《熱工基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《熱工基礎(chǔ)》教學(xué)大綱課程英文名FundamentalsofThermodynamicsandHeatTransfer課程代碼02M0076學(xué)分3總學(xué)時48理論學(xué)時40實驗/實踐學(xué)時8課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)限選先修課程大學(xué)物理適用專業(yè)測控技術(shù)與儀器專業(yè)（自動檢測方向）開課學(xué)院計量測試工程學(xué)院注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位本課程是測控技術(shù)和儀器專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程。其任務(wù)是使本專業(yè)的學(xué)生系統(tǒng)了解和掌握工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的基本概念、基本定律和基本分析方法，了解典型工程應(yīng)用，掌握能量轉(zhuǎn)換規(guī)律和熱量傳遞規(guī)律的基本知識，并能利用熱力學(xué)基本原理對典型問題進行分析和處理。同時，根據(jù)本專業(yè)的特色，通過理論講解、案例分析、實驗等各種形式，使本專業(yè)的學(xué)生了解熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本原理在計量領(lǐng)域的應(yīng)用，掌握關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要狀態(tài)參數(shù)，培養(yǎng)運用數(shù)學(xué)知識建立熱力學(xué)模型并進行分析的能力，能運用熱力學(xué)基本理論進行工程基本計算，解決工程實際問題。通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握一定的工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)方面的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識，為今后其它專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，對本專業(yè)的基本技能、工程應(yīng)用有充分的認知。（二）課程目標(biāo)本課程以培養(yǎng)新時代計量事業(yè)工程人才為目標(biāo)，通過課程的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生利用基本熱學(xué)理論分析與解決測控領(lǐng)域與測量相關(guān)的復(fù)雜工程問題的能力，養(yǎng)成批判性思維習(xí)慣，樹立求真務(wù)實的科學(xué)精神；同時，利用課程貼近生活和工程實例的特點，讓學(xué)生認識到計量在國家節(jié)能減排工作中的重要性，形成低碳生活的意識。具體課程目標(biāo)如下：1、掌握熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本原理，理解所學(xué)基本理論在計量測試領(lǐng)域的應(yīng)用，掌握熱工量測量相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識和工程知識（1.3）；2、運用傳熱學(xué)等基本理論進行工程基本計算和分析，培養(yǎng)解決工程實際問題能力（2.1）。3、運用數(shù)學(xué)知識建立熱力學(xué)模型并進行分析的能力（2.3）；二、課程目標(biāo)達成的途徑與方法以課堂教學(xué)為主，結(jié)合課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)、拓展自學(xué)、課后作業(yè)和實驗教學(xué)等教學(xué)環(huán)節(jié)以完成教學(xué)目標(biāo)。課堂教學(xué)主要講解熱力學(xué)和傳熱學(xué)的基本概念、理論以及分析方法，通過演算和分析，使學(xué)生能夠運用數(shù)學(xué)、物理和工程基礎(chǔ)知識解釋和分析熱力學(xué)基本原理，并通過貼近工程實際的實例分析與求解，使同學(xué)們更好地掌握課程中的基本原理，學(xué)習(xí)分析問題解決問題的方法。課堂教學(xué)穿插適當(dāng)?shù)奶釂柡突迎h(huán)節(jié)，使同學(xué)們能更好地融入課堂教學(xué)，加深對所學(xué)知識的理解。熱工基礎(chǔ)的理論性較強，而又與實際結(jié)合緊密，要求在理解和掌握基本原理與方法的基礎(chǔ)上，具備較強的分析、計算能力，課后作業(yè)是學(xué)生獲得這些能力的最好手段。另外，課程中的概念多，部分內(nèi)容比較抽象，學(xué)生需要進行課后復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)進行消化吸收，才能達到比較好的學(xué)習(xí)效果。拓展自學(xué)是由教師提供視頻、文獻等學(xué)習(xí)資料，由學(xué)生自學(xué)完成。學(xué)習(xí)資料與知識點相關(guān)，與社會熱點、計量技術(shù)緊密聯(lián)系，有助于學(xué)生理論聯(lián)系實際，完善知識體系，建立專業(yè)自信，為后續(xù)課程打好基礎(chǔ)。實驗是強化學(xué)習(xí)和驗證學(xué)習(xí)效果的主要手段之一，通過實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握課程中主要物性參數(shù)的測定方法，了解它們在工程上的應(yīng)用，使抽象概念轉(zhuǎn)為直觀認識。實驗過程中，學(xué)生還可獲得動手能力、團隊合作能力、數(shù)據(jù)處理分析能力的訓(xùn)練。三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求1.3畢業(yè)要求2.1畢業(yè)要求2.3課程目標(biāo)1M課程目標(biāo)2M課程目標(biāo)3M注：1.支撐強度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。 2.相關(guān)畢業(yè)要求1.3是指具備解決測試及計量領(lǐng)域復(fù)雜工程問題所需的專業(yè)知識，并能將這些知識用于熱工量的測量與控制中； 相關(guān)畢業(yè)要求2.1是指能夠識別熱工量測量與控制過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)； 相關(guān)畢業(yè)要求2.3具備分析解決復(fù)雜工程問題過程中的熱相關(guān)影響因素，對解決方法進行評價的能力。四、課程主要內(nèi)容與基本要求緒論了解熱能及其利用，了解工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)研究的對象及主要內(nèi)容和研究方法，了解熱力學(xué)與傳熱學(xué)發(fā)展簡史。第一章基本概念 理解熱力系、工質(zhì)、平衡狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)、狀態(tài)方程與相圖、過程與循環(huán)、功和熱量等概念。第二章熱力學(xué)第一定律 掌握熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)，能熟練掌握第一定律的能量方程及其實際問題分析應(yīng)用。第三章氣體的熱力性質(zhì)和熱力過程 掌握理想氣體的定義及狀態(tài)方程，了解理想混合氣體，熟練掌握定容過程、定壓過程、定溫過程、定熵過程的熱力計算，了解多變過程、絕熱自由膨脹和絕熱節(jié)流過程。第四章熱力學(xué)第二定律 掌握可逆過程等定義，理解第二定律的各種說法及等效性，掌握熵的定義、卡諾定理、克勞修斯不等式，能熟練應(yīng)用熵方程。第五章水蒸氣與濕空氣了解水蒸氣的產(chǎn)生過程，能熟練應(yīng)用蒸氣熱力性質(zhì)圖和表進行計算。了解濕空氣的概念，掌握絕對濕度與相對濕度的概念，掌握干、濕球溫度。能應(yīng)用焓濕圖分析濕空氣的熱力過程。第六章動力循環(huán)裝置和制冷循環(huán) 了解蒸汽卡諾循環(huán)，掌握朗肯循環(huán)，理解蒸汽參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響，了解蒸汽再熱循環(huán)，了解回?zé)嵫h(huán)。了解逆向卡諾循環(huán)，空氣壓縮制冷循環(huán)，蒸氣壓縮制冷循環(huán)，熱泵的工作原理。第七章熱量傳遞的基本方式 掌握三種換熱方式，了解傳熱過程，掌握熱阻的概念。第八章導(dǎo)熱 掌握傅里葉定律，理解導(dǎo)熱微分方程及定解條件，熟練掌握平板與圓筒壁的導(dǎo)熱，理解熱阻的概念。了解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的特點，無限大平板的加熱與冷卻，理解集總參數(shù)法。了解導(dǎo)熱問題的數(shù)值解。第九章對流換熱 掌握牛頓公式，理解邊界層的概念及應(yīng)用，了解受迫對流與自然對流換熱，了解熱管的工作原理。第十章輻射換熱 掌握黑體熱輻射定律，掌握兩個黑體表面之間的輻射換熱，理解角系數(shù)的概念及特性，掌握兩個灰體表面之間的輻射換熱，能熟練應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法計算輻射換熱問題。第十一章傳熱與換熱器 了解傳熱過程，傳熱的增強與減弱，換熱器的種類和一般計算。課程學(xué)時安排章節(jié)號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時數(shù)學(xué)生任務(wù)對應(yīng)課程目標(biāo)緒論了解熱能及其利用，了解工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)研究的對象及主要內(nèi)容和研究方法，了解熱力學(xué)與傳熱學(xué)發(fā)展簡史。21.討論：國家各階段節(jié)能減排目標(biāo)，有何意義？課程目標(biāo)1第1章理解熱力系、工質(zhì)、平衡狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)、狀態(tài)方程與相圖、過程與循環(huán)、功和熱量等概念。41.完成課后練習(xí)題2.查閱文獻：基本狀態(tài)參數(shù)溫度和壓力的計量方法課程目標(biāo)1第2章掌握熱力學(xué)第一定律的實質(zhì)，以及閉口系統(tǒng)的第一定律的表達式和開口系統(tǒng)的第一定律的表達式，能熟練掌握第一定律的能量方程及其實際問題分析應(yīng)用。41.完成課后練習(xí)題2.拓展閱讀：能量轉(zhuǎn)化與熱電效應(yīng)，以及基于熱電效應(yīng)的傳感器課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3第3章掌握理想氣體的定義及狀態(tài)方程，了解理想混合氣體，熟練掌握定容過程、定壓過程、定溫過程、定熵過程的熱力計算，了解多變過程、絕熱自由膨脹和絕熱節(jié)流過程。41.完成課后練習(xí)題2.討論：課后思考題五課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3第4章掌握熱力學(xué)第二定律，掌握可逆過程等定義，理解第二定律的各種說法及等效性，掌握熵的定義、卡諾定理、克勞修斯不等式，能熟練應(yīng)用熵方程。41.完成課后練習(xí)題2.討論：熵和開放創(chuàng)新思維課程目標(biāo)1第5章了解水蒸氣的產(chǎn)生過程，能熟練應(yīng)用蒸氣熱力性質(zhì)圖和表進行計算。了解濕空氣的概念，掌握絕對濕度與相對濕度的概念，掌握干、濕球溫度。能應(yīng)用焓濕圖分析濕空氣的熱力過程。41.完成課后練習(xí)題2.拓展學(xué)習(xí)：水蒸氣計量應(yīng)用和難點3.拓展學(xué)習(xí)：濕度計種類和原理；雙壓法濕度計量裝置課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2第6章了解蒸汽卡諾循環(huán)，了解朗肯循環(huán)，理解蒸汽參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響，了解蒸汽再熱循環(huán)，了解回?zé)嵫h(huán)。了解逆向卡諾循環(huán)，空氣壓縮制冷循環(huán)，蒸氣壓縮制冷循環(huán)，熱泵的工作原理。21.完成課后練習(xí)題2.拓展學(xué)習(xí)：機電設(shè)備的能耗分析3.拓展學(xué)習(xí)：國家能源計量中心戰(zhàn)略課程目標(biāo)2第7章掌握三種換熱方式，了解傳熱過程，掌握傳熱過程和傳熱系數(shù)，掌握熱阻的概念。41.完成課后練習(xí)題2.討論：課后思考題六、九、十課程目標(biāo)1第8章掌握導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)、傅里葉定律，理解導(dǎo)熱微分方程及定解條件，熟練掌握平板與圓筒壁的導(dǎo)熱，理解熱阻的概念。了解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的特點，無限大平板的加熱與冷卻，理解集總參數(shù)法。了解導(dǎo)熱問題的數(shù)值解。41.完成課后練習(xí)題2.拓展學(xué)習(xí)：隔熱材料和航天中熱控制技術(shù)3.拓展學(xué)習(xí)：套管溫度計誤差和動態(tài)響應(yīng)特性分析課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3第9章掌握自然對流換熱、牛頓公式，理解邊界層的概念及應(yīng)用，了解受迫對流與自然對流換熱，了解熱管的工作原理。41.完成課后練習(xí)題2.拓展學(xué)習(xí)：熱邊界層對測溫的影響3.拓展學(xué)習(xí)：對流冷卻和大型云數(shù)據(jù)中心課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3第10章掌握黑體熱輻射定律，掌握兩個黑體表面之間的輻射換熱，理解角系數(shù)的概念及特性，掌握兩個灰體表面之間的輻射換熱，能熟練應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法計算輻射換熱問題。41.完成課后練習(xí)題2.拓展學(xué)習(xí)：黑體輻射和計量檢定3.拓展學(xué)習(xí)：疫情防控與紅外輻射測溫技術(shù)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3實踐環(huán)節(jié)及基本要求序號實驗項目名稱學(xué)時基本要求學(xué)生任務(wù)實驗性質(zhì)實驗類別1空氣絕熱指數(shù)的測定實驗2學(xué)習(xí)測量空氣絕熱指數(shù)的方法,通過實驗，進一步加深對剛性容器充氣、放氣現(xiàn)象的認識實驗提交報告驗證選做2換熱器綜合實驗臺實驗2了解套管式換熱器，螺旋板式換熱器和列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點及其性能的差別,加深對順流和逆流兩種流動方式換熱器換熱能力差別的認識：熟悉換熱器性能的測試方法實驗提交報告驗證選做3自然對流橫管管外放熱系數(shù)測試實驗2了解空氣沿管表面自由運動放熱的實驗方法，測定單管的自由運動放熱系數(shù)實驗提交報告驗證選做4強迫對流管族管外放熱系數(shù)實驗2學(xué)會翅片管束管外放熱和阻力的實驗研究方法；鞏固和運用傳熱學(xué)課堂講授的基本概念和基本知識實驗提交報告驗證選做5中溫輻射時物體黑度的測試2用比較法，定性地測量中溫輻射時物體黑度ε實驗提交報告驗證選做6穩(wěn)態(tài)球體法測粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)實驗2測粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù),鞏固和運用傳熱學(xué)課堂講授的基本概念和基本知識實驗提交報告驗證選做7熱管換熱器實驗2掌握熱管換熱器換熱量Q和傳熱系數(shù)K的測試和計算方法,熟悉熱管換熱器實驗臺的工作原理和使用方法實驗提交報告驗證選做8氣體定壓比熱測定實驗2熟悉本實驗中的測溫、測壓、測熱、測流量的方法,了解氣體比熱測定裝置的基本原理和構(gòu)思,掌握由基本數(shù)據(jù)計算出比熱值和求得比熱公式的方法實驗提交報告綜合選做注：1.實驗性質(zhì)指演示性、驗證性、設(shè)計性、綜合性等；2.實驗類別指必做、選做等；3.學(xué)生可各選做2個熱力學(xué)實驗和2個傳熱學(xué)實驗。七、考核方式及成績評定（一）考核方式與評價考核內(nèi)容考核方式評定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績比例過程考核含到課率、平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)、拓展學(xué)習(xí)率點名冊、作業(yè)本成績、拓展學(xué)習(xí)成績15%實驗考核含到課率、實驗報告點名冊、報告成績15%期末考核考試卷面成績70%考核類別考試成績登記方式百分制（二）課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)和達成標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)教學(xué)環(huán)節(jié)考核環(huán)節(jié)合格標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)1講授實驗拓展平時成績（考勤、課后習(xí)題、拓展）A0.6期末考試成績B（選擇、填空、判斷題、簡答題）目標(biāo)達成度：0.3*A/A0+0.7*B/B0課程目標(biāo)2講授實驗拓展平時成績（考勤、課后習(xí)題、拓展）A0.6實驗成績C期末考試成績D（判斷題、簡答題）目標(biāo)達成度：0.15*A/A0+0.15*C/C0+0.7*D/