《工程热力学》是研究热能有效利用以及热能和机械能等其它能量转换规律及其应用的工程技术学科。《工程热力学》课程是能源动力、机械、化工、市政、航空航天等多个工程类专业的主干技术基础课之一。课程的主要任务是使学生掌握热力学的基本规律,并能正确运用这些规律对热工过程和热力循环进行分析和计算。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,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学研究工作打下必要的理论基础。课程在教学过程中注意培养学生辨证思维和逻辑推理的能力;训练其建立热力学模型的能力;着重培养学生对热工问题的判断、计算和综合能力分析能力;着重培养学生的创新精神和实践能力。教学内容及基本要求包括:牢固地掌握热能与机械能相互转换规律,并能推广应用于热能与化学能等其它能量的转化问题;掌握热力过程和热力循环的分析方法,深刻了解提高能量利用率的基本原则和主要途径;熟练地运用常用工质的物性公式和图表进行热力计算;了解各种新能源及其利用方式,理解能量直接转换的基本原理和主要技术以及目前存在的主要问题的与解决方向;增强实验动手能力、工程实践能力、逻辑思维能力、创新意识和环保意识。
每部分知识点学习完毕之后,通过客观性习题来测试学习效果,主要包括选择题、判断题(每章平均20个,共约计260个),以及主观性的概念辨析题,通过在线方式提交(每章5个左右,共约计50个);每章节学习完毕之后,布置一定量的练习题,包括证明题、计算题(每章5个左右,共约计50~60个);为培养工程实践能力、逻辑思维能力和创新能力,每章结束后布置开放性习题(每章约计2~3个,共约计40个)。理想气体热力过程与热力循环学习结束后,布置2个编程作业。课程学习完毕后,进行总体考核。
高等数学,大学物理
■ 第1周(2次4学时)
第0章 绪论(2学时/2学时)
知识点设计:能源及我国能源面临的主要问题;热能及其利用;热动装置能量转换过程简介;工程热力学的研究对象、主要研究内容及研究方法。
第1章 基本概念I(2学时/4学时)
知识点设计:热力系,状态和状态参数基本概念,平衡状态
■ 第2周(2次4学时)
第1章 基本概念II(2学时/4学时)
知识点设计:状态方程和状态坐标图,过程和循环,热量和功
第2章 热力学第一定律I(2学时/4学时)
知识点设计:能量守恒原理及热力学第一定律实质;热力学第一定律表达式(任意热力系、闭口系、开口系、稳定流动);推动功、流动功、技术功、轴功;焓的物理意义
■ 第3周(2次4学时)
第2章 热力学第一定律II(2学时/4学时)
知识点设计:能量方程的内在联系;热变功的实质;稳定流动能量方程工程应用;功和热量的计算;功和热量在压容图和温熵图上的表示
第3章 热力学第二定律I(2学时/6学时)
知识点设计:热力学第二定律的任务;可逆过程与不可逆过程;熵流;熵产;热力学第二定律表达式—熵方程。热力学第二定律各种表述的等效性;孤立系熵增原理
■ 第4周(2次4学时)
第3章 热力学第二定律II(2学时/6学时)
知识点设计:卡诺定理和卡诺循环;卡诺定理对热机理论指导意义;克劳修斯积分式
第3章 热力学第二定律III(2学时/6学时)
知识点设计:可用能及其不可逆损失;流动工质的(火用)、工质(火用)、(火用)损及(火用)平衡方程;热力学第二定律的应用
■ 第5周(2次4学时)
第4章 气体的热力性质I(2学时/4学时)
知识点设计:实际气体与理想气体;理想气体状态方程和摩尔气体常数;气体的热力性质;理想气体状态方程用于实际气体时的偏离
第4章 气体的热力性质II(2学时/4学时)
知识点设计:实际气体状态方程;对比态方程和对应态原理;通用压缩因子图;对比余焓图和对比余熵图
■ 第6周(2次4学时)
第5章 热力学微分关系式(2学时/2学时)
知识点设计:二元连续函数的数学特征、特性函数;麦克斯韦关系式;熵、热力学能、焓和比热容一般关系式;热系数
第6章 水蒸气热力性质(2学时/2学时)
知识点设计:饱和状态;水蒸气产生过程;水蒸气热力性质图表;水蒸气热力过程
■ 第7周(2次4学时)
第7章 理想气体混合物与湿空气I(2学时/4学时)
知识点设计:混合气体成分;混合气体的热力参数计算;道尔顿分压定律;湿空气及其湿度
第7章 理想气体混合物与湿空气II(2学时/4学时)
知识点设计:露点温度和湿球温度计;焓湿图及其应用-湿空气过程
■ 第8周(2次4学时)
第8章 理想气体热力过程I(2学时/4学时)
知识点设计:概述;典型定值过程-定压、定容、定温过程;定熵(定比热和变比热)过程;多变过程
第8章 理想气体热力过程II(2学时/4学时)
知识点设计:不作功过程;绝热过程;混合过程;充气过程;放气过程
■ 第9周(2次4学时)
第9章 气体和蒸汽的流动I(2学时/4学时)
知识点设计:一元稳定流动基本方程;喷管中气流参数变化与喷管横截面积变化的关系
第9章 气体和蒸汽的流动II(2学时/4学时)
知识点设计:流速与流量;滞止参数及其计算;喷管背压变化时的流动分析;有摩擦的绝热流动;绝热节流
■ 第10周(2次4学时)
第10章 气体的压缩(2学时/2学时)
知识点设计:活塞式压气机的压气过程;多级压缩中间冷却;叶轮式压气机压气过程;引射器的工作过程
第11章 气体动力循环I(2学时/4学时)
知识点设计:概说;活塞式内燃机混合加热循环;活塞式内然机的定容加热循环和定压加热循环;活塞式内然机各种理想循环的比较
■ 第11周(2次4学时)
第11章 气体动力循环II(2学时/4学时)
知识点设计:燃气轮机装置循环;提高燃气轮机循环热效率的措施;喷气发动机循环简介;活塞式热气发动机循环
第12章 蒸汽动力循环I(2学时/4学时)
知识点设计:基本蒸汽动力循环-朗肯循环;再热循环;抽汽回热循环
■ 第12周(2次4学时)
第12章 蒸汽动力循环II(2学时/4学时)
知识点设计:热电联产循环;双工质动力循环(蒸汽-燃气联合循环、双蒸气循环、STIG循环);工质对循环热效率的影响
第13章 制冷循环I(2学时/4学时)
知识点设计:逆向卡诺循环;空气压缩制冷循环;蒸汽压缩制冷循环
■ 第13周(2次4学时)
第13章 制冷循环II(2学时/4学时)
知识点设计:吸收式制冷;喷射制冷;制冷剂热力学要求;制冷剂替代工质
教学要求:掌握新式制冷循环的形式及特性,制冷剂的热力学与环境要求
第14章 能量直接转换与可再生能源(2学时/2学时)
知识点设计:能源的科学合理高效利用;能量直接转换;可再生能源;氢能
主要教材
严家騄,王永青. 《工程热力学》(第2版).中国电力出版社. 2014
主要参考书:
1. 沈维道 童钧耕 主编.《工程热力学》(第5版). 高等教育出版社. 2016.
2. 杨玉顺,张昊春,贺志宏.《工程热力学》. 机械工业出版社. 2009.
3. Michael J. Moran et al. Fundamentals of Engineering Thermodynamics (7th ed.). John Wiley & Sons, New York, 2010.