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工程热力学(2021春)
第1次开课
开课时间: 2021年03月01日 ~ 2021年06月20日
学时安排: 4小时每周
当前开课已结束 已有 53 人参加
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spContent=课程由西安交通大学何雅玲院士团队主讲,以探索能量哲学原理、阐明能量转换规律为核心,以提升能量转换效率、服务节能减排、助推蓝天工程为目标。课程不仅为学生学习专业课程提供基础理论知识,也为日后从事热利用、热设计、热管理等方面的工作奠定基础。
课程由西安交通大学何雅玲院士团队主讲,以探索能量哲学原理、阐明能量转换规律为核心,以提升能量转换效率、服务节能减排、助推蓝天工程为目标。课程不仅为学生学习专业课程提供基础理论知识,也为日后从事热利用、热设计、热管理等方面的工作奠定基础。
—— 课程团队
课程概述

工程热力学是研究热能与其他形式能量相互之间转换规律和方法,以及提高能量转换效率途径的一门学科。工程热力学不仅为学生学习专业课程提供基础理论知识,培养学生的工程素质,而且也为日后从事有关热能利用、热设计、热管理和热控制等方面的工程技术工作奠定基础。本课程不仅为学生学习专业课程提供基础理论知识,也为日后从事热利用、热设计、热管理等方面的工作奠定基础。课程的主要内容有:基本概念,基本定律(热力学第一定律和第二定律),工质的热力性质(理想气体、实际气体及湿空气),热力过程(压气机内的热力过程及喷管内的热力过程),热力循环(动力循环及制冷循环)等。

授课目标

•  掌握工程热力学的基本理论和基本知识,能正确进行热力过程和热力循环的分析和计算。

•  培养学生辩证思维和逻辑思维能力,训练学生针对实际问题建立热力学模型的能力。

•  培养学生对有关热工问题的判断、估计和综合分析能力,为今后从事相关的工程技术和科学研究工作打下基础。

成绩 要求

本课程采用百分制计分,平时成绩占30%,课程结束期末考试占70%。

课程大纲
绪论
课时目标:1. 了解能源特别是热能的利用现状;2. 了解热力学发展史;3. 掌握课程的性质、目的;4. 掌握热力学的研究对象、内容及方法 。
1-1 热能及其应用
1-2 热力学发展简史
1-3 工程热力学的主要内容及研究方法
基本概念及定义
课时目标:1. 掌握工程热力学中一些基本术语和概念:热力系及其分类、平衡态、准平衡过程、可逆过程等;2. 掌握 状态参数及其特征 , 基本状态参数 p 、 v 、 T 的定义、单位及测量等;3. 掌握热量和功量过程量的特征,并会用系统的状态参数对可逆过程的热量、功量进行计算 ;4. 了解热力循环及其性能指标。
2-1 热能和机械能相互转换过程
2-2 热力系统
2-3 工质的热力学状态及其基本状态参数
2-4 平衡状态、状态方程式、坐标图
2-5 工质的状态变化过程
2-6 过程功和热量
2-7 热力循环
热力学第一定律
课时目标:1. 掌握热力学第一定律的实质;2. 掌握储存能,热力学能和焓的定义和特征;3. 掌握 闭口系的能量方程及其应用;4. 稳定流动系统的能量方程及其应用。
3-1 热力学第一定律的实质
3-2 热力学能和焓
3-3 热力学第一定律的基本能量方程式
3-4 开口系统能量方程式
3-5 能量方程式的应用
气体和蒸汽的性质
课时目标:1. 掌握理想气体的概念,会利用理想气体的状态方程,计算理想气体的基本状态参数;2. 掌握理想气体比热容的计算;3. 掌握理想气体热力学能、焓和熵的计算;4. 掌握蒸气的饱和状态和相图;5. 掌握汽化过程和临界点的特征;6. 熟练使用工质的热力性质图表确定液体和蒸气的状态参数。
4-1 理想气体的概念
4-2 理想气体的比热容
4-3 理想气体的热力学能、焓和熵
4-4 水蒸气的饱和状态和相图
4-5 水的汽化过程和临界点
4-6 水和水蒸气的状态参数及热力学性质图表
气体和蒸汽的基本热力过程
课时目标:1.掌握基本热力过程的特点及过程方程;2.掌握理想气体基本热力过程状态参数的计算;3.掌握理想气体基本热力过程功量和热量的计算;4.掌握蒸汽基本热力过程功量和热量的计算
5-1 理想气体的可逆多变过程
5-2 定容过程、定压过程和定温过程
5-3 绝热过程
5-4 理想气体热力过程综合分析
5-5 水蒸气的基本过程
热力学第二定律
课时目标:1.掌握能量的量和质的区别与联系;2.掌握热力学第二定律的实质及数学表达式;3.掌握卡诺循环及卡诺定律;4.掌握熵的特点,熵产、熵流和熵变的关系5.掌握孤立系统熵增原理及有效能损失计算;6.掌握热量㶲的计算;7. 能用熵分析或㶲分析法对热力过程进行分析。
6-1 热力学第二定律概述
6-2 卡诺循环和多热源可逆循环
6-3 卡诺定理
6-4 熵、热力学第二定律的数学表达式
6-5 熵方程
6-6 孤立系统熵增原理
6-7 㶲效率
实际气体的性质及热力学一般关系式
课时目标:1. 掌握压缩因子表示的实际气体的状态方程及压缩因子的物理意义;2. 掌握范德瓦尔、维里方程的特点;3. 理解对比态原理,会查通用压缩因子图计算;4. 了解自由能、自由焓的定义及特点;5. 了解热力学能、焓、熵和比热容的一般关系式。
7-1 理想气体状态方程用于实际气体的偏差
7-2 范德瓦尔方程和R-K方程
7-3 对应态原理与通用压缩因子图
7-4 维里方程
7-5 麦克斯韦关系和热系数
7-6 热力学能、焓和熵的一般关系
7-7 比热容的一般关系式
气体与蒸汽的流动
课时目标:1. 掌握稳定流动的基本方程;2. 掌握促使流速改变的条件;3. 掌握喷管内绝热流动的特点及喷管的计算;4. 掌握绝热节流的特点。
8-1 稳定流动的基本方程式
8-2 促使流速改变的条件
8-3 喷管的计算
8-4 有摩阻的绝热流动
8-5 绝热节流
压气机的热力过程
课时目标:1. 掌握活塞式压气机的工作原理和耗功分析;2. 掌握余隙容积对压气机性能的影响;3. 掌握多级压缩、级间冷却的特点;4. 掌握叶轮式压气机工作原理和耗功分析。
9-1 单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量
9-2 余隙容积的影响
9-3 多级压缩和级间冷却
9-4 叶轮式压气机的工作原理
气体动力循环
课时目标:1. 掌握气体动力循环的构成及循环坐标图;2. 掌握循环性能比较的方法;3. 掌握循环热量、功量及热效率的计算;4. 能分析影响循环热效率的主要因素;5. 掌握提高循环经济性的方法和途径。
10-1 分析动力循环的一般方法
10-2 活塞式内燃机实际循环简化
10-3 活塞式内燃机的理想循环
10-4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
10-5 燃气轮机装置循环
10-6 提高燃气轮机装置循环热效率的措施
蒸汽动力循环
课时目标:1. 掌握蒸汽动力循环的构成及循环坐标图;2. 掌握循环性能比较的方法;3. 掌握循环热量、功量及热效率的计算;4. 能分析影响循环热效率的主要因素;5. 掌握提高循环经济性的方法和途径。
11-1 简单蒸汽动力装置循环——朗肯循环
11-2 再热循环
11-3 回热循环
制冷循环
课时目标:1. 掌握制冷循环的构成及循环坐标图;2. 掌握循环性能比较的方法;3. 掌握循环热量、功量及热效率的计算;4. 能分析影响循环热效率的主要因素;5. 掌握提高循环经济性的方法和途径。
12-1 概述
12-2 压缩空气制冷循环
12-3 压缩蒸汽制冷循环
12-4 制冷剂的性质
12-5 热泵循环
理想气体混合物及湿空气
课时目标:1.掌握理想气体混合物及其成分的定义与概念;2.掌握理想气体混合物状态参数的计算;3.掌握湿空气状态参数的意义及计算;4.能用解析法及图解法计算湿空气基本热力过程。
13-1 理想气体混合物
13-2 理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵
13-3 湿空气
13-4 湿空气的状态参数
13-5 湿球温度和绝热饱和温度
13-6 湿空气的焓湿图
13-7 湿空气过程及其应用
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预备知识

高等数学,大学物理,计算机语言

参考资料

使用教材:


[1] 沈维道,童钧耕主编. 工程热力学(第五版). 北京: 高等教育出版社, 2016.


参考教材:


[1] 何雅玲.《工程热力学精要解析》. 西安:西安交通大学出版社,2014.10

[2] 陶文铨等主编, 何雅玲等参编.《工程热力学》. 武汉: 武汉理工大学出版社, 2001.

[3] 刘桂玉, 刘志刚, 阴建民, 何雅玲. 《工程热力学》. 北京: 高等教育出版社, 1998.

[4] 曾丹芩, 熬越, 张新铭, 刘朝. 工程热力学. 北京: 高等教育出版社, 2002.

[5] 朱明善, 刘颖, 林兆庄, 彭晓峰编. 工程热力学. 北京: 清华大学出版社, 2000.

     [6] Yunus Cengel, Michael Boles. Thermodynamics: An Engineering Approach. 9th edition. McGraw Hill., 2018.

源课程

该SPOC课程部分内容来自以上源课程,在源基础上老师进一步增加了新的课程内容

西安交通大学
1 位授课老师
陶于兵

陶于兵

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