工程热力学绪论

《工程热力学》课程教案/r/n/r/n郑州轻工业学院张文慧/r/n***/r/n本课程教材及主要参考书目/r/n：/r/n/r/n教材：/r/n沈维道、童钧耕主编，工程热力学（第四版），高等教育出版社，/r/n2007.6/r/n./r/n/r/n手册：/r/n/r/n严家/r/n騄/r/n、余晓福著，水和水蒸气热力性质图表，高等教育出版社，/r/n1995.5./r/n实验指示书：/r/n/r/n郑州轻工业/r/n学院编，/r/n工程热力学/r/n实验指/r/n导/r/n书，/r/n200/r/n7/r/n./r/n参考书：/r/n/r/n沈维道、蒋智敏、童钧耕编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，/r/n2001.6./r/n何雅玲编，工程热力学精要分析及典型题精解，西安交通大学出版社，/r/n2000.4/r/n./r/n毕明树、周一卉编，工程热力学学习指导，化学工业出版社，2005.7./r/n曾丹苓、敖越、张新铭、刘朝编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，/r/n2002.12./r/n廉乐明、李力能、吴家正等编，工程热力学（第四版），中国建筑工业出版社，2000.12./r/n绪/r/n论（/r/n2/r/n学时）/r/n/r/n1./r/n教学目标及基本要求/r/n/r/n从人类用能的历史和能量转换装置的实例中认识理解：热能利用的广泛性和特殊性；工程热力学的研究内容和研究方法；本课程在专业学习中的地位；本课程与后续专业课程乃至专业培养目标的关系。/r/n/r/n2./r/n各节教学内容及学时分配/r/n/r/n0-1/r/n热能及其利用（/r/n0.5/r/n学时）/r/n/r/n0-2/r/n热力学及其发展简史（/r/n0.5/r/n学时）/r/n/r/n0-3/r/n能量转换装置的工作过程（/r/n0.2/r/n学时）/r/n/r/n0-4/r/n工程热力学研究的对象及主要内容（/r/n0.8/r/n学时）/r/n/r/n3./r/n重点难点/r/n/r/n工程热力学的主要研究内容；研究内容与本课程四大部分（特别是前三大部分）之联系；工程热力学的研究方法/r/n/r/n4./r/n教学内容的深化和拓宽/r/n/r/n增加能量转换装置的工作过程一节；/r/n热力学基本定律的建立；热力学各分支；本课程与/r/n《/r/n传热学/r/n》/r/n、/r/n《/r/n流体力学/r/n》/r/n等课程各自的任务及联系；有关工程热力学及其应用的网上资源。/r/n/r/n5./r/n教学方式/r/n/r/n讲授，讨论，视频片段/r/n/r/n6./r/n教学过程中应注意的问题/r/n/r/n特别注意：本课程作为热能与动力工程专业学生进入专业学习的第一门课程（专业基础课），要引导学生的学习兴趣和热情。另，用例应尽量采用较新的事实和数据。/r/n/r/n7./r/n思考题和习题/r/n/r/n思考题：/r/n/r/n1/r/n.打开冰箱能制冷整个房间吗？/r/n（图1所示）/r/n图/r/n1/r/n：打开冰箱凉快一下！/r/n2./r/n工程热力学的宏观研究方法与微观方法的比较/r/n/r/n/r/n3.现在社会上流行的/r/n“/r/n无氟冰箱/r/n”/r/n真的/r/n“/r/n无氟/r/n”/r/n吗？/r/n作业/r/n：/r/n（短文，一、二页即可）网络文献综述/r/n——/r/n能源利用与工程热力学/r/n/r/n8./r/n师生互动设计/r/n/r/n讲授中提问并启发讨论：/r/n①/r/n从本课程教材的/r/n目录/r/n看，对于工程热力学的研究内容有没有一个初步的认识（可以/r/n“/r/n猜想/r/n”/r/n）？/r/n/r/n②/r/n知道热力学第一、第二定律吗？第三、第零定律呢？/r/n③/r/n请举例并比较：宏观研究方法和微观研究方法。/r/n④/r/n你认为你（本专业的学生）将来会/r/n“/r/n干什么/r/n”/r/n？/r/n9./r/n讲课/r/n教案（/r/n提纲/r/n）/r/n、板书设计/r/n/r/n[/r/n绪论/r/n]/r/n/r/n0-1/r/n热能及其利用/r/n/r/n★/r/n/r/n视频片段：人类用能历史/r/n/r/n能源/r/n——/r/n为人类生产与日常生活提供各种能量和动力的物质资源/r/n/r/n自然能源/r/n——/r/n风能，水能，太阳能，地热能，潮汐能，核能，燃料化学能等/r/n/r/n可见：从自然能源中获取能量的主要形式是热能（仅风能、水能、潮汐能是机械能形式/r/n—/r/n指流体的动能和位能）/r/n/r/n热能利用的两种基本方式：/r/n/r/n——/r/n直接利用/r/n[/r/n举例和请学生举例/r/n]/r/n——/r/n间接利用/r/n[/r/n举例和请学生举例/r/n]/r/n提问/r/n：思考题1.打开冰箱能制冷整个房间吗？（图1所示）/r/n0-2/r/n热力学及其发展简史/r/n/r/n发展简史/r/n①/r/n18/r/n世纪中叶，蒸气机出现，开始热/r/n→/r/n功（机械能）研究；/r/n/r/n②/r/n第一类永动机不成功，总结出/r/nLawI/r/n；/r/n/r/n【举例：饮水鸟/r/n(图2)/r/n】/r/n/r/n/r/n图/r/n2/r/n：饮水鸟/r/n③/r/n焦耳实验，有了热/r/n—/r/n功当量概念，开始形成热力学；/r/n④/r/n第二类永动机不成功，总结出/r/nLawII/r/n；/r/n/r/n【举例：咖啡冷却过程/r/n（图3）/r/n和摩擦生热/r/n（图4）/r/n】/r/n/r/n图/r/n3/r/n：咖啡冷却过程/r/n图/r/n4/r/n：摩擦生热/r/n⑤/r/n1912/r/n年，研究低温现象，/r/nLawIII/r/n（/r/n“/r/n0K/r/n达不到/r/n”/r/n）；/r/n/r/n⑥/r/n加上/r/nLaw0/r/n（关于热平衡概念，温度概念及温标建立）/r/n/r/n四个基本定律，构成热力学的理论基础。/r/n/r/n随着生产发展，热力学形成已一百多年，作为经典热力学，已很成熟。/r/n/r/n热力学/r/n分支：/r/n理论热力学，工程热力学，统计热力学，化学热力学，非平衡热力学，生物热力学/r/n…/r/n甚至用热力学理论于社会学/r/n//r/n经济学方面。/r/n/r/n0-3/r/n能量转换装置的工作过程/r/n/r/n★/r/n/r/n视频片段：蒸汽发电厂/r/n/r/n★/r/n/r/n幻灯片播放：/r/n热机工作示意图/r/n（图5）/r/n/r/n/r/n/r/n图/r/n5/r/n：热机工作示意图/r/n0-4/r/n工程热力学研究的对象及主要内容/r/n/r/n一、研究对象/r/n/r/n热力学研究热现象/r/n—/r/n与物质热运动有关的现象。/r/n/r/n热运动的广泛性和特殊性：/r/n/r/n—/r/n热运动无时无处不在，人类利用热能历史悠久（直接，或转换为其它形式）。/r/n/r/n—/r/n热能为一方，其它所有非热能形式能量为另一方（机、声、光、电、磁等），可相互转换。转换前后数量相等（/r/nLawI/r/n：能量转换与守恒）。/r/n/r/n但机械能等可/r/n100%/r/n地、无代价地转换为热能，反之则不然（/r/nLawII/r/n：热过程之方向性）。/r/n[/r/n例：汽车排尾气；现代火电厂热效率仅/r/n40/r/n%]/r/n二、研究内容/r/n/r/n1/r/n．热能与其它能量间相互转换的基本规律/r/n——/r/n主要/r/nLawI/r/n、/r/nII/r/n，此乃本课程主要内容。/r/n/r/n2/r/n．工质的热力性质/r/n——/r/n能量的利用/r/n//r/n转换，需通过工作物质即工质及热力设备来完成。/r/n/r/n3/r/n．提高热力设备效率的途径/r/n——/r/n从工程实际应用来说，此为最终目的。/r/n/r/n4.化学热力学基础/r/n**/r/n请学生对照教材的/r/n目录/r/n，体会工程热力学的研究内容（尤其是前三大部分）：/r/n①/r/n热力学基本定律；/r/n②/r/n工质热力性质；/r/n③/r/n（热力设备中的）热力过程及循环；/r/n④/r/n化学热力学基础。/r/n/r/n提问：/r/n思考题3.现在社会上流行的/r/n“/r/n无氟冰箱/r/n”/r/n真的/r/n“/r/n无氟/r/n”/r/n吗？/r/n三、研究方法/r/n/r/n可有二种研究方法/r/n——/r/n微观的和宏观的。/r/n/r/n工程热力学用宏观的研究方法。/r/n/r/n优点/r/n——/r/n可靠：以大量观察/r/n//r/n实验所得经验定律为依据，故只要推论无误，则结论亦可靠。而经验定律是大量经验（观察/r/n//r/n实验）之归纳总结，其可靠性体现在至今未有反例。/r/n/r/n缺点/r/n——/r/n①/r/n不能说明其所以然（何以/r/n“/r/n守恒/r/n”/r/n？何以有/r/n“/r/n方向性/r/n”/r/n？）；/r/n②/r/n应用有局限：上不能推广至茫茫宇宙，下不能深入至物质内部个别分子/r/n//r/n原子的表现/r/n——/r/n看不到，去不了，无经验。/r/n/r/n统计热力学则恰可弥补其缺点/r/n——/r/n可说明/r/n“/r/n所以然/r/n”/r/n。但也有缺点：与物质结构模型有关，而模型是近似的。/r/n/r/n[/r/n例：判断人的健康：可宏观/r/n—/r/n体温等；也可微观/r/n—/r/n化验等/r/n]/r/n提问：/r/n思考题/r/n2./r/n工程热力学的宏观研究方法与微观方法的比较/r/n四、课程与本专业的关系/r/n/r/n热能与动力工程专业培养目标/r/n——/r/n德智体全面发展，掌握现代能源科学、信息科学和管理科学技术，在热能与动力工程领域从事设计、运行、控制、信息处理、环境保护、清洁能源利用和新能源开发等工作的基础扎实、知识面广、创新能力强的复合型人才。/r/n[/r/n摘自《/r/n郑州轻工业学院/r/n热能与动力工程本科培养方案》/r/n]/r/n工程热力学是/r/n热能与动力工程/r/n专业（以及其他相关专业）主要的专业基础理论课之一（另/r/n两/r/n门同类课程：工程流体力学、传热学）/r/n/r/n五、单位制/r/n/r/n国际单位制/r/nSI/r/n。/r/n/r/n法定计量单位/r/n——/r/n以/r