《工程热力学》课程教学大纲

1、本科生课程大纲课程名称工程热力学Engineering Thermodynamics课程代码081202101227课程属性学科基础课时/学分48/2.5课程性质必修实践学时16责任教师 课外学时32课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修课程介绍1.课程描述：工程热力学是轮机工程专业本科生的专业基础课，是学生学习专业课和从事本专业工作必备的理论基础。通过本课程的学习，使学生掌握工程热力学的基本概念和基本定律，获得有关能量转换的最基本的理论知识和相应的分析计算能力，了解常用工质的热力性质，学会使用有关图表及计算公式，对典型热力工程和热力循环及其分析有一定

2、知识；获得有关热动力机械的基本理论知识、了解能量转换的基本方法和工程计算方法。能正确运用工程热力学的知识，对热能动力系统和设备进行设计、计算和分析。 工程热力学课程是高等工科院校中交通运输类专业一门主干课程。在教学过程中要综合运用先修课程中所学到的有关知识与技能，结合各种实践教学环节，进行轮机工程技术人员所需的基本训练，为学生进一步学习有关专业课程和有目的从事轮机工程专业技术工作打下基础。因此工程热力学课程在交通运输类专业的教学计划中占有重要的地位和作用。2.设计思路： 绪论：工程热力学概要主要内容：了解本课程的内容、教学目的、学习方法；了解工程热力学的研究对象、研究方法和主要内容。掌握课程采

3、用的基本单位制。教学要求：了解工程热力学的研究对象和本课程的性质，了解课程的基本内容和理论体系。重点：热工学任务；课程的理论体系和方法。其它教学环节：无第一章 基本概念主要内容：工程热力学的研究对象和研究方法，热力系，平衡状态，状态参数、状态公理与状态方程式，准静态过程和可逆过程，热力过程、热量和功量，热力循环。教学要求：了解工程热力学的研究对象和研究方法。掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程。掌握状态参数的特征，基本状态参数 p 、 v 、 T 的定义和单位。掌握并正确应用理想气体状态方程式。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

4、、功量进行计算。重点：平衡状态、准平衡过程、可逆过程、状态量与过程量等重要概念。难点：准平衡过程和可逆过程的定义，可逆过程的热量和功量计算。深度和广度： 介绍建立热力学理论体系所需的有关物质、能量、状态及其变化有关的概念，使学生掌握这些概念的同时，领会这些概念的引入是建立公理化理论体系的必要前提，以及建立这些概念的基本方法。其它教学环节：无第二章 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，迁移能（热量和功量，其中功量又包含膨胀功、轴功、推动功、技术功等几种），理解理想气体比热容的概念，正确应用定值比热容、平均比热容来计算过程的热量以及理想气体热力学能、焓的变化。焓，闭口系统

5、能量方程，稳定流动能量方程及其应用，一般开口系能量方程。教学要求：理解热力学第一定律的实质。掌握热力学第一定律及其表达式，能正确灵活应用热力学第一定律表达式来分析有关问题。掌握能量、储存能、热力学能和迁移能的概念。掌握膨胀功、推动功、轴功和技术功的概念与计算式。掌握焓的引出及其定义。了解一般开口系能量方程。重点：焓的定义，闭口系统能量方程、稳定流动能量方程及其应用。难点：焓的概念和计算，稳定流动过程中几种功的关系，能量方程的应用。深度和广度： 热力学第一定律是本课程的重点内容；应当使学生明确闭口系能量方程的实质，掌握取热力系与确定能量相互作用的关系以及建立能量方程的方法；应注意不同情况下功的不

6、同类型的区分；在理解稳定流动特征的基础上，掌握轴功、流动功和技术功的区别和意义；正确对典型设备进行符合工程要求的简化，以达到正确、熟练、灵活地应用稳定流动能量方程的目的。本章还要介绍一般开口系的能量方程，指出闭口系和稳定流动是一般开口系的特殊情况。培养学生建立复杂系统能量方程的能力。对于本科学生是非重点内容。其它教学环节：无。第三章 理想气体性质主要内容： 理想气体包括混合气体的状态方程和比热容、热力学能、焓和熵的计算，混合气体成分的表示法和相互之间的换算，混合气体平均气体常数比热容、热力学能、焓和熵的计算。实际气体状态方程。教学要求：掌握并正确应用理想气体状态方程式。理解理想气体比热容的概念

7、，正确应用定值比热容、平均比热容来计算过程的热量以及理想气体热力学能、焓和熵的变化。掌握理想气体混合物的成分、摩尔质量和气体常数以及比热容、热力学能、焓和熵的计算。实际气体的范德瓦尔斯方程。重点： 理想气体的性质，理想气体比热容，热力学能、焓和熵的计算，理想气体混合物比热容、热力学能、焓和熵的计算。难点： 对理想气体任何过程 u C v T 和 h p T 的理解。深度和广度： 本章应当围绕能量方程讲解能量方程中 u 和h 的计算。其它教学环节：空气的定压比热测定实验。第四章 气体的热力过程主要内容：四个基本过程，多变过程，多变过程在 pv 、 Ts 图上的分区及其特点，过程中参数变化规律和热

8、量、功量的计算。 教学要求：掌握四种基本过程及多变过程的初终态基本状态参数 p 、 v 、 T 之间的关系。掌握四种基本过程及多变过程系统与外界交换的热量、功量的计算。能将各过程表示在 p-v 图和 T-s 图上，并能正确应用 p-v 图和 T-s 图判断过程的特点，即 u ， h ， q ， w 等的正负。重点：热力过程计算公式，应用 p-v 图和 T-s 图分析多变过程。难点：应用 p-v 图和 T-s 图分析多变过程。深度和广度： 本章有很多的公式和公式推导，应引导学生区别对一待这些公式，做到结合实际，重点记忆。其它教学环节：无。第五章 气体的流动和压缩主要内容：一元可逆绝热流动基本方程

9、式（连续性方程、能量方程、过程方程），促使流速改变的条件，喷管的热力计算。有摩阻的绝热流动，绝热节流。气体的典型压缩过程及其热力计算，气体的两级压缩过程热力计算。教学要求：掌握一元可逆绝热流动的基本方程。弄清促使流速改变的力学条件和几何条件及其对流速的影响。理解气流截面积变化的原因。掌握喷管中气体流速、流量的计算，会进行喷管外形的选择和尺寸的计算。理解马赫数、滞止焓、临界截面、临界参数的概念。掌握绝热滞止、绝热节流过程的计算。掌握气体的典型压缩过程及其热力计算，了解影响压缩过程的主要影响因素。重点：喷管的设计计算和工程应用。气体压缩过程的计算。难点：判断渐缩喷管的出口压力是否能降到背压，在设计

10、计算中喷管的选型。深度和广度： 本章是热力学理论与实践结合的范例。学生应掌握喷管的选型、设计计算和校核计算，掌握气体压缩的实现方法和基本计算。在掌握理想气体可逆绝热流动和气体压缩的理论方法基础上，推广到工程应用。其它教学环节：气体的喷管流动实验。气体引射器的设计。第六章 热力学第二定律主要内容：热力学第二定律的两个叙述，卡诺定理，熵，熵增原理以及由此而产生能量损耗的计算。教学要求：理解热力学第二定律的实质，认识能量不仅有“量”的多少，而且还有“质”的高低。掌握卡诺定理，熵的意义、计算和应用。掌握孤立系统和绝热系统熵增的计算。了解热力系可用能的概念及其计算。重点：热力学第二定律的表述，卡诺定理，

11、熵的意义、计算和应用。难点：熵的意义、计算和应用。深度和广度： 本章将把对能量“量”的认识提高到“质”的认识层面，是热力学的核心。应详细介绍卡诺定理的意义，对热力学第二定律的最低要求是使学生掌握热力学第二定律的实质是过程的“方向性”对热功转换的制约，提高热功转换效率的方向和途径以及典型设备或过程熵产以及能量损耗的计算，并且对于不同的能量存在“品质”的不同，减少能量损耗是提高能量利用有效性的唯一途径。其它教学环节：无。 第七章 气体动力循环主要内容：分析气体动力循环的一般方法，掌握燃气轮机循环、燃气轮机回热循环、内燃机循环的循环分析和计算方法。斯特林循环。针对不同工程需求的气体动力循环特征。教学

12、要求：掌握各种动力装置循环的实施设备及工作流程，并能分析各种循环的热力过程。掌握各种循环的吸热量、放热量、作功量及热效率等能量分析和计算方法。会分析影响各种循环热效率的主要因素及提高循环热效率的具体方法和途径。重点：各种循环的 p-v 图和 T-s 图，以及对循环进行能量分析和计算。难点：各种装置实际循环的分析和计算，再热循环和回热循环的能量分析与计算。深度和广度：本章是热力学基本理论综合应用，其目的之一是巩固热力学基本理论。结合工程实际介绍气体动力循环，应用热力学理论解决循环计算。学生通过学习应当掌握基本循环的构成，循环分析计算方法和提高循环效率的方法。其它教学环节：无第八章 水蒸气的性质和

13、水蒸气动力循环主要内容：以水蒸气为例介绍蒸气性质，通过蒸气的发生过程阐明一点、二线、三区、五态的意义，独立变量数，以及液体热、潜热、过热度、干度等物理量。学习应用图、表确定未知的状态参数以及利用状态参数确定过程中功或热的相互作用。分析蒸汽动力基本循环的一般方法，掌握蒸汽动力循环热力计算，了解蒸汽动力抽汽加热循环、再热循环。教学要求：掌握有关蒸气的各种术语及其意义，如汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。了解蒸气的定压发生过程及其在 p-v 图和 T-s 图上的一点、两线、三区和五态。了解蒸气图表的结构。掌握蒸气图表的应用。掌握蒸气热力循环的分

14、析方法和热力计算。重点：确定蒸气状态参数的独立变量，了解纯物质定压发生过程蒸发压力与蒸发温度的对应关系。利用蒸气图表计算蒸气热力循环。难点：蒸气动力循环的计算。深度和广度：蒸气与气体的差别仅在于用图表代替分析计算，只要会应用图表，其难度并不超过理想气体，但要避免学生用理想气体的方法解决实际气体的问题。其它教学环节：水蒸气定压发生过程实验、二氧化碳临界参数测试实验，二选一。水蒸气动力循环课程设计。第九章 湿空气及其热力过程主要内容： 湿空气的状态参数，湿空气的焓湿图及其应用，湿空气的基本过程及其应用。教学要求：理解湿空气、未饱和空气和饱和空气的含义。掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法。能计算湿

15、空气的基本热力过程。重点： 湿空气状态参数的确定，湿空气焓湿图的应用，湿空气的基本过程及其应用。难点： 确定湿空气的状态参数。深度和广度： 着重讲解湿空气的许多特殊 “状态参数”及其分析方法（有时沿用理想气体分析计算方法，有时又沿用实际气体图表方法，并且图表法更加直观和易于理解）。在引出各种湿空气的状态参数时应在阐明参数意义的基础上加强应用场合的论述。着重指出湿空气有三个独立变量，一般在压力变化不大时，才是两个独立变量。湿空气对于暖通专业特别重要，但应避免把空调专业课的内容引入本课程，冲淡学生对湿空气基本性质的理解。 其它教学环节：无。第十章 制冷循环主要内容：逆卡诺循环、空气压缩制冷循环的分

16、析、计算和循环相应在坐标图的表示。蒸汽压缩式制冷循环分析与计算，了解蒸汽喷射式制冷循环等特殊制冷循环。教学要求：掌握逆卡诺循环、空气压缩制冷循环的分析、计算和循环相应在坐标图的表示。掌握提高制冷系数的方法和途径。掌握蒸汽压缩式制冷循环计算以及提高制冷系数的方法和途径。了解蒸汽喷射式制冷循环等特殊制冷循环。重点：蒸汽压缩式制冷循环和空气压缩制冷循环的分析、计算，提高制冷系数的方法和途径。难点：各种制冷循环的分析和计算，具有回热的制冷循环的能量分析与计算。深度和广度： 介绍制冷循环实现能量输运的基本方法，应用热力学理论解决制冷循环分析和计算。其它教学环节：制冷循环装置性能实验。第十一章 化学热力学

17、基础主要内容：赫斯定律；燃烧热值；标准生成焓和标准生成吉布斯函数；化学、化学平衡，平衡常数，平衡移动原理。教学要求：理解化学反应方程，掌握热力学第一定律在化学反应中的应用，理解生成焓、反应焓、热值、理论燃烧温度等概念，掌握热力学第二定律在化学反应中的应用，理解化学平衡的判据，以及平衡常数、反应度与离解度等概念。重点：热力学第一定律在化学反应中的应用，生成焓、反应焓、热值、理论燃烧温度等概念。难点：化学平衡的判据，以及平衡常数、反应度与离解度等概念。深度和广度： 通过结合化学反应的热物理特征，对热力学第一定律和热力学第二定律在化学反应中的应用进行拓展，从而发展热值、理论燃烧温度等参数计算的基本方

18、法。它教学环节：燃料热值测定实验（选修）。3. 课程与其他课程的关系：需先修高等数学II、大学物理。是传热学、流体力学以及所有专业课的基础。二、课程目标获得有关能量转换的最基本的理论知识和相应的分析计算能力。理解工程热力学和传热学基本定律。了解常用工质的热力性质，学会使用有关图表及计算公式。对典型热力工程和热力循环及其分析有一定知识。三、学习要求本课程教学难度高，涉及理论知识范围广。课程各部分之间内容互相联系，理论承接关系紧密。因此，讲授顺序可根据大纲的排列顺序，均可视学生具体情况在授课实施计划中有所侧重。为使学生达到最佳的学习成果，学生在课前需要预习；课中通过教师提问和问答讲评；课后组织实验

19、和小组讨论来消化课程内容。课程实验和课程设计有机结合，以巩固教学效果。为了使学生对本课程所讲内容有一定感性认识之后再进行教学，本课授课期间应组织学生到相关企业进行参观。有条件可根据本课内容安排录像片配合教学或采用现场教学。四、教学进度序号专题或主题计划课时主要内容概述实验实践内容或课外练习等1绪论1第一节 本课程的内容、教学目的、学习方法；第二节 工程热力学的研究对象、研究方法和内容。第三节 单位制。2第一章基本概念1第一节 热力系。第二节 热力状态和平衡状态。第三节 工质的状态参数。状态方程。热力参数坐标图。第四节 功和热量。热力过程，可逆过程和不可逆过程。热力循环。课外练习3第二章热力学第

20、一定律4第一节 热力学第一定律的实质。第二节 内能。第三节 热力学第一定律表达式。第四节 焓和稳定流动能量方程。课外练习4第三章理想气体性质授课2实验2第一节 混合气体的状态方程、混合气体成分的表示法和相互之间的换算。第二节混合气体平均气体常数比热容、热力学能、焓和熵的计算。实际气体状态方程。气体的比热测量实验课外练习5第四章气体的热力过程2第一节 定容、定压、等温和等熵过程第二节 多变过程。课外练习6第五章气体的流动和压缩授课4实验2课程设计4第一节 气体在喷管中流动基本特性。第二节 气体在喷管中的等熵流动。第三节 活塞式压缩机的工作过程。第四节 多级压缩和中间冷却。气体在喷管中流动实验引射器的设计课外练习7第六章热力学第二定律4第一节 热力学第二定律实质及表述。第二节 卡诺循环和卡诺定理第三节 克劳修斯不等式 第四节 熵和孤立系熵增原理。第五节 热力系的可用能课外练习8第七章气体动力循环4第一节 燃气轮机循环。第二节 内燃机循环。课外练习9第八章蒸汽的性质和热力循环授课4实验2课程设计4第一节 水蒸汽的定压发生过程。第二节 蒸汽图表。蒸汽的流动。第三节 朗肯循环及提高循环热效率的途径水蒸气定压发生过程