工程热力学
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spContent=通过本课程的学习,可以科学地认识能量转换规律及能量有效利用的基本理论,树立合理用能思想,掌握工程热力学分析问题的方法与手段,并能应用这些理论对工程中涉及的热力过程及热力循环进行正确分析与计算。
—— 课程团队
课程概述

工程热力学是研究热能以及热能与其他能量之间相互转换规律的一门学科。工程热力学课程是能源与动力工程专业一门重要的基础必修课。通过本课程的学习,可以使学生科学地认识能量转换规律及能量有效利用的基本理论,树立合理用能思想,掌握工程热力学分析问题的方法与手段,并能应用这些理论对工程中涉及的热力过程及热力循环进行正确的分析与计算,为学生之后的专业课程学习及工作奠定必要的理论基础。

江苏大学工程热力学课程教学团队,依托于江苏省青蓝工程能源动力类核心课程优秀教学团队、国家级能源动力工程实验教学示范中心团队,以及江苏省动力工程与工程热物理优势学科团队组建而成。团队成员充满活力,长期致力于工程热力学教学改革研究,注重课程和教材建设,努力提升课程教学质量。

课程教学特色:

 结合能源动力工程领域工程案例,突出讲解工程热力学基础理论;

 强调实验动手能力的培养;

 准确把握课程内容的重点和难点;

 深入浅出,循序渐进的展现工程热力学的魅力。


授课目标
课程主要任务是使学生牢固掌握工程热力学基本理论和基本知识,掌握热力过程基本规律,并能运用这些规律对热工过程和热力循环进行分析和计算。为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识,而且为学生毕业后从事热能利用、热设计、热管理和热控制等方面的专业技术工作和科研工作打下必要的理论基础。
课程大纲

绪论

(一)教学内容

1. 热能动力工程的重要地位

2. 四种能量转换装置工作过程简单介绍

3. 工程热力学的研究对象及研究方法

(二)教学要求

使学生了解能源利用与生产力发展的关系;了解工程热力学的研究对象及主要内容;了解工程热力学的研究方法及学习方法。

第一章 基本概念及定义

(一)教学内容

1. 热力系统、外界、工质

2. 热力学系统的状态及基本状态参数

3. 平衡状态及状态参数坐标图

4. 状态方程式

5. 热力过程和准静态过程

6. 准静态过程的功

7. 热量

8. 热力循环

(二)教学要求

理解热力学系统、外界、热力学平衡状态、温度、压力、比容、功、热量及准静态过程等热力学基本概念。掌握理想气体状态方程及热力学状态参数的性质;掌握无摩擦准静态过程功和热量的计算方法。

(三)重点与难点

1.重点

基本状态参数、平衡状态、准静态过程等定义的理解;可逆过程容积功和热量表达式在热力学分析中的应用;容积功和热量在T-s图和p-v图上的标示。

2.难点

过程量与状态参数的特点和区别,功与热量的类比。

第二章  热力学第一定律

(一)教学内容

1. 热力学第一定律

2. 闭口系统能量方程式

3. 开口系统能量方程式

4. 稳定状态稳定流动能量方程式

5. 轴功

6. 稳定流动能量方程式应用举例

(二)教学要求

掌握热能与其它形式能量的转换规律,即热力学第一定律;能够针对实际问题的特点选取热力系统,列出相应的闭口系统或开口系统能量方程式,并且能计算过程中状态参数的变化、功和热量。对绝热节流和充气等典型过程能够进行分析。

(三)重点与难点

1.重点

针对热力过程和热力循环,继续推导热力学第一定律;闭口系统和开口系统能量方程的推导;轴功在p-v图上的表示方法;稳定流动能量方程的应用。

2.难点

利用热力学第一定律求解充、放气过程。

第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算

(一)教学内容

1. 理想气体的比热力学能和焓;

2. 理想气体的比热容;

3. 理想气体的熵;

4. 理想气体混合物。

(二)教学要求

掌握理想气体热力学能、焓、熵的概念及计算方法。掌握理想气体比热的概念及计算方法。了解理想气体及理想混合气体的热力学性质,掌握理想混合气体分压力和分容积的概念,掌握理想混合气体的成分表示方法及换算、理想混合气体的折合分子量和折合气体常数的计算。

(三)重点与难点

1.重点

理想气体热力学能、焓、熵的计算公式及其应用范围;理想混合气体分压力和分容积的概念;理想混合气体组成的表示方法及换算。

2.难点

熵的计算公式及其应用范围;理想气体质量比热容、摩尔比热容的计算。

第四章 理想气体热力过程

(一)教学内容

1. 热力过程分析

2. 定容过程

3. 定压过程

4. 定温过程

5. 绝热过程

6. 多变过程

(二)教学要求

掌握分析气体热力过程的目的与方法。掌握定容、定压、定温、定熵及多变过程的分析方法,能够确定多变过程的多变指数。能利用状态参数坐标图表示热力过程并会分析其状态变化及能量转换的特点。

 

(三)重点与难点

1.重点

定容、定压、定温、定熵及多变过程的基本状态参数之间的关系,其他状态参数的计算,以及热量、容积功、轴功等过程量的计算;多变过程在状态参数坐标图上的表示。

2.难点

给定多变指数的多变过程在状态参数坐标图上的表示,特别是过程曲线走向的判别。

第五章 热力学第二定律

(一)教学内容

1. 热机循环和制冷循环

2. 热力学第二定律的表述

3. 卡诺循环

4. 卡诺定理

5. 克劳修斯不等式

6. 状态参数熵和孤立系统熵增原理;

(二)教学要求

掌握热力学第二定律的实质及表述;掌握卡诺循环、平均温度、等效卡诺循环;掌握卡诺定理、克劳修斯不等式、孤立系统熵增原理;掌握可逆过程与不可逆过程的概念的判别方法;通过学习,;应能正确应用热力学两个基本定律进行热力学过程的分析和计算。

(三)重点与难点

1.重点

卡诺循环、等效卡诺循环、卡诺定理、克劳修斯不等式、孤立系统熵增原理。

2.难点

利用克劳修斯不等式、孤立系统熵增原理判断热力系统的可逆性。

第六章 热能的可用性及㶲分析

(一)教学内容

1. 热能的可用性及㶲的基本概念;

2. 㶲值的计算;

3. 热力过程的㶲分析;

(二)教学要求

建立能量守恒与能量贬值的概念,掌握热能有效利用以及热能和其它能量相互转换的规律;掌握闭口系统热力学㶲和稳定流动焓㶲的概念及计算,作功能力的损失、最大作功能力(可逆功)、最大有用功、环境消耗功的概念。

(三)重点与难点

1.重点

闭口系统热力学㶲和稳定流动焓㶲、系统作功能力、作功能力损失的计算。

2.难点

闭口系统热力学㶲和稳定流动焓㶲的推导。

第七章 气体的流动

(一)教学内容

1. 稳定流动时气流的基本方程式

2. 管内定熵流动的基本特性

3. 气体的流速及临界流速

4. 气体的流量及喷管的计算

5. 喷管效率

6. 绝热滞止

7. 绝热节流

(二)教学要求

掌握稳定流动基本方程、音速与马赫数、气体与蒸汽在喷管和扩压管中流动的基本特性、流速和流量、临界压力比、临界流速和最大流量、喷管的计算。理解流速系数、滞止参数。了解绝热节流及其工程上应用。

(三)重点与难点

1.重点

理想气体在喷管中的流动特性,理想气体和实际气体发生绝热节流后的状态参数变化规律。

2.难点

理想气体在喷管中进行一元定熵流动时,工作条件变化对出口流速、流量、压力的影响规律。

第八章 压气机的压气过程

(一)教学内容

1. 压气机的压气过程

2. 活塞式压气机的压气过程

3. 多级压缩

4. 压气机效率

(二)教学要求

了解压缩机的型式及其工作原理,掌握定温、绝热和多变压缩时,压缩机耗功的计算及压缩机效率的计算。理解活塞式压缩机余隙容积的影响,能够对多级压缩中间冷却的压缩过程进行分析计算。

(三)重点与难点

1.重点

定温、绝热和多变压缩过程消耗轴功的大小关系;增压比对中间冷却多级压缩过程消耗轴功的影响规律。

2.难点

余隙容积对压缩单位质量气体所消耗的轴功的影响。

第九章 气体动力循环

(一)教学内容

1. 活塞式内燃机的理想循环

2. 燃气轮机装置循环

3. 增压内燃机及其循环

(二)教学要求

掌握热机循环的基本分析方法,以及提高能量利用率的基本原则和主要途径;掌握活塞式内燃机工作原理、理想循环及热力学分析的方法;掌握燃气轮机装置的循环及提高热效率的各种方法。通过学习,能够把实际热工设备的工作过程简化为理想的热力循环和热力过程,并在此基础上应用热力学第一定律进行分析计算以及应用热力学第二定律进行定性分析。

(三)重点与难点

1.重点

掌握活塞式内燃机的三种理想循环,及热效率计算方法。掌握定压加热燃气轮机循环,及提高其热效率的方法。

2.难点

不同限定条件下,活塞式内燃机三种理想循环热效率的比较。

第十章 实际气体

(一)教学内容

1. 实际气体状态变化的特点

2. 范德瓦尔方程式

3. 对比状态方程式

(二)教学要求

理解实际气体的性质,以及相变过程的主要物理特性、纯物质的p-v图及p-T图。理解范德瓦尔方程及分析。理解实际气体的对比态方程、压缩因子,能利用通用压缩因子图进行pvT的估算。

(三)重点与难点

1.重点

实际气体的在不同温度下进行的定温压缩过程、饱和状态等基本概念。掌握一点、两线、三区、五态在状态参数坐标图上的表示。

2.难点

p-v图上表示不同温度下的实际气体进行的定温压缩过程。

第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环

(一)教学内容

1. 水蒸气的发生过程

2. 水蒸气热力性质表和图

3. 水蒸气的热力过程

4. 朗肯循环

5. 再热循环

6. 回热循环

(二)教学要求

掌握水蒸气定压发生过程的特点,能够熟练应用水蒸气的热力学性质图、表及公式进行热力学性质的分析、计算;掌握蒸汽动力装置的循环及提高热效率的各种途径;通过学习,学生能够把实际热工设备的工作过程简化为理想的热力循环和热力过程,并在此基础上应用热力学第一定律进行分析计算以及应用热力学第二定律进行定性分析。

(三)重点与难点

1.重点

水蒸气定压发生过程在p-v图及p-T图上的表示,朗肯循环、再热循环、回热循环的分析计算。

2.难点

提高朗肯循环的措施。

第十二章 制冷循环

(一)教学内容

1. 逆向卡诺循环

2. 空气压缩制冷循环

3. 蒸汽压缩制冷循环

(二)教学要求

掌握逆向卡诺循环、热泵、供热系数、致冷系数、致冷能力。掌握空气压缩致冷循环、蒸汽压缩致冷循环的分析。

(三)重点与难点

1.重点

逆向卡诺、空气压缩制冷循环、蒸汽压缩制冷循环在T-s图和h-s图上的表示,制冷系数的计算及分析。

2.难点

增压比对蒸汽压缩制冷循环制冷系数和制冷量的影响;单级蒸汽压缩制冷循环与空气压缩制冷循环的比较。

第十三章 湿空气

(一)教学内容

1. 湿空气的一般概念

2. 绝对湿度、相对湿度和含湿量

3. 湿空气的焓-含湿量图

4. 湿空气的热力过程

(二)教学要求

理解湿空气的概念;掌握绝对湿度、相对湿度和含湿量的定义及计算;对湿空气的密度、气体常数和焓能够进行计算;掌握湿空气的热力过程分析;熟悉焓-湿图及其应用。

(三)重点与难点

1.重点

未饱和湿空气与饱和湿空气的区别及转换方法;湿空气的热力过程分析。

2.难点

                  湿空气的冷却及冷却去湿过程、绝热加湿过程。

     

预备知识

高等数学

大学物理

证书要求

目前在线课程没有证书。

参考资料

1. 工程热力学(第4版),华自强主编,高等教育出版社,200911

2. 工程热力学(第2版),朱明善、刘颖、林兆庄等编,清华大学出版社,2011年6月

3. 工程热力学(第3版),曾丹苓等编,高等教育出版社,200212

4. 工程热力学(第4版),沈维道、童钧耕主编,高等教育出版社,20076

5. Thermodynamics An Engineering Approach (8th Edition)Yunus A. Çengel, Michael A. Boles McGraw-Hill Education2014

6. Fundamentals of Engineering Thermodynamics(8th Edition) Michael J. Moran, Howard N. Shapiro, Daisie D. Boettner, Margaret B. Bailey John Wiley & Sons Incorporated 2014

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