工程热力学是建筑环境与能源应用工程专业的一门重要专业基础课,本课程以宏观观点,从工程实际出发来研究物质的热力性质、能量转换的规律以及有效合理利用热能的途径。教学内容包括基础理论和工程应用两部分,基础理论部分讲授物质的热力性质、热力学第一、二定律等热能与其他能量之间相互转换规律,要求学生能很好地掌握热力学基本概念和基本定律的实质,并能灵活运用来分析各种热力过程;工程应用部分主要包括热力学基础理论在水蒸气、湿空气和蒸汽流动等工程中的应用,培养学生具备分析和处理热工问题的抽象能力和逻辑思维能力。
通过对本课程的学习,提高学生热工基础理论水平,使学生掌握工质热物性、热能有效利用以及热能与其它能量转换的基本规律,并能正确运用这些规律进行各种热工过程和热力循环的分析计算,培养学生工程思维和综合分析能力。此外本课程在有关计算技能和实践技能方面也使学生得到一定的训练。因此本课程不仅是学习后续课程,包括《供热工程》、《空调工程》、《锅炉及锅炉房设备》等主要专业的理论基础,而且能广泛服务于机械工程、动力工程、冶金、石油、电力工程等各个研究领域。
完成80%以上的课程学习。采用结构化考核形式,每章测验占40%,期末考试成绩占55%,论坛表现占5%。由任课教师签发课程结业证书,其中60≤成绩<80者获得合格证书,成绩≥80者将获得优秀证书。
期末考试内容覆盖全部授课内容,其中:基本理论与基本概念约占考试内容的50%,计算部分约占考试内容的30%,综合分析题占20%。
本课程开课时间:第三学期(大二上学期)
主要先修课:高等数学、大学物理、理论力学、材料力学等。
序号 | 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学方式 |
1 | 1 绪论 | 1.理解教学目的,基本内容 2.学习本课程应注意的问题 | 2 | 讲授 |
2 | 2 第一章 基本概念 (1)热力系统 (2)工质热力状态及基本状态参数 (3)平衡状态 (4)可逆过程 (5)热力循环 | 1.牢固掌握热力系统、状态参数、功、热量、平衡状态,以及准静态过程,可逆过程,热力循环等基本概念; 2.明确状态量特征;绝对压力和相对压力的计算;可逆过程的判定准则。 | 4 | 讲授 作业练习 |
3 | 3气体性质 (1)理想气体概念 (2)理想气体状态方程 (3)理想气体比热 (4)混合气体性质 | 熟练掌握理想气体状态方程的各种表述形式,利用状态方程及公式进行热力计算,理想气体比热的物理意义,以及该参数在工程中的应用特点 | 4 | 讲授 作业练习 |
4 | 4 热力学第一定律 (1)系统储存能 (2)系统与外界传递的能量 (3)闭口、开口系统能量方程 (4)稳态稳流能量方程及应用 | 1、牢固掌握热力学第一定律、稳定流动能量方程。 2、熟练应用热力学第一定律,分析各种热力过程及过程中能量转换的特点。 3、结合工程实际过程,应用热力学第一定律建立热力模型,进行热功能量转换过程的热力计算。 | 4 | 讲授 作业练习 |
5 | 5 理想气体热力过程及气体压缩 (1)分析热力过程的目的及一般方法 (2)气体的基本热力过程及多变过程 (3)压气机的理论压缩轴功 (4)多级压缩及中间冷却 | 1、掌握热力学计算的特殊性,并能利用状态坐标图表示各种过程及过程中能量转换的特点。 2、能熟练的结合热力学第一定律,分析和导出各种基本热力过程及多变过程(包括压气过程)的相应计算式并进行计算,利用p-v、T-s图分析热力过程。 | 6 | 讲授 习题讨论 作业练习 |
6 | 6 热力学第二定律 (1)热力学第二定律实质及表述 (2)卡诺循环、卡诺定理 (3)熵与熵方程 (4)孤立系统熵增原理 | 1、深刻理解热力学第二定律的实质及对生产实践的指导意义,掌握卡诺循环及卡诺定理的结论及热力学意义。 2、掌握熵的概念及物理意义 3、孤立系统熵增原理及过程不可逆性与熵增之间的关系 4、应用热力学第二定律判定热力过程方向性与不可逆性 5、掌握系统熵变的热力计算以及作功能力损失的计算。 | 6 | 讲授 习题讨论 作业练习 |
7 | 7 水蒸汽 (1)液体的蒸发与沸腾 (2)水蒸气的定压发生过程 (3)水蒸汽表和图 (4)水的相图及三相点 (5)水蒸汽的基本过程 | 掌握工业上水蒸气的定压生成过程,学会使用水蒸气热力学性质的图表,并能熟练的运用于各种热力过程的计算。 | 4 | 讲授 作业练习 |
8 | 二氧化碳临界状态实验 | 掌握二氧化碳临界状态特征及工业上水蒸气的生成方法 | 2 | 实验
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9 | 8 湿空气 (1)湿空气的性质 (2)湿空气状态参数 (3)湿空气的焓湿图 (4)湿空气的基本热力过程 | 应使学生牢固掌握湿空气状态参数、h-d图的使用,并会进行湿空气基本热力过程的计算
| 6 | 讲授 实验 作业练习 |
10 | 空气的定压比热实验 | 掌握湿空气状态变化特点,比热物性参数测试及工程应用 | 2 | 实验
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11 | 9 气体和蒸汽的流动 (1)绝热稳定流动的基本关系式 (2)气体在喷管中的绝热流动、喷管中流速及流量计算 (3)喷管主要尺寸的确定 (4)实际喷管中有磨擦的流动 (5)扩压管流动 (6)气体和蒸汽的绝热节流 | 1、掌握绝热稳定流动的基本方程及流动特性 2、掌握喷管设计和校核计算。 3、掌握临界压力比、临界流速和临界流量的概念和计算及绝热节流过程特点和计算。
| 6 | 讲授 习题讨论 作业练习 |
12 | 总复习 | 梳理总结 | 2 | 讲授 |
主要教材与参考书
[1]谭羽非,吴家正,朱彤,等.工程热力学(第六版)北京:中国建筑工业出版社.2016.7
[2]朱明善,刘颖,林兆庄.工程热力学(第二版)清华大学出版社.2011.6
[3]沈维道,童钧耕.工程热力(第五版).高等教育出版社.2016.3
[4]严家騄,王永青.工程热力学(第二版).中国电力出版社.2014.9
[5]Cengel, YunusA. Thermodynamics : an engineering approach / 4th ed[M]. 清华大学出版社, 2012.
[6]Krle C. Potter, Craig W .Somerton. Engineering Therodynamics.2010