热力系统仿真与优化 教学大纲

第页热力系统仿真与优化一、课程说明课程编号：100309Z10课程名称：热力系统仿真与优化/SimulationandOptimizationofThermodynamicSystems课程类别：专业教育课程学时/学分：32学时/2学分先修课程：工程热力学、传热学、工程流体力学适用专业：新能源科学与工程教材：自编《热力系统仿真与优化》-计划2019年出版教学参考书：RGicquel,Energysystems:Anewapproachtoengineeringthermodynamics,CRCPress,2011.FCKnopf,Modeling,analysisandoptimizationofprocessandenergysystems,JohnWiley&Sons,Inc.,2012王丰，热力学循环优化分析，国防工业出版社，2014.RSpan,WWagner,EquationsofstatefortechnicalapplicationsI.Simultaneouslyoptimizedfunctionalformsfornonpolarandpolarfluids.IntJThermophysics2003;24(1):1-39.二、课程设置的目的意义热力系统仿真及优化是新能源科学与工程专业设立的专业选修课，本课程的目的是让学生初步掌握能源利用与转换过程和系统的计算机仿真的基本思路与方法，包括状态方程、工质热力性质的计算、常见热力系统仿真、优化的基本理论、优化算法和典型热力系统的优化问题等。热力系统计算机仿真与优化是一门综合性课程，集成了计算机、自动控制、数理方法、应用数学、图形图像技术等多个学科的知识。因此，本课程不仅能使学生拓展视野，完善其知识体系，而且能为学生进一步的深造和学习奠定一定的基础。三、课程的基本要求知识方面的基本要求：掌握工质热力性质计算的基本理论与方法；理解典型热力设备和系统仿真和优化的基本方法，并掌握相关计算程序或软件；了解最优化理论的基本框架、基本优化算法，掌握优化计算程序或软件；为研究生阶段继续深入学习和原创性研究提供基本的知识储备；能力方面的基本要求：培养运用工程热力学、传热学和工程流体力学等专业基础知识解决实际工程问题的能力与思维；熟悉热力系统仿真与优化的基本原则与思路；了解计算机模拟与仿真的发展动态和应用现状，培养国际视野及较强的创新能力和实践能力；素质培养方面的具体要求：培养良好的社会责任感和职业道德；形成自主学习和终生学习的意识和习惯，培养适应发展的素质；培养沟通交流的能力和团队合作的精神。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课（含研讨）实践第1章绪论热力系统仿真与优化概述；热力学基本守恒方程22热力计算的内容、意义等；复习质量守恒、能量守恒和熵平衡方程教学方法：讲授法、演示法；教学手段：PPT+多媒体+互动讨论第2章工质热力参数计算热力学微分关系式；状态方程；热力性质计算66复习热力学微分关系式、比热容的方程；状态方程；基于状态方程的热力性质计算Helmholtz自由能状态方程；基于Helmholtz状态方程的热力参数计算教学方法：讲授法、演示法、练习法；教学手段：PPT+多媒体+习题讲解+互动讨论第3章热力系统仿真常见热力设备计算；动力循环系统仿真；制冷与热泵循环仿真；太阳能热-电系统仿真862压缩机、换热器、燃烧室、太阳能集热器等设备的热力性能计算；蒸汽动力循环仿真；蒸汽压缩式制冷循环仿真；高温太阳能集热器模型、太阳能热电系统模型和仿真燃烧室的能量平衡；工质水的热力性质计算；吸收式制冷循环的热力学模型；系统仿真计算的流程教学方法：讲授法、交流法；任务驱动法；教学手段：PPT+多媒体+习题讲解+上机练习第4章最优化理论优化问题的本质与组成；优化问题建模；优化问题的求解66优化问题的基本特征、优化的范围和层次、求解优化问题的一般过程；模型分类、建模步骤、自由度、约束、目标函数；无约束最优化算法、有约束最优化算法优化问题的基本特征；自由度的确定、目标函数教学方法：讲授法、演示法、练习法；教学手段：PPT+多媒体+习题讲解+互动讨论第5章热力系统优化与设计活塞式内燃机循环优化分析；太阳能热-电系统优化；蒸汽压缩式制冷系统优化862奥托循环和狄赛尔循环的最佳压缩比、最佳热效率；太阳能集热器最佳温度、槽式太阳能热电系统的优化设计；蒸汽压缩式制冷系统特性、最佳冷水流量、最佳冷却水量工质热力性质的变化；槽式太阳能热电系统的优化设计；制冷系统最佳冷却水、冷冻水流量的确定教学方法：讲授法、交流法；任务驱动法；教学手段：PPT+多媒体+习题讲解+上机练习总复习220合计32284注1：实验课时计入专业实验课课时五、实践教学内容和基本要求与本课程相关的上机课时为4学时，计入本课程教学课时。上机共2个内容，4个学时。上机实践内容1：槽式太阳能热发电系统仿真（2学时）上机实践内容2：蒸汽压缩式制冷系统优化设计（2学时）基本要求：提前学习掌握教师提供的模拟程序和软件；根据教师提供的程序和软件，按时完成计算仿真的任务；撰写并提交上机仿真和优化计算报告一份。六、考核方式及成绩评定考核内容包括基本知识的掌握情况，分析和解决问题的能力，应用理论解决实际工程问题的能力，对所学知识的归纳整理，对问题的分析和表达，沟通与交流的综合表现。考核的重点在于学习过程中的能动性，上机操作能力，发现问题的能力、分析和归纳问题的能力，认知和表达的能力。考核方式考核内容成绩比例（%）备注考勤（学生参与度）、随堂平时到课率、课堂问答、研讨的积极性15可分