工程热力学
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spContent=课程由上海交通大学王丽伟、于娟、童钧耕主讲,使用沈维道、童钧耕主编的工程热力学(第五版)教材。
—— 课程团队
课程概述

工程热力学是能源与动力工程、机械工程、新能源科学与工程、工业工程、核科学与工程、航空航天工程等专业的一门重要技术基础课,是机械、能源动力类专业必修主干课。工程热力学是研究热能有效利用以及热能与其它能量转换规律的科学。本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识,也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。通过本课程教学,引导学生在能量转换和利用特别是热能与机械能的转换和合理利用方面树立正确的概念,着力培养学生的抽象与逻辑思维能力和解决工程实际问题的素养。



授课目标

(1) 掌握热能和机械能相互转换的基本规律,并能推广应用于其它能量的转换问题。
(2) 初步掌握热力过程和热力循环的分析方法,了解提高能量利用经济性的基本原则和主要途径。
(3) 能运用常用工质物性公式、图表(如水蒸气)和电子软件等进行一般热力过程计算。
(4) 初步具有从实际问题抽象为理论,并运用理论分析解决实际问题能力。
(5) 强化理论来源于实践,实践是检验理论的唯一标准的认识观。




课程大纲

第一章 基本概念与定义
1.1 热力系
1.2 热力系统状态、平衡状态、状态参数和状态参数图
1.3 常用状态参数(p、v、T、u、h、s)
1.4 可逆过程和内部可逆过程
1.5 功和热量
1.6 热力循环和循环经济性指标


第二章 热力学第一定律
2.1 热力学第一定律的发展、解析式及闭口系能量方程
2.2 稳定流动能量方程


第三章 气体和蒸汽的性质
3.1 理想气体假设、状态方程及比热容
3.2 理想气体比热容的应用
3.3 理想气体的热力学能、焓和熵
3.4 水蒸气的饱和状态和相图
3.5 水和水蒸气状态参数及汽化潜热


第四章 气体和蒸汽的基本热力过程
4.1 气体的基本热力过程
4.2 气体的多变过程
4.3 水蒸气的基本过程


第五章 热力学第二定律
5.1 热力学第二定律
5.2 卡诺循环和卡诺定理
5.3 多热源可逆循环及其热效率
5.4 克劳修斯积分不等式和热力学第二定律表达式
5.5 熵流和熵产
5.6 熵方程
5.7 孤立系统熵增原理
5.8 㶲
5.9 开口系与闭口系的㶲
5.10 㶲损和㶲方程


第六章 实际气体的性质及热力学一般关系式*
6.1 范德瓦尔方程*
6.2 维里方程和多常数方程*
6.3 压缩因子和通用压缩因子图*
6.4 自由能、自由焓和特性函数*
6.5 麦克斯韦关系和热系数*
6.6 热力学能、焓和熵的一般关系式*
6.7 比热容的一般关系式*
6.8 克劳修斯-克拉贝隆方程*
6.9 单元系相平衡*


第七章 气体与蒸汽的流动
7.1 喷管内流动简化模型
7.2 促使流速改变的条件
7.3 喷管设计计算
7.4 摩擦和背压改变时流动简析
7.5 绝热节流*


第八章 压气机的热力过程
8.1 活塞式与叶轮式压气机的工作原理和理论耗功量
8.2 压气机的余隙容积,分级压缩和级间冷却


第九章 气体动力循环
9.1 气体循环的空气标准假设
9.2 活塞式内燃机的理想循环
9.3 燃气轮机装置理想循环*
9.4 燃气轮机装置内部热效率及其提高措施*


第十章 蒸汽动力装置循环
10.1 朗肯循环
10.2 再热循环与抽汽回热循环*


第十一章 制冷循环
11.1 压缩气体制冷循环*
11.2 压缩蒸气制冷循环


第十二章 理想气体混合物及湿空气*
12.1 理想气体混合物及其成分*
12.2 理想气体混合物的热容、热力学能、焓和熵*
12.3 湿空气、饱和湿空气和露点*
12.4 绝对湿度、相对湿度和含湿量*
12.5 湿空气的焓和焓-湿图*
12.6 湿空气过程及应用*


第十三章 化学热力学基础*
13.1 化学反应系统*
13.2 热效应*
13.3 赫斯定律和基尔霍夫定律*
13.4 绝热理论燃烧温度*
13.5 化学平衡与平衡常数*
13.6 平衡移动原理*
13.7 化学平衡判据和平衡条件*

预备知识

高等数学,大学物理

证书要求

总分构成:
课内讨论 / 视频浏览:10%
单元测验 / 线上作业:20%
期末考试 / 线上考试:70%


合格证书要求:55 ≤ 得分 < 75
优秀证书要求:得分 ≥ 75

参考资料

推荐教材:

沈维道, 童钧耕. 工程热力学(第五版). 北京: 高等教育出版社, 2016. ISBN 978-7-04-044632-6.


参考书目:
(1) M. J. Moran, H. N. Shapiro. Fundamentals of Engineering Thermodynamics 6th Edition, New York JOHN WILEY & SONS, INC. 或更新版本

(2) YUNUS A. CENGEL MICHAEL A. BOLES Thermodynamics—An Engineering Approach, 5th edition. McGraw-Hill Publishing Company. 或更新版本

(3) 曾丹苓等.工程热力学(第三版). 北京: 高等教育出版社, 2002.
(4) 严家騄 编著.王永青 参编.工程热力学(第五版). 北京: 高等教育出版社, 2015.
(5) 童钧耕等.工程热力学学习辅导与习题解答(第三版). 北京: 高等教育出版社, 2017.
(6) KENNETH WARK, DONALD E. RICHARDS Thermodynamics, 6th Edition McGraw-Hill Publishing Company, 1999.