工热教案

2020-03-03 19:49:59 来源：范文大全收藏下载本文

一、课堂讲授

(一)绪

论

能源的利用与生产力的发展。热能与机械能及其它能的转换。工程热力学的研究对象及主要内容。工程热力学的发展简史。工程热力学的研究方法及学习方法。单位制。

(二)基本概念

热力系。工质。状态及平衡状态。状态参数及其特性。温度、压力和比容。热力参数坐标图。热力过程及准静态过程。热力循环。

(三)热力学第一定律

热力学第一定律的实质。

迁移能与储存能。通过热力系边界的能量交换：功和热量。内能。热力学第一定律基本表达式。

热力学第—定律应用于开口热力系。稳定流动能量方程。焓。技术功。稳定流动能量方程应用举例。

(四)热力学第二定律

过程的方向性。可逆过程与不可逆过程。热力学第二定律及其表述。卡诺循环和卡诺定理。热力学温标。熵。温熵图。孤立系熵增原理与作功能力的损失。最大有效功。**火用的简介。①**熵的统计意义。

注：①带**号的是作为高学时课程的加深、加宽的内容。

* (五)热力学的一般关系式 ②

注: ②带*号的是作力低学时课程的加深、加宽的内容。

概述。自由能和自由焓。麦克斯韦关系式。熵、内能、焓的一般关系式。比热的一般关系式。

(六)气体及蒸气的热力性质

概述。

理想气体的概念。理想气体状态方程及通用气体常数。理想气体的比热。理想气体的内能、焓和熵及其计算。

实际气体的性质。*纯物质p—v—T图。p—v图和p—T图。范德瓦尔方程及其分析。*实际气体的其它状态方程。对比态方程。压缩因子。

蒸气的性质。蒸气图表及其应用。三相点。*克拉贝龙—克劳修斯方程。

(七)理想气体混合物及湿空气

概述。

混合气体的概念。分压力和分容积。混合气体的成分表示法及其换算。混合气体的折合分子量和折合气体常数。气体混合物的内能、焓、熵和比热的计算。*燃气性质表。

湿空气的概念。绝对湿度、相对湿度和含湿量。湿空气的密度。气体常数和焓。湿空气湿度的测定。湿蒸气的湿度图及其应用举例。

(八)气体与蒸气的基本热力过程

分析气体与蒸气热力过程的目的与方法。定容、定压、定温和绝热过程。多变过程及其指数的确定。*变比热的影响。

(九)气体与蒸气的流动

稳定流动的基本方程。音速与马赫数。气体与蒸气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。*流速系数。*滞止参数。

绝热节流及其在工程上的应用。*焦耳—汤姆逊系数。**转回温度。

合流。

(十)气体与葵气的压缩

压缩机的型式及其工作原理。定温、绝热和多变压缩时压缩机耗功的计算。压缩机效率。

活塞式压缩机余隙容积的影响，多级压缩和中间冷却。

(十一)动力装置循环 ③

注：③本单元可以结合专业的要求在详简、侧重方面作适当处理。分析循环的目的及一般方法。分析循环的热效率法。*分析循环中不可逆损失的熵方法。**分析循环中不可逆损失的火用方法。

活塞式内燃机的工作原理及热力学分析的方法。内燃机的理想循环。

燃气轮机装置循环及提高热效率的各种方法。喷气发动机及其循环。

蒸气动力装置朗肯循环及提高其热效率的各种途径。*蒸气动力循环的理想工质。热电台供循环。热利用率。 *燃气—蒸气联合装置循环。

(十二)致冷循环

逆向卡诺循环。*热泵。供热系数。致冷系数。致冷能空气压缩致冷循环。蒸气压缩致冷循环。*其它致冷循环。

*制冷剂及其热力性质。

(十三)化学热力学基础

概说。热力学第一定律在化学反应中的应用。反应热。燃烧热。盖斯定律。*基尔霍夫定律。*理论燃烧温度。

热力学第二定律在化学反应中的应用。*化学平衡的判据。平衡常数。**平衡常数与最大功的关系。离解度。

*热力学第三定律。**绝对熵。

**(十四)新型能量转换装置简介

磁流体发电装置。燃料电池。热电转换器。热离子能量转换装置。太阳光电池。新能源简介。

二、习题课及课堂讨论

1．热力系的能量分析。热力学第一定律在闭口热力系及开口热力系中的应用。

2．热力学第二定律。熵。

3．蒸气图表的应用和热力过程的计算。

4．喷管的热力计算。

5，循环的分析与讨沦。

三、习题内容

1．单位换算。

2．闭口热力系能量方程及稳定流动能量方程的应用。

3．循环热效率的计算。熵的计算。不可逆过程中作功能力损失的计算。

4．理想气体状态方程的应用。比热公式及比热表的应用，理想气体的内能、焓和熵的计算。

5．气体及蒸气热力过程计算。

6.理想气体混合物的计算。湿空气湿度图的应用。 7.喷管的热力计算。 8.气体压缩的计算。

9.热力循环的计算(包括动力装置和致冷循环计计算)。

四、实验及参观

根据具体情况，可在下列试验项目中选做，也可做其它适当的试验。

1．动力设备参观或电化教学。

2．工质热物性的测定(如p—v—T关系、气体的比热，蒸气的干变，工质的饱和状态及临界状态、湿空气的露点等)。

3．气体或蒸气的绝热节流。 4．喷管临界状态的观察。 5．空气压缩机的热力试验。

附：工程热力学教学大纲说明书

一、本课程的目的与仟务

工理热力学课程是一门动力类和热能工程各专业得主要技术基础课程之一。它的教学目的与任务是：让学生学习关于能量转换的理论基础，使学土牢固地掌握工程热力学的基本理论和基本知识，并受到引进一步的基本技能训练。它不仅为学习专业课程提供充分的理论准备，也应为学生以后解决生产实际问题和参加科学研究打下必要的理论基础。

二，本课程的基本要求

学生学完本课程后：应达到下列要求；

1．牢固地掌握热能和机械能相互转换的规律，并能推广应用于热能与化学能等其他能量的转换问题。

2．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经济性的基本原则和主要途径。

3．熟练地运用常用工质的物性公式和图表进行热力计算。

4．注意培养从实际问题抽象为理论，并运用理论分析和解决实际问题的能力， 5．学习有关的实验方法和技能。

三，本课程与先修课程的联系

本课程的先修课程是高等数学、普通物理学和普通化学， 1．与高等数学的联系

，

本课程要求学生在高等数学的学习中熟练地掌握微积分的基本运算，并对常用的工程近似计算法(包括函数图解法、试算法)应有所了解。

2．与普通物理学的联系

本课程要求学生在普通物理学的学习中对分子物理学及热力学部分有相当的了解。 3．与普通化学的联系

本课程要求学生在普通化学的学习中掌握化学的基本量与基本定律，并对化学反应速度和化学平衡有巩固的知识。

四、各单元的重点、深度和广度

(一)绪

论

本单元的重点应放在工程热力学研究的对象、目的及所用的方法上。应使学生明确：本课程是一门研究能量转换规律的学科，其主要目的是从工程观点出发，探讨能量有效利用的基本途径和方法。还应指出，本课程是以宏观的研究方法为主：微观的方法仅用来帮助理解一些宏观现象。

结合本课程的特点(例如理论性强，概念多，比较抽象，从少数定律出发而获得大量的结论和公式，推导严密，应用面广等)，提出本课程的学习方法，并在整个教学过程中注意贯彻。

(二)基本概念

本单元要求学生正确地了解工程热力学中常用的一些术语，概念和分析方法。应透彻地讲解温度、平衡状态及准静态过程等概念。对平衡态，重点应放在无电磁场的系统。对于热力系，要讲清闭口系(控制质量)与开口系(控制容积)，孤立系与非孤立系的概念。

讲清状态参数及其特性、基本热力参数及热力参数坐标图。强调热力参数只确定于状态而与变化途径无关。注意压力单位的换算。

(三)热力学第一定律

本单元的重点是热力学第一定律及其应用。强调这个定律的普遍适用性：不论是闭口系还是开口系，不论什么工质和什么过程都可适用。

对于功，主要讲清容积变化功及其与推动功，技术功的区别。强调功与热量都是通过边界面所传递的能量，它们都不是状态参数。

着重讲清系统的能量E和内能U的概念。E包括内能、流动动能与位能。讲清焓的概念。指出焓的定义式中pv这一项不是贮藏在工质内部的能量。

(四)热力学第二定律

本单元的重点应放在热力学第二定律的本质及其对生产实践的指导意义上。要特别指出第二类永动机不可能实现。

讲清可逆过程的概念，指出可逆过程与准静态过程的区别与联系。

讲清卡诺循环，证明卡诺定理，说明提高循环热效率的一般原则。

，

“熵”是本单元的难点，必须讲透，重点讲清它是一个状态参数，并说明在具体运用热力学第二定律来分析研究工程实际问题时这个参数的重要性。应重点指明孤立系熵增原理与过程不可逆性之间的联系。此外，也可以适当介绍熵方程。为了说明熵的物理意义，对高学时课程，可略加介绍“熵的统计意义”。可以简单介绍新参数火用。

(五)热力学的一般关系式

本单元的目的主要是了解如何运用热力学关系式研究物性的方法。推导公式应力求简单。主要教会学生推导和应用公式的方法。

(六)气体及蒸气的热力性质

（七)理想气体混台韧及湿空气

大纲中(六)和(七)两单元都是介绍能量转换中所不可缺少的工质的热力性质的。通过这两个单元的学习，要求学生能够熟悉工程上常用工质(理想气体、实际气体、蒸气及它们的混合物)的热力性质，并能熟练应用基本关系式和常用的物性图表进行热力计算。研究比热的主要目的之一是为了计算传热量，因此应注意训练比热表及比热公式的运用。

对于理想气体，要着重指明它是远离液态的实际气体的近似模型，在工程计算中有相当广泛的实用性。理想气体状态方程只须作复习性的讲解；注意指明各个量的单位。讲清理想气体的内能和焓都只是温度的函数，而理想气体的熵不仅与温度有关，而且还与其他参数有关。结合理想气体熵的计算式，反复说明熵是一个；状态参数，以加深印象。

对于实际气体，可重点分析范德瓦尔状态方程，并指出它的近似性，适当介绍其它方程。讲对比态方程时，应指出对比态定律的局限性。

对于蒸气，可以水蒸气为例，讲清有关蒸气的各种术语及其意义，着重介绍蒸气图表的运用(对致冷及低温等专业也可着重介绍致冷和深冷方面致冷剂的图表)。

应使学生学会计算气体混合物的各参数，并熟悉各种“成分”之间的换算。可以把湿空气作为理想气体混合物的实例，讲清湿空气各参数之间的基本关系，介绍湿度图，然后结合实例说明其具体应用。

(八)气体与蒸气的基本热力过程

本单元气体热力过程部分的公式较多，应当培养学生从基本定律、基本概念和基本公式出发，结合具体过程分析和导出所需公式的能力。课堂讲授可以着重分析多变过程，但要使学生熟悉各过程在压容图和温熵图上的表示。

应当指出工质为蒸气时，定温过程的多变指数不等于l，定熵过程的多变指数不等于比热比，而是根据实验确定的数值。要反复指引学生善于利用蒸气图表进行热力过程的计算。

(九)气体与蒸气的流动

本单元的重点应放在喷管内的流动上，扩压管可作为与喷管相反的情况加以介绍。喷管的计算，对水蒸气应着重介绍如何运用焓熵图进行分析计算。音速可以利用物理学中已经学过的知识。绝热节流部分可侧重节流前后工质参数变化的分析。应举例说明绝热节流在工程上的应用。焦耳—汤姆逊系数与转回温度，对低温专业要重点介绍。

指明绝热节流是不可逆过程，工质的熵一定增加，作功能力也一定有所降低。

(十)气体与蒸气的匝缩

本单元的主要目的，是应用热力学的原理来分析气体在压缩机中应如何压缩最有利。要指出这种热力学分析方法对各种型式压缩机具有通用性。

应着重指出压缩机所费的总功并不等于压缩过程的功。