工程热力学
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spContent=工程热力学是研究热能与机械能的转换规律,以提高能量利用经济性的一门学科。工程热力学是能源动力、机械、航空航天、材料、化学、生物工程等领域的重要基础课,是培养涉及能源特别是与热能相关的各领域中具有创新能力人才的学科基础课,也是培养21世纪工科学生科学素质的基础课。
—— 课程团队
课程概述

工程热力学是研究物质的热力性质、热能与其它能量之间相互转换的一门工程基础理论学科,是热能与动力工程专业的必修专业课。本课程的任务是使学生掌握能量转换的基本理论和知识,掌握解决热工问题的方法,并具有对热工设备进行分析计算、提出提高转换效率的途径的能力。通过本课程系统知识的学习,特别是实施研究性教学模式,强化工程实际问题分析和专题研究等训练环节,使学生提高主动获取知识的能力,提高理论联系实际、对本专业工程问题的分析判断能力,提高科学研究和科技创新综合素质,为学生学习后续课程提供坚实的基础;为学生从事热能与动力工程方面的科研、设计、实验、管理等提供必要的理论知识与技术能力


授课目标

掌握工程热力学基本概念以及热力学第一定律和热力学第二定律的基本理论,并能够正确运用基本概念、基本定律用于解决能源系统工程实际问题,培养学生具有解决能源利用系统复杂工程问题所需要的专业基础知识和技能。

通过学习理想气体、水蒸气及湿空气等工质的热力性质,熟练地运用常用工质的物性公式和图表进行热力计算;掌握热力过程和各种热力循环的分析方法,深刻了解提高能量利用热经济性的基本原则和主要途径。


课程大纲

绪论

1-能源

2-热能

3-能量的传递和转换过程

4-能量转换装置及其工作过程

第一章 基本概念

1-热力系及其类型

2-状态和状态参数

3-平衡状态

4-状态方程和状态坐标图

5-过程和循环

6-功和热量


第一章单元作业


第二章   热力学第一定律

1-热力学第一定律的实质

2-系统的热力学能和总能

3-一般热力系与闭口系的能量方程

4-开口系的能量方程

5-稳定流动的能量方程

6-能量方程之间的内在联系和热变功的实质(技术功、轴功、膨胀功、流动功之间的关系)

7-能量方程的工程应用

8-功和热量的计算


第二章单元作业


第三章   热力学第二定律

1-热力学第二定律的任务

2-可逆过程与不可逆过程

3-熵流、熵产与熵方程

4-熵方程的简化与热力学第二定律的实质

5-热力学第二定律的表述

6-孤立系熵增原理

7-热力学第二定律各种表述的等效性

8-卡诺定理

9-卡诺循环

10-克劳修斯积分式(熵的数学定义式)

11-能量的可用性和可用能

12-热量的可用能及其不可逆损失

13-流动工质的㶲和㶲损

14-工质的㶲和㶲损

15-关于㶲损的讨论

16-㶲方程

17-热力学第二定律的指导意义


第三章单元作业


第一部分 热力学基本概念和基本定律(1-3章)测验


第四章 气体的热力性质

1-实际气体和理想气体

2-理想气体状态方程和摩尔气体常数

3-气体的比热容

4-理想气体的比热容、比热力学能和比焓

5-理想气体的熵

6-实际气体对理想气体性质的偏离

7-范德瓦耳斯方程

8-维里方程

9-对比态方程与对应态原理

10-通用压缩因子图

11-通用对比余焓图

12-通用对比余熵图


第四章单元作业


第五章 热力学微分关系式

1-特征函数

2-二元连续函数的数学特性

3-热系数

4-麦克斯韦关系式

5-比熵的一般关系式

6-比热力学能的一般关系式

7-比焓的一般关系式

8-比热容的一般关系式

9-焦耳-汤姆逊系数的一般关系式


第五章单元作业


第六章 水蒸气的热力性质

1-水蒸气的饱和状态

2-水蒸气的(定压)产生过程

3-水蒸气的热力性质图和表

4-水蒸气的基本热力过程


第六章单元作业


第七章 理想混合气体与湿空气

1-混合气体的成分

2-混合气体的参数计算

3-湿空气和干空气

4-湿空气的湿度

5-露点温度和湿球温度

6-湿空气的焓和焓湿图h-d图

7-湿空气过程及应用


第七章单元作业


第二部分 工质的热力性质(4-7章)测验


第八章  理想气体的热力过程

1-等容过程

2-等压过程

3-等温过程

4-等熵过程

5-用p-v图和T-s图表示过程

6-多变过程

7-多变过程与典型定值过程的关系及过程中能量变化特征

8-不做功过程

9-绝热过程

10-等容混合过程

11-流动(等压)混合过程

12-充气过程

13-放气过程


第八章单元作业


第九章 气体与蒸汽的流动

1-一元稳定流动的基本方程

2-流动中常用的其他与流体性质有关的方程

3-喷管中气流参数变化和喷管截面变化的关系

4-气体流经喷管的流速、临界流速和临界压力比

5-气体流经喷管的流量与最大流量

6-喷管背压变化时的流动情况

7-喷管中有摩擦的绝热流动过程(1)

8-喷管中有摩擦的绝热流动过程(2)

9-喷管中有摩擦的绝热流动过程(3)


第九章单元作业


第十章  气体的压缩

1-单级活塞式压气机的压气过程

2-单级活塞式压气机压气耗功分析

3-单级活塞式压气机余隙容积的影响

4-带有中间冷却器的多级活塞式压气机的压气过程

5-活塞式压气机的效率及叶轮式压气机的压气过程

6-引射器的工作过程


第十章单元作业


第十一章 气体动力循环

1-气体动力循环概述

2-活塞式内燃机的混合加热循环-实际循环及其简化

3-活塞式内燃机的混合加热循环的特征参数与循环热效率

4-循环热效率的影响因素及提高循环热效率的途径

5-活塞式内燃机的等容加热循环分析

6-活塞式内燃机的等压加热循环分析

7-活塞式内燃机各种循环的比较

8-燃气轮机装置及其理想循环分析

9-燃气轮机装置的回热等压加热循环

10-喷气发动机循环

11-活塞式热气发动机循环


第十一章单元作业


第十二章  蒸汽动力循环

1-简单理想朗肯循环及其在p-v图、T-s图和h-s图上的表示

2-蒸汽参数对郎肯循环热效率的影响

3-蒸汽再热朗肯循环及其p-v图和T-s图

4-抽汽回热朗肯循环及其p-v图和T-s图

5-热电联产循环

6-实际蒸汽动力循环的能量分析

7-实际蒸汽动力循环的㶲分析

8-循环的充满度与工质性质对循环热效率的影响

9-燃气-蒸汽联合循环

10-注蒸汽-燃气轮机装置循环


第十二章单元作业


第十三章 制冷循环

1-逆向卡诺(制冷、供热)循环

2-空气压缩制冷循环

3-蒸汽压缩制冷循环

4-制冷剂的热力性质

5-蒸汽喷射制冷循环

6-吸收式制冷循环


第十三章单元作业


第三部分 热力过程及热力循环(8-13章)测验


第十四章 化学热力学基础

1-化学反应系统的能量方程

2-焓基准、标准生成焓及化学反应热的计算

3-盖斯定律

4-化学反应过程的最大有用功

5-吉布斯自由能的计算

6-亥姆霍兹函数判据和吉布斯函数判据

7-化学反应过程的一般判据

8-平衡常数

9-平衡移动原理与热力学第三定律


结课考试

预备知识

微积分、大学物理(热学部分)

证书要求

课程考核方式为考试(百分制)。

(一)平时考核成绩50%:包括章节作业25%、单元测验25%。

(二)结课考核成绩50%。


参考资料

[1] 杨玉顺. 工程热力学. 北京:机械工业出版社,2009.(建议教材)

[2] Yunus A.CengelMichael A.Boles. 何雅玲. 工程热力学(6). 北京:电子工业出版社, 2009.

[3] 沈维道, 童钧耕. 工程热力学(4). 北京:高教出版社, 2007.

[4] 冯青, 李世武, 张丽. 工程热力学. 西安:西北工业大学出版社, 2006.

[5] 傅秦生. 工程热力学(1). 北京:机械工业出版社, 2012.

[6] 陶文铨、李永堂. 工程热力学(1). 武汉: 武汉理工大学出版社, 2001.

[7] 严家禄. 工程热力学(3). 北京:高等教育出版社, 2001.

[8] 朱明善. 工程热力学(3). 北京:清华大学出版社, 1995.

[9] 刘桂玉工程热力学(3). 北京:高等教育出版社, 2002.