《工程热力学》课程教学大纲

《工程热力学》教学大纲课程名称：工程热力学课程类别（必修/选修）：必修课程英文名称：EngineeringThermodynamics总学时/周学时/学分：64.0/4.0/4.0其中实验/实践学时：8.0先修课程：高等数学、大学物理后续课程支撑：内燃机原理、制冷原理与装置、压缩机技术、先进制冷技术授课时间：能源与动力工程1班：周三1-2节、周五3-4节；能源与动力工程2班：周一1-2节、周五1-2节；：周一5-6节、周三3-4节授课地点：能源与动力工程1班：周三6A-405、周五6A-308；能源与动力工程2班：周一6D-301、周五6A-308；：周一、周三授课对象：能源与动力工程1、2班、开课学院：任课教师姓名/职称：/、答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课前、课间和课后在上课教室进行答疑；2.可直接到12L401、12J312办公室进行答疑；3.充分利用现代网络资源，进行远程答疑。课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（）使用教材：《工程热力学》，沈维道、童钧耕主编，高等教育出版社，，第五版。教学参考资料：《工程热力学及传热学》，李长友、钱东平，中国农业大学出版社，2004年。《热工基础》，张学学主编，高等教育出版社，2009年。《工程热力学》，陶文铨、李永堂，武汉理工大学出版社，2001年。课程简介：工程热力学是能源与动力工程专业的专业基础课，主要研究热能与其他能量形式间相互转换的规律，如何科学地、有效地利用能源，以及实现将热能高效地转变成机械能的方法，主要内容包括热力学第一定律、热力学第二定律、工质热力性质、热力过程和循环分析方法、能量转换技术等。通过本课程为专业课程的学习提供充分的理论准备，也为学生后续解决生产实际问题和参与科学研究打下了必要的理论基础。课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：能源与动力工程1、2班课程教学目标支撑毕业要求指标点毕业要求目标1：了解热力学发展史，掌握能源的概念及分类；理解工程热力学中热力学能、热力循环等基本概念，以及平衡和稳定、平衡和均匀的关系；学会建立闭口系、开口系等热力系统，掌握正向循环和逆向循环中工质状态参数的性质和计算。1.1掌握专业必需的用于解决能源与动力工程复杂问题的数学和自然科学的等基本概念、基本原理和基础知识。1.工程知识：能够掌握数学、自然科学、工程基础和专业知识，并将其应用于解决能源与动力工程领域的复杂工程问题。目标2：理解热力学第一定律的本质，掌握稳定流动能量方程及其应用；理解热力学第二定律的指导意义，学会利用熵方程和孤立系统熵增原理描述实际过程发生的方向性；掌握理想气体状态方程，学会依据分压力、分容积定律计算混合气体热力学性质。1.2掌握用于解决能源与动力工程复杂问题的工程基础知识。掌握专业必需的物理、化学、力学、计算机等自然科学知识并运用其对能源动力领域中工程问题进行原理描述复杂工程问题。目标3：掌握单活塞式压气机、燃气轮机、汽轮机的工作原理，学会分析定压、定容、定温过程中能量转换、传递关系；理解工质状态参数的变化规律，学会查询工质物性图表，掌握动力循环和制冷循环中的热量和功量的计算；熟悉再热和回热原理，具备改善简单循环热力性能的能力。2.2能具备应用工程科学的基本原理和技术方法对能源与动力工程复杂工程问题进行表达与建模的能力。2.问题分析：能够运用数学、自然科学和能源与动力工程领域所涉及的基本原理和技术方法，进行能源与动力工程领域中复杂问题的识别、表达、文献研究及分析，并获得明确结论。目标4：掌握稳定流动基本方程，学会分析工质流经喷管和扩压管过程压力、温度和速度等参数变化规律；理解露点温度、干球温度和湿球温度的区别与联系，掌握水蒸气的性质表，学会分析加湿、加热、绝热等过程热量和功量变化规律；熟悉实验中温度、压力、流量等测量方法，具备由实验数据计算比热、焓等热力参数的能力。4.3应用科学原理对能源与动力工程领域内复杂工程问题实验结果进行分析与解释数据，获取合理有效规律及结论。4.研究：能够运用实验设计、数据分析、信息综合等科学研究方法对能源与动力工程领域的复杂问题开展研究，并得到有效结论。课程教学目标本课程与学生核心能力培养之间的关联目标1：了解热力学发展史，掌握能源的概念及分类；理解工程热力学中热力学能、热力循环等基本概念，以及平衡和稳定、平衡和均匀的关系；学会建立闭口系、开口系等热力系统，掌握正向循环和逆向循环中工质状态参数的性质和计算。核心能力1.掌握及应用数学、基础自然科学和工程专业知识的能力；核心能力2.具有设计与执行实验，并通过分析和解释数据，研究建筑环境与能源系统问题的能力；核心能力3.具备工程所需专业技能、技术以及使用现代工具的能力；核心能力4.建筑环境与能源系统的开发、运行及控制的设计能力；核心能力5.项目管理、有效沟通协调与团队合作能力；核心能力6.发掘、分析与解决复杂工程问题的能力，并了解工程技术及解决方案对环境、社会及全球的影响；核心能力7．认识科技发展现状与趋势，培养自主学习的习惯和持续学习的能力；核心能力8．理解并遵守职业道德和规范、认知专业伦理，践行社会主义核心价值观。目标2：理解热力学第一定律的本质，掌握稳定流动能量方程及其应用；理解热力学第二定律的指导意义，学会利用熵方程和孤立系统熵增原理描述实际过程发生的方向性；掌握理想气体状态方程，学会依据分压力、分容积定律计算混合气体热力学性质。目标3：掌握单活塞式压气机、燃气轮机、汽轮机的工作原理，学会分析定压、定容、定温过程中能量转换、传递关系；理解工质状态参数的变化规律，学会查询工质物性图表，掌握动力循环和制冷循环中的热量和功量的计算；熟悉再热和回热原理，具备改善简单循环热力性能的能力。目标4：掌握稳定流动基本方程，学会分析工质流经喷管和扩压管过程压力、温度和速度等参数变化规律；理解露点温度、干球温度和湿球温度的区别与联系，掌握水蒸气的性质表，学会分析加湿、加热、绝热等过程热量和功量变化规律；熟悉实验中温度、压力、流量等测量方法，具备由实验数据计算比热、焓等热力参数的能力。理论教学进程表周次教学主题授课教师学时数教学内容（重点、难点、课程思政融入点）教学模式（线上/混合式/线下教学方法作业安排支撑课程目标1绪论2热能定义及其工程应用、工程热力学基本原理以及发展史（重点）；工程热力学的主要内容及其研究方法（难点）。课程思政融入点：通过学习引导学生了解我国能源与动力工程专业的发展脉络，认知本专业在能源转化利用以及动力系统领域的重要作用，思考国际地位与科技之间的关系，从而增强学生的自我认同感，激发学生爱国热情，勉励学生学习强国。线下课堂讲授与小组讨论课堂讨论：观看纪录片《创新中国》第二集能源篇。目标一1-2基本概念及定义2热能和机械能相互转换过程原理、热力系统定义及划分边界、工质的热力学状态及基本状态描述、平衡态的定义以及平衡态的数学描述（重点）；对抽象的热力学概念进行辨析并加以理解（难点）线下课堂讲授课后习题：工质基本状态参数计算。目标一2工质的状态变化过程、功的概念与分类、热力循环过程热功转化（重点）；可逆与不可逆过程、正向循环与逆向循环间的区别与联系（难点）课程思政融入点：通过学习，使学生明细热力循环理论对生产生活的实际指导，同时引入学科创始人吴仲华事迹，使学生了解工程热力学对国家发展的积极推进作用，并认清当下国内外实际存在的差距，增强专业自信以及国家自信，激发学生勤奋自强的内在原动力，争取将来为我国科学技术研究做出更大的贡献。线下课堂讲授与小组讨论课后习题：热力过程工质所做功的计算。课程思政作业：讨论我国能源战略安全的现状。目标一2-3热力学第一定律2热力学第一定律的实质、热力学能与焓的定义、推动功与流动功的区别（重点）；热力学能的导出与分类、热力学能与焓之间的联系（难点）；线下课堂讲授课后习题：计算不同形式能量之间的相互转换。目标二4热力学第一定律基本能量方程式、开口系统能量方程式、能量方程式的应用（重点）；稳定流动的边界、热功转化过程定量表达（难点）；线下课堂讲授课后习题：开口系统中热力学第一定律的应用。目标二4气体与蒸汽的性质2理想气体的概念及状态方程、理想气体比热容定义与计算、理想气体的热力学能及焓熵的计算（重点）；理想气体模型假设，热力学能与焓熵之间的公式推导（难点）。线下课堂讲授课后习题：理解理想气体模型假的物理意义，计算理想气体状态参数。目标二2水蒸气的饱和状态和相图、水的汽化过程和临界点、水和水蒸气的状态参数及热力性质图表（重点）；水的相态划分依据、水的定压汽化原理、水蒸气状态参数的图表查询及相关物性软件应用（难点）。线下课堂讲授课后习题：计算过冷水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽参数。目标二5气体和蒸汽的基本热力学过程2理想气体可逆多变过程、定容过程、定压过程、定温过程以及绝热过程（重点）；理想气体不同热力过程的定量描述，以及热力循环与不同过程之间的关联（难点）。线下课堂讲授课后习题：理想气体定容、定压、定温和绝热过程热力计算。目标三2理想气体热力过程综合分析、水蒸气的基本过程（重点）；过程线的分布规律和过程特性、理想气体可逆过程计算公式（难点）。线下课堂讲授课后习题：将热力过程、热力状态表示在p-V图、T-s图。目标三6-7热力学第二定律2热力学第二定律的实质和概述、卡诺循环和多热源可逆循环分析、卡诺定理（重点）；自发过程方向性、卡诺循环分类以及卡诺定理本质（难点）。线下课堂讲授与小组讨论课堂讨论：第一、二类永动的机区别以及不成立的原因。目标二2熵、热力学第二定律的数学表达式、闭口系和开口系的熵方程（重点）；状态参数熵的定义和推导、熵变计算、热力学第二定律数学判据（难点）。线下课堂讲授课后习题：应用热力学第二定律判定热力过程是否可逆。目标二2孤立系统熵增原理、能量转换过程㶲和㷻定义、㶲平衡方程以及㶲效率计算（重点）；熵增原理的实质、热量㶲和冷量㶲的定量计算、㶲平衡原理（难点）。线下课堂讲授课后习题：孤立系统熵增原理的应用。目标二7-8气体与蒸汽的流动2稳定流动的基本方程、促使流速改变的力学和几何条件（重点）；连续性方程的理解、以及稳定流动能量方程的推导（难点）。线下课堂讲授课后习题：利用连续性方程计算稳定流动过程热力参数变化。目标四3气体在喷管中的绝热流动、喷管中流速及流量计算、减缩喷管和缩放喷管间的区别联系（重点）；背压变化时喷管内的流动过程简析以及喷管设计和校核的计算（难点）。线下课堂讲授课后习题：喷管外形设计以及出口流速、压力和温度计算。目标四1有摩擦的绝热流动、节流现象以及绝热节流计算（重点）；摩阻对流动过程不可逆的影响、绝热节流前后热力状态参数变化特征（难点）。线下课堂讲授与小组讨论课堂讨论：节流过程工质热力参数变化及不可逆损失分析。目标四9期中考试2闭卷考试9-10压气机的热力过程2单活塞式压气机的工作原理和理论耗功量、余隙容积对压气机性能影响（重点）；单活塞式压气机示功图理解、理论耗功计算（难点）。线下课堂讲授课后习题：单活塞式压气机不同压缩过程耗功计算。目标三2多压缩和间冷却、叶轮式压气机的工作原理（重点）；多压缩中间冷却的节能实质理解（难点）。线下课堂讲授与小组讨论课堂讨论：间冷却和非冷却下的热力性能分析。目标三10-11气体动力循环2活塞式内燃机实际循环、混合加热理想循环、定压加热理想循环、定容加热理想循环区别与联系（重点）；分析动力循环方法、活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较（难点）。线下课堂讲授课后习题：活塞式内燃机不同理想循环的循环效率、状态参数计算。目标三2燃气轮机装置简介、燃气轮机热力循环过程、提高循环热效率措施（重点）；燃气轮机理想热力循环假设条件、以及循环热效率提高的本质（难点）。课程思政融入点：介绍中国燃机轮机的发展历史，使学生对航空发动机有感性认识，同时介绍当前国内外航空动力发展的差距，使学生着眼当下，做创新、自信和严谨的当下大学生。线下课堂讲授课后习题：燃气轮机热力循环性能的计算。课程思政作业：课后观看纪录片《中国航空梦》。目标三11-12蒸汽动力装置循环2简单蒸汽动力装置循环热力过程、摩阻影响下的实际循环性能推导（重点）；朗肯循环热效率推导、蒸汽参数对热效率的影响（难点）。线下课堂讲授课后习题：朗肯循环的热转功计算。目标三2基于朗肯循环的回热循环和再热循环热力过程、以及循环热力性能分析（重点）；回热和再热手段提升循环热效率的内在本质（难点）。线下课堂讲授与小组讨论课堂讨论：基于朗肯循环的回热循环和再热循环系统性能分析。目标三12制冷循环2压缩空气制冷循环、压缩蒸汽制冷循环、制冷剂性质以及热泵循环（重点）；不同制冷循环的制冷原理、以及电能和热能制冷的能量转换方法（难点）。线下课堂讲授课后习题：制冷循环热力性能计算。目标三13-14理想气体混合物及湿空气2理想气体混合物热力学性质及成分、理想气体混合的比热容、热力学能、焓和熵定义（重点）；分压定律和分体积定律的理解（难点）。线下课堂讲授课后习题：理想气体混合物的状态参数计算。目标四2湿空气、干空气、未饱和空气和饱和空气性质、湿空气的状态参数随热力过程变化（重点）；绝对湿度和相对湿度、含湿量理解、以及湿空气焓和比体积计算（难点）。线下课堂讲授课后习题：湿空气绝对湿度和相对湿度、含湿量等计算。目标四2湿球温度和绝对饱和温度、湿空气的焓-湿图、湿空气过程及其应用（重点）；湿球温度和绝对饱和温度区别联系、含-湿图应用、去湿和加湿过程（难点）。线下课堂讲授与小组讨论课堂讨论：去湿和加湿过程在实际生活中的应用。目标四16复习2课堂讲授合计56实践教学进程表周次实验项目名称授课教师学时教学内容（重点、难点、课程思政融入点）项目类型（验证/综合/设计）教学方式支撑课程目标14饱和蒸汽P-T关系测定2熟悉温度计、压力表、调压器和大气压力计等仪表的使用方法，观察饱和蒸汽压力和温度的变化关系（重点）；通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽P-T关系图标的编制方法（难点）。验证实验、小组讨论目标四15C02-P-V-T关系测定2掌握活塞式压力计、恒温器等仪器的使用方法，以及CO2的P-V-T关系的测定方法，理解课堂所教授工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念（重点）；实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧（难点）。验证实验、小组讨论目标四15喷管特性试验2观察气体在喷管中个界面的流速、流量、压力变化规律，掌握相关测试方法（重点）；加深理解喷管中气体流动的基本理论概念（难点）。综合实验、小组讨论目标四16空气定压比热测试2熟悉实验中的温度、压力、热量和气体流量的测量方法，了解气体比热测定装置的基本原理和构思（重点）；掌握由实验数据计算比热值的方法（难点）。综合实验、小组讨论目标四合计8课程考核课程目标支撑毕业要求指标点评价依据及成绩比例（%）权重（%）作业和期中考试出勤实践教学期末考试目标一1-11.50.50810目标二1-24.51.502228目标三2-27.02.002534目标四4-32.01.0101528总计1551070100备注：1）根据《考试管理规定》第十二条规定：旷课3次（或6课时）学生不得参加该课程的期终考核。2）各项考核标准见附件所示。大纲编写时间：2月21日系（部）审查意见：我系（专业）课程委员会已对本课程教学大纲进行了审查，同意执行。系（部）主任签名：日期：2月24日备注：附录：各类考核评分标准表作业评分标准观测点评分标准A(100)B(85)C(70)D(0)基本概念掌握程度概念清楚，答题正确。概念比较清楚，作业比较认真，答题比较正确。概念基本清楚，答题基本正确。概念不太清楚，答题错误较多。解决问题的方案正确性解题思路清晰，计算正确概念比较清楚，作业比较认真，答题比较正确。概念基本清楚，答题基本正确。概念不太清楚，答题错误较多。作