工程热力学
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课程评价
spContent=工程热力学是热力学基础理论在工程实际中的应用,是工科专业的一个核心基础课程。
—— 课程团队
课程概述

本课程是南京航空航天大学工科专业的重要公共基础课,为飞行器动力工程、能源与动力工程、土木工程、人机环境工程以及核工程与核技术等专业的人才培养做出了重要的贡献。学生们通过学习本课程,能够知悉能源和能源的基本概念,掌握能量转化和传递过程所遵循的基本原理,获得分析典型热力过程和热力循环的能力,并能对典型工业装置及设备中热力过程和循环开展定量分析,为后续传热学、流体力学、叶片机原理、航空发动机原理等课程的学习奠定良好的基础。

授课目标
本课程是一门专业基础课,同时具有很强的实用性,通过本课程的学习,一方面要求学生掌握好基础理论与基础知识,为进入专业课的学习打下基础,另一方面要培养运用所学知识解决实际问题的能力,注意联系工程实践,注意创新能力的培养。
课程大纲

第0章  绪论 (理论授课2学时)

本章主要讲授热能的利用,热力学发展简史,工程热力学的主要内容和研究方法。

0.1热能及其利用*必讲

0.2热力学发展简史Δ选讲

0.3工程热力学的主要内容及研究方法*必讲

第一章  基本概念 (理论授课3学时)

本章主要讲授热能在热机中转变为机械能的过程,引出热力系统、工质及热力过程等概念,详细介绍热力系、工质、平衡状态、状态参数及其特性、热力参数坐标图、热力过程及准静态过程、过程功与热量,以及热力循环等概念与特性,并介绍了温度、压力、体积等基本状态参数的定义及单位制。

1.1热能在热机中转变为机械能的过程*必讲

1.2热力系统*必讲(系统划分是本章的一个重点,应讲清楚系统划分的目的以及如何根据解题要求来划分系统。)

1.3工质的热力学状态及其基本参数*必讲

1.4平衡状态、状态方程式、坐标图*必讲(讲清楚平衡状态的概念以及平衡状态、稳定状态、均匀状态三者之间的差别。)

1.5工质的状态变化过程*必讲(准平衡过程与可逆过程是本章的一个重点,应讲清楚引入这两个概念的意义、实现的条件。)

1.6过程功和热量*必讲(阐明过程量和状态量的属性差别,状态量与过程量在热力学中不同的表示方法。)

1.7热力循环*必讲(讲清楚循环经济性指标的定义以及正向循环、逆向循环的各自特点)

第二章  热力学第一定律(理论授课4学时,课堂讨论1学时)

本章主要讲授热力学第一定律的实质及能量的传递与转化过程所遵循的规律,引出热力学能、系统外储存能、总能及焓的概念,并详细介绍热力学第一定律的基本能量方程式、开口系统的能量方程式以及能量方程式的应用。

2.1热力学第一定律的实质*必讲

2.2热力学能和总能*必讲(解释热力学能和总能的概念、表达式和属性。)

2.3能量的传递和转化*必讲(讲清楚能量传递的两种方式——作功和热传递,推动功和流动功的定义和表达式。)

2.4焓*必讲

2.5热力学第一定律的基本能量方程式*必讲

2.6开口系统能量方程式*必讲(熟练掌握热力学第一定律的各种表达式,能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析计算工程实际中的有关问题。)

2.7能量方程式的应用*必讲

第三章  理想气体的性质(理论授课2学时,课堂讨论1学时,实验4学时)

本章讲授理想气体的概念及性质,给出了理想气体的状态方程式,并详细介绍了理想气体的比热容、热力学能、焓、熵的计算方法,最后介绍了理想气体混合物的参数计算方法

3.1理想气体的概念*必讲

3.2理想气体的状态方程式*必讲(理想气体的状态方程式是本章的重点之一,需讲清楚状态方程与过程方程的区别、状态方程中各项的单位。)

3.3理想气体的比热容*必讲

3.4理想气体的热力学能、焓和熵的计算*必讲(应熟练掌握理想气体的热力学能、焓和熵的计算)

3.5理想气体混合物*必讲

实验一、空气比热测量。

第四章  理想气体的热力过程(理论授课4学时,课堂讨论1学时)

本章讲授研究热力过程的目的、方法,详细分析了四种典型热力过程(定容、定压、定温及绝热)的参数变化、能量传递与转化以及在状态参数坐标图上的表示方法,最后介绍了多变过程的性质以及与四种典型热力过程的关系等。本章的重点是熟练掌握4种基本过程与多变过程的初、终态参数的关系式,以及过程中系统与外界交换的热量、功量,并能在p-V图、T-S图上表示出来。

4.1研究热力过程的目的及一般方法*必讲

4.2定容过程*必讲

4.3定压过程*必讲

4.4定温过程*必讲

4.5绝热过程*必讲

4.6多变过程*必讲(明确多变过程与四种典型热力过程的关系。)

4.7非稳态流动过程Δ选讲

第五章  热力学第二定律(理论授课6学时,课堂讨论1学时)

本章讲授热力学第二定律的实质及其表述,建立第二定律各种形式的数学表达式,给出过程能否实现的数学判据,重点剖析作为过程不可逆程度的度量——孤立系的熵增、不可逆过程的熵产、火用损失的内在联系。最后简要介绍热系统的火用分析方法。

5.1热力学第二定律*必讲(阐述自然过程的方向性以及热力学第二定律的几种表述方法及它们的等价性,深刻领会热力学第二定律的本质,认识能量存在的“量”与“质”的差别。)

5.2可逆循环分析及其热效率*必讲

5.3卡诺定理*必讲

5.4熵参数、热过程方向的判据*必讲(详细介绍熵概念的引出、表达式和计算方法,使学生熟练应用定义进行熵变的计算。)

5.5熵增原理*必讲(深入理解孤立系统熵增原理在判别热力过程进行的方向、条件和限度上的作用。)

5.6熵方程*必讲(理解熵变、熵流以及熵产的概念,以及适用于不同热力系统的熵平衡方程及其计算。)

5.7火用参数的基本概念、热量火用Δ选讲

第六章  实际气体的性质及热力学一般关系式(理论授课2学时)Δ选讲

本章讲授简单可压缩物质系统的热力学一般关系式、实际气体的状态方程,建立热力学能函数、焓函数、熵函数和比热容的一般关系式,并介绍一般关系式的具体应用方法。

6.1理想气体状态方程用于实际气体的偏差Δ选讲

6.2范德瓦尔方程和R-K方程Δ选讲

6.3对应态原理与通用压缩因子图Δ选讲

6.4维里方程Δ选讲

6.5麦克斯韦关系和热系数Δ选讲

6.6热力学能、焓和熵的一般关系式Δ选讲

6.7比热容的一般关系式Δ选讲

第八章  气体与蒸汽的流动(理论授课4学时,课堂讨论1学时)

本章讲授气体在流经喷管等设备时气流参数变化与流道截面积的关系及流动过程中气体能量的传递和转化等问题。此外还将简要讨论绝热节流过程。引入了滞止参数、临界截面、临界参数等概念。

8.1稳定流动的基本方程式*必讲

8.2促使流动改变的条件*必讲(充分认识促使流速变化的力学条件与几何条件以及这两个条件对流速的影响,理解截面积变化的原因。)

8.3喷管的计算*必讲(本章的重点之一,主要掌握喷管中气体流速、流量的计算;熟练掌握喷管的设计和校核两类计算。)

8.4背压变化时喷管内流动过程简析*必讲(本章的难点之一,充分认识气流的比体积、流速与截面积之间的关系是分析喷管内流动过程的关键。)

8.5有摩阻的绝热流动*必讲

8.6绝热节流Δ选讲

 

第九章  压气机的热力过程(理论授课4学时)

本章以活塞式压气机为重点,分析压缩气体生产过程的热力学特性。

9.1单级活塞式压气机工作原理和理论耗功量*必讲(正确计算压气机的理论耗功量,区分压缩过程耗功与压气机耗功的概念)

9.2余隙容积的影响Δ选讲

9.3多级压缩和级间冷却Δ选讲

9.4叶轮式压气机的工作原理Δ选讲

第十章  气体动力循环(理论授课3学时,课堂讨论1学时)

本章讲授分析循环的目的及一般方法,包括:分析循环的热效率法,分析循环中不可逆损失的熵方法与火用方法等。此外还介绍了活塞式内燃机与燃气轮机的工作原理与热力学分析的方法、内燃机与燃气轮机的理想循环,以及提高热效率的方法与措施。

10.1分析动力循环的一般方法*必讲(掌握将实际循环抽象和简化为理想循环的一般方法,并能分析各种循环的热力过程组成。)

10.2活塞式内燃机实际循环的简化Δ选讲

10.3活塞式内燃机的理想循环*必讲

10.4活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较*必讲(掌握以压缩比、吸热量、最高压力和最高温度相同作为比较基础下的几种典型内燃机理想循环的热力学比较,掌握分析方法。)

10.5燃气轮机装置循环*必讲

10.6燃气轮机装置的定压加热实际循环Δ选讲

10.7提高燃气轮机装置循环热效率的措施Δ选讲


预备知识

1.具有良好的高等数学基础;

2.掌握大学物理的基本知识。

证书要求

参考资料

1)何雅玲,工程热力学精要分析及典型题精解,西安交通出版社

(2)曾丹岺,工程热力学,高等教育出版社