工程热力学和传热学课程教学大纲.pdf

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1、工程热力学与传热学课程教学大纲 Thermodynamics and Heat Transfer 课程名称：工程热力学与传热学 课程编号：130106009 课程性质：专业基础课（必修）学时：32（含 4 学时实验学时）学分：2.0 适用对象：机械设计制造及其自动化专业、机械设计制造及其自动化专业（卓越计划试点专业）、机械设计制造及其自动化专业（核电装备工程）、机械设计制造及其自动化专业（机械电子）、材料控制与成型专业 先修课程：高等数学、大学物理等 课程负责人：肖佩林 大纲执笔人：肖佩林 审核人：罗金良 一、课程目标 该课程为专业基础课程可以支撑毕业要求 1、2 的达成。在阐述热力学普遍原理

2、、热量传递机理的基础上，从工程观点来研究热能与其他形式能量间的转换规律、热量传递规律，研究热力学原理、传热学原理在技术上的各种具体应用。通过本课程的学习可以使同学们掌握遵循能量传递和转换技术的客观规律来合理组织和优化各种热力系统的工程方法；能有效地使用增强或削弱传热的措施来解决工程实际问题。二、课程的主要教学内容和教学方法 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1 基本内容：热力系统；平衡状态及状态参数；状态方程与状态参数坐标图；准平衡过程与可逆过程；功量与热量。2 教学基本要求：了解：热功转换关系；热力循环及其性能指标。掌握：热力系统及其分类；平衡状态及状态参数；状态参数的数学特征；准平衡过

3、程和可逆过程的定义及区分；可逆过程功和热量的计算。3 教学重点难点：重点：热力系统及其分类；平衡状态及状态参数；可逆过程与准平衡过程的区别与联系。难点：准平衡过程和可逆过程。4 教学方法：多媒体教学法、提问法、课堂讨论法。5 与毕业要求的对应关系：学生能正确理解热能转换中常用的一些术语，基本概念；掌握热力系及其分类，平衡状态和状态参数，状态参数的数学特征；了解实际热力循环的类型及其性能指标。第二章 热力学第一定律 1 基本内容：热力系统的储存能；热力学第一定律的实质；闭口系统的热力学第一定律表达式；开口系统的稳定流动能量方程式；稳定流动能量方程式的应用。2 教学基本要求：了解：热力系统储存能的

4、组成；热力学第一定律的实质；掌握：热力学第一定律应用于闭口系统、稳定流动开口系的能量表达式；稳定流动能量方程式在实际热工设备中的应用。3 教学重点难点：重点：热力学能、焓的概念及其物理意义；推导热力学第一定律应用于闭口系统、稳定流动开口系的能量表达式；稳定流动能量方程式在实际热工设备中的应用 难点：稳定流动开口系能量表达式的推导及其在实际热工设备中的应用。4 教学方法：多媒体教学法、公式推导、案例教学法。5 与毕业要求的对应关系：通过学习相关理论知识，是学生掌握能量传递和转换时在数量上遵循的规律热力学第一定律，学会用热力学第一定律判定第一类永动机不能实现；学会分析实际热工设备中能量转换关系。第

5、三章 理想气体的性质与热力过程 1 基本内容：理想气体状态方程式；理想气体的热容、热力学能、焓和熵；理想混合气体；理想气体的热力过程；2 教学基本要求：了解：理想气体与实际气体的区别；理想混合气体的成分表达；掌握：克拉贝隆方程的不同形式并进行相关计算；理想气体热容、热力学能、焓和熵的概念及其计算；理想气体热力过程分析及计算。3 教学重点难点：重点：理想气体热容、热力学能、焓和熵的概念及其计算；理想气体热力过程分析及计算。难点：运用热力学第一定律和克拉贝隆方程分析理想气体基本热力过程中状态参数的变化及过程能量转换关系。绘制热力过程 p-v图和 T-s图。4 教学方法：多媒体教学法、案例教学法。5

6、 与毕业要求的对应关系：通过学习理想气体状态方程及热力学第一定律，掌握理想气体基本热力过程中状态参数变化及过程中功量、热量计算，进而了解能量转换关系，为分析实际热力过程打好理论基础。第四章 热力学第二定律 1 基本内容：自发过程的方向性与热力学第二定律的表述；卡诺循环与卡诺定理；熵。2 教学基本要求：了解：自发过程的方向性；热力学第二定律的实质；熵流、熵产的概念。掌握：热力学第二定律的两种表述；应用卡诺定理分析各类循环；不可逆过程熵变化的特点；孤立系统熵增原理。3 教学重点难点：重点：热力学第二定律的文字描述和数学表达式；卡诺定理；孤立系统熵增原理。难点：运用热力学第二定律、卡诺定理、孤立系统

7、熵增原理分析各类循环的特点（能否进行、可逆还是不可逆）。4 教学方法：多媒体教学法、案例教学法。5 与毕业要求的对应关系：通过学习热力学第二定律及相关知识，学会分析热力循环的特性，并会解析第二类永动机不能实现。第五章 水蒸气与湿空气 1 基本内容：水蒸气的产生过程；水蒸气的状态参数；水蒸气的基本热力过程；湿空气的性质；。2 教学基本要求：了解：水蒸气的产生过程及 T-s图分析；湿空气的性质。掌握：水蒸气的状态参数，水蒸气的一点两线三区五态；利用水蒸气热力性质图表进行水蒸气状态参数的查算。3 教学重点难点：重点：水蒸气的产生过程及状态参数；利用水蒸气热力性质图表对水蒸气热力过程状态参数的查算。难

8、点：利用水蒸气热力性质图表对水蒸气热力过程状态参数的查算。4 教学方法：多媒体教学法、动画演示法、案例教学法。5 与毕业要求的对应关系：学会利用图表及相关软件查算水蒸气状态参数，根据给定水蒸气参数确定水蒸气所处状态。第六章 动力装置循环 1 基本内容：蒸汽动力装置循环；活塞式内燃机循环。2 教学基本要求：了解：热机循环的种类；分析理想循环对实际循环分析的意义。掌握：朗肯循环的过程组成及其热力计算；回热循环和再热循环的过程组成。分析影响朗肯循环热效率的因素；活塞式内燃机理想循环分析。3 教学重点难点：重点：朗肯循环的过程组成及其热力计算；影响朗肯循环热效率的因素；活塞式内燃机理想循环分析。难点：

9、活塞式内燃机理想循环分析及计算。4 教学方法：多媒体教学法、动画演示法、案例教学法。5 与毕业要求的对应关系：掌握以蒸汽为工质的动力循环热力学分析方法,并探讨提高各种循环经济性能指标的具体方法和途径；掌握内燃机理想循环的种类及应用。第七章 制冷装置循环 1 基本内容：空气压缩式制冷循环；蒸气压缩式制冷循环。2 教学基本要求：了解：制冷循环的种类；理想制冷循环对实际制冷循环分析的意义。掌握：评价制冷循环的经济性指标；空气和蒸气压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。3 教学重点难点：重点：空气和蒸气压缩制冷循环的组成、制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。难点：制冷系数

10、的计算；提高制冷系数的方法和途径。4 教学方法：多媒体教学法、动画演示法、案例教学法。5 与毕业要求的对应关系：结合工程对空气和蒸气压缩制冷循环的描述，建立数学模型，进行热力计算。第二篇 传热学 第八章 热量传递的基本方式 1 基本内容：热传导；热对流；热辐射；传热过程简介。2 教学基本要求：了解：传热学的研究方法和内容。掌握：传热的基本方式；传热过程。3 教学重点难点：重点：传热基本方式的特点；传热过程；热阻的定义。难点：传热基本方式的界定及其特点。4 教学方法：多媒体教学法、动画演示法、案例教学法。5 与毕业要求的对应关系：掌握热传递的基本方式；传热过程；能够将热传递的基本方式、传热过程知

11、识用于解决实际工程问题。第九章 导热 1 基本内容：导热理论基础；稳态导热；非稳态导热。2 教学基本要求：了解：导热基本概念；各相物质的导热系数大小。掌握：傅里叶导热定律；导热微分方程；导热求解单值性条件。3 教学重点难点：重点：傅里叶导热定律；导热微分方程的推导及应用；单值性条件。难点：导热微分方程的推导及求解。4 教学方法：多媒体教学法、案例教学法。5 与毕业要求的对应关系：学生掌握傅里叶定律；了解二维无内热源导热微分方程；重点掌握平壁和圆筒壁稳态导热温度场的求解；能够将傅里叶定律知识用于解决复杂工程问题。第十章 对流换热 1 基本内容：概述；对流换热的数学描述；对流换热的实验研究方法；单

12、相流体强迫对流换热特征数关联式；自然对流换热。2 教学基本要求：了解：对流换热微分方程组、边界层换热微分方程组。掌握：影响对流换热的一般因素；流动边界层的基本概念；普朗特数物理意义。3 教学重点难点：重点：对流换热概述、对流换热微分方程组；流动边界层基本概念。难点：对流换热微分方程组；边界层换热微分方程组；普朗特数。4 教学方法：多媒体教学法、案例教学法。5 与毕业要求的对应关系：掌握对流换热的基本方法；理解并能选用强迫对流和自然对流的实验关联式，能够将对流换热知识用于解决复杂工程问题。具有综合运用所学对流换热知识设计（开发）解决工程设计的基本能力，具有初步的创新能力。第十一章 辐射换热 1

13、基本内容：热辐射的基本概念；黑体辐射的基本定律；基尔霍夫定律；辐射换热的计算方法；遮热板原理。2 教学基本要求：了解：热辐射基本概念；黑体辐射基本定律。掌握：基尔霍夫定律；辐射换热计算方法；遮热板原理。3 教学重点难点：重点：对流换热概述、对流换热微分方程组；流动边界层基本概念。难点：遮热板原理。4 教学方法：多媒体教学法、案例教学法。5 与毕业要求的对应关系：掌握遮热板削弱辐射传热的原理，具有综合运用所学辐射传热知识解决工程设计的基本能力。第十二章 传热过程与换热器 1 基本内容：传热过程；换热器；传热的强化与削弱。2 教学基本要求：了解：传热过程，换热器的分类。掌握：换热器的传热计算；传热

14、的强化技术与削弱传热技术。3 教学重点难点：重点：换热器的传热计算；传热的强化与削弱。难点：换热器的传热计算。4 教学方法：多媒体教学法、案例教学法。5 与毕业要求的对应关系：掌握传热计算的方法；能够应用换热器知识设计解决工程设计的问题，能有效地使用增强或削弱传热的措施来解决工程实际问题，具有初步的创新能力。三、教学环节与学时分配 序号 教学内容 总学时 其 中 课外辅导/课外实践 备 注 讲课 实验 上机 其他 1 第一章 基本概念 2 2 2 第二章 热力学第一定律 3 3 3 第三章 理想气体的性质与热力过程 4 4 4 第四章 热力学第二定律 3 3 5 第五章 水蒸气与湿空气 5 3

15、 2 6 第六章 动力装置循环 第七章 制冷装置循环 2 2 7 8 第八章 热量传递的基本方式 2 2 9 第九章 导热 5 3 2 10 第十章 对流换热 2 2 11 第十一章 辐射换热 2 2 12 第十二章 传热过程 2 2 小计 32 28 4 四、考核方式 本课程为考试课，见工程热力学与传热学课程考试大纲.五、实验/实践内容 实验教学 4学时，具体见工程热力学与传热学实验教学大纲。六、教材及主要参考书 1.选用教材：热工基础张学学主编，高等教育出版社（第二版），2006 年；2.主要参考书：工程热力学，沈维道，童钧耕主编，高等教育出版社，2007；工程热力学，施明恒、李鹤立编,东南大学出版社，2003年；工程传热学，许国良、王晓墨、邬田华、陈维汉编，中国电力出版社，2005；传热学，杨世铭，陶文铨编著，高等教育出版社，2006。