《工程热力学》教学大纲

本科《工程热力学》课程教学大纲一、课程基本情况课程编号20140064开课单位热能工程系课程名称中文名称工程热力学英文名称EngineeringThermodynamics教学目的与重点本课程的主要教学目的是使学生理解和掌握有关能量转换（主要是热能与其它形式能量之间转换）、热能的合理利用的基本规律，并能正确运用这些规律解决热工过程热力循环等工程实际问题。课程负责人史琳课程类型□文化素质课□公共基础课□学科基础课□专业基础课□专业课□其它教学方式□讲授为主□实验/实践为主□专题讨论为主□案例教学为主□自学为主□其它授课语言□中文□中文＋英文（英文授课>50%）□英文□其他外语学分学时学分4总学时64考核方式及成绩评定标准半开卷。期中+期末考试＋大作业＋PPT展示交流+平时百分制。教材及主要参考书中文外文教材工程热力学（第2版），朱明善、刘颖、林兆庄、彭晓峰编著，史琳、吴晓敏、段远源改编，2011年，清华大学出版社主要参考书[1]曾丹苓等编，《工程热力学》，第三版，高教出版社，2002[2].刘桂玉等合编，《工程热力学》，高教出版社,1999[3].朱明善等编，《热力学分析》，高教出版社,1992[4].朱明善等编，《工程热力学题型分析》，第二版,清华大学出版社，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、适用院系及专业先修微积分适用于机械学院各专业、航空航天专业、暖通空调专业二、课程内容简介本课程主要包括以下四个方面的内容：基本概念和基本原理基本概念：各种热力系统；状态参数；平衡态与准静态；可逆与不可逆；功量和热量等。基本原理包括：热力学第一定律的表达和应用；热力学第二定律的表述和应用；热力学第三定律。工质的性质：理想气体的性质和参数计算；纯物质热力学面及相图；水和水蒸气图表的结构和使用方法。混合气体的定律和参数计算；湿空气的性质和参数计算。热力学微分关系式；维里方程等经验性状态方程；普遍化及对比态方程。热力过程和热力循环：多变过程与基本热力过程的计算；过程和能量在p-v和T-s图上的表示；水和水蒸气及湿空气的热力过程。气体动力循环、蒸汽动力循环、制冷和热泵循环、现代新型动力循环。4、化学热力学基础：赫斯定律；燃烧热值；标准生成焓和标准生成吉布斯函数；化学火用、化学平衡。三、课程主要教学内容一、讲课内容：绪论0.1热能的地位0.2热能转换装置的工作过程0.3研究对象、研究方法及其主要内容0.4教学要求与考试方式第一章基本概念1.1热力系统1.2状态和状态参数1.3基本状态参数1.4平衡状态1.5状态方程、状态参数坐标图1.6准静态过程与可逆过程1.7功量1.8热量与熵1.9热力循环课堂讨论：（基本概念）第二章热力学第一定律2.1热力学第一定律的实质2.2储存能2.3闭口系统的能量方程2.4开口系统的能量方程2.5稳定流动能量方程2.6稳定流动能量方程应用举例课堂讨论：（热力学第一定律）第三章理想气体的性质与过程3.1理想气体状态方程3.2热容3.3理想气体的内能、焓和比热容3.4理想气体的熵3.5研究热力过程的目的和方法3.6绝热过程3.7基本热力过程的综合分析3.8气体的压缩3.9活塞式压气机的过程分析课堂讨论：（理想气体过程）第四章热力学第二定律与熵4.1自然过程的方向性4.2热力学第二定律的实质与表述4.3卡诺循环与卡诺定理4.4克劳修斯不等式4.5熵的导出4.6不可逆过程熵的变化4.7孤立系熵增原理4.8熵方程课堂讨论：（热力学第二定律、熵）4.9火用及其计算课堂讨论：（能量品质）第五章气体动力循环5.1活塞式内燃机动力循环5.2活塞式内燃机各种理想循环的比较5.3斯特林循环5.4勃雷登循环5.5提高勃雷登循环热效率的其他途径课堂讨论：（气体动力循环）第六章水蒸气6.1纯物质的热力学面及相图6.2汽化与饱和6.3水蒸气的定压发生过程6.4水及水蒸气状态参数的确定及其热力性质图表6.5水蒸汽热力过程课堂讨论：（水和水蒸气的性质）第七章蒸汽动力循环7.1概述7.2朗肯循环7.3实际蒸汽动力循环分析7.4蒸汽再热循环7.5回热循环7.6热电联产循环讲座：（现代新型动力循环介绍与评价）第八章制冷循环8.1空气压缩制冷循环8.2蒸气压缩制冷循环8.3吸收式制冷循环8.4热泵循环讲座：（制冷剂与环保）第九章理想混合气体和湿空气9.1混合气体的成分9.2分压定律与分容积定律9.3混合气体的参数计算9.4在相同参数条件下理想气体绝热混合过程的熵增9.5湿空气的性质9.6湿空气的焓、熵与容积9.7比湿度的确定和湿球温度9.8湿空气的焓湿图与热湿比9.9湿空气的基本热力过程第十章热力学微分关系式及实际气体的性质10.1研究热力学微分关系式的目的10.2特征函数10.3数学基础10.4热系数10.5熵、内能和焓的微分关系式10.6比热容的微分方程10.7克拉贝龙方程和焦-汤系数10.8实际气体对理想气体的偏离10.9维里方程10.10经验性状态方程10.11普遍化状态方程与对比态原理第十二章化学热力学基础12.1概述12.2热力学第一定律在反应系统中的应用12.3化学反应过程的热力学第一定律分析12.4化学反应过程的热力学第二定律分析12.5化学平衡12.6热力学第三定律12.7绝对熵及其应用二、实验内容：实验1：水的饱和蒸汽压力和温度关系实验目的及形式：1）通过水的饱和蒸汽压力和温度关系实验，加深对饱和状态的理解；2）通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽p-t关系图表的编制方法；3）学会压力表和调压器等仪表的使用方法。具体教学要求：1)熟悉实验装置工作原理，学会温度计、压力表、调压器和大气压力等仪表的使用方法2)记录实验数据；3)应用误差分析理论于绘制p-t关系曲线，总结经验公式；4）误差分析。以温度测量值t’为基准，查表（水和水蒸气热力性质图表）得测量值t’对应的饱和压力值p1，计算p1与实测压力值p的绝对偏差和相对偏差；以压力测量值p为基准，查表（水和水蒸气热力性质图表）得测量值p对应的饱和温度值t，计算t与实测温度值t’的绝对偏差和相对偏差；5）完成思考题。思考题1.水的饱和蒸气压测量的不确定度来源有哪些？思考题2.水和水蒸气的科学标准(IAPWS95方程)中，其饱和蒸汽压的状态方程为：其中，pr=p/pc，p为饱和蒸气压，MPa，pc为临界压力，22.064MPa；Tr=T/Tc，Tc为临界温度，647.096K；τ=1-Tr。请用上述方程计算所做实验压力下的饱和水温度，简述计算程序或计算原理，计算结果保留6位有效数字。实验2：高能效比热泵教学目的及形式：1）视镜观察制冷工质的蒸发、冷凝过程及节流后的二相流型和流动状态；2）了解蒸汽压缩式制热循环工质状态的变化及循环全过程的基本特征。；3）实验测定，进行制热循环的热力计算；4）实验测定，利用废热后，制热循环系统能效比和系统制热量情况；5）实验测定，不利用废热后，制热循环系统能效比和系统制热量情况；6）理论联系实际，加深了解制热循环系统的组成。具体教学要求：掌握测试原理和方法；使用仪器（包括仪器精确级的校核）；观察两相流型，记录实验数据；计算实验结果：实验工况时的制热量Qw；实际制热系数/能效比ε；在压