西安建筑科技大学：《工程热力学》课程教学大纲（一）

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西安建筑科技大学“工程热力学课程教学大纲英文名称: Engineering Th ermodvnamIcs 课程编号:C03501 课程类型:专业基础必修课学时:56学分:3.5 适应对象:建筑环境与设备专业先修课程:高等数学、大学物理使用教材及参考书 (1)《工程热力学》(第四版),廉乐明等编,中国建筑工业出版社,1999年12月 (2) Yunus a. Cengel, Engineering Approach(第四版影印本) 课程性质、目的和任务 1.课程性质自然界的能量就其形态而言只有无序能(热能、热量)和有序能(杋械能、电能、化学能、功等)两种。有序能之间的转换没有方向性,理论上其转换效率可达100%。涉及无序能参与的能量转换却存在方向性,转换效率理论上也不可能达到100%。一切能量转换必须遵守能量守恒定律是共性、普遍性。涉及热能参与的能量转换还必须受到方向性的制约,这是个性,特殊性。这种差异的存在以及对差异本质和规律的揭示就形成门独立的学科——热力学方向性ˆ表面上仅仅是涉及热能与其他能量转换的特殊性,然而自然界一切能量转换都不可避免地存在势差ˆ和ˆ耗散炇应”,都伴随着无序能的参与,因此,反映ˆ方向性ˆ的规律也和能量守恒-一样貝有普遍性。更有甚之,除了能量转换以外,一切自然、人文、社会、经济….现象也无例外地存在“有序”自发地向“无序变化的倾向,因而也必然受反映方向性ˆ的规律制约。从这个意义上讲,“方向性甚至比能量的“守恒性ˆ更为普遍。当今世界上所谓能源危机”、“环境危机”、资源耗竭”.无不是“方向性ˆ的必然结果。所以西方有人提出熵—一个新的世界观就不足为奇了 2.课程目的和任务冮工程热力学ˆ是‘热力学ˆ的分支,根据工程实践的需要着重硏究热能与杋械能相互转换的规律,揭示能量不仅有量ˆ的共性,更有质的个性,提出实现热能与机械能相互转换的条件和极限,指岀提高转换效率的方向、途径和方法以及相应的实用理论,就是工程热力学ˆ的任务,因此,自然地成为涉及热能与机械能相互转换专业的一门技术基础课,为学习专业课的原理提供必要的理论基础由于热力学理论体系是依靠少数经验定律和抽象概念为依据的公理化体系。对纷繁复杂的自然现象进行化繁为简、去伪存真、去粗取精、孤立变量突出重点,透过现象揭示本质的一整套严密的演绎推理辅以数学证

西安建筑科技大学“工程热力学”课程教学大纲英文名称： Engineering Thermodynamics 课程编号： C03501 课程类型：专业基础必修课学时： 56 学分： 3.5 适应对象：建筑环境与设备专业先修课程：高等数学、大学物理使用教材及参考书： (1) 《工程热力学》（第四版），廉乐明等编，中国建筑工业出版社，1999年12月 (２) Yunnus A. Cengel, Engineering Approach ( 第四版影印本 ) 一、课程性质、目的和任务 1. 课程性质自然界的能量就其形态而言只有无序能（热能、热量）和有序能（机械能、电能、化学能、功等）两种。有序能之间的转换没有方向性，理论上其转换效率可达 100 ％。涉及无序能参与的能量转换却存在方向性，转换效率理论上也不可能达到 100 ％。一切能量转换必须遵守能量守恒定律是共性、普遍性。涉及热能参与的能量转换还必须受到方向性的制约，这是个性，特殊性。这种差异的存在以及对差异本质和规律的揭示就形成一门独立的学科——热力学。 “方向性”表面上仅仅是涉及热能与其他能量转换的特殊性，然而自然界一切能量转换都不可避免地存在“势差”和“耗散效应”，都伴随着无序能的参与，因此，反映“方向性”的规律也和能量守恒一样具有普遍性。更有甚之，除了能量转换以外，一切自然、人文、社会、经济 … … 现象也无例外地存在“有序”自发地向“无序”变化的倾向，因而也必然受反映“方向性”的规律制约。从这个意义上讲，“方向性”甚至比能量的“守恒性”更为普遍。当今世界上所谓“能源危机”、“环境危机”、“资源耗竭”……无不是“方向性”的必然结果。所以西方有人提出“熵—— 一个新的世界观”就不足为奇了。 2. 课程目的和任务 “工程热力学”是“热力学”的分支，根据工程实践的需要着重研究热能与机械能相互转换的规律，揭示能量不仅有“量”的共性，更有“质”的个性，提出实现热能与机械能相互转换的条件和极限，指出提高转换效率的方向、途径和方法以及相应的实用理论，就是“工程热力学”的任务，因此，自然地成为涉及热能与机械能相互转换专业的一门技术基础课，为学习专业课的原理提供必要的理论基础。由于“热力学”理论体系是依靠少数经验定律和抽象概念为依据的公理化体系。对纷繁复杂的自然现象进行化繁为简、去伪存真、去粗取精、孤立变量突出重点，透过现象揭示本质的一整套严密的演绎推理辅以数学证

明而形成完整理论体系,是建立公理化体系的正确方法,是进行辩证唯物主义方法论教育的绝佳范例。教师在教学过程中应当有意识地结合课程内容进行科学方法论的教育,提高学生独立思考能力的素养。课程教学内容及要求第一章基本概念内容:工程热力学的研究对象和研究方法,热力系,平衡状态,状态参数、状态公理与状态方程式,准静态过程和可逆过程,热力过程、热量和功量,热力循环。基本要求 1.了解工程热力学的研究对象和研究方法。 2.掌握工程热力学中一些基本术语和概念:热力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。 3.掌握状态参数的特征,基本状态参数p、ν、T的定义和单位等。 4.掌握热量和功量过程量的特征,并会用系统的状态参数对可逆过程的热量、功量进行计算。重点:一些重要概念如平衡状态、准平衡过程、可逆过程、状态量与过程量等。难点:准平衡过程和可逆过程的定义,可逆过程的热量和功量计算深度和广度:介绍建立热力学理论体系所需的有关物质、能量、状态及其变化有关的概念,使学生掌握些概念的同时,领会这些概念的引入是建立公理化理论体系的必要前提,以及建立这些概念的基本方法。第二章理想气体性质内容:理想气体包括混合气体的状态方程和比热容、热力学能、焓和熵的计算,混合气体成分的表示法和相互之间的换算,混合气体平均气体常数比热容、热力学能、焓和熵的计算。基本要求: 1.掌握并正确应用理想气体状态方程式。 2.理解理想气体比热容的概念,正确应用定值比热容、平均比热容来计算过程的热量以及理想气体热力学能、焓和熵的变化。 3.掌握理想气体混合物的成分、摩尔质量和气体常数以及比热容、热力学能、焓和熵的计算。重点:理想气体的性质,理想气体比热容,热力学能、焓和熵的计算,理想气体混合物比热容、热力学能、焓和熵的计算难点:对理想气体任何过程△u=cv△T和△h=cp△T的理解深度和广度:本章应当围绕能量方程讲解能量方程中Δu和Δh的计算

明而形成完整理论体系，是建立公理化体系的正确方法，是进行辩证唯物主义方法论教育的绝佳范例。教师在教学过程中应当有意识地结合课程内容进行科学方法论的教育，提高学生独立思考能力的素养。二、课程教学内容及要求第一章基本概念内容：工程热力学的研究对象和研究方法，热力系，平衡状态，状态参数、状态公理与状态方程式，准静态过程和可逆过程，热力过程、热量和功量，热力循环。基本要求： 1 ．了解工程热力学的研究对象和研究方法。 2 ．掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。 3 ．掌握状态参数的特征，基本状态参数 p 、 v 、 T 的定义和单位等。 4 ．掌握热量和功量过程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆过程的热量、功量进行计算。重点：一些重要概念如平衡状态、准平衡过程、可逆过程、状态量与过程量等。难点：准平衡过程和可逆过程的定义，可逆过程的热量和功量计算。深度和广度：介绍建立热力学理论体系所需的有关物质、能量、状态及其变化有关的概念，使学生掌握这些概念的同时，领会这些概念的引入是建立公理化理论体系的必要前提，以及建立这些概念的基本方法。第二章理想气体性质内容：理想气体包括混合气体的状态方程和比热容、热力学能、焓和熵的计算，混合气体成分的表示法和相互之间的换算，混合气体平均气体常数比热容、热力学能、焓和熵的计算。基本要求： 1 ．掌握并正确应用理想气体状态方程式。 2 ．理解理想气体比热容的概念，正确应用定值比热容、平均比热容来计算过程的热量以及理想气体热力学能、焓和熵的变化。 3 ．掌握理想气体混合物的成分、摩尔质量和气体常数以及比热容、热力学能、焓和熵的计算。重点：理想气体的性质，理想气体比热容，热力学能、焓和熵的计算，理想气体混合物比热容、热力学能、焓和熵的计算。难点：对理想气体任何过程△ u ＝ c v △ T 和△ h ＝ c p △ T 的理解深度和广度：本章应当围绕能量方程讲解能量方程中△ u 和△ h 的计算

第三章热力学第一定律内容:热力学第一定律的实质,储存能,热力学,迁移能(热量和功量,其中功量又包含膨胀功、轴功、推动功、技术功等几种),焓,闭口系统能量方程,稳定流动能量方程及其应用,一般开口系能量方程。基本要求理解热力学第一定律的实质 2.掌握热力学第一定律及其表达式,能正确灵活应用热力学第-定律表达式来分析有关问题。 3.掌握能量、储存能、热力学能和迁移能的概念。 4.掌握膨胀功、推动功、轴功和技术功的概念与计算式 5.掌握焓的引出及其定义。 6.了解一般开口系能量方程。重点:焓的定义,闭口系统能量方程、稳定流动能量方程及其应用。难点:焓的定义,稳定流动过程中几种功的关系,能量方程的应用。深度和广度:热力学第一定律是本课程的重点内容;应当使学生明确闭口系能量方程的实质,掌握取热力系与确定能量相互作用的关系以及建立能量方程的方法;应注意不同情况下功的不同类型的区分;在理解稳定流动特征的基础上,掌握轴功、流动功和技术功的区别和意义;正确对典型设备迸行符合工程要求的简化, 以达到正确、熟练、灵活地应用稳定流动能量方程的目的。本章还要介绍一般开口系的能量方程,指出闭口系和稳定流动是一般开口系的特殊情况。培养学生建立复杂系统能量方程的能力。对于本科学生是非重点内容。第四章气体的热力过程内容:四个基本过程,多变过程,多变过程在p、Ts图上的分区及其特点,过程中参数变化规律和热量、功量的计算基本要求 1.掌握四种基本过程及多变过程的初终态基本状态参数p、ν、T之间的关系 2.掌握四种基本过程及多变过程系统与外界交换的热量、功量的计算。 3.能将各过程表示在p图和图上,并能正确应用p图和图判断过程的特点,即 △h,q,w等的正负。重点:热力过程计算公式,应用p图和图分析多变过程。难点:应用p图和图分析多变过程

第三章热力学第一定律内容：热力学第一定律的实质，储存能，热力学，迁移能（热量和功量，其中功量又包含膨胀功、轴功、推动功、技术功等几种），焓，闭口系统能量方程，稳定流动能量方程及其应用，一般开口系能量方程。基本要求： 1 ．理解热力学第一定律的实质。 2 ．掌握热力学第一定律及其表达式，能正确灵活应用热力学第一定律表达式来分析有关问题。 3 ．掌握能量、储存能、热力学能和迁移能的概念。 4 ．掌握膨胀功、推动功、轴功和技术功的概念与计算式。 5 ．掌握焓的引出及其定义。 6 ．了解一般开口系能量方程。重点：焓的定义，闭口系统能量方程、稳定流动能量方程及其应用。难点：焓的定义，稳定流动过程中几种功的关系，能量方程的应用。深度和广度：热力学第一定律是本课程的重点内容；应当使学生明确闭口系能量方程的实质，掌握取热力系与确定能量相互作用的关系以及建立能量方程的方法；应注意不同情况下功的不同类型的区分；在理解稳定流动特征的基础上，掌握轴功、流动功和技术功的区别和意义；正确对典型设备进行符合工程要求的简化，以达到正确、熟练、灵活地应用稳定流动能量方程的目的。本章还要介绍一般开口系的能量方程，指出闭口系和稳定流动是一般开口系的特殊情况。培养学生建立复杂系统能量方程的能力。对于本科学生是非重点内容。第四章气体的热力过程内容：四个基本过程，多变过程，多变过程在 pv 、 Ts 图上的分区及其特点，过程中参数变化规律和热量、功量的计算。基本要求： 1 ．掌握四种基本过程及多变过程的初终态基本状态参数 p 、 v 、 T 之间的关系。 2 ．掌握四种基本过程及多变过程系统与外界交换的热量、功量的计算。 3 ．能将各过程表示在 pv 图和 Ts 图上，并能正确应用 pv 图和 Ts 图判断过程的特点，即△ u ， △ h ， q ， w 等的正负。重点：热力过程计算公式，应用 pv 图和 Ts 图分析多变过程。难点：应用 pv 图和 Ts 图分析多变过程

深度和广度:本章有很多的公式和公式推导,应引导学生区别对一待这些公式,做到结合实际,重点记忆第五章热力学第二定律内容:热力学第二定律的两个叙述,卡诺定理,熵,熵增原理以及由此而产生能量损耗的计算。。基本要求: 理解热力学第二定律的实质,认识能量不仅有“量'的多少,而且还有“质ˆ的高低。 2.掌握卡诺定理,熵的意义、计算和应用。 3.掌握孤立系统和绝热系统熵增的计算。 4.了解用效能的概念及其计算。重点:热力学第二定律的表述,卡诺定理,熵的意义、计算和应用。难点:熵的意义、计算和应用。深度和广度:本章将把对能量量ˆ的认识提高到质ˆ的认识层面,是热力学的核心。应详细介绍卡诺定理的意义,对热力学第二定律的最低要求是使学生掌握热力学第二定律的实质是过程的¨方向性ˆ对热功转换的制约,提高热功转换效率的方向和途径以及典型设备或过程熵产以及能量损耗的计算,并且对于不同的能量存在“品质ˆ的不同,减少能量损耗是提高能量利用有效性的唯一途径。第六章蒸气的性质内容:以水蒸气为例介绍蒸气性质,通过蒸气的发生过程阐明一点、二线、三区、五态的意义,独立变量数,以及液体热、潜热、过热度、干度等物理量。学习应用图、表确定未知的状态参数以及利用状态参数确定过程中功或热的相互作用。基本要求: 掌握有关蒸气的各种术语及其意义,如汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。 2.了解蒸气的定压发生过程及其在p图和图上的一点、两线、三区和五态 3.了解蒸气图表的结构 4.掌握蒸气图表的应用 4.掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。重点:确定蒸气状态参数的独立变量,利用蒸气图表计算蒸气热力过程

深度和广度：本章有很多的公式和公式推导，应引导学生区别对一待这些公式，做到结合实际，重点记忆。第五章热力学第二定律内容：热力学第二定律的两个叙述，卡诺定理，熵，熵增原理以及由此而产生能量损耗的计算。。基本要求： 1 ．理解热力学第二定律的实质，认识能量不仅有“量”的多少，而且还有“质”的高低。 2 ．掌握卡诺定理，熵的意义、计算和应用。 3 ．掌握孤立系统和绝热系统熵增的计算。 4 ．了解用效能的概念及其计算。重点：热力学第二定律的表述，卡诺定理，熵的意义、计算和应用。难点：熵的意义、计算和应用。深度和广度：本章将把对能量“量”的认识提高到“质”的认识层面，是热力学的核心。应详细介绍卡诺定理的意义，对热力学第二定律的最低要求是使学生掌握热力学第二定律的实质是过程的“方向性”对热功转换的制约，提高热功转换效率的方向和途径以及典型设备或过程熵产以及能量损耗的计算，并且对于不同的能量存在“品质”的不同，减少能量损耗是提高能量利用有效性的唯一途径。第六章蒸气的性质内容：以水蒸气为例介绍蒸气性质，通过蒸气的发生过程阐明一点、二线、三区、五态的意义，独立变量数，以及液体热、潜热、过热度、干度等物理量。学习应用图、表确定未知的状态参数以及利用状态参数确定过程中功或热的相互作用。基本要求： 1 ．掌握有关蒸气的各种术语及其意义，如汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等。 2 ．了解蒸气的定压发生过程及其在 pv 图和 Ts 图上的一点、两线、三区和五态。 3 ．了解蒸气图表的结构。 4 ．掌握蒸气图表的应用。 4 ．掌握蒸气热力过程的热量和功量的计算。重点：确定蒸气状态参数的独立变量，利用蒸气图表计算蒸气热力过程

难点：蒸气热力过程的计算。深度和广度：蒸气与气体的差别仅在于用图表代替分析计算，只要会应用图表，其难度并不超过理想气体，但要避免学生用理想气体的方法解决实际气体的问题。第七章湿空气内容：湿空气的状态参数，湿空气的焓湿图及其应用，湿空气的基本过程及其应用。基本要求： 1 ．理解湿空气、未饱和空气和饱和空气的含义【 2 】。 2 ．掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法。 3 ．能计算湿空气的基本热力过程。重点：湿空气状态参数的确定，湿空气焓湿图的应用，湿空气的基本过程及其应用。难点：确定湿空气的状态参数。深度和广度：着重讲解湿空气的许多特殊 “状态参数”及其分析方法（有时沿用理想气体分析计算方法，有时又沿用实际气体图表方法，并且图表法更加直观和易于理解）。在引出各种湿空气的状态参数时应在阐明参数意义的基础上加强应用场合的论述。着重指出湿空气有三个独立变量，一般在压力变化不大时，才是两个独立变量。湿空气对于暖通专业特别重要，但应避免把空调专业课的内容引入本课程，冲淡学生对湿空气基本性质的理解。第八章气体和蒸气的流动内容：一元可逆绝热流动基本方程式（连续性方程、能量方程、过程方程），促使流速改变的条件，喷管的热力计算，有摩阻的绝热流动，绝热节流，绝热流动混合。基本要求： 1 ．掌握一元可逆绝热流动的基本方程。 2 ．弄清促使流速改变的力学条件和几何条件及其对流速的影响。 3 ．理解气流截面积变化的原因。 4 ．掌握喷管中气体流速、流量的计算，会进行喷管外形的选择和尺寸的计算。 5 ．理解滞止焓、临界截面、临界参数的概念【 2 】。 6 ．掌握绝热滞止、绝热节流、流动混合过程的计算【 1 】。重点：喷管的设计计算和校核计算，节流的应用

难点:判断渐缩喷管的岀口压力是否能降到背压,在设计计算中喷管的选型深度和广度:本章是热力学理论与实践结合的范例。学生应掌握喷管的选型、设计计算和校核计算,在掌握理想气体和可逆绝热流动的基础上,摧广到蒸气和不可逆绝流动。第九章动力循环第十章制冷循环内容:分析循环的一般方法,蒸汽动力基本循环,回热循环与再热循环,内燃机循环,燃气轮机循环空气压缩制冷循环,蒸气压缩制冷循环等基本要求 1.掌握各种动力装置循环的实施设备及工作流程,并能分析各种循环的热力过程【1】 2.掌握各种循环的吸热量、放热量、作功量及热效率等能量分析和计算方法。 3.会分析影响各种循环热效率的主要因素及提高循环热效率的具体方法和途径。重点:各种循环的p图和s图,以及对循环进行能量分析和计算。难点:各种装置实际循环的分析和计算,再热循环和回热循环的能量分析与计算。深度和广度:介绍动力循环和制冷循环,应用热力学理论解决循环计算. 学生通过学习应当掌握基本循环的构成,循环分析计算方法和提髙循环效率的方法。本章也是热力学基本理论综合应用,其目的之一是巩固热力学基本理论。三、课程教学基本要求课堂讲授教学以课堂讲授为主,使学生从中学到本课程的基本内容。 2.作业方面习题是本课程应用和巩固基本理论、基本知识培养基本运算技能的首要方法。课后作业不少于50题。 3.考试环节考试形式以笔试为主,题型有填空题、简答题和计算题。四、实践环节本课程两个基本定律中热力学第一定律,学生在前设各种课程己经熟知;热力学第二定律“方向性”本身也易于理解,不设实验。空气比热测定过程、空气在喷管中的流动特性以及制冷循环各设一实验是合理的。其中空气比热测定过程2学时,空气在喷管中的流动特性现象2学时、制冷循环1学时

难点：判断渐缩喷管的出口压力是否能降到背压，在设计计算中喷管的选型。深度和广度：本章是热力学理论与实践结合的范例。学生应掌握喷管的选型、设计计算和校核计算，在掌握理想气体和可逆绝热流动的基础上，推广到蒸气和不可逆绝流动。第九章动力循环第十章制冷循环内容：分析循环的一般方法，蒸汽动力基本循环，回热循环与再热循环，内燃机循环，燃气轮机循环，空气压缩制冷循环，蒸气压缩制冷循环等。基本要求： 1. 掌握各种动力装置循环的实施设备及工作流程，并能分析各种循环的热力过程【 1 】。 2 ．掌握各种循环的吸热量、放热量、作功量及热效率等能量分析和计算方法。 3 ．会分析影响各种循环热效率的主要因素及提高循环热效率的具体方法和途径。重点：各种循环的 pv 图和 Ts 图，以及对循环进行能量分析和计算。难点：各种装置实际循环的分析和计算，再热循环和回热循环的能量分析与计算。深度和广度：介绍动力循环和制冷循环，应用热力学理论解决循环计算。学生通过学习应当掌握基本循环的构成，循环分析计算方法和提高循环效率的方法。本章也是热力学基本理论综合应用，其目的之一是巩固热力学基本理论。三、课程教学基本要求 1 ．课堂讲授：教学以课堂讲授为主，使学生从中学到本课程的基本内容。 2 ．作业方面：习题是本课程应用和巩固基本理论、基本知识培养基本运算技能的首要方法。课后作业不少于 50 题。 3 ．考试环节：考试形式以笔试为主，题型有填空题、简答题和计算题。四、实践环节本课程两个基本定律中热力学第一定律，学生在前设各种课程己经熟知；热力学第二定律“方向性”本身也易于理解，不设实验。空气比热测定过程、空气在喷管中的流动特性以及制冷循环各设一实验是合理的。其中空气比热测定过程 2 学时，空气在喷管中的流动特性现象 2 学时、制冷循环 1 学时

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