工程热力学教案1（05版）

教 案

课程名称：工程热力学所在单位：动力与能源工程学院课程性质：专业基础课授课学时：授课专业：热能与动力工程，核工程与核技术，轮机工程授课学期：第

64学时（8学时实验）

3（或4）学期

教 学 基 本 进 度 教学学时 1～2 3～4 5～6 7～8 9～10 11～12 13～14 15～16 17～18 19～20 21～22 23～24 25～26 27～28 29～30 31～32 33～34 35～36 37～38 39～40 41～42 43～44 45～46 47～48 49～50 51～52 53～54 55～56 57～58 59～60 61～62 63～64 主要教学内容 绪论，热能和机械能相互转换的过程，热力系统，工质的热力学状态及其基本状态参数 平衡状态、状态方程式、坐标图，工质的状态变化过程，过程功和热量，热力循环 热力学第一定律的实质，热力学能和总能，能量的传递和转化 焓，热力学第一定律的基本能量方程式 开口系统能量方程式，能量方程式的应用 理想气体的概念，理想气体的比热容 理想气体的热力学能、焓和熵，水蒸气的饱和状态和相图； 水的汽化过程和临界点；水和水蒸气的状态参数；水蒸气表和图 理想气体的可逆多变过程；定容过程；定压过程；定温过程 绝热过程；理想气体热力过程综合分析；水蒸气的基本过程 热力学第二定律；卡诺循环和多热源可逆循环分析；卡诺定理 熵、热力学第二定律的数学表达式；熵方程 孤立系统熵增原理 火用参数的基本概念、热量用；习题课 稳定流动的基本方程式；促使流速改变的条件； 喷管的计算； 有摩阻的绝热流动；绝热节流，习题课 单级活塞式压气机的工作原理和理论耗功量；余隙容积的影响 多级压缩和级间冷却。叶轮式压气机的工作原理。 分析动力循环的一般方法；活塞式内燃机实际循环的简化；活塞式内燃机的理想循环(1) 活塞式内燃机的理想循环(2)；活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较 燃气轮机装置循环；燃气轮机装置的定压加热实际循环 简单蒸汽动力装置循环-——朗肯循环 蒸汽动力装置再热循环；回热循环，习题课 概述；压缩空气制冷循环；压缩蒸汽制冷循环；热泵循环 理想气体混合物；理想气体混合物的比热容、热力学能、焓和熵 湿空气；湿空气的状态参数；湿球温度和绝热饱和温度；湿空气焓-湿图；湿空气过程及其应用 总结，机动 工程热力学实验 工程热力学实验 工程热力学实验 工程热力学实验 说 明 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 授课 实验 实验 实验 实验 教材：沈维道，蒋志敏，童钧耕合编. 工程热力学（第四版）北京：高等教育出版社，2001 严家騄 ，余晓福著. 水和水蒸汽热力性质图表. 北京：高等教育出版社，1995 主要参考资料：

曾丹苓，敖越，朱克雄等编.工程热力学（第二版）北京：高等教育出版社，1986 朱明善，林兆庄，刘颖等. 工程热力学.北京：.清华大学出版社.1995 严家騄编著.工程热力学（第二版）.北京：高等教育出版社，1989 朱明善，陈宏芳.热力学分析.北京：高等教育出版社，1992

赵冠春，钱立仑.火用分析及其应用. 北京：高等教育出版社，1984

绪 论

（课时1）

一、 为什么学习“工程热力学”

热力学与专业培养目标的联系，说明学习工程热力学对本学科的重要性。

二、能量

燃烧??化学能?????热能?????光热??热能?热机?太阳能????转换????机械能????利用?热能???地热能????发电机???聚变????电能??热能??原子能?????????裂变电动机?????能量的形式：???直接应用 ?? 风 车 ??机械能?风 能???????? 水 轮 机 ?水力能????????机械能????? 光 电 转 换 ?太阳能?????????????电能? 燃 料 电 池 化学能?????????????电能??由能量的形式，人类面临的能源形式说明工程热力学对于动力工程的重要性。

三、工程热力学的主要内容

热力学基本概念；热力学第一定律；气体和蒸汽的性质和基本热力过程；热力学第二定律；实际气体性质简介；气体和蒸汽的流动；压气机的热力过程；气体动力循环；蒸汽动力装置循环；制冷循环；理想气体混合物及湿空气；化学热力学基础。

四、热力学的研究方法

1. 宏观的研究方法（宏观热力学；经典热力学） 2. 微观的研究方法（微观热力学；统计热力学）

工程热力学主要应用宏观的研究方法，但有时也引用气体分子运动理论和统计热力学的基本观点及研究成果。

五、怎样学好工程热力学

强调到课率和作业的重要性。要求作业及时完成，不等不拖，说明考核方式。

1

第1章 基本概念及定义

（课时2）

一、基本要求

1. 掌握工程热力学中的一些基本概念（热力系，平衡态，准平衡过程，可逆过程）； 2. 掌握状态参数的特征，基本状态参数的定义和单位；

3. 掌握热量和功量过程量的特征，正确理解并运用可逆过程的热量、功量的计算。 二、本章重点和难点

1. 必须正确理解一些重要的概念：平衡状态，准平衡过程，可逆过程； 2. 区分状态量和过程量的特征。

1.1热能在热机中转变成机械能的过程

?蒸汽动力装置??内燃机?热能动力装置?燃气动力装置?

燃气轮机???制冷空调?引出几个定义：

工 质——实现热能和机械能相互转换的媒介物质（working substance）； 高温热源——工质从中吸取热能的物质； 低温热源——接受工质排出热源的物质；

总结热能动力装置的工作特点（体现工程热力学的研究方法） 能 源 能量 转移 媒介物质 做 功 余能 排入大气或冷却水 1.2热力系统

一、热力系统

1. 热力系的定义和图例：

热力学中把分析的对象从周围物体中分割出来，研究它与周围物体之间的能量和物质的传递，这种被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。

热力系统

过热器 热力系统 Q1 边界

泵 锅 炉 汽轮机 W 冷凝器 Q2 外界

边界 2

?闭口系统??开口系统2. 热力系的分类?

?绝热系统?孤立系统?

（1）结合思考题1：闭口系与外界物物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗（开口系中的质量是否就一定是变化的）？

注意区分开口系与闭口系的主要因素为：区分是闭口系统还是开口系统的依据是有没有质量跨越系统的边界，而不是系统中质量的数量是否变化。

（2）“绝热”的概念：由于温差而传递的能量

（3）孤立系的取法与意图，在此处阐明孤立系是一个理想化的概念。是为了研究问题的方便，用一个假想的边界，把进行能量转换的一切有关物体都包括进来构成一个孤立系统。（强调）孤立系统内部各子系统之间可以有各种相互作用，而孤立系统与外界之间则无任何相互作用。（以利于第5章孤立系熵增的理解）。

3.热力系的选取

二、边界（Boundary/Control surface）系统与外界的分界面

说明：a. 边界可以是实际的，也可以是假定的；

b. 边界可以是固定的，也可以是移动的。

三、外界（Surrounding）

以例子说明研究外界的作用。为热力系分析打基础。

热流体

四、热力系统模型实例

冷流体

以换热器和高压锅中的热力传递为例，说明如何选好热力系。

1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数

一、热力学状态

1. 热力学状态

热力学状态的定义

1 2 2. 状态参数及其性质

1状态参数 ○

2状态参数的性质 ○

3

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