热工学基础(Pyrology Foundation)

仙仙

        课程名：热工学基础(Pyrology Foundation)  学分：3  学时：48  
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：制冷工程教研室
曾任课教师：张敏2(教授)  
        课程大纲：
一、课程性质与目的
    本课程是为食品物流工程专业开设的专业基础课，是食品物流工程专业学习的重要一环。本课程的任务是讲授热能和机械能相互转换基本理论和热量传递规律、以提高热能利用完善程度的一门技术基础课，本课程的教学目的在于通过教与学，使学生正确理解热工基础相关概念，掌握工程热力学和传热学的基本理论，并能初步具有综合运用于实际问题的分析能力，本课程为学生学习有关专业课程和将来解决热工领域的工程技术问题奠定基础。
二、课程简介
    本课程主要讲授工程热力学和传热学的基础理论知识，通过阐述热能利用和热能传递中所涉及的基本概念、基本定律和基本理论，使学生了解热工基础知识，掌握包括热力学和传热学两方面的热工基础理论知识，获得有关热科学的基本计算训练和解决有关热工工程问题的基本能力。为学生学习有关专业课程和将来解决热工领域的工程技术问题打下一定基础。
三、教学内容
第一章  能源概论（2学时）
主要内容：能源和热能利用的基本知识，本学科研究对象，主要内容和方法。
学习要求：使学生掌握本学科的研究概况；了解能源和热能利用的概况，能源利用和社会、经济可持续发展的关系，节能的重大意义；正确认识、理解本课程与专业的关系。
第二章  热能转换的基本概念和基本定律（12学时）
第一节  热能转换的基本概念
主要内容：热力系与工质；状态与状态参数；热力参数坐标图；热力过程和热力循环。
学习要求：要求学生正确理解热能转换中常用的一些术语，基本概念。应使学生掌握热力系及其分类，平衡状态和状态参数，状态参数的数学特征。对于热力过程着重讲明可逆过程。使学生了解热力循环及其性能指标。
第二节  热力学第一定律
主要内容：热力学第一定律的实质；储存能，热力学能和焓；闭口系的能量方程；稳定流动的能量方程。
学习要求：热力学第一定律是全书的重点之一和热工计算基础。应透彻讲清闭口系与稳定流动系的能量方程。讲清焓的概念。使学生掌握热力学第一定律的实质，重点掌握如何利用能量方程解决实际工程中能量转换问题。
作    业：书后习题

第三节  热力学第二定律
主要内容：热力过程的方向；热力学第二定律及其表述；卡诺循环和卡诺定理；状态参数熵；熵增原理；能量的品质与能量贬值原理。
学习要求：使学生掌握热力学第二定律不同表述的内涵。掌握卡诺循环和卡诺定理及其意义。使学生理解熵参数的内涵。通过熵增原理使学生重点掌握熵产的计算分析，并判断过程的不可逆性。了解能量贬值原理的实质。
作    业：书后习题
第三章  热能转换物质的热力性质和热力过程（14学时）
第一节  物质的三态及相变过程
主要内容：物质的p-v-T图，三种集态及相变过程。p-T相图，三相点。
学习要求：使学生了解物质的三态及相变过程，掌握三相点的特点。
阅    读：理论相关书籍
第二节  理想气体的热力性质和热力过程
主要内容：理想气体的状态方程，理想气体的比热容。理想气体的热力学能，焓和熵的计算分析。混合气体热力性质简介。理想气体的四个基本热力过程和多变过程。
学习要求：使学生掌握利用理想气体的状态方程计算理想气体的基本状态参数，掌握理想气体的比热容，理想气体的热力学能，焓和熵的计算。了解混合气体热力性质。掌握理想气体的基本热力过程和多变过程的过程方程、基本状态参数间的关系、热量和功量的计算，掌握理想气体的热力过程在p-v和T-s图上的表示和分析。
作    业：书后习题
第三节  蒸气热力性质和热力过程
主要内容：蒸气热力性质的特点、术语；蒸气热力性质图表及其应用；蒸气热力过程的分析和计算。
学习要求：使学生掌握蒸气热力性质的特点，掌握利用蒸气热力性质图表进行蒸气状态参数的查算；对于蒸气过程的分析和计算应讲清解题步骤，使学生能利用蒸气热力性质图表根据热力学第一和第二定律进行蒸气热力过程的分析和计算。
作    业：书后习题
第四节  湿空气
主要内容：湿空气的概念；湿空气的状态参数；焓－湿图及其应用。
学习要求：掌握湿空气状态参数的物理意义，能利用解析式和焓－湿图计算湿空气的状态参数，了解湿空气基本热力过程的分析计算。
作    业：书后习题
第四章  热量传递的基本理论（16学时）
第一节 热量传递的三种基本方式简介
主要内容：导热，对流换热和辐射换热三种热量传递的基本方式简介。
学习要求：使学生了解热量传递的三种基本方式及其特点。
阅    读：理论相关书籍
第二节 导热
主要内容：傅里叶定律；温度场及导热系数；导热微分方程及定解条件；通过平壁及圆筒壁的导热、热阻。通过肋片的导热。非稳态导热的特点；一维非稳态导热过程分析求解，诺漠图；简单形状物体的一维非稳态问题工程计算；集总参数法。
学习要求：使学生掌握傅里叶定律；了解二维无内热源导热微分方程；重点掌握温度场的求解，通过平壁和圆筒壁的稳态导热计算公式。掌握热阻概念及其应用；学生掌握简单形状物体的非稳态问题工程计算方法和集总参数法。
作    业：书后习题
第三节 对流换热
主要内容：对流换热概说，牛顿公式与影响对流换热表面传热系数的因素；速度边界层和温度边界层概念；量纲分析与准则方程式；管内强制对流换热的特征及实验关联式；外掠单管、管束强制对流的特征实验关联式；大空间自然对流换热的特征及其实验关系式；有相变的对流换热的特征及其实验关系式。
学习要求：掌握牛顿公式及影响对流换热的各种因素，掌握边界层概念及准则方程式的意义和应用。使学生重点掌握选用合适的准则方程进行强制对流换热和自然对流换热的计算。了解有相变的对流换热的特征。
作    业：书后习题
第四节 辐射换热
主要内容：热辐射的本质与特征；热辐射的基本定律；黑体间的辐射换热及角系数；灰体间辐射换热及网络法。
学习要求：使学生掌握热辐射的本质与特征。掌握斯蒂芬－波耳茨曼 ，基尔霍夫定律。正确理解有效辐射、（漫）灰体和角系数的概念。掌握利用网络图进行灰体间辐射换热的计算方法。
作    业：书后习题
实验教学内容概况：
实验一、二氧化碳临界状态观测及p-v-t 关系测定：
1.了解二氧化碳临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。
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.掌握二氧化碳的p-v-t 关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。
4. 学会活塞式压力计、恒温器等热工仪器的正确使用方法。
实验二、热电偶温度计标定及实验数据线性回归
1.了解热电偶的工作原理、使用和制作。
2.掌握热电偶温度计的标定方法及电位差计的使用。
3.学会应用最小二乘法原理，对实验数据进行线性回归。
实验报告要求：按实验指导书中格式要求。
主要仪器设备：活塞式压力计、恒温器、水银温度计，铜-康铜热电偶，超级恒温水浴室和电位差计
实验指导书名称：热工学基础实验指导书
实验项目一览表

四、教学基本要求
    教师在课堂上应对工程热力学和传热学的基本概念、原理、定律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，启迪学生的思维，加深学生对有关概念、理论等内容的理解。重要术语用英文单词标注。
    平时作业量应不少于25学时，在主要章节讲授完之后，要布置一定量的作业习题或阅读相关理论参考书等，旨在加深学生对所学知识的理解、运用，拓宽学生的知识面。
    本课程自学内容的量应不少于理论教学时数的20%，主要安排在各章节中有关背景资料和易于理解的内容上，自学不占上课学时，但必须考试；学生进行自学前，教师应下发自学提纲或有关思考题，并进行必要的检查。
五、教学方法
　  实行模块式教学，即将整个课程按照上述内容结构划分为四个单元，每个单元再由理论授课、习题课、自学、作业等方式构成。
    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）、以及网上辅导（主要采用E-MAIL、天空教室等形式）。
    考试主要采用闭卷方式，考试范围应涵盖所有讲授及自学的内容，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15%、课堂提问和出勤占15%、闭卷考试占70%。
六、参考教材和阅读书目
参考教材：
傅秦生主编. 热工基础与应用. 北京： 机械工业出版社，2005
阅读书目：
1.  王补宣. 热工基础. 北京：高等教育出版社，1981
2.  张学学. 热工基础. 北京：高等教育出版社，2006
3.  蒋汉文主编. 热工学. 北京：高等教育出版社，1994
4.  郝玉福，吴淑美，邓先琛编. 热工理论基础. 北京：高等教育出版社，1999
5.  朱明善编. 工程热力学. 北京：清华大学出版社出版，1995
6.  杨世铭，陶文铨编. 传热学. 北京：高等教育出版社出版，1998
7.  Holman J.P.. Heat Transfer. New York：McGraw-Hill Companiens,1997等。
七、本课程与其它课程的联系与分工
    本课程是所有制冷工程类课程的前导课，各章应重点讲授基本概念、原理和方法，使学生对热工学基础知识有一个总体上的认识、把握。