工程热力学教案

减少不可逆损失
优化热力系统设计，减小传热温差、降低流动阻力 等不可逆损失，提高热效率。
采用联合循环或复合循环
将不同热力循环有机结合，形成联合循环或 复合循环，充分利用不同循环的优势，提高 整体热效率。
05
热力学在能源工程中的应用
Chapter
能源工程概述
能源工程定义
研究能源的开发、转换、传输、利用及环境保护等问 题的综合性工程学科。
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实际气体的液化与汽化
在一定的温度和压力下，实际气体可以发生 相变。
湿空气性质及过程
湿空气的状态参数
包括干球温度、湿球温度、 相对湿度等。
湿空气的热力过程
如加热、冷却、加湿、去湿 等，需要考虑水蒸气的变化 。
湿空气的焓湿图
表示湿空气状态参数之间的 关系，用于分析空调、制冷 等过程。
蒸汽性质及过程
蒸汽的状态参数
表达式
Q = ΔU + W，其中Q是热量，ΔU是内能变化量，W是外界对系 统做的功。
意义
揭示了能量守恒和转换的定律，为热力学分析和计算提供了基础。
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之 完全转换为有用的功而不产生其他影响。
表达式
对于可逆过程，dS = δQ/T；对于不可逆过程，dS > δQ/T，其中S是熵，T是温度， δQ是微小热量。
实际热力循环分析
实际热力循环特点
存在不可逆因素，如传热温差、流动阻力等 。
实际热力循环热效率计算
考虑不可逆因素，采用熵分析法或㶲分析法 进行计算。
实际热力循环优化
通过减小传热温差、降低流动阻力等方式， 提高实际热力循环的热效率。
提高热效率途径
提高热源温度或降低冷源 温度
通过改进燃烧方式、采用高效传热技术等手 段，提高热源温度或降低冷源温度，从而提 高热效率。
课程内容包括热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、理想 气体与实际气体的性质、气体动力循环与制冷循环等。
工程热力学是能源与动力工程、机械工程、航空航天工程等专业的核心课 程之一。
教学目标与要求
01
掌握热力学基本概 念、基本定律和理 想气体与实际气体 的性质。
Байду номын сангаас
02
能够运用热力学原 理分析热工过程和 热工设备，具备初 步的热工设计能力 。
能源工程的重要性
满足人类日益增长的能源需求，推动社会经济发展， 改善环境质量。
能源工程的分类
包括传统能源工程（如煤炭、石油、天然气等）和新 能源工程（如太阳能、风能、生物质能等）。
热力学在能源转换中的应用
热力循环
通过工质在热源和冷源之间的循 环流动，实现热能与机械能之间 的转换。
热机效率
评价热机性能的重要指标，表示 热机从热源吸收的热量转换为有 用功的比例。
02
热力循环分类：根据工质状态变化特点，可分为开 式循环和闭式循环。
03
热力循环评价指标：热效率、㶲效率等。
卡诺循环及其热效率
卡诺循环定义
由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成的理想热力循环。
卡诺定理
在相同热源和冷源之间工作的所有可逆热机，其热效率相等，且 与工作物质无关。
卡诺循环热效率计算
根据卡诺定理，卡诺循环热效率只与热源和冷源温度有关。
意义
揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，为热力学分析和计算提供 了限制条件。
03
热力学性质与过程分析
Chapter
理想气体性质及过程
理想气体状态方程
描述理想气体状态变量之间的关 系，即PV=nRT。
01
02
理想气体的焓
等于内能与压力体积之和，对于 等温过程，焓的变化等于对外做 功。
热力学性质
理想气体、实际气体、液体和 固体的热力学性质及其计算方 法。
热力学基本概念
温度、热量、内能、熵等基本 概念及其物理意义。
热力学第二定律
熵增原理及其在工程中的应用 ，如热机效率、制冷系数等。
热力学过程
等温、等压、等容和绝热过程 的特点、计算及其在工程中的 应用。
学生自我评价报告
知识掌握情况
包括温度、压力、比容等。
蒸汽的热力过程
如等压加热、等压冷却、绝热膨胀、绝热压缩等 。
蒸汽的动力循环
如朗肯循环、布雷顿循环等，用于分析蒸汽轮机 、燃气轮机等动力装置的工作过程。
04
热力循环与热效率计算
Chapter
热力循环基本概念
01
热力循环定义：热力系统经历一系列状态变化后， 回到初始状态的过程。
02
热力学基本概念与定律
Chapter
热力学系统及其分类
1 2
孤立系统
与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
闭口系统
与外界没有物质交换，但有能量交换的系统。
3
开口系统
与外界既有物质交换又有能量交换的系统。
热力学基本参量与单位
垂直作用于单位面积上的力，单 位是帕斯卡（Pa）或大气压（ atm）。
03
了解热力学领域的 前沿动态和发展趋 势，培养创新意识 和实践能力。
04
培养学生的团队协 作精神和沟通能力 ，提高综合素质。
教材及参考书目
教材
《工程热力学》（第X版），XXX主 编，XXX出版社。
参考书目
《热力学教程》（第X版），XXX著 ，XXX出版社；《工程热力学学习指 导与习题解答》，XXX编，XXX出版 社等。
学生对热力学基本概念、定律和性质的理解程度 ，以及运用所学知识解决问题的能力。
学习态度
学生对待学习的态度，如是否认真听讲、积极思 考、主动提问等。
ABCD
学习方法
学生在学习过程中采用的有效学习方法，如阅读 教材、参加讨论、做练习题等。
不足之处
学生在学习过程中存在的不足之处，如对某些知 识点理解不够深入、缺乏实践经验等。
热电转换
利用热电效应将热能直接转换为 电能的技术，如温差发电、热离 子发电等。
热力学在节能技术中的应用
节能原理
01
通过减少能源消耗、提高能源利用效率等方式实现节能。
热力系统优化
02
对热力系统进行优化设计和改造，提高系统效率和能源利用率
。
余热回收
03
利用余热回收技术将废弃的热能回收利用，减少能源浪费。
工程热力学教案
目录
• 课程介绍与教学目标 • 热力学基本概念与定律 • 热力学性质与过程分析 • 热力循环与热效率计算 • 热力学在能源工程中的应用 • 课程总结与展望
01
课程介绍与教学目标
Chapter
工程热力学课程简介
工程热力学是热力学的一个分支，主要研究热能与机械能相互转换的规律 及其应用。
03 04
理想气体的内能
仅与温度有关，与体积和压力无 关。
理想气体的熵
表示系统的无序程度，对于可逆 过程，熵的变化为零。
实际气体性质及过程
实际气体的状态方程
需要考虑分子间的相互作用力，如范德华方 程。
实际气体的内能
除了与温度有关外，还与体积和压力有关。
实际气体的焓和熵
同样需要考虑分子间的相互作用力，计算更 为复杂。
物体内部所有分子热运动的动能 和分子势能的总和，单位是焦耳 （J）。
温度 压力 体积 内能
表示物体冷热程度的物理量，单 位是摄氏度（°C）或开尔文（K ）。
物体所占空间的大小，单位是立 方米（m³）或立方厘米（cm³） 。
热力学第一定律
内容
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他 能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
热力学在新能源领域的应用
太阳能热利用
利用太阳能集热器将太阳能转换为热能，用于 供暖、热水等领域。
地热能利用
利用地热资源中的热能进行发电、供暖等应用 。
生物质能利用
利用生物质能资源进行燃烧发电、生物柴油生产等应用。
06
课程总结与展望
Chapter
课程重点内容回顾
热力学第一定律
能量守恒与转换定律在热力学 中的应用，包括热功转换、热 量传递等。
对未来学习的建议
深入学习
建议学生继续深入学习热力学相关知识 ，掌握更高级的热力学理论和技术。
拓展视野
建议学生关注热力学领域的最新研究 进展和应用前景，拓宽自己的视野。
实践应用
鼓励学生将所学知识应用于实际工程 中，通过实践加深对理论知识的理解 。
提高综合素质
鼓励学生提高自己的综合素质，包括 沟通能力、团队协作能力和创新能力 等，以适应未来社会的需求。