教學(xué)大綱-西南交通大學(xué)課程與資源中心

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)《熱工基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱一、課程簡介1.課程名稱：工程熱力學(xué)及傳熱學(xué)2.英文名稱：FUNDAMENTSOFTHERMODYNAMICSANDHEATTRANSFER3.開課院系：機械工程學(xué)院4.課程代碼：5.學(xué)分：36.先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、流體力學(xué)7.課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課8.考核形式：期末考試+平時成績（含平時作業(yè)、出勤率、期中考試等）+實驗9.適用范圍：機械設(shè)計及其自動化、車輛工程10.撰寫人：秦萍二、教學(xué)目的和任務(wù)本課程包含工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩門課程的基礎(chǔ)知識，工程熱力學(xué)主要從熱能有效利用的角度出發(fā)，介紹熱功轉(zhuǎn)換與能量的有效利用；傳熱學(xué)主要研究熱量傳遞過程及其規(guī)律。通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)該使學(xué)生掌握包括熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩方面的熱工理論知識，獲得有關(guān)熱科學(xué)的基本計算訓(xùn)練和解決有關(guān)熱工工程問題的基本能力。不僅有利于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)后續(xù)有關(guān)專業(yè)課程，而且對將來解決熱工領(lǐng)域的工程技術(shù)問題也奠定了堅實的基礎(chǔ),如：熱能和機械能的相互轉(zhuǎn)換，熱量傳遞，溫度場和材料熱應(yīng)力分析等，是非常必要的。此外，對許多從事其他領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人員和有關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)干部，學(xué)習(xí)一些工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)的基本知識，以便了解熱物理現(xiàn)象的一些基本規(guī)律，有助于他們在將來的工作中面對與能源、特別是熱能有關(guān)的問題時能采取技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理的措施，為我國的節(jié)能環(huán)保事業(yè)作出貢獻。三、教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)課程主要內(nèi)容分為工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分：工程熱力學(xué)部分：系統(tǒng)介紹熱能和機械能相互轉(zhuǎn)換的基本理論和規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合一些典型熱工設(shè)備，對其工作原理、結(jié)構(gòu)特點、模型簡化方法、熱力過程（循環(huán)）計算分析及提高設(shè)備熱能利用率等方面進行系統(tǒng)的熱科學(xué)的基本計算和分析訓(xùn)練；傳熱學(xué)部分：系統(tǒng)介紹熱量傳遞的基本理論和規(guī)律，以及工程常見熱量傳遞過程的規(guī)律及其計算方法。四、模塊或單元教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)第一章基本概念和定義1.學(xué)習(xí)內(nèi)容熱力系統(tǒng)、工質(zhì)的熱力狀態(tài)及其基本狀態(tài)參數(shù)、平衡狀態(tài)、狀態(tài)公理及狀態(tài)方程、準平衡過程和可逆過程。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：熱力系統(tǒng)的概念，狀態(tài)參數(shù)及其性質(zhì)，平衡狀態(tài)、狀態(tài)公理及狀態(tài)方程，準平衡過程和可逆過程的定義、實現(xiàn)的條件。難點：狀態(tài)參數(shù)性質(zhì)的靈活應(yīng)用，準平衡過程和可逆過程之間的關(guān)系。3.學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，了解工程熱力學(xué)的基本術(shù)語和概念，正確理解狀態(tài)參數(shù)的性質(zhì)，準靜態(tài)過程和可逆過程的定義、實現(xiàn)的條件及兩者之間的關(guān)系，并能靈活應(yīng)用這些性質(zhì)和關(guān)系；掌握不同過程在p-v圖和T-s圖上的表示，為工程熱力學(xué)的深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。第二章熱力學(xué)第一定律1.學(xué)習(xí)內(nèi)容熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)、儲存能、熱力學(xué)能的概念、可逆過程功量和熱量的計算；閉口系和穩(wěn)流系能量方程；容積功、推動功、流動功、軸功、技術(shù)功等概念及計算；各種功量之間的關(guān)系；焓的定義及其物理意義。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)、儲存能、熱力學(xué)能的概念、可逆過程功量和熱量的計算；閉口系和穩(wěn)流系能量方程；各種功量的定義、計算及相互之間的關(guān)系；焓的定義及其物理意義。難點：深刻理解熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)，能運用閉口系和穩(wěn)流系的能量方程，分析計算工程實際中的有關(guān)問題。3.學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，深刻理解熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)，重點掌握閉口系和穩(wěn)流系的能量方程，并能分析計算工程實際中的有關(guān)問題。具體目標(biāo)為：①根據(jù)需要解決的問題，恰當(dāng)?shù)剡x取熱力系統(tǒng)；②正確選用能量方程；③正確分析系統(tǒng)與外界之間的能量傳遞關(guān)系，并能根據(jù)具體情況對方程進行適當(dāng)簡化；④正確求解方程。第三章理想氣體的熱力性質(zhì)及過程1.學(xué)習(xí)內(nèi)容理想氣體的熱力性質(zhì)：包括理想氣體狀態(tài)方程式、各種比熱容的概念、理想氣體熱力學(xué)能、焓、熵的增量的計算；理想氣體混合物的熱力性質(zhì)，比熱（容）、熱力學(xué)能、焓和熵的增量的計算；理想氣體的熱力過程：包括4種基本熱力過程及多變過程的特點和過程方程，過程中任意兩狀態(tài)間p、v、T參數(shù)之間的關(guān)系，過程中系統(tǒng)與外界交換的功量和熱量的計算，4種基本熱力過程及多變過程在p-v圖、T-s圖上的表示及特點。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：理想氣體狀態(tài)方程式、理想氣體熱力學(xué)能、焓、熵的增量的計算；4種基本熱力過程及多變過程的特點和過程方程，過程中任意兩狀態(tài)間p、v、T參數(shù)之間的關(guān)系，系統(tǒng)與外界交換的功量和熱量的計算，4種基本熱力過程及多變過程在p-v圖、T-s圖上的表示及特點。難點：注意理想氣體熵變的計算公式是利用可逆過程推出的，然后再利用狀態(tài)參數(shù)與過程無關(guān)的性質(zhì)，說明理想氣體熵變的計算公式適用于任意過程，因為對不可逆過程無法推出熵變的計算公式，這種迂回解決問題的方法值得學(xué)習(xí)借鑒。另外注意不同過程系統(tǒng)與外界交換功量和熱量的計算方法（某些計算公式對某些過程不適用）。3.學(xué)習(xí)目的與要求熟練掌握并靈活應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程式計算狀態(tài)參數(shù)；正確理解理想氣體各種比熱容的概念，并會利用定值比熱容和平均比熱容計算過程的熱量；掌握理想氣體熱力學(xué)能、焓、熵的增量的計算；能正確對理想氣體4種基本熱力過程以及多變過程進行分析計算。一般了解理想氣體混合物的熱力性質(zhì)，比熱（容）、熱力學(xué)能、焓和熵的增量的計算。第四章熱力學(xué)第二定律1.學(xué)習(xí)內(nèi)容熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)、能量品質(zhì)的概念、熱力過程進行的方向、條件與限度；不同循環(huán)經(jīng)濟性指標(biāo)，卡諾循環(huán)、提高循環(huán)經(jīng)濟性的方法、卡諾定理及其意義；克勞修斯積分不等式、熵流、熵產(chǎn)和熵的定義、計算和應(yīng)用，閉口系和穩(wěn)流系的熵方程；孤立系統(tǒng)熵增原理及其應(yīng)用；做功能力和做功能力損失。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)；不同循環(huán)經(jīng)濟性指標(biāo)、提高循環(huán)經(jīng)濟性的方法、卡諾定理及其意義；熵流、熵產(chǎn)和熵的定義、計算和應(yīng)用、閉口系和穩(wěn)流系的熵方程；孤立系統(tǒng)熵增原理及其應(yīng)用；做功能力和做功能力損失。難點：熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)；熵流、熵產(chǎn)和熵的計算和應(yīng)用、孤立系統(tǒng)熵增原理及其應(yīng)用；做功能力和做功能力損失。3.學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，深刻理解熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)，認識能量不僅有“數(shù)量”的多少，而且還有“品質(zhì)”的高低；掌握不同循環(huán)經(jīng)濟性指標(biāo)的定義及特點；理解卡諾循環(huán)、卡諾定理的意義，了解提高循環(huán)經(jīng)濟性的方法；掌握熵流、熵產(chǎn)和熵的定義、計算及應(yīng)用；掌握孤立系統(tǒng)的熵增原理及其應(yīng)用；理解做功能力和做功能力損失的概念，并掌握其計算方法。第五章水蒸氣1.學(xué)習(xí)內(nèi)容水蒸氣定壓發(fā)生過程的各階段和各狀態(tài)；各參數(shù)的定義，如：飽和壓力、飽和溫度、液體熱、汽化潛熱、過熱熱等；水蒸氣的p-v圖和T-s圖，不同壓力下水蒸氣定壓發(fā)生過程的特點及變化規(guī)律；水蒸氣熱力性質(zhì)圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：水蒸氣的p-v圖和T-s圖，熟悉該圖上所謂的“一點、兩線、三區(qū)、五態(tài)”，以及不同壓力下水蒸氣定壓發(fā)生過程的特點及變化規(guī)律；掌握水蒸氣熱力性質(zhì)圖表的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。難點：靈活應(yīng)用水蒸氣熱力性質(zhì)圖表確定水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)，并進行熱力過程分析。3.學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，了解水蒸氣的定壓發(fā)生過程，熟悉水蒸氣的p-v圖和T-s圖，掌握水蒸氣熱力性質(zhì)圖表的結(jié)構(gòu)，會靈活應(yīng)用水蒸氣熱力性質(zhì)圖表確定水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)，并進行熱力過程分析；通過水蒸氣熱力性質(zhì)和過程的計算分析，學(xué)會其他蒸氣的計算分析方法。第六章濕空氣1.學(xué)習(xí)內(nèi)容濕空氣的概念、濕空氣狀態(tài)參數(shù)的定義及計算、濕空氣的濕度圖（-t圖）及其應(yīng)用、。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：飽和濕空氣和未飽和濕空氣的狀態(tài)參數(shù)（對飽和濕空氣只有2個獨立的狀態(tài)參數(shù)，如p、t；而對未飽和濕空氣，除p、t外，還需要一個能確定濕空氣中水蒸氣含量多少的參數(shù)，即需要3個獨立的狀態(tài)參數(shù)）、濕空氣的濕度圖（-t圖）及其應(yīng)用。難點：理解p、t、ps、pv、tD、v、j、ω、tw、h等各參數(shù)的定義及相互之間的關(guān)系；會利用水蒸氣圖表和濕空氣的濕度圖（-t圖）查取或利用公式計算各參數(shù)。3.學(xué)習(xí)目的與要求對機械類專業(yè)的學(xué)生，要求了解濕空氣的概念、濕空氣狀態(tài)參數(shù)的定義及計算；能正確利用濕空氣的濕度圖（-t圖第七章氣體與蒸氣的流動1.學(xué)習(xí)內(nèi)容一維、定熵、穩(wěn)定流動基本方程；氣體流速與管道截面面積之間的變化關(guān)系；氣體噴管的選型及計算；噴管的設(shè)計計算和校核計算步驟；絕熱節(jié)流現(xiàn)象及參數(shù)變化規(guī)律。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：氣體流經(jīng)噴管及擴壓管時流體參數(shù)的變化規(guī)律及能量轉(zhuǎn)換關(guān)系；噴管的設(shè)計原則及選型、噴管出口流速、流量、以及噴管幾何尺寸的計算；絕熱節(jié)流現(xiàn)象及參數(shù)變化規(guī)律。難點：氣體噴管的選型及計算。3.學(xué)習(xí)目的與要求及能量轉(zhuǎn)換關(guān)系能根據(jù)具體情況正確進行噴管的設(shè)計和校核計算，重點內(nèi)容包括：噴管選型，出口流速、流量的計算，以及噴管幾何尺寸的計算。了解絕熱節(jié)流現(xiàn)象及參數(shù)變化規(guī)律。第八章熱力循環(huán)1.學(xué)習(xí)內(nèi)容（1）活塞式壓氣機的工作原理、不同壓縮過程（定溫、多變、定熵）的特點；余隙容積、壓力比對活塞式壓氣機容積效率的影響；多級壓縮、級間冷卻的工作情況；壓氣機的耗功計算及壓氣機的省功方法和途徑。（2）的工作原理；實際（3）燃氣輪的工作原理；實際燃氣輪（4）工作原理及；利用制冷劑的計算22.學(xué)習(xí)重點與難點（1）活塞式壓氣機的工作原理；3種不同壓縮過程的耗功量比較；余隙容積、壓力比對容積效率的影響；多級壓縮、級間冷卻的最佳壓力比、采用多級壓縮、級間冷卻的好處；壓氣機的耗功計算及壓氣機的省功方法和途徑。（2）活塞式內(nèi)燃機的工作原理；定容加熱、定壓加熱、混合加熱理想循環(huán)的p-v圖和T-s圖，各種循環(huán)吸熱量、放熱量、循環(huán)功、熱效率的分析計算；循環(huán)特性參數(shù)及其對熱效率的影響。（3）燃氣輪的工作原理；燃氣輪（4）蒸汽壓縮制冷循環(huán)的工作原理及理論循環(huán)的T-s圖和lgp-h圖；利用制冷劑的計算2幾種（或裝置）的基本構(gòu)成和工作原理，不同設(shè)備的工作循環(huán)不同，分析計算的內(nèi)容也不同，學(xué)習(xí)時應(yīng)避免相互混淆3.學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，熟悉幾種典型熱工設(shè)備（或裝置）的基本構(gòu)成和工作原理；掌握將實際循環(huán)抽象簡化為理想循環(huán)的一般方法；能夠熟練分析計算各種循環(huán)；掌握提高各種循環(huán)能量利用經(jīng)濟性的方法和途徑。第九章導(dǎo)熱1.學(xué)習(xí)內(nèi)容導(dǎo)熱的基本概念和基本定律；利用導(dǎo)熱微分方程及定解條件求解無限大平壁、無限長圓筒壁（或圓柱體）的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計算，或用熱路圖方法計算單層、多層無限大平壁和無限長圓筒壁（或圓柱體）在無內(nèi)熱源、第一類邊界條件下的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題；等截面肋片穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析計算方法；集總參數(shù)法的使用條件、物理意義及其非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計算；諾謨圖方法的使用條件。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：導(dǎo)熱基本概念和基本定律的理解，如：溫度場、溫度梯度、傅里葉定律、導(dǎo)熱系數(shù)、熱流密度、熱阻、穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱等；導(dǎo)熱微分方程及定解條件；用熱路圖方法計算單層、多層無限大平壁或無限長圓筒壁（或圓柱體）在無內(nèi)熱源、第一類邊界條件下的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；集總參數(shù)法的使用條件及其物理意義，用集總參數(shù)法求解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。難點：注意利用微分方程和邊界條件可用于任意導(dǎo)熱問題的求解，這是求解導(dǎo)熱問題的一般方法，而熱路圖方法只能求解無內(nèi)熱源、第一類邊界條件下的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；另外，集總參數(shù)法使用條件的判別式有2種表達形式，即Bi≤0.1或BiV≤0.1M，二者本質(zhì)相同，注意二者使用時的區(qū)別。3.學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，掌握導(dǎo)熱的基本概念和基本定律；了解導(dǎo)熱微分方程的一般推導(dǎo)過程及定解條件；重點掌握無內(nèi)熱源、第一類邊界條件下，無限大平壁、無限長圓筒壁（或圓柱體）的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計算；了解通過等截面肋片穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析計算方法；對非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱要求熟練掌握集總參數(shù)法；了解對不滿足集總參數(shù)法使用條件的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱應(yīng)采用諾謨圖方法計算。第十章對流換熱1.學(xué)習(xí)內(nèi)容對流換熱的基本概念：包括影響對流換熱的因素、速度邊界層和熱邊界層的形成及特點、對流換熱熱量傳遞機理；邊界層對流換熱微分方程組；相似理論、各相似準則數(shù)的概念及物理意義、由實驗確定準則方程式具體形式的方法；單相流體強迫對流換熱計算；自然對流換熱的基本概念。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：對流換熱的基本概念、各相似準則數(shù)的概念及物理意義、相似理論三定理及對模型實驗的指導(dǎo)意義、單相流體強迫對流換熱計算、自然對流換熱的基本概念。難點：應(yīng)用對流換熱準則關(guān)系式進行單相流體強迫對流換熱計算時，不但要根據(jù)對流換熱類型和流動狀態(tài)選擇相應(yīng)的準則實驗關(guān)聯(lián)式，還要注意公式的使用條件（不能外延），以及定性溫度、特征尺寸、特征速度等的規(guī)定，因為同一現(xiàn)象對流換熱的準則方程不是唯一的。3.學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，掌握對流換熱的基本概念（影響因素，速度邊界層和熱邊界層的形成、發(fā)展過程）；一般了解對流換熱微分方程組各方程的物理意義及相似三定理的原理及應(yīng)用；理解各相似準則數(shù)的概念及物理意義；掌握應(yīng)用對流換熱準則關(guān)系式進行單相流體強迫對流換熱計算的方法；了解自然對流換熱的概念。第十一章輻射換熱1.學(xué)習(xí)內(nèi)容熱輻射的基本概念和基本定律；角系數(shù)的定義、特性及確定方法；兩個黑表面或灰表面間的輻射換熱計算、空間熱阻和表面熱阻、輻射換熱的熱阻網(wǎng)絡(luò)圖；應(yīng)用熱阻網(wǎng)絡(luò)圖計算多個表面組成封閉系統(tǒng)的輻射換熱；遮熱板原理及應(yīng)用。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：熱輻射的基本概念和基本定律；角系數(shù)的定義、特性及確定方法；兩個黑表面或灰表面間的輻射換熱計算、空間熱阻和表面熱阻、輻射換熱的熱阻網(wǎng)絡(luò)圖；遮熱板的原理及應(yīng)用。難點：熱輻射的基本定律包括斯蒂芬-波耳茲曼定律、普朗克定律、維恩位移定律和基爾霍夫定律。前面三個定律都是針對黑體的定律，而基爾霍夫定律則揭示了實際物體（漫灰表面模型）在工程溫度下其吸收率恒等于它的發(fā)射率（黑度）。注意基爾霍夫定律對太陽輻射不適用。因為太陽輻射中可見光能量比例較高，而可見光的吸收和反射與物體表面的顏色密切相關(guān)，因此對于太陽輻射，實際物體的吸收率和發(fā)射率（黑度）不相等。3.學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，掌握熱輻射的基本概念和基本定律、角系數(shù)的計算方法、兩個及以上表面組成封閉系統(tǒng)的輻射換熱計算、遮熱板原理及應(yīng)用。第十二章傳熱過程和換熱器熱計算基礎(chǔ)1.學(xué)習(xí)內(nèi)容復(fù)合傳熱與傳熱過程的概念、通過無限大平壁和無限長圓筒壁的傳熱系數(shù)k的計算；增強傳熱和削弱傳熱的一般措施及臨界熱絕緣直徑的概念；換熱器的分類、對數(shù)平均溫差、應(yīng)用對數(shù)平均溫差法進行換熱器熱計算。2.學(xué)習(xí)重點與難點重點：理解復(fù)合傳熱與傳熱過程的概念、掌握無限大平壁傳熱系數(shù)k的計算。了解增強傳熱和削弱傳熱的一般措施及臨界熱絕緣直徑的概念。掌握用對數(shù)平均溫差法進行換熱器熱計算的方法。難點：雖然順流與逆流對數(shù)平均溫差的計算公式相同，但式中與的含義不同。3.學(xué)習(xí)目的與要求通過本章的學(xué)習(xí)，掌握復(fù)合傳熱與傳熱過程的概念和計算方法，了解傳熱的增強和減弱措施及臨界熱絕緣直徑的概念；了解換熱器的基本概念和分類，掌握用對數(shù)平均溫差法進行換熱器熱計算的方法。五、對學(xué)生能力的培養(yǎng)與要求（一）作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，希望通過本門課程的學(xué)習(xí)，不僅掌握工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)的基本理論，而且能夠理論聯(lián)系實際地對工程實際問題進行分析計算，為學(xué)習(xí)后續(xù)有關(guān)專業(yè)課程奠定必要的工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)知識基礎(chǔ)。（二）通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)本門課程中許多對實際問題的邏輯分析思路和簡化、迂回處理方法，舉一反三，培養(yǎng)科學(xué)的邏輯思維能力和分析問題、解決問題的能力，為今后從事工程設(shè)計、管理或科學(xué)研究提供必要的熱力學(xué)理論基礎(chǔ)及良好的工程素養(yǎng)。六、學(xué)時分配序號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時數(shù)1緒論、基本概念和定義32熱力學(xué)第一定律33理想氣體的熱力性質(zhì)及熱力過程34熱力學(xué)第二定律45水蒸氣26氣體定壓比熱測定37濕空氣38氣體和蒸汽的流動39熱力循環(huán)310壓氣機實驗311傳熱的基本概念、導(dǎo)熱基本定律、導(dǎo)熱微分方程312穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱313對流換熱314對流換熱實驗315輻射換熱316傳熱過程和換熱器熱計算基礎(chǔ)3