spContent=本课程是油气储运、安全、机械、过控等四年制本科专业的一门重要的技术基础课。通过本课程的学习,可掌握热能与机械能的转换规律,热能的合理利用,热能的传递原理与规律、换热设备的热工计算等基本知识,培养独立思考、分析推导问题、简化问题的能力,为专业课程的学习提供必要的理论基础。
本课程是油气储运、安全、机械、过控等四年制本科专业的一门重要的技术基础课。通过本课程的学习,可掌握热能与机械能的转换规律,热能的合理利用,热能的传递原理与规律、换热设备的热工计算等基本知识,培养独立思考、分析推导问题、简化问题的能力,为专业课程的学习提供必要的理论基础。
—— 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,其内涵丰富、概念抽象、公式数量多、联系工程实际范围广,是油气储运工程专业、建筑环境与设备工程专业、安全工程、机械工程、过程控制与装备工程等四年制本科的一门重要的专业基础课。以上专业所研究解决的问题:如气体状态参数计算、热功转换、采暖、空调,制冷,温度及湿度等问题的调节与控制,都要以热力学物理模型研究为基础。因此学生掌握工程热力学课程基本理论,直接影响其专业水平,对今后从事科学研究、工程应用及管理工作都非常重要。
传热学是一门研究热量传递规律的科学。由于在现代各个生产领域中所遇到的大多数技术问题,以及在自然界中的许多现象都与热能的传递有关,而且几乎任何一种形式的能量最终都是以热能的形式耗散于环境及宇宙之中,因此研究热量传递的规律以及控制和优化热量传递过程的传热学是大多数工科专业的一门重要的技术基础课程。
通过本课程的学习,同学们要具备以下能力:
1.了解工程热力学与传热学的宏观研究方法及特点,掌握工程热力学与传热学的基本概念;掌握工程热力学的两个基本定律,能正确分析能量转换与守恒关系,对热能的可用性有基本的认识,了解合理用能的原则;能依据热能过程的特征,分析计算过程的功量与热量。掌握理想气体和常用工质(水蒸汽)的基本热力性质与计算方法;掌握热量传递的三种基本方式的原理与工程常见条件下的简化、计算;理解传热过程及传热系数,能计算传热量,并能指出增大或减小传热量的基本方法了解常用换热器类型,并能进行换热器的一般热力计算。通过以上学习,能对油气储运工程等相关专业所涉及的工程问题分析和判别。
2. 能够应用工程热力学与传热学的基本原理,识别和表达热力学和传热学涉及油气储运工程的问题。
3. 通过工程热力学与传热学实验可引导学生运用热力学与传热学的基本知识,理解掌握实验原理、实验设备的布置,培养学生实验动手能力、实验结果分析能力及分析和解决实际热工问题的能力。培养学生研究对象特征,设计和选择实验方案,安全开展实验,科学采集实验数据的能力。
4. 通过工程热力学与传热学课程的学习,能初步具有开展模型建立、求解、推演及分析的能力
课程大纲
工程热力学绪论
课时目标:介绍课程学习的要求,了解常用的几种能量转换装置,了解工程热力学的研究内容。
0-1 热能及其利用
0-2 热能动力装置简介
0-3 工程热力学的研究对象
0-4 工程热力学的研究方法
基本概念及定义
课时目标:理解以下相关概念:热力学系统、热力学的状态及基本状态参数、平衡状态、热力过程、准静态过程、准静态过程的功、热量、热力循环。掌握理想气体状态方程、功和热量的计算。
1-1 热力学系统
1-2 热力学系统的状态及状态参数
1-3 平衡状态 状态参数坐标图
1-4 状态方程式
1-5 热力过程和准静态过程
1-6 准静过程的功
1-7 热量
1-8 热力循环
热力学的第一定律
课时目标:理解热力学第一定律的实质和内容;掌握闭口系统能量方程式、稳态稳流能量方程、焓、轴功的相关公式及计算;掌握稳态稳流能量方程式的应用。
2-1 热力学第一定律的实质
2-2 闭口系统能量方程式
2-3 开口系统能量方程式
2-4 稳定状态稳定流动能量方程式
2-5 轴功
2-6 稳定流动能量方程的应用
理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算
课时目标:掌握理想气体热力学能、焓、比热和熵的计算;了解理想气体混合物的相关计算。
3-1 理想气体的热力学能和焓
3-2 理想气体的比热容
3-3 理想气体的熵
3-4 理想气体混合物
理想气体的热力过程
课时目标:了解热力过程分析概述;掌握定容过程、定压过程、定温过程、定熵过程、多变过程五种典型热力过程状态参数、功量与热量的计算以及它们的图示。
4-1 热力过程分析概述
4-2 定容过程
4-3 定压过程
4-4 定温过程
4-5 定熵过程
4-6 多变过程
热力学第二定律
课时目标:理解热机循环与制冷循环、热力学第二定律、可逆过程与不可逆过程,掌握卡诺循环、卡诺定理。掌握状态参数熵的计算,理解不可逆过程熵的产生;掌握孤立系统熵增原理、系统的作功能力与不可逆损失的计算;了解热能的可用性。
5-1 热力循环和致冷循环
5-2 热力学第二定律的表述
5-3 卡诺循环
5-4 卡诺定理
5-5 克劳修斯不等式
5-6 状态参数熵及孤立系统熵增原理
气体的流动
课时目标:理解稳态稳流气体的基本方程、喷管流动基本特性;掌握气体的流速与临界流速计算、气体流量与喷管尺寸计算;了解喷管效率、绝热滞止、绝热节流。
6-1 稳定流动的基本方程式
6-2 管内定熵流动基本特性
6-3 气体的流速与临界流速
6-4 气体的流量及喷管计算
6-5 喷管效率
6-6 绝热滞止
6-7 绝热节流
压气机的压气过程
课时目标:了解压气机的压气过程;理解活塞式压气机的压气过程;掌握单级压缩和多级压缩的耗功量计算;理解压气机效率。
7-1 压气机的压气过程
7-2 活塞式压气机的压气过程
7-3 多级压缩
7-4 压气机效率
水蒸汽的热力性质和热力过程
课时目标:了解水蒸汽的产生过程:理解水蒸汽的饱和状态,水蒸汽的热力性质图、表;掌握水蒸汽的热力过程计算。
8-1 水蒸气的发生过程
8-2 水蒸汽的热力性质表和图
8-3 水蒸气的热力过程
传热学绪论
课时目标:了解热力学与传热学的联系;掌握热传递的三种基本方式和热阻。
9-1 概述
9-2 热传递的基本方式
9-3 热阻
导热的基本定律及稳态导热
课时目标:理解导热的基本概念及定律、导热微分方程式;掌握一维稳态导热计算;理解肋的稳态导热;了解多维稳态导热。
10-1 导热的基本概念和基本定律
10-2 导热微分方程
10-3 通过平壁圆筒壁的稳态导热
10-4 肋的稳态导热
10-5 二维、三维稳态导热
非稳态导热的分析计算
课时目标:理解非稳态导热过程的特点;掌握集总参数分析法。
对流传热理论基础
课时目标:了解对流传热过程、边界层的概念、对流传热系数的确定方法、量纲分析,以及相关结论在实验中的运用。
12-1 概述
12-2 边界层概念
12-3 对流传热的数学描述(对流传热微分方程部分)
12-4 量纲分析在对流传热中的应用
无相变对流传热
课时目标:掌握流体在管道内作强迫对流时的换热、流体外绕壁面作强迫对流时的换热、流体自然对流时的换热;掌握运用准则式进行计算的方法。
13-1 管内强迫对流传热
13-2 纵掠平板对流传热
13-3 横掠单管对流传热
13-4 横掠管束对流传热
13-5 自然对流传热
热辐射基础理论
课时目标:了解热辐射的基本概念、理解热辐射计算的基本定律、黑体的辐射特性、灰体、实际物体的辐射。
14-1 热辐射基本概念
14-2 黑体辐射基本定律
14-3 实际物体的辐射 灰体
传热过程和换热器的热计算
课时目标:掌握传热过程的分析计算;了解换热器概述;掌握间壁式换热器的热力分析计算。
15-1 传热过程的分析和计算
15-2 换热器的主要型式
15-3 换热器的平均传热温差
15-4 平均传热温差法
15-5 有效度-传热单元数法
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