绪论一、教案设计教学目标：使学生全面了解本课程的基本内容，学科前沿研究现状，本课程的学习方法。知识点：介绍热力学的发展简史、理解热能利用的两种主要方式及其特点了解常用的热能动力转换装置的工作过程，了解学习本课程应注意的问题。难点：使学生认识到学习本课程的重要性，激发学生的学习兴趣和学习积极性，教会学生掌握专业基础课的学习方法。教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论师生互动设计：提问+启发+讨论?问：从“工程热力学”的标题EngineeringThermodynamics本课程研究什么？?问：你知道的哪些科学家对热力学理论体系的建立做出了重大贡献吗？④问：你知道目前我国能源、世界能源地位作用及面临什么样的问题吗？问：你以前知道热力学第一定律、第二定律吗？有第零定律和第三定律吗？?问：能举出几个具体的热能与其他形式能量转换的机器吗？学时分配：2学时二、基本知识点1.热能及其利用（1）热能：能量的一种形式（2）来源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。如风能，水力能，太阳能、地热能、化学能和核能等。二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。（3）利用形式：直接利用：将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼（能源消耗比例大）间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能，2.什么是工程热力学从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。1
1 绪 论 一、教案设计 教学目标: 使学生全面了解本课程的基本内容，学科前沿研究现状，本课程 的学习方法。 知 识 点：介绍热力学的发展简史、理解热能利用的两种主要方式及其特点 了解常用的热能动力转换装置的工作过程，了解学习本课程应注意的问题。 难 点：使学生认识到学习本课程的重要性，激发学生的学习兴趣和学 习积极性，教会学生掌握专业基础课的学习方法。 教学方式：讲授+多媒体演示+课堂讨论 师生互动设计：提问+启发+讨论 ☺ 问：从“工程热力学”的标题 Engineering Thermodynamics 本课程研究什 么？ ☺ 问：你知道的哪些科学家对热力学理论体系的建立做出了重大贡献吗？ ☺ 问：你知道目前我国能源、世界能源地位作用及面临什么样的问题吗？ ☺ 问：你以前知道热力学第一定律、第二定律吗？有第零定律和第三定律 吗？ ☺ 问：能举出几个具体的热能与其他形式能量转换的机器吗？ 学时分配：2 学时 二、基本知识点 1. 热能及其利用 （1）热能：能量的一种形式 （2）来源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。 如风能,水力能,太阳能、地热能、化学能和核能等。 二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。 （3）利用形式： 直接利用：将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼(能源消耗 比例大) 间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能， 2．什么是工程热力学 从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律 和方法，以及有效、合理地利用热能的途径
电能一一机械能锅炉一一烟气一一水一一水蒸气一一（直接利用）供热锅炉一一烟气一一水一一水蒸气一一汽轮机一一（（间接利用）发电冰箱一一-（耗能）制冷3.热能工程专业所涉及的课程及学科工程热力学工程热物理学科传热学HeatTransfer→流体力学Hydrodynamics燃烧学Combustion热物性学ThermophysicalProperty4.热力学的发展简史（参见教材p2）（1）热力学的发展简史，基本上就是热力学与统计力学的发展史，约可分成四个阶段：第一个阶段：17世纪末到19世纪中叶此时期累积了大量的实验与观察的结果，并制造出蒸气机，对于“热（Heat）”的本质展开研究与争论，为热力学的理论建立作好了暖身。在19世纪前半叶，首先出现了卡诺理论，热机理论（第二定律的前身）和功热互换的原理（第一定律的基础）。这一阶段的热力学还留在描述热力学的现象上，并未引进任何的数学算式。第二个阶段：19世纪中到19世纪70年代末此阶段热力学的第一定律和第二定律已完全理论化。由于功热互换原理建立了热力学第一定律，由第一定律和卡诺理论的结合，导致热力学第二定律的成熟。另一方面，以牛顿力学为基础的气体动力论也开始发展，但这期人们并不了解热力学与气体动力论之间的关连。第三个阶段：19世纪70年末到20世纪初这个时间内，首先由波兹曼将热力学与分子动力学的理论结合，而导致统计热力学的诞生，同时他也提出非平衡态的理论基础，至20世纪初吉布斯（Gibbs）提出系综理论建立统计力学的基础。第四个阶段：20世纪30年代到今主要是量子力学的引进而建立了量子统计力学，同时非平衡态理论更进一步的发展，形成了近代理论与实验物理学中最重要的一环。人类很早就对热有所认识，并加以应用。但是将热力学当成一门科学且有定量的研究，则是由17世纪末开始的，也就是在温度计制造的技术成熟以后，才真正开启了对热力学的研究。（2）能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题2
2 电能一一机械能 锅炉一一 烟气 一一 水 一一水蒸气一一(直接利用) 供热 锅炉一一 烟气 一一 水 一一水蒸气一一汽轮机一一 (间接利用)发电 冰箱一一-(耗能) 制冷 3. 热能工程专业所涉及的课程及学科 4.热力学的发展简史（参见教材p2） （1）热力学的发展简史,基本上就是热力学与统计力学的发展史,约可分成四 个阶段： 第一个阶段:17 世纪末到 19 世纪中叶此时期累积了大量的实验与观察的 结果,并制造出蒸气机,对于“热（Heat）”的本质展开研究与争论,为热力学 的理论建立作好了暖身。在 19 世纪前半叶,首先出现了卡诺理论,热机理论 (第二定律的前身)和功热互换的原理(第一定律的基础）。这一阶段的热力学 还留在描述热力学的现象上,并未引进任何的数学算式。 第二个阶段:19 世纪中到 19 世纪 70 年代末此阶段热力学的第一定律和 第二定律已完全理论化。由于功热互换原理建立了热力学第一定律,由第一定 律和卡诺理论的结合,导致热力学第二定律的成熟。另一方面，以牛顿力学为 基础的气体动力论也开始发展,但这期人们并不了解热力学与气体动力论之 间的关连。 第三个阶段:19 世纪 70 年末到 20 世纪初这个时间内，首先由波兹曼将 热力学与分子动力学的理论结合,而导致统计热力学的诞生,同时他也提出非 平衡态的理论基础,至 20 世纪初吉布斯(Gibbs)提出系综理论建立统计力学 的基础。 第四个阶段:20 世纪 30 年代到今主要是量子力学的引进而建立了量子统 计力学,同时非平衡态理论更进一步的发展,形成了近代理论与实验物理学中 最重要的一环。人类很早就对热有所认识,并加以应用。但是将热力学当成一 门科学且有定量的研究,则是由 17 世纪末开始的,也就是在温度计制造的技 术成熟以后,才真正开启了对热力学的研究。 （2）能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题 工程热力学 传热学 Heat Transfer 流体力学 Hydrodynamics 燃烧学 Combustion 热物性学 Thermophysical Property 工 程 热 物 理 学 科
2000.12.30《世界能源报道》石油Petroleum，供世界开采40～50年，我国探明储量32.74亿吨可开采15～20年天然气NaturalGas，供世界开采60年，我国探明储量11704亿m3可开采28~58年煤炭Coal，供世界开采220年，我国探明可开采储量1145亿吨可开采54~81年世界发达国家发电平均煤耗量：200g/kw·h，中国400g/kw·h世界能耗水平：日本每吨钢耗0.75吨煤左右，中国需1.5吨煤；每吨合成氨日本耗1.2吨煤，中国则需3.1吨煤：日本总利用率51%，中国25%主要问题：污染，效率低5.热能利用的方向性及能量的两种属性过程的方向性：如：由高温传向低温能量属性：数量属性、，质量属性（即做功能力注意:数量守衡、质量不守衡提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。6，本课程的研究对象及主要内容研究对象：与热现象有关的能量利用与转换规律的科学。研究内容：将热力学基本理论应用于工程实际，对不同的过程和循环进行分析和计算，探讨影响能量转换的规律及提供转换效果的途径。（1）.研究能量转换的客观规律，即热力学第一与第二定律。（2）.研究工质的基本热力性质。（3），研究各种热工设备中的工作过程。（4）研究与热工设备工作过程直接有关的一些化学和物理化学问题。7.热力学的研究方法与主要特点（1）宏观方法：唯现象、总结规律，称经典热力学。优点：简单、明确、可靠、普遍。缺点：不能解决热现象的本质。（2）微观方法：从物质的微观结构与微观运动出发，统计的方法总结规律，称统计热力学。优点：可解决热现象的本质。缺点：复杂，不直观。3
3 2000.12.30《世界能源报道》 石油 Petroleum，供世界开采 40～50 年，我国探明储量 32.74 亿吨可开采 15～20 年 天然气 Natural Gas，供世界开采 60 年，我国探明储量 11704 亿 m3 可开采 28~58 年 煤炭 Coal，供世界开采 220 年，我国探明可开采储量 1145 亿吨可开采 54~81 年 世界发达国家发电平均煤耗量：200g/kw·h，中国 400g/ kw·h 世界能耗水平：日本每吨钢耗 0.75 吨煤左右，中国需 1.5 吨煤；每吨合成氨 日本耗 1.2 吨煤，中国则需 3.1 吨煤；日本总利用率 51%，中国 25% 主要问题：污染,效率低 5．热能利用的方向性及能量的两种属性 过程的方向性：如：由高温传向低温 能量属性：数量属性、,质量属性 (即做功能力) 注意： 数量守衡、质量不守衡 提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。 6．本课程的研究对象及主要内容 研究对象：与热现象有关的能量利用与转换规律的科学。 研究内容：将热力学基本理论应用于工程实际，对不同的过程和循环进行 分析和计算， 探讨影响能量转换的规律及提供转换效果的途径。 （1）．研究能量转换的客观规律，即热力学第一与第二定律。 （2）．研究工质的基本热力性质。 （3）．研究各种热工设备中的工作过程。 （4）．研究与热工设备工作过程直接有关的一些化学和物理化学问题。 7．热力学的研究方法与主要特点 （1）宏观方法：唯现象、总结规律，称经典热力学。 优点：简单、明确、可靠、普遍。 缺点：不能解决热现象的本质。 （2）微观方法：从物质的微观结构与微观运动出发，统计的方法总结规律, 称统计热力学。 优点：可解决热现象的本质。缺点：复杂，不直观
主要特点：三多一广，内容多、概念多、公式多。联系工程实际面广。条理清楚，推理严格。8.热能动力转换装置的工作过程各种热工装置的热力学共性内容归纳功热源冷源装置名称工作物质蒸汽动力装置水蒸汽冷却水对外输出功高温物体燃烧产物（自身)燃气大气燃气轮机装置对外输出功燃气大气内燃机装置燃烧产物（自身)对外输出功制冷剂被冷却物体大 A压缩制冷装置消耗功40%*发电（火力、核能）*车辆发动机（内燃机）25~35%*轮船发动机25~35%20~30%*航空发动机>200%*制冷空调（非热机，同理）9.课程特点与学习要求学习方法：物理概念必须清楚，记住一般公式，注意问题结果的应用。抓四基：基本概念、基本定律、基本方法、基本应用抓四环：预习一听课；笔记复习习题一总结：答疑解惑三、作业练习与讨论讨论题：能源与环境、节能的重要性、建筑节能、辩证思维4
4 主要特点：三多一广，内容多、概念多、公式多。 联系工程实际面广。条理清楚，推理严格。 8．热能动力转换装置的工作过程 各种热工装置的热力学共性内容归纳 发电（火力、核能） 40% 车辆发动机（内燃机） 25～35% 轮船发动机 25～35% 航空发动机 20～30% 制冷空调(非热机，同理） >200% 9. 课程特点与学习要求 学习方法：物理概念必须清楚，记住一般公式，注意问题结果的应用。 抓四基：基本概念、基本定律、基本方法、基本应用 抓四环：预习听课； 笔记复习；习题总结；答疑解惑 三、作业练习与讨论 讨论题:能源与环境、节能的重要性、建筑节能、辩证思维 内燃机装置 燃气轮机装置 蒸汽动力装置 装置名称 工作物质 热 源 冷 源 功 水蒸汽 高 温 物 体 冷却水 对外输出功 燃 气 燃烧产物 (自身) 大 气 对外输出功 燃 气 燃烧产物 (自身) 大 气 对外输出功 压缩制冷装置 制冷剂 被冷却物体 大 气 消 耗 功