工程熱力學課程教學大綱

《工程熱力學》課程教學大綱課程名稱：工程熱力學EngineeringThermodynamics課程編號：020060050課程性質(zhì)：R必修￡選修課程類別：￡通識課程R專業(yè)課程￡實踐教學適用專業(yè)：新能源科學與工程課程學時：總學時48，其中理論40、實驗8課程學分：3應開課學期：第三學期先修課程：高等數(shù)學、大學物理任課學院、系部：能源科學與工程學院新能源科學與工程系一、課程簡介本課程為新能源科學與工程專業(yè)的專業(yè)必修課。課程設置總學時48學時，由理論教學和實驗教學兩部分組成，主要研究熱能的有效利用以及熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律。通過本課程的學習，使同學們牢固地掌握工程熱力學的基本理論、基本規(guī)律，獲得相應的分析計算能力的初步訓練，并能正確運用這些規(guī)律進行各種熱現(xiàn)象、熱力過程和熱力循環(huán)的分析，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力打好堅實的熱力學基礎，為解決新能源專業(yè)中的熱問題奠定基礎。二、課程教學的目標及與畢業(yè)要求的關系（一）課程目標課程總目標：培養(yǎng)學生具備正確運用工程熱力學的基本理論、基本規(guī)律進行各種熱現(xiàn)象、熱力過程和熱力循環(huán)分析的能力。課程目標1：通過課堂教學，使學生了解工程熱力學的基本概念和基本定律、常用工質(zhì)的熱物理性質(zhì)，理解利用工質(zhì)性質(zhì)公式和圖表進行熱力過程及循環(huán)的分析和計算方法。課程目標2：通過課堂教學，使學生掌握基本熱力過程與典型熱力循環(huán)的分析和計算方法。課程目標3：培養(yǎng)學生的邏輯思維、判斷和歸納總結(jié)能力。課程目標4：使學生能綜合運用工程熱力學基礎知識進行熱能動力機械工作過程的分析。（二）課程目標與畢業(yè)要求的對應關系本課程目標支持的主要畢業(yè)要求如下表：課程目標畢業(yè)要求1.通過課堂教學，使學生了解工程熱力學的基本概念和基本定律、常用工質(zhì)的熱物理性質(zhì)，理解利用工質(zhì)性質(zhì)公式和圖表進行熱力過程及循環(huán)的分析和計算方法。2.通過課堂教學，使學生掌握基本熱力過程與典型熱力循環(huán)的分析和計算方法。畢業(yè)要求2：能夠應用新能源科學與工程理論與技術(shù)，并結(jié)合數(shù)學、自然科學等基本原理，通過理論分析和文獻研究，對新能源勘查、開發(fā)、利用過程中遇到的問題進行綜合分析。具備獨立思考、善于發(fā)現(xiàn)和提出問題并獨立分析工程問題的能力，掌握基本的分析問題和總結(jié)歸納的方法。3.培養(yǎng)學生的邏輯思維、判斷和歸納總結(jié)能力。4.使學生能綜合運用工程熱力學基礎知識進行熱能動力機械工作過程的分析。畢業(yè)要求4：能夠基于科學原理與方法，結(jié)合具體生產(chǎn)實踐，分析、解決新能源勘查和開發(fā)利用中的技術(shù)問題。能夠正確認識行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，具備文獻信息提煉、歸納能力。能夠提出工程問題的關鍵理論問題和技術(shù)難題，善于利用文獻資料及團隊技能開展初步科學研究與技術(shù)攻關。三、課程教學的基本內(nèi)容及教學安排（一）課程教學的內(nèi)容及學時安排知識單元知識點學時數(shù)課程目標線下授課線上授課實驗/實踐1緒論1.1熱能及其利用1.2熱能轉(zhuǎn)換裝置的工作過程1.3工程熱力學研究對象及其主要內(nèi)容1.4熱力學研究方法2課程目標12基本概念及定義2.1熱力系統(tǒng)2.2熱力系統(tǒng)狀態(tài)、狀態(tài)參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)圖2.3常用狀態(tài)參數(shù)（p、v、T、u、h、s）2.4準靜態(tài)過程和可逆過程2.5功、熱量與熵2.6熱力循環(huán)和循環(huán)經(jīng)濟性指標6課程目標13熱力學第一定律3.1熱力學第一定律的實質(zhì)3.2熱力學第一定律的基本能量方程式3.3開口系統(tǒng)的能量方程3.4穩(wěn)定流動能量方程及其應用62課程目標1、24氣體和蒸汽的性質(zhì)4.1理想氣體狀態(tài)方程4.2理想氣體的熱力學能、焓和熵4.3水蒸氣的飽和狀態(tài)和相圖4.4水的汽化過程和臨界點4.5水和水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)及汽化潛熱42課程目標1、25氣體和蒸汽的基本熱力過程5.1理想氣體的可逆多變過程5.2定容過程、定壓過程、定溫過程和絕熱過程5.3理想氣體熱力過程綜合分析5.4水蒸氣的基本過程42課程目標1、26熱力學第二定律6.1熱力學第二定律的實質(zhì)與表述6.2卡諾循環(huán)和卡諾定理6.3多熱源可逆循環(huán)及其熱效率6.4熵、熱力學第二定律表達式6.5熵方程及孤立系統(tǒng)熵增原理62課程目標2、37氣體動力循環(huán)7.1活塞式內(nèi)燃機動力循環(huán)7.2活塞式內(nèi)燃機各種理想循環(huán)的比較7.3斯特林循環(huán)7.4勃雷登循環(huán)7.5提高勃雷登循環(huán)熱效率的其他途徑4課程目標2、38蒸汽動力裝置循環(huán)8.1朗肯循環(huán)8.2實際蒸汽動力循環(huán)分析8.3蒸汽再熱循環(huán)8.4回熱循環(huán)8.5熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)4課程目標3、49理想氣體混合物及濕空氣9.1混合氣體成分9.2分壓定律和分容積定律9.3理想氣體絕熱混合過程的增熵9.4濕空氣的焓、熵與容積9.5濕空氣的焓濕圖與熱濕比4課程目標3、4合計408（二）課堂實驗/實踐教學內(nèi)容及要求序號項目名稱內(nèi)容、要求學時實驗/實踐類別實驗/實踐類型每組人數(shù)必做/選做課程目標1空氣的P-V-T關系測定二氧化碳的P-V-T關系，觀察臨界現(xiàn)象：①臨界狀態(tài)附近氣液兩相模糊的現(xiàn)象。②氣液整體相變現(xiàn)象。③測定CO2的pc、vc、tc等臨界參數(shù)，并將實驗所得的vc值與理想氣體狀態(tài)方程和范德瓦爾方程的理論值相比教，簡述其差異原因。4專業(yè)操作5必做課程目標1、2、32空氣定壓比熱測定1.了解氣體比熱測定裝置的基本原理和構(gòu)思。2.熟悉本實驗中的測溫、測壓差、測熱量的方法。3.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。4.分析本實驗產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。5.測定300℃以下氣體的定壓比熱。2專業(yè)操作5必做課程目標2、33空氣絕熱指數(shù)測定1.學習測定空氣的比熱容比的一種方法。了解絕熱、等容的熱力學過程及有關狀態(tài)方程。2.觀察和分析熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)和過程特征，掌握實現(xiàn)等值過程的方法。3.測定空氣的比熱容比，比定壓熱容，比定容熱容。2專業(yè)操作2必做課程目標3、4基本要求1．實驗采用教師課堂演示、學生上機操作的實驗方式；2．上機實驗前，學生應認真預習有關的實驗內(nèi)容；3．學生完成實驗后須撰寫實驗報告；注：實驗/實踐類別：專業(yè)、上機等實驗/實踐類型：操作型、驗證型、演示型、綜合型等。四、本課程與其他課程的聯(lián)系本課程的預修課程為《高等數(shù)學》、《大學物理》，其為學生提供學習本課程所必須掌握的計算及理論熱力學等方面的基礎知識。本課程是新能源科學與工程專業(yè)學生在整個專業(yè)課學習過程中所必不可少的基礎專業(yè)知識。主要研究熱能的有效利用以及熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律。通過本課程的學習，使同學們牢固地掌握工程熱力學的基本理論、基本規(guī)律，獲得相應的分析計算能力的初步訓練，并能正確運用這些規(guī)律進行各種熱現(xiàn)象、熱力過程和熱力循環(huán)的分析，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力打好堅實的熱力學基礎，為解決新能源專業(yè)中的熱問題奠定基礎，為后續(xù)課程、實習、課程設計和畢業(yè)設計打下良好基礎。五、教材與其他教學資源（含教學參考書或在線資源）（一）建議教材[1]沈維道等.工程熱力學（第五版）[M].高等教育出版社,2016.[2]朱明善等.工程熱力學（第二版）[M].清華大學出版社,2011.（二）其他教學資源[1]郭煜等.工程熱力學與傳熱學（雙語）[M].中國石化出版社,2011.[2]YACengel.Thermodynamics:AnEngineeringApproachwithStudentResourcesDVD[M].機械工業(yè)出版社,2016.[3]陳則韶等.高等工程熱力學（第二版）[M].中國科學技術(shù)大學出版社,2011.六、教學方法與學習建議授課方式：互動式教學采用多媒體課件、自學與討論等形式進行，可以發(fā)揮學生在學習中的主體作用，充分調(diào)動學生的主動性、積極性，讓學生能在課堂中主動參與，使課堂成為積極互動的、高質(zhì)高效的課堂，使學生和教師一道成為課堂的主人。多媒體課件主要用于課程要點、難點的講解，圖形圖像資料和模擬演示等。自學與討論通過網(wǎng)絡課堂、資料閱讀、習題練習、課堂討論等形式來完成非重點難點和描述性內(nèi)容的學習；鼓勵學生通過閱讀參考文獻、撰寫課程論文、開展課堂討論來調(diào)動主動學習的積極性。公布所有教學與實習資源，根據(jù)課程體系結(jié)構(gòu)和實習大綱組織學生參觀、實習和動手操作。重點：熱力學基本概念、基本熱力過程與典型熱力循環(huán)、熱力學第一定律、氣體和蒸汽的性質(zhì)、氣體和蒸汽的基本熱力過程、熱力學第二定律、氣體動力循環(huán)。難點：熱力學第一定律、氣體和蒸汽的性質(zhì)、氣體和蒸汽的基本熱力過程、熱力學第二定律。后續(xù)自主學習建議：后續(xù)重點學習使用熱力學定律解決現(xiàn)場實際問題的能力。七、課程考核及成績評定方式（一）課程考核本課程考試若采用閉卷（筆試）的方式，題型有名詞解釋、填空、簡答及計算題。著重考核基本概念、基本理論、基本方法和運用所學知識解決實際問題的能力。本課程成績評定包括平時考核（考勤）、過程考核（作業(yè)、測試和實驗報告）和終結(jié)性評價（期末考試）三部分，其中平時成績占課程總成績的10％，過程成績占課程總成績的30％，期末考試成績占課程總成績的60％。（二）課程目標與考核內(nèi)容的關系課程具體目標與知識單元和考試內(nèi)容的關系如下：課程目標知識單元考試內(nèi)容1.通過課堂教學，使學生了解工程熱力學的基本概念和基本定律、常用工質(zhì)的熱物理性質(zhì)，理解利用工質(zhì)性質(zhì)公式和圖表進行熱力過程及循環(huán)的分析和計算方法1.緒論；2基本概念及定義3熱力學第一定律4氣體和蒸汽的性質(zhì)5氣體和蒸汽的基本熱力過程考核知識點：工程熱力學的基本概念和基本定律、常用工質(zhì)的熱物理性質(zhì)，理解利用工質(zhì)性質(zhì)公式和圖表進行熱力過程及循環(huán)的分析和計算方法；考核要求：掌握工程熱力學的基本概念和基本定律、常用工質(zhì)的熱物理性質(zhì)，理解利用工質(zhì)性質(zhì)公式和圖表進行熱力過程及循環(huán)的分析和計算方法；2.通過課堂教學，使學生掌握基本熱力過程與典型熱力循環(huán)的分析和計算方法3熱力學第一定律4氣體和蒸汽的性質(zhì)5氣體和蒸汽的基本熱力過程6熱力學第二定律7氣體動力循環(huán)考核知識點：基本熱力過程與典型熱力循環(huán)；考核要求：掌握基本熱力過程與典型熱力循環(huán)的分