《工程熱力學(xué)》教學(xué)大綱

本科《工程熱力學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程基本情況課程編號(hào)20140064開課單位熱能工程系課程名稱中文名稱工程熱力學(xué)英文名稱EngineeringThermodynamics教學(xué)目的與重點(diǎn)本課程的主要教學(xué)目的是使學(xué)生理解和掌握有關(guān)能量轉(zhuǎn)換（主要是熱能與其它形式能量之間轉(zhuǎn)換）、熱能的合理利用的基本規(guī)律，并能正確運(yùn)用這些規(guī)律解決熱工過程熱力循環(huán)等工程實(shí)際問題。課程負(fù)責(zé)人史琳課程類型□文化素質(zhì)課□公共基礎(chǔ)課□學(xué)科基礎(chǔ)課□專業(yè)基礎(chǔ)課□專業(yè)課□其它教學(xué)方式□講授為主□實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐為主□專題討論為主□案例教學(xué)為主□自學(xué)為主□其它授課語言□中文□中文＋英文（英文授課>50%）□英文□其他外語學(xué)分學(xué)時(shí)學(xué)分4總學(xué)時(shí)64考核方式及成績?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)半開卷。期中+期末考試＋大作業(yè)＋PPT展示交流+平時(shí)百分制。教材及主要參考書中文外文教材工程熱力學(xué)（第2版），朱明善、劉穎、林兆莊、彭曉峰編著，史琳、吳曉敏、段遠(yuǎn)源改編，2011年，清華大學(xué)出版社主要參考書[1]曾丹苓等編，《工程熱力學(xué)》，第三版，高教出版社，2002[2].劉桂玉等合編，《工程熱力學(xué)》，高教出版社,1999[3].朱明善等編，《熱力學(xué)分析》，高教出版社,1992[4].朱明善等編，《工程熱力學(xué)題型分析》，第二版,清華大學(xué)出版社，2000[1].KD,P.I.ModernThermodynamics.NewYork:JohnWiley&Sons,1998[2].T.A.C.andM.A.B.,ThermodynamicsAnEngineeringApproach,McGraw-Hill,FourthEdition2002先修要求、適用院系及專業(yè)先修微積分適用于機(jī)械學(xué)院各專業(yè)、航空航天專業(yè)、暖通空調(diào)專業(yè)二、課程內(nèi)容簡介本課程主要包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容：基本概念和基本原理基本概念：各種熱力系統(tǒng)；狀態(tài)參數(shù)；平衡態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)；可逆與不可逆；功量和熱量等?；驹戆ǎ簾崃W(xué)第一定律的表達(dá)和應(yīng)用；熱力學(xué)第二定律的表述和應(yīng)用；熱力學(xué)第三定律。工質(zhì)的性質(zhì)：理想氣體的性質(zhì)和參數(shù)計(jì)算；純物質(zhì)熱力學(xué)面及相圖；水和水蒸氣圖表的結(jié)構(gòu)和使用方法?；旌蠚怏w的定律和參數(shù)計(jì)算；濕空氣的性質(zhì)和參數(shù)計(jì)算。熱力學(xué)微分關(guān)系式；維里方程等經(jīng)驗(yàn)性狀態(tài)方程；普遍化及對(duì)比態(tài)方程。熱力過程和熱力循環(huán)：多變過程與基本熱力過程的計(jì)算；過程和能量在p-v和T-s圖上的表示；水和水蒸氣及濕空氣的熱力過程。氣體動(dòng)力循環(huán)、蒸汽動(dòng)力循環(huán)、制冷和熱泵循環(huán)、現(xiàn)代新型動(dòng)力循環(huán)。4、化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)：赫斯定律；燃燒熱值；標(biāo)準(zhǔn)生成焓和標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯函數(shù)；化學(xué)火用、化學(xué)平衡。三、課程主要教學(xué)內(nèi)容一、講課內(nèi)容：緒論0.1熱能的地位0.2熱能轉(zhuǎn)換裝置的工作過程0.3研究對(duì)象、研究方法及其主要內(nèi)容0.4教學(xué)要求與考試方式第一章基本概念1.1熱力系統(tǒng)1.2狀態(tài)和狀態(tài)參數(shù)1.3基本狀態(tài)參數(shù)1.4平衡狀態(tài)1.5狀態(tài)方程、狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖1.6準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程1.7功量1.8熱量與熵1.9熱力循環(huán)課堂討論：（基本概念）第二章熱力學(xué)第一定律2.1熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)2.2儲(chǔ)存能2.3閉口系統(tǒng)的能量方程2.4開口系統(tǒng)的能量方程2.5穩(wěn)定流動(dòng)能量方程2.6穩(wěn)定流動(dòng)能量方程應(yīng)用舉例課堂討論：（熱力學(xué)第一定律）第三章理想氣體的性質(zhì)與過程3.1理想氣體狀態(tài)方程3.2熱容3.3理想氣體的內(nèi)能、焓和比熱容3.4理想氣體的熵3.5研究熱力過程的目的和方法3.6絕熱過程3.7基本熱力過程的綜合分析3.8氣體的壓縮3.9活塞式壓氣機(jī)的過程分析課堂討論：（理想氣體過程）第四章熱力學(xué)第二定律與熵4.1自然過程的方向性4.2熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)與表述4.3卡諾循環(huán)與卡諾定理4.4克勞修斯不等式4.5熵的導(dǎo)出4.6不可逆過程熵的變化4.7孤立系熵增原理4.8熵方程課堂討論：（熱力學(xué)第二定律、熵）4.9火用及其計(jì)算課堂討論：（能量品質(zhì)）第五章氣體動(dòng)力循環(huán)5.1活塞式內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力循環(huán)5.2活塞式內(nèi)燃機(jī)各種理想循環(huán)的比較5.3斯特林循環(huán)5.4勃雷登循環(huán)5.5提高勃雷登循環(huán)熱效率的其他途徑課堂討論：（氣體動(dòng)力循環(huán)）第六章水蒸氣6.1純物質(zhì)的熱力學(xué)面及相圖6.2汽化與飽和6.3水蒸氣的定壓發(fā)生過程6.4水及水蒸氣狀態(tài)參數(shù)的確定及其熱力性質(zhì)圖表6.5水蒸汽熱力過程課堂討論：（水和水蒸氣的性質(zhì)）第七章蒸汽動(dòng)力循環(huán)7.1概述7.2朗肯循環(huán)7.3實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)分析7.4蒸汽再熱循環(huán)7.5回?zé)嵫h(huán)7.6熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)講座：（現(xiàn)代新型動(dòng)力循環(huán)介紹與評(píng)價(jià)）第八章制冷循環(huán)8.1空氣壓縮制冷循環(huán)8.2蒸氣壓縮制冷循環(huán)8.3吸收式制冷循環(huán)8.4熱泵循環(huán)講座：（制冷劑與環(huán)保）第九章理想混合氣體和濕空氣9.1混合氣體的成分9.2分壓定律與分容積定律9.3混合氣體的參數(shù)計(jì)算9.4在相同參數(shù)條件下理想氣體絕熱混合過程的熵增9.5濕空氣的性質(zhì)9.6濕空氣的焓、熵與容積9.7比濕度的確定和濕球溫度9.8濕空氣的焓濕圖與熱濕比9.9濕空氣的基本熱力過程第十章熱力學(xué)微分關(guān)系式及實(shí)際氣體的性質(zhì)10.1研究熱力學(xué)微分關(guān)系式的目的10.2特征函數(shù)10.3數(shù)學(xué)基礎(chǔ)10.4熱系數(shù)10.5熵、內(nèi)能和焓的微分關(guān)系式10.6比熱容的微分方程10.7克拉貝龍方程和焦-湯系數(shù)10.8實(shí)際氣體對(duì)理想氣體的偏離10.9維里方程10.10經(jīng)驗(yàn)性狀態(tài)方程10.11普遍化狀態(tài)方程與對(duì)比態(tài)原理第十二章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)12.1概述12.2熱力學(xué)第一定律在反應(yīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用12.3化學(xué)反應(yīng)過程的熱力學(xué)第一定律分析12.4化學(xué)反應(yīng)過程的熱力學(xué)第二定律分析12.5化學(xué)平衡12.6熱力學(xué)第三定律12.7絕對(duì)熵及其應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)1：水的飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn)?zāi)康募靶问剑?）通過水的飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)飽和狀態(tài)的理解；2）通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理，掌握飽和蒸汽p-t關(guān)系圖表的編制方法；3）學(xué)會(huì)壓力表和調(diào)壓器等儀表的使用方法。具體教學(xué)要求：1)熟悉實(shí)驗(yàn)裝置工作原理，學(xué)會(huì)溫度計(jì)、壓力表、調(diào)壓器和大氣壓力等儀表的使用方法2)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；3)應(yīng)用誤差分析理論于繪制p-t關(guān)系曲線，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)公式；4）誤差分析。以溫度測(cè)量值t’為基準(zhǔn)，查表（水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表）得測(cè)量值t’對(duì)應(yīng)的飽和壓力值p1，計(jì)算p1與實(shí)測(cè)壓力值p的絕對(duì)偏差和相對(duì)偏差；以壓力測(cè)量值p為基準(zhǔn)，查表（水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表）得測(cè)量值p對(duì)應(yīng)的飽和溫度值t，計(jì)算t與實(shí)測(cè)溫度值t’的絕對(duì)偏差和相對(duì)偏差；5）完成思考題。思考題1.水的飽和蒸氣壓測(cè)量的不確定度來源有哪些？思考題2.水和水蒸氣的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)(IAPWS95方程)中，其飽和蒸汽壓的狀態(tài)方程為：其中，pr=p/pc，p為飽和蒸氣壓，MPa，pc為臨界壓力，22.064MPa；Tr=T/Tc，Tc為臨界溫度，647.096K；τ=1-Tr。請(qǐng)用上述方程計(jì)算所做實(shí)驗(yàn)壓力下的飽和水溫度，簡述計(jì)算程序或計(jì)算原理，計(jì)算結(jié)果保留6位有效數(shù)字。實(shí)驗(yàn)2：高能效比熱泵教學(xué)目的及形式：1）視鏡觀察制冷工質(zhì)的蒸發(fā)、冷凝過程及節(jié)流后的二相流型和流動(dòng)狀態(tài)；2）了解蒸汽壓縮式制熱循環(huán)工質(zhì)狀態(tài)的變化及循環(huán)全過程的基本特征。；3）實(shí)驗(yàn)測(cè)定，進(jìn)行制熱循環(huán)的熱力計(jì)算；4）實(shí)驗(yàn)測(cè)定，利用廢熱后，制熱循環(huán)系統(tǒng)能效比和系統(tǒng)制熱量情況；5）實(shí)驗(yàn)測(cè)定，不利用廢熱后，制熱循環(huán)系統(tǒng)能效比和系統(tǒng)制熱量情況；6）理論聯(lián)系實(shí)際，加深了解制熱循環(huán)系統(tǒng)的組成。具體教學(xué)要求：掌握測(cè)試原理和方法；使用儀器（包括儀器精確級(jí)的校核）；觀察兩相流型，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)工況時(shí)的制熱量Qw；實(shí)際制熱系數(shù)/能效比ε；在壓