热工基础大纲(交大).doc

西安交通大学“热工基础”课程教学大纲英文名称：FUNDAMENTS OFTHERMODYNAMICSANDHEATTRANSFER课程编码：ENPO2103学时：48学分：2.5适用对象：机械工程与自动化、材料科学与工程、飞行器设计与工程、飞行器制造工程和工程力学等本科生先修课程：高等数学，大学物理使用教材及参考书：教材热工基础与应用(第二版)傅秦生赵小明唐桂华.北京：机械工业出版社，2007参考书热工基础张学学，李桂馥.北京：高等教育出版社2000传热学（第四版）杨世铭陶文铨.北京：高等教育出版社2006工程热力学刘桂玉刘志刚阴建民何雅玲.北京：高等教育出版社1998一、 课程性质、目的及任务热工基础是讲授热能与机械能相互转换基本理论和热量传递规律，以提高热能利用完善程度的一门技术基础课，是机械学院机械工程与自动化专业、材料学院材料科学与工程专业、航空航天学院飞行器设计与工程专业、飞行器制造工程专业和建力学院工程力学等专业的一门必修课程。本课程为学生学习有关专业课程和将来解决热工领域的工程技术问题奠定坚实的基础,如：热能和机械能的相互转换，热量传递，温度场和材料热应力分析，耗散结构和有关本构结构、热力耦合问题的解决等。通过本课程学习，应该使学生掌握包括热力学和传热学两方面的热工理论知识，获得有关热科学的基本计算训练和解决有关热工工程问题的基本能力。同时还应为学生对热学科的建模和问题的处理奠定基础。二、教学基本要求1掌握热能和机械能相互转换的基本规律，以解决工程实际中有关热能和机械能相互转换的能量分析计算和不可逆分析计算；2掌握包括理想气体、蒸气和湿空气在内的常用工质的物性特点，能熟练应用常用工质的物性公式和图表进行物性计算；3掌握不同工质热力过程的基本分析方法，能对工程热力过程进行计算，具有解决实际工程中有关热能转换的能量分析和计算能力；4掌握包括导热、对流换热、辐射换热三种热量传递方式的机理，进而掌握热量传递的基本规律和基本理论；5能对较简单的工程传热问题进行分析和计算，具有解决较简单的传热问题，尤其解决是与力学分析有关的传热问题的能力；三、教学内容及要求第一章能源概论1.内容:能源和热能利用的基本知识：本学科研究对象，主要内容和方法。2.要求：使学生掌握本学科的研究概况；了解能源和热能利用的概况，能源利用和社会、经济可持续发展的关系，节能的重大意义；正确认识、理解本课程与专业的关系。第二章热能转换的基本概念和基本定律第一节热能转换的基本概念1.内容:热力系与工质；状态与状态参数；热力参数坐标图；热力过程和热力循环。2.要求：要求学生正确理解热能转换中常用的一些术语，基本概念。应使学生掌握热力系及其分类，平衡状态和状态参数，状态参数的数学特征。对于热力过程着重讲明可逆过程。使学生了解热力循环及其性能指标。第二节热力学第一定律1.内容:热力学第一定律的实质；储存能，热力学能和焓；闭口系的能量方程；稳定流动的能量方程。2.要求：热力学第一定律是全书的重点之一和热工计算基础。应透彻讲清闭口系与稳定流动系的能量方程。讲清焓的概念。使学生掌握热力学第一定律的实质，重点掌握如何利用能量方程解决实际工程中能量转换问题。第三节热力学第二定律1.内容:热力过程的方向；热力学第二定律及其表述；卡诺循环和卡诺定理；状态参数熵；熵增原理；能量的品质与能量贬值原理。2.要求：使学生掌握热力学第二定律不同表述的内涵。掌握卡诺循环和卡诺定理及其意义。使学生理解熵参数的内涵。通过熵增原理使学生重点掌握熵产的计算分析，并判断过程的不可逆性。了解能量贬值原理的实质。第三章热能转换物质的热力性质和热力过程：第一节物质的三态及相变过程1.内容：物质的p-v-T图，三种集态及相变过程。p-T相图，三相点。2.要求：使学生了解物质的三态及相变过程，掌握三相点的特点。第二节理想气体的热力性质和热力过程1.内容：理想气体的状态方程，理想气体的比热容。理想气体的热力学能，焓和熵的计算分析。混合气体热力性质简介。理想气体的四个基本热力过程和多变过程。2.要求：使学生掌握利用理想气体的状态方程计算理想气体的基本状态参数，掌握理想气体的比热容，理想气体的热力学能，焓和熵的计算。了解混合气体热力性质。掌握理想气体的基本热力过程和多变过程的过程方程、基本状态参数间的关系、热量和功量的计算，掌握理想气体的热力过程在p-v和T-s图上的表示和分析。第三节蒸气热力性质和热力过程1.内容：蒸气热力性质的特点、术语；蒸气热力性质图表及其应用；蒸气热力过程的分析和计算。2.要求：使学生掌握蒸气热力性质的特点，掌握利用蒸气热力性质图表进行蒸气状态参数的查算；对于蒸气过程的分析和计算应讲清解题步骤，使学生能利用蒸气热力性质图表根据热力学第一和第二定律进行蒸气热力过程的分析和计算。第四节湿空气1. 内容：湿空气的概念；湿空气的状态参数；焓湿图及其应用。2.要求：掌握湿空气状态参数的物理意义，能利用解析式和焓湿图计算湿空气的状态参数，了解湿空气基本热力过程的分析计算。第四章热量传递的基本理论第一节热量传递的三种基本方式简介1. 内容：导热，对流换热和辐射换热三种热量传递的基本方式简介。2.要求：使学生了解热量传递的三种基本方式及其特点。2. 第二节导热1.内容：傅里叶定律；温度场及导热系数；导热微分方程及定解条件；通过平壁及圆筒壁的导热、热阻。通过肋片的导热。非稳态导热的特点；一维非稳态导热过程分析求解，诺漠图；简单形状物体的一维非稳态问题工程计算；集总参数法。3. 要求：使学生掌握傅里叶定律；了解二维无内热源导热微分方程；重点掌握温度场的求解，通过平壁和圆筒壁的稳态导热计算公式。掌握热阻概念及其应用；学生掌握简单形状物体的非稳态问题工程计算方法和集总参数法。第三节对流换热1.内容：对流换热概说，牛顿公式与影响对流换热表面传热系数的因素；速度边界层和温度边界层概念；量纲分析与准则方程式；管内强制对流换热的特征及实验关联式；外掠单管、管束强制对流的特征实验关联式；大空间自然对流换热的特征及其实验关系式；有相变的对流换热的特征及其实验关系式。2. 要求：掌握牛顿公式及影响对流换热的各种因素，掌握边界层概念及准则方程式的意义和应用。使学生重点掌握选用合适的准则方程进行强制对流换热和自然对流换热的计算。了解有相变的对流换热的特征。第四节辐射换热1.内容：热辐射的本质与特征；热辐射的基本定律；黑体间的辐射换热及角系数；灰体间辐射换热及网络法。2.要求：使学生掌握热辐射的本质与特征。掌握斯蒂芬波耳茨曼，基尔霍夫定律。正确理解有效辐射、灰体和角系数的概念。掌握利用网络图进行灰体间辐射换热的计算方法第五章热工基础的应用第一节压气机及气体的压缩1.内容：压气机的工作原理和分类；压气机的耗功计算及省功节能的方法。2.要求：使学生掌握活塞式压气机和叶轮式压气机的耗功计算，以及省功方法的热力学原理。第二节燃气轮机装置及循环1.内容：燃气轮机装置及循环构成；燃气轮机循环的能量分析计算。2.要求：使学生掌握燃气轮机装置的设备与循环流程；掌握燃气轮机循环的能量分析计算；能够分析影响燃气轮机循环热效率的主要因素。第三节制冷装置及循环1. 内容：蒸气压缩制冷装置及循环构成；蒸气压缩制冷循环的能量分析计算。2. 要求：使学生掌握蒸气压缩制冷装置的设备与循环流程；掌握蒸气压缩制冷循环的能量分析计算。第五节换热器及其热计算1.内容：换热器及其分类；复合换热；传热过程与传热系数，传热的的增强与削弱。换热器热计算的基本方程与设计方法。2.要求：使学生理解实际生产和生活中热量传递三种基本方式的组合作用。掌握传热系数的组成，要求学生掌握通过平壁和圆筒壁的传热过程计算及增强传热和削弱传热的原则与手段，掌握换热器热设计的基本方法。四、实践环节1.模型室参观：热力学模型室及传热学模型室参观，1学时；2.传热实验演示：1学时（1）温度计套管材料对测温误差的影响；（2）水平柱体四周自然对流换热的光学演示；（3）膜态沸腾演示。3.自然对