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《工程热力学》课程教案

***本课程教材及主要参考书目

教材：

沈维道、蒋智敏、童钧耕编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2001.6

手册：

严家騄、余晓福着，水和水蒸气热力性质图表，高等教育出版社，1995.5 实验指导书： 华北电力大学动力系编，热力实验指导书，2001 参考书： 曾丹苓、敖越、张新铭、刘朝编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2002.12

王加璇等编着，工程热力学，华北电力大学，1992年。

朱明善、刘颖、林兆庄、彭晓峰合编，工程热力学，清华大学出版，1995年。 曾丹苓等编着，工程热力学（第一版），高教出版社，2002年 全美经典学习指导系列，[美]M.C.波特尔、C.W.萨默顿着郭航、孙嗣莹等译，工程热力学，科学出版社，2002年。 何雅玲编，工程热力学精要分析及典型题精解，西安交通大学出版社，2000.4 概论（2学时） 1.教学目标及基本要求 从人类用能的历史和能量转换装置的实例中认识理解：热能利用的广泛性和特殊性；工程热力学的研究内容和研究方法；本课程在专业学习中的地位；本课程与后续专业课程乃至专业培养目标的关系。 2.各节教学内容及学时分配 0-1热能及其利用（0.5学时） 0-2热力学及其发展简史（0.5学时） 0-3能量转换装置的工作过程（0.2学时） 0-4工程热力学研究的对象及主要内容（0.8学时）

3.重点难点

工程热力学的主要研究内容；研究内容与本课程四大部分（特别是前三大部分）之联系；

工程热力学的研究方法

4.教学内容的深化和拓宽

热力学基本定律的建立；热力学各分支；本课程与传热学、流体力学等课程各自的任务及

联系；有关工程热力学及其应用的网上资源。

5.教学方式

讲授，讨论，视频片段

6.教学过程中应注意的问题

特别注意：本课程作为热能与动力工程专业学生进入专业学习的第一门课程（专业基础课），

要引导学生的学习兴趣和热情。另，用例应尽量采用较新的事实和数据。

7.思考题和习题

思考题：工程热力学的宏观研究方法与微观方法的比较 作业:（短文，一、二页即可）网络文献综述——能源利用与工程热力学

8.师生互动设计 讲授中提问并启发讨论： ???从本课程教材的四大部分的标题看，对于工程热力学的研究内容有没有一个初步的认识（可以“猜想”）？ ???知道热力学第一、第二定律吗？第三、第零定律呢？ ???请举例并比较：宏观研究方法和微观研究方法。 ???你认为你（本专业的学生）将来会“干什么”？ 9.讲课提纲、板书设计 绪论 0-1热能及其利用 ★视频片段：人类用能历史 能源——为人类生产与日常生活提供各种能量和动力的物质资源 自然能源——风能，水能，太阳能，地热能，潮汐能，核能，燃料化学能等 可见：从自然能源中获取能量的主要形式是热能（仅风能、水能、潮汐能是机械能形式—

指流体的动能和位能） 热能利用的两种基本方式： ——直接利用[举例和请学生举例]

——间接利用[举例和请学生举例] 0-2热力学及其发展简史

18世纪中叶，蒸气机出现，开始热→功（机械能）

第一类永动机不成功，总结出LawI； 焦耳实验，有了热—功当量概念，开始形成热

第二类永动机不成功，总结出LawII； 1912年，研究低温现象，LawIII（“0K达不到”）；

力学； 研究；

加上Law0（关于热平衡概念，温度概念及温标建立）

四个基本定律，构成热力学的理论基础。

随着生产发展，热力学形成已一百多年，作为经典热力学，已很成熟。

分支：理论热力学，工程热力学，统计热力学，化学热力学，非平衡热力学，生物热力学…

甚至用热力学理论于社会学/经济学方面。

0-3能量转换装置的工作过程图1

★视频片段：蒸汽发电厂 ★热机工作示意图如图1所示 0-4工程热力学研究的对象及主要内容 一、研究对象 热力学研究热现象—与物质热运动有关的现象。 热运动的广泛性和特殊性： —热运动无时无处不在，人类利用热能历史悠久（直接，或转换为其它形式）。 —热能为一方，其它所有非热能形式能量为另一方（机、声、光、电、磁等），可相互转换。转换前后数量相等（LawI：能量转换与守恒）。 但机械能等可100%地、无代价地转换为热能，反之则不然（LawII：热过程之方向性）。

[例：汽车排尾气；现代火电厂热效率仅40+%] 二、研究内容 1．热能与其它能量间相互转换的基本规律——主要LawI、II，此乃本课程主要内容。 2．工质的热力性质——能量的利用/转换，需通过工作物质即工质及热力设备来完成。

3．提高热力设备效率的途径——从工程实际应用来说，此为最终目的。

**请学生对照教材的四大部分的标题，体会工程热力学的研究内容（尤其是前三大部分）：①热力学基本定律；②工质热力性质；③（热力设备中的）热力过程及循环；④化学热力学基础。 三、研究方法 可有二种研究方法——微观的和宏观的。 工程热力学用宏观的研究方法。 优点——可靠：以大量观察/实验所得经验定律为依据，故只要推论无误，则结论亦可靠。而经验定律是大量经验（观察/实验）之归纳总结，其可靠性体现在至今未有反例。 缺点——①不能说明其所以然（何以“守恒”？何以有“方向性”？）；②应用有局限：上不能推广至茫茫宇宙，下不能深入至物质内部个别分子/原子的表现——看不到，去不了，无经验。

统计热力学则恰可弥补其缺点——可说明“所以然”。但也有缺点：与物质结构模型有关，

而模型是近似的。

[例：判断人的健康：可宏观—体温等；也可微观—化验等]

四、课程与本专业的关系

热能与动力工程专业培养目标——德智体全面发展，掌握现代能源科学、信息科学和管理科学技术，在热能与动力工程领域从事设计、运行、自动控制、信息处理、环境保护、清洁能

源利用和新能源开发等工作的基础扎实、知识面广、创新能力强的复合型人才 工程热力学是本专业（以及其他相关专业）主要的专业基础理论课之一（另二门同类课程：

流体力学、传热学）

五、单位制 国际单位制SI。

法定计量单位——以SI为基础。

SI与公制/英制间的换算，也需有所了解/应用。 六、本课程的学习方法建议 根据本课程是一门专业基础理论课程的特点，建议在学习中 掌握几个“基本”：基本概念，基本定律，基本方法，基本应用。 抓好几个环节：预习/听课；笔记/复习；习题/小结。 第一部分热力学基本定律 第一章基本概念及定义（4学时） 1.教学目标及基本要求 了解热力系的定义；平衡状态的概念、平衡条件； 掌握基本状态参数的定义、计量及不同单位间的换算； 掌握准平衡过程的定义，理解提出准平衡过程概念的意义和作用。 2.各节教学内容及学时分配 1-1热力系（0.5学时） 1-2热力系的描述（0.5学时） 1-3基本状态参数（1.5学时） 1-4状态方程，状态参数坐标图（1学时） 1-5热力过程及循环（0.5学时） 3.重点难点

热力系统；状态及平衡状态；状态参数及其特性；可测的基本参数；热平衡及热力学第零定律；状态参数坐标图；热力过程和循环；准平衡过程；状态量和过程量；尺度量和强度量。

4.教学内容的深化和拓宽

概念和认识：各种实际的正/逆热力循环（动力循环、制冷循环）及其作用。 从教材的“计算机应用、工程设计及问题讨论”中选择一题进行讨论和引导。

5.教学方式

讲授，讨论，.ppt幻灯

6.教学过程中应注意的问题

注意：复习《绪论》中关于热力学研究方法的内容，说明热力学状态参数是宏观参数；重

点说明准平衡过程概念的理论意义和实用意义。

7.思考题和习题

思考题：教材的课后自检题（选一、二题在课堂上讨论）

习题：教材习题第一章2~6,12,15（可变）

8.师生互动设计

提问并启发讨论：

???观察过某个热力系统的状态变化吗？ ???留意过系统状态变化伴随有系统与外界的能量交换吗？ ???思考过状态变化与能量交换间的联系吗？ ???用过压力计、温度计吗？了解温度的概念吗？ ???对照热力学Law0，讨论：是否所有事物都有“若A=B且A=C则必有B=C的规律”？[例：

ABC三个班足球或歌咏比赛。引导得出结论：状态量才有此规律] ???请学生举例：尺度量，强度量 ???请学生举例：热力过程、热力循环 ???如爆炸这样的过程，能不能作准平衡过程处理？为什么？ 9.讲课提纲、板书设计 第一部分热力学基本定律 第一章基本概念及定义 1-1热力系—热力学分析的对象 ★.ppt图示：热力系统概念 外界（环境）——除热力系以外的外部世界，但一般仅指与热力系有关（有相互作用：W

功/Q热/m质交换）的部份。 界面（边界）——可以是实际存在的，亦可是假想的。 分析： 1.热力系的状态及状态变化（状态——热力状态）

怎样描述？如何变？变的规律？

2.热力系与外界的相互作用（能/质交换）——交换了什么？谁给谁？数量？ 3.以上二方面的联系——状态变化乃因与外界有作用，反之与外界作用必导致系统改变状态。则其间关系如何？能否通过了解热力系的状态变化，而得知其与外界的能量交换？

分类：

与外界作用情况：开口系，封闭系

热力系内部情况：平衡/非平衡系，均匀（单相）/非均匀，单元/多元，…