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基础,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

序号

知识单元(章节)

知识点

1

绪论

能源及我国能源现状

热能及其利用

工程热力学的主要研究内容和研究方法

2

基本概念

热力系、状态和状态参数、平衡状态

准平衡过程与可逆过程

功与热量;循环及经济性指标

3

热力学第一定律

热力学第一定律的实质、系统的热力学能和总能

热力学第一定律基本能

量方程式

推动功与焓、开口系能量方程式

能量方程的应用

4

热力学第二定律

热过程的方向性;热力学第二定律的表述;卡诺循环与卡诺定理

状态参数熵、熵变计算、熵方程

熵增原理、做功能力损失;热量㶲、㶲损失

5

气体的热力性质

实际气体;压缩因子、对应态原理和通用压缩因子图;实际气体状态方程;热力学一般关系式

理想气体的概念;理想气体状态方程式;理想气体的比热容,理想气体的热力学能、焓和熵的计算

6

热力学微分关系式

亥姆霍兹函数和吉布斯函数;麦克斯韦关系式;熵、焓、热力学能和比热容的一般关系式

7

水蒸气的热力性质

水蒸气的定压产生过程;水和水蒸气的状态参数图;水蒸气热力性质表和图;水蒸气的基本热力过程

8

理想混合气体与湿空气

理想气体混合物的性质与计算

湿空气的概念与参数;湿空气参数的确定;湿空气的h-d图;湿空气过程及应用

9

理想气体的热力过程

分析热力过程的目的和依据;典型定值热力过程分析;用p-v图和T-S图表示过程;多变过程;过程的综合分析

10

气体与蒸汽的流动

 

一元稳定流动的基本方程;绝热滞止;促使流速改变的条件;喷管的设计和校核计算;有摩阻的绝热流动、喷管的速度系数;绝热节流

焦耳—汤姆逊效应

11

气体的压缩

单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量;余隙容积的影响;带级间冷却的多级压缩;叶轮式压气机

引射式压缩器简介

12

气体动力循环

分析方法;活塞式内燃机的理想循环分析;三种内燃机理想循环的热力学比较

燃气轮机装置理想循环分析;燃气轮机装置的实际循环;提高燃气轮机装置循环热效率的热力学措施

喷气发动机工作过程简介

13

蒸汽动力循环

朗肯循环、热效率计算式;影响蒸气动力循环热效率的因素;再热循环与抽汽回热循环分析

热电联产循环;蒸汽-燃气联合循环分析

14

制冷循环

逆向卡诺循环;空气压缩制冷循环;蒸汽压缩制冷循环;吸收式制冷循环;制冷剂性质;热泵循环

15

化学热力学基础

化学反应系统的能量方程式;标准生成焓;盖斯定律;化学反应过程最大有用功;吉布斯自由能;化学平衡;平衡移动原理;热力学第三定律


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.