工程热力学课程教案

工程热力学课程教案 Prepared on 24 November 2020

《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，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，

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，

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].波特尔、.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，

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（学时）

0-2热力学及其发展简史（学时）

0-3能量转换装置的工作过程（学时）

0-4工程热力学研究的对象及主要内容（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）研究；

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，开始形成热力学；

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”）；

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）