《工程热力学C》课程教学大纲（本科）.docx

工程热力学C（Engineering Thermodynamics）课程代码：02410023学分：3.5学时：56 （其中：课堂教学学时：52 实验学时：4 ）先修课程：高等数学、大学物理、普通化学适用专业：能源与动力工程（流体机械及其自动化控制）教材：工程热力学、华自强编、高等教育出版社、2009年第4版一、课程性质与课程目标（-）课程性质工程热力学是能源与动力工程、新能源科学与工程、建筑环境与能源应用工程等专业的一门专 业基础课，是研究热能有效利用以及热能和其他能量转换规律的学科。（二）课程目标.知识方面工程热力学是研究热能与其他形式的能量（尤其是机械能）之间相互转换规律的一门学科。课 程体系结构主要有四局部组成：（1）工程热力学的理论基础：热力学第一定律与第二定律；（2）研 究工质的热物理性质；（3）研究工质的基本热力性质；（4）研究各种热工设备中的工作过程，并探 讨和分析影响能量转换效果的因素，以及提高转换效果的途径。1 .能力与素质方面本课程的主要任务是使学生牢固的掌握工程热力学的基本理论和基本知识，掌握热力过程的基 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。在培养能源与动力工程、新能 源科学与工程、建筑环境与能源应用工程、平安工程等专业人才的全局中，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。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）（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.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。1 .难点提高朗肯循环的措施。第十二章制冷循环（-）课程内容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、制冷系数、制冷能力。掌握空气压缩制冷循环、回热式 空气压缩制冷循环，蒸汽压缩制冷循环的分析。（三）重点与难点.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。1 .难点回热式空气压缩制冷循环制冷系数的计算，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拟。第十三章湿空气（一）课程内容1,湿空气的一般概念2 .绝对湿度、相对湿度和含湿量3 .湿空气的焰一含湿量图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 常数和焰能够进行计算；掌握湿空气的热力过程分析；熟悉烯一湿图及其应用。（三）重点与难点.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。1 .难点湿空气的冷却及冷却去湿过程、绝热加湿过程。三、本课程开设的实验工程编号实验工程名称学时类型要求支撑的课程目标1空气定压比热的测定2验证性必做理想气体比热的计算和理解2喷管沿程压力的测定2验证性必做理想气体在喷管内的流动规律实验L空气定压比热的测定实验目标：1.了解气体比热测定装置的基本原理。2 .熟悉与实验有关的温度，压力，加热功率计流量的测试方法。3 .掌握比热公式计算比热值的方法。4 .分析本实验产生误差的原因和减小误差的途径。实验要求：学生23人为一组，测量和计算出5组，相对湿度、体积流量、质量流量、加热水 蒸气的功率等参数，并带入相应公式计算出干空气的定压比热，做出定压比热随平均温度变化图， 确定截距和斜率，进而得出比热随温度变化的计算式。实验2：喷管沿程压力的测定实验目标：1.测定气流完全膨胀、膨胀缺乏、膨胀过度时沿喷管的压力变化值，与此同时观察 最大流量和压力比的关系。2.通过实验测定对上述过程进行判断，了解工作条件（背压）变化对流动过程的影响。实验要求：学生5人一组，测定5组不同背压下得沿程压力值。并分析实验前如何选定实验条件， 才能观察到膨胀缺乏，膨胀过度等流动现象。四、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实验上 机课程 实践小 计绪论22讲授法Zr/y第一早44讲授法第二章44讲授法第三章44讲授法第四章426讲授法、演示法第五章66讲授法弟八早22讲授法第七章426讲授法、演示法第八章44讲授法第九章66讲授法第十章22讲授法第十一章44讲授法第十二章33讲授法第十三章33讲授法合计52456五、课程考核考核形式考核要求考核权重备注平时作业10次10%课内实验试验测得正确结果10%期中考试闭卷考试10%期末考试闭卷考试70%六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1.工程热力学，沈维道主编，高等教育出版社，2007年6月第四版。2.工程热力学，朱明善主编，清华大学出版社，2011年6月第二版。3.工程热力学，曾丹苓主编，高等教育出版社，2002年12月第三版。4.工程热力学，华自强主编，高等教育出版社，2009年11月第四版。七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）.本课程的实验要求见工程热力学实验指导书教学大纲。1 .每次课后布置35道作业题，可另行布置一些思考题，供学生理解教学内容。2017年9月10日毕业要求1.具有正确的人生观、世界观和一定的人文社会科学素养，遵守社会公德，遵守工 程职业道德和规范，履行责任；毕业要求2.能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决流体机械领域复杂工程问 题；毕业要求3.能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究 分析流体机械工程问题，以获得有效结论；毕业要求4.能够设计针对复杂流体机械工程问题的解决方案，并能够在设计环节中表达创新 意识，兼顾社会、健康、平安、法律、文化以及环境等因素；毕业要求5.能够基于科学原理并采用科学方法对复杂流体机械工程问题进行研究，包括设计 仿真、实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论；毕业要求6.能够针对复杂流体机械工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工 程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性；毕业要求7.能够基于流体机械工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工 程问题解决方案对社会、健康、平安、法律以及文化的影响，并理解应承当的责任；毕业要求8.能够理解和评价针对复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续开展的影 响；毕业要求9.能够在多学科背景下的团队中承当个体、团队成员以及负责人的角色；毕业要求10.能够就复杂流体机械工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括 撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。具备国际视野，能够在跨文化背景下进行 沟通和交流；毕业要求11.理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用；毕业要求12.具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应开展的能力。课程目标毕业要求指标课程目标1课程目标2毕业要求1HH毕业要求2LL毕业要求3HM毕业要求4HH毕业要求5HH毕业要求6LM毕业要求7LM毕业要求8毕业要求9L毕业要求10LL毕业要求11毕业要求12MM二、课程内容与教学要求第0章绪论(-)课程内容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)教学要求要求学生了解能源利用与生产力开展的关系；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(-)课程内容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.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。1 .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）课程内容1 .热力学第一定律的实质2 .热力学能和总储存能3 .热力学第一定律的一般表达式4 .闭口系统能量方程式5 .推动功、流动功和焰6 .稳定状态稳定流动能量方程式7 .技术功及稳定状态稳定流动能量方程的其他形式8 .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；深刻理解热力学能、焰的物理意义, 理解体积变化功、轴功、技术功、流动功的联系和区别；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稳定流动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.重点针对热力过程和热力循环，继续推导热力学第一定律；闭口系统和稳定流动开口系统能 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。1 .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、熔、比热容和端的计算（-）课程内容1 .理想气体的比热力学能和焰；2 .理想气体的比热容；3 .理想气体的增；4 .理想气体混合物。（二）教学要求掌握理想气体热力学能、焰、燧的概念及计算方法。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.重点理想气体热力学能、烯、牖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。1 .难点熠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）课程内容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、定熠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.重点定容、定压、定温、定端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。1 .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（-）课程内容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 .状态参数增和孤立系统燧增原理（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、孤立系统燧增原理；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.重点卡诺循环、等效卡诺循环、卡诺定理、克劳修斯不等式、孤立系统燧增原理。1 .难点利用克劳修斯不等式、孤立系统焙增原理判断热力系统的可逆性。第六章热能的可用性及烟分析（一）课程内容1 .热能的可用性及灿的基本概念2 .蟒值的计算3 .热力过程的烟分析（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 握闭口系统热力学娴和稳定流动焰娴的概念及计算，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.重点闭口系统热力学烟和稳定流动焰烟、系统作功能力、作功能力损失的计算。1 .难点闭口系统热力学烟和稳定流动焰烟的推导。第七章气体的流动（一）课程内容1 .稳定流动时气流的基本方程式2 .管内定端流动的基本特性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.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。1 .难点理想气体在喷管中进行一元定烯流动时，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（-）课程内容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.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。1 .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）课程内容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那么和主要途径；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拟。第十章实际气体（一）课程内容1 .实际气体状态变化的特点2 .范德瓦尔方程式3 .比照状态方程式（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。理解实际气体的比照态方程、压缩因子，能利用通用压缩因子图进行P、v、T的估 算。（三）重点与难点.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。1 .难点在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）课程内容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