工程热力学(Thermodynamics of Engineering)

仙仙

        课程名：工程热力学(Thermodynamics of Engineering)  学分：3.5  学时：56  
课程类别：专业教育基础必修课  
开课学院：食品学院  所属基层教学组织：
曾任课教师：施伟(讲师（高校）)  周继军(讲师（高校）)  
        课程大纲：
一、课程性质与目的
    本课程是热能与动力工程与建筑环境与设备的一门重要技术基础课。它的教学目的与任务是：让学生学习关于能量守恒与转换的理论基础，使学生牢固地掌握工程热力学的基本理论、基本知识和相应的热工分析、计算能力，并进一步得到基本技能的训练。为学习专业课提供充分的理论准备，也为学生以后解决生产实际问题和参加科学研究打下必要的理论基础。
二、课程简介
    本课程是热能与动力工程、建筑环境与设备专业的一门主要技术基础课。本科程主要任务是，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力过程和热力循环的分析。主要内容：基本概念。热力学第一、二定律。理想气体和实际气体的热力性质。气体和蒸汽的热力过程。压缩和流动。气体和蒸汽的正循环和逆循环。湿空气性质和过程。选课对象：热能与动力工程、建筑环境与设备专业
三、教学内容
绪论 （2学时）
主要内容：热能利用及其在国民经济中的作用，工程热力学的研究对象，主要内容，研究方法。
学习要求：了解工程热力学课程学习的目的、内容和方法；了解其发展历史及在国民经济建设中的地位；微观方法和宏观方法的区别。
第一章  基本概念（4学时）
主要内容：了解工程热力学的研究对象及主要内容；热力学的研究方法；理解热力系统——闭口、开口与孤立系统；工质的热力状态及其基本状态参数；平衡状态、状态公理及状态方程；准静态过程和可逆过程；热力过程、功量和热量；热力循环——正循环及其热效率、逆循环及其性能系数。
学习要求：理解热力系统；工质的热力状态及其基本状态参数；热力过程、功量和热量。正确理解准静态过程和可逆过程；热力循环——正循环及其热效率、逆循环及其性能系数。
第二章  气体的性质（4学时）
主要内容：理想气体的概念。理想气体状态方程及通用气体常数。理想气体的比热及其计算。混合气体的性质
学习要求：理解理想气体的比热；掌握理想气体状态方程。
第三章  热力学第一定律（6学时）
主要内容：热量和功、能、内能。热力学第一定律的实质。闭口系统能量方程、开口系统能量方程。焓、稳定流动能量方程式及其应用
学习要求：了解系统的储存能——内能和外部储存能；理解闭口系统热力学第一定律能量方程式；焓、轴功和技术功；开口系统热力学第一定律能量方程式；掌握稳定流动能量方程的应用。
第四章  理想气体的热力过程及气体压缩（6学时）
主要内容：气体的基本热力过程。定容过程、定压过程、定温过程和绝热过程。多变过程及其指数的确定。定温、绝热和多变压缩时压气机耗功计算。多级压缩与中间冷却。活塞式压气机余隙的影响。
学习要求：理解分析热力过程的一般目的及一般方法；气体的基本热力过程及多变过程；压气机的理论压缩轴功；活塞式压气机余隙影响；多级压缩及中间冷却。
第五章  热力学第二定律（6学时）
主要内容：热力循环与效率。致冷循环与致冷系数。过程的方向性。热力学第二定律及其表述。卡诺循环和卡诺定律。熵与温熵图。熵方程。孤立系统熵增原理。熵方程熵方程。。
学习要求：了解热力学第二定律的任务及两种说法；卡诺循环；热力学温标；可用能与不可用能；理解热力学第二定律的实质及表述；卡诺定理；熵和熵方程式；孤立系统熵增原理。
第六章 热力学一般关系式（2学时）
主要内容：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。
学习要求：掌握实际气体方程。熟练掌握范德瓦尔实际气体方程。掌握压缩因子、通用压缩因子。

第七章 水蒸气（4学时）
主要内容：。液体的蒸发与沸腾；水蒸汽定压发生过程；水蒸汽表和图；水的三相图和三相点；水蒸气的基本热力过程。
学习要求：了解液体的蒸发与沸腾；水蒸汽的定压发生过程；水的相图及三相点；理解克拉贝龙——克劳修斯方程；水蒸汽的基本热力过程；掌握水蒸汽状态参数的确定及水蒸汽图表的使用。
第八章 湿空气（4学时）
主要内容：湿空气基本概念、性质。绝对湿度、相对湿度、含湿量湿、空气的密度、气体常数及焓。湿空气的焓湿图及角系数。露点及干丶湿球温度、湿空气的基本热力过程
学习要求：了解湿空气的概念、湿空气的露点温度和湿球温度；理解状态参数——总压力与分压力、绝对湿度与相对湿度、含湿度、密度和焓；湿空气的基本热力过程；掌握湿空气的焓湿图及热湿比。
第九章 气体和蒸汽的流动（4学时）
主要内容：绝热稳定流动过程中的基本关系式。气体与蒸汽在喷管和扩压管中基本特性。流速与流量计算。滞止参数。临畀压力比。临界速度与最大流量。扩压管。喷管主要尺寸的计算。气体和蒸汽的绝热节流。
学习要求：了解定熵流动的基本特性；临界压力比与临界流速和临界流量的概念；扩压管的结构和特性；理解绝热稳定流动过程中的基本方程；具有摩擦阻力的流动；绝热节流掌握喷管中流速及流量的计算。
第十章 动力循环（6学时）
主要内容：简单蒸汽动力装置循环――郎肯循环。提高郎肯循环热效率的各种途径。内燃机理想循环。燃气轮机装置循环。
学习要求：了解蒸汽动力基本循环——朗肯循环；回热循环；再热循环和热电循环。正确理解郎肯循环、再热循环的原理和过程
第十一章 致冷循环（4学时）
主要内容：空气压缩致冷循环。蒸汽压缩致冷循环。致冷剂的压焓图。致冷剂的热力性质。吸收式致冷循环。蒸汽喷射致冷循环。热泵与供热工程。
学习要求：介绍制冷循环的种类和循环特点。掌握计算与制冷循环有关的功量、热量和循环热效率等的方法。引进制冷系数和供暖系数的定义。
实验教学内容概况：实验教学是现代高等教育的一个重要环节，是理论联系实践的桥梁。它为学生将来走向社会，建立求实、科学的工作态度和方法奠定坚实的基础。《工程热力学》课程是热能与动力工程专业和建筑环境与设备工程专业的主要基础理论课。因此课程的实验教学也是非常重要的。本实验是根据《工程热力学》课程的特点及教学大纲的要求，结合现有的实验设备，其中必做实验2个。
实验报告要求：实验报告应书写简洁、文理通顺、符号标准、数据忠实、图表齐全、讨论深入、结论简明。
主要仪器设备：压力台、恒温器和试验台本体及其防护罩，风机、气体流量计、比热仪主体、电功率调节及测量系统。
实验指导书名称：工程热力学实验指导书
实验项目一览表

四、教学基本要求
    工程热力学是研究热能与其他能量转换规律的一门学科，是热能与动力工程的专业基础课。通过课程的学习，使学生掌握热力学的基本概念和基本定律，掌握能量转换规律，能够正确运用热力学的基本原理和定律进行热力过程和热力循环的分析和计算，建立合理、有效利用能源的概念，为学生学习专业课提供必要的基础理论知识。
    教师在课堂上应对工程热力学的基本概念、规律、原理和方法进行必要的讲授，并详细讲授每章的重点、难点内容；讲授中应注意理论联系实际，通过必要的案例展示、讨论，启迪学生的思维，加深学生对有关概念、理论等内容的理解，并应采用多媒体辅助教学，加大课堂授课的知识含量。重要术语用英文单词标注。
    基本要求：（1）掌握热能与其他形式能量转换的规律；（2）掌握热力过程和热力循环的分析方法，了解提高能量利用经济性的基本原则和途径；（3）能熟练利用热力性质图表进行热力计算；（4）学会利用理论分析解决工程实际问题。
    本课程宜安排在大学数学和大学物理等课程完成后，在热力系统与设备、汽轮机等专业课开课之前。由于课程与实际工程联系密切，要求学生在教材的基础上，广泛阅读相关参考书籍，与实际工程相结合，为以后专业课学习打下坚实基础
五、教学方法
　  本课程采用的教学媒体主要有：文字教材（包括主教材和学习指导书）、音像教材（磁带、光盘）、课件（包括主讲老师对全书的系统讲授，还有重要内容的文字提示与电子教学幻灯片）以及网上辅导（主要采用E-MAIL、BBS等形式）。
    考试主要采用闭卷方式，考试范围应涵盖所有讲授的内容，考试内容应能客观反映出学生对本门课程主要概念的记忆、掌握程度，对有关理论的理解、掌握及综合运用能力。
    总评成绩：平时作业占30%、课堂讨论和出勤占20%、闭卷考试占50%。
六、参考教材和阅读书目
参考教材：
廉乐明等编著，《工程热力许》，中国建筑工业出版社，2006年。
阅读书目：
1. 曾丹苓等(1996)：《工程热力学》，重庆大学出版社，1998年版。
2. 何雅玲主编：《工程热力学》，西安交通大学出版社 2000年版。
3. 庞麓鸣、汪孟东、冯海仙编：《工程热力学》，人民教育出版社 2005年版。
4. 沈维道、郑佩芒、蒋淡安编：《工程热力学》，人民教育出版社 2005年版。
5. C Borgnakke，R E Sonntag．Thermodynamic and transport properties．New York：John Wiley　&　Sons Inc，1997
七、说明：
1. 习题课主要在于巩固所学理论，培养学生运用理论解决实际问题的能力，因此课外习题不应少于50题。
2. 本课程的实验应使学生通过动手操作验证课堂教学的理论，同时使学生在实验方法及测量参数等方面得到一定的锻炼，实验项目不少于两个（4学时）。
3  在讲授中应选择有代表性的内容讲解，做到举一反三，提倡互动启发式教学，着重培养学生的能力。
4  考试题以检查学生在学习过程中对基本概念、基本方法、基本技术的理解和掌握，尤其是在期终总复习的过程中对整个知识系统的全面掌握和灵活运用。