有重要的作用，通过LD体育（中国）科技有限公司要求学生掌握一定的LD体育（中国）科技有限公司技能，熟悉一些工质的基本性质，熟悉一些测量热工参数的相关仪器、仪表，并能操作使用，了解热工参数的测量方法，巩固课堂所讲授的内容，提高查阅有关表格的能力。要求态度认真、原理清楚、方法正确、数据准确、LD体育（中国）科技有限公司报告工整。

选做2个LD体育（中国）科技有限公司，按照LD体育（中国）科技有限公司指导书要求，学生独立或分组完成，并提交LD体育（中国）科技有限公司报告。

四、课程教学内容

第一章  绪论（2学时）

1．教学内容

（1）能源与热能的利用。

（2）与工程热力学结合的案例。

（3）工程热力学的研究对象及主要内容。

（4）工程热力学的研究方法及学习方法。

2．教学目的及要求

掌握工程热力学的研究对象、研究内容、研究方法及发展概况。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1。

第二章  基本概念及定义（6学时）

1．教学内容

（1）热力系和工质。

（2）状态及平衡状态。状态参数及其特性。

（3）状态公理及状态方程。

（4）热力过程、准静态过程和可逆过程。

（5）过程功和热量

（6）热力循环。

2．教学目的及要求

能够区分状态量和过程量、平衡与可逆等概念，会正确选取热力系统，掌握可逆过程的功量和热量的计算；掌握可逆过程的功量和热量的计算。。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1。

第三章  热力学第一定律（8学时）

1．教学内容

（1）热力学第一定律的实质。

（2）闭口系能量方程。

（3）稳定流动能量方程，焓，技术功。

（4）一般开口系能量方程。

（5）能量方程实际应用。

2．教学目的及要求

掌握热力学第一定律及其表达式、掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功的概念及计算式。注意焓的引出及其定义式。

熟练应用热力学第一定律表达式来分析计算工程实际中的有关问题。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标2。

第四章  气体和蒸汽的性质（6学时）

1．教学内容

（1）理想气体状态方程。

（2）理想气体的比热容。

（3）理想气体的热力学能、焓和熵及其计算。

（4）水蒸气的饱和状态和相图。

（5）水的汽化过程和临界点水和水蒸气的状态参数。

（6）水蒸气表和图。

2．教学目的及要求

了解理想气体与实际气体、混合气体的性质、气体常数、通用气体常数、比热容等。

掌握气体的状态方程及其应用。熟练应用气体状态方程解决气体的变化过程参数的变化。

熟练应用水蒸气图表分析水蒸气基本热力过程中热量及功量的变化。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标3。

第五章  气体和蒸汽的基本热力过程（6学时）

1．教学内容

（1）研究热力过程的目的、方法与步骤。

（2）定容、定压、定温和绝热过程。

（3）多变过程。

（4）水蒸汽的基本过程。

2．教学目的及要求

熟练应用4种基本过程以及多变过程系统与外界交换的热量、功量的计算。能将各过程表示在 p-v 图和 T-s 图上，并能正确地应用在 p-v 图和 T-s 图判断过程的特点。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标2，课程目标3。

第六章  热力学第二定律（8学时）

1．教学内容

（1）热力学第二定律及其表述。

（2）卡诺循环和卡诺定律。

（3）热力学第二定律数学表达式。

（4）熵和熵方程。

（5）孤立系熵增原理与作功能力的损失。

（6）能量的品质，热量的可用能。

2．教学目的及要求

了解用可用能、有效能的概念及其计算。在深刻领会热力学第二定律实质的基础上，认识能量不仅有"量"的多少，而且还有"质"的高低；

掌握热力学第二定律的表述和实质，掌握熵的意义、计算和应用； 掌握孤立系统和绝热系统熵增的计算，从而明确能量损耗的计算方法；

熟练应用孤立系统熵增原理、可用能的损失及计算对热力过程进行热工分析，认识提高能量利用经济性的方向、途径和方法。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标2。

第七章  实际气体的性质与热力学一般关系式（2学时）

1．教学内容

（1）理想气体状态方程于实际气体的偏差。

（2）实际气体状态方程。

（3）对应态原理与通用压缩因子图

（4）热力学能、焓、熵、比热容的一般关系式

2．教学目的及要求

掌握理想气体状态方程用于实际气体的偏差；范德瓦尔方程和R-K方程；对应态原理与通用压缩因子图。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标3。

第八章  气体与蒸汽的流动（4学时）

1．教学内容

（1）一维稳定流动的基本方程。

（2）促使流速改变的条件。

（3）喷管的计算。

（4）有摩阻的绝热流动。

（5）绝热节流及其在工程上的应用。

2．教学目的及要求

了解稳定流动基本方程组、了解喷管的工作原理；

掌握声速与马赫数、掌握喷管和扩压管、掌握等熵流动特性、掌握绝热节流。

熟练应用流动方程解决气体的流动过程的计算。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标2。

第九章  压气机的热力过程（2学时）

1．教学内容

（1）单级活塞式压气机的工作原理和耗功。

（2）活塞式压气机余隙容积的影响。

（3）多级压缩和中间冷却。

（4）叶轮式压气机工作原理。

2．教学目的及要求

掌握活塞式压气机工作原理，耗功量计算；

了解余隙容积对压气机性能的影响；

了解叶轮式压气机的工作原理。。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标3。

第十章  气体动力循环（2学时）

1．教学内容

（1）循环概述。

（2）活柴油机和汽油机实际工作循环和理想循环。

（3）理想循环。

（4）活塞式内燃机各种理想循环比较。

（5）燃气轮机装置循环。

（6）燃气轮机定压加热实际循环。

（7）提高燃气轮机循环热效率的方法。

2．教学目的及要求

掌握分析动力循环的一般方法；

了解活塞式内燃机和燃气轮机的理想循环。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标3。

第十一章  蒸汽动力循环装置（2学时）

1．教学内容

（1）朗肯循环及其热效率分析。

（2）再热循环。

（3）回热循环。

2．教学目的及要求

掌握朗肯循环，气体动力循环的吸热量、放热量。作功量及热效率等能量分析和计算的方法，再热循环，回热循环。

熟练应用蒸汽参数对循环效率的影响分析动力循环的热效率及影响各种循环热效率的因素。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标3。

第十二章  制冷循环（2学时）

1．教学内容

（1）概述

（2）空气压缩制冷循环。

（3）蒸气压缩制冷循环。

（4）制冷剂。

（5）热泵循环。

2．教学目的及要求

掌握空气压缩制冷循环的分析、计算和循环相应在坐标图的表示；

掌握提高制冷系数的方法和途径。

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标3。

第十三章  理想气体混合物及湿空气（2学时）

1．教学内容

（1）理想气体混合物。

（2）理想气体混合物的热力性质。

（3）湿空气的状态参数。

（4）湿空气的焓-湿图。

（5）湿空气过程及其应用。

2．教学目的及要求

掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法，并能区别哪些参数是独立参数，哪些参数存在相互关系。 熟练掌握相对湿度、绝对湿度、含湿量等概念；

3．对应的课程目标

本章节对应课程目标1，课程目标3。

 

五、LD体育（中国）科技有限公司教学内容

LD体育（中国）科技有限公司项目(一) 喷管中流动特性LD体育（中国）科技有限公司（2学时）：

（1）项目类别：选做

（2）项目性质：验证性

（3）项目主要目的要求：验证和加深理解喷管中气体流动的基本理论。观察气流在喷管中各截面的流速，流量，压力变化规律及掌握有关测试方法。

（4）主要仪器：相关LD体育（中国）科技有限公司设备

（5）LD体育（中国）科技有限公司考核方法：LD体育（中国）科技有限公司报告

 

LD体育（中国）科技有限公司项目(二) 空气定压比热容测定LD体育（中国）科技有限公司（2学时）：

（1）项目类别：选做

（2）项目性质：综合性

（3）项目主要目的要求：掌握气体定压比热的测量原理及其测量装置；掌握本LD体育（中国）科技有限公司中测温、测压、测热、测流量的方法；掌握由基本数据计算比热值和比热公式的方法

（4）主要仪器：相关LD体育（中国）科技有限公司设备

（5）LD体育（中国）科技有限公司考核方法：LD体育（中国）科技有限公司报告

 

LD体育（中国）科技有限公司项目(三) 二氧化碳p-v-t参数的观察和测定（2学时）：

（1）项目类别：选做

（2）项目性质：设计性

（3）项目主要目的要求：了解 CO₂临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的认识；增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解；掌握 CO₂的 p-v-t 关系的测定方法，学会用LD体育（中国）科技有限公司测定实际气体状态变化规律的方法和技巧；学会活塞式压力计、恒温器等热工仪器的正确使用方法。

（4）主要仪器：相关LD体育（中国）科技有限公司设备

（5）LD体育（中国）科技有限公司考核方法：LD体育（中国）科技有限公司报告

 

LD体育（中国）科技有限公司项目(四) 真空条件下水蒸气饱和蒸汽压及汽化潜热的测定LD体育（中国）科技有限公司（2学时）：

（1）项目类别：选做

（2）项目性质：设计性

（3）项目主要目的要求：通过观察饱和蒸汽压力和温度变化的关系，加深对饱和状态的理解，树立液体温度达到对应于液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念。通过对LD体育（中国）科技有限公司数据的整理，掌握饱和蒸汽 P — T 关系图表的编制方法。学会温度计、压力表、调压器和大气压力计等仪表的使用方法。

（4）主要仪器：相关LD体育（中国）科技有限公司设备

（5）LD体育（中国）科技有限公司考核方法：LD体育（中国）科技有限公司报告

 

六、学时分配

章目	教学内容	教学环节
		理论教学学时	实践/LD体育（中国）科技有限公司/上机学时
一	绪论	2
二	基本概念及定义	6
三	热力学第一定律	8
四	气体和蒸汽的性质	6	2
五	气体和蒸汽的基本热力过程	6	2
六	热力学第二定律	8
七	实际气体的性质与热力学一般关系式	2
八	气体与蒸汽的流动	4
九	压气机的热力过程	2
十	气体动力循环	2
十一	蒸汽动力循环装置	2
十二	制冷循环	2
十三	理想气体混合物及湿空气	2
总计		52	4

七、课程考核与成绩评定

成绩组成	考核/评价细则	分值（或百分比）
过程考核	考勤和作业	20%
课内LD体育（中国）科技有限公司	LD体育（中国）科技有限公司报告	10%
学习效果考核	期末考试	70%

 

八、选用教材和参考书目

（一）参考教材：

1. 沈维道、童钧耕等编，《工程热力学》，上海交通大学出版社，2007

（二）主要参考资料：

1. 曾丹苓等编，《工程热力学》第三版，高教出版社，2002．

2. 朱明善等编，《工程热力学》，清华大学出版社，1996．

九、授课教研室

热工流体教研室                   

 

学院审核：               系部审核：               执笔人：