《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）
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（学时）
1-2热力系的描述（学时）
1-3基本状态参数（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（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，…
特殊：绝热系，独立系；热源（冷源），功源；…
针对不同问题，采用不同系统，可方便分析。
1-2热力系的描述（描述——说明该热力系的性质）
一、热力系的状态，平衡状态，状态参数
工程热力学EngineeringThermodynamics 教案
状态（热力（学）状态）——热力系在某瞬间所呈现的宏观物理状况。 状态参数——描述热力系状态的参数。
虽然微观上是与物质微粒热运动——（气体）分子疏密、运动剧烈程度——有关的量，但（记得！）热力学中只用宏观量：p ，V ，T ，U ，…。
有时也引入一些外部参数作为状参如系统整体的速度、高度等。
平衡状态（概念、定义）
★.ppt 图示：气缸的热、力平衡
**提示学生不要只背定义，而应着重注意3点：
(1)热/力平衡，条件是温/力差消失；
(2)热力系的平衡，意味着所有的不平衡势差已消失；平衡/非平衡热力系，其各状态参数有/无确定值。
(3)提出“平衡状态”概念的意义，在于易研究（可用确定的参数值描述之，进而可分析/计算之）。
虽然实际工程问题中的热力系很少是平衡状态的——毋宁说正是利用了不平衡（即平衡被破坏，系统发生状态变化）来实现能量交换的——但一定条件下，可视实际状态变化过程中的各点为接近平衡态。有误差可修正。
二、状态参数的特性
★.ppt 图示：系统的尺度量和强度量；“微团”
状态参数可分为二大类。
尺度量——与系统所含物质数量（m,n ）有关的量，具可加性（m,n,U,S,…） 强度量——与系统所含物质数量无关，在“点”上定义的量，无可加性（p,T,…）
（“点”——含足够分子的微团，非几何上的点）
比参数——尺度量对m （或n ）的微商，具强度量性质 比体积m V δδυ=均匀系m
V =υ 比热力学能m U u δδ= 状态一定，则状态值一定，即状态参数是状态的单值函数。确定状态参数的函数是状态函数（或谓点函数）。
状态参数ξ的数学特征：
与积分路径（状态变化途径）无关。状态函数的微分是全微分。
1-3基本状态参数
基本参数（5个）：p（从力学引入），V（几何），T（热力学Law0导出），U（LawI），S（LawII）。
其中p、V、T是可测的。
一、密度ρ，比体积v
二、压力
★.ppt图示：弹簧管/U形管压力计；压力测量
1．压力的测量
2．压力的单位及换算
三、温度
1．热力学第零定律，温度的概念
温度：物体的“冷热程度”。但，何为冷/热不确切。
微观：“分子运动剧热程度的度量”。
热力学：（宏观！）温度概念由“热平衡”概念引出。
热平衡——若二物体热接触时，各自状态均不发生变化，则称此二物体处于热平衡。
★.ppt图示：Law0
大量实验、观察表明，关于热平衡，可有如下的经验定律：
热力学第零定律——若A-B，A-C分别处于热平衡，则B-C必处于热平衡
Law0指出：热力系（B，C）间是否处于热平衡，仅确定于B，C各自的状态，而与其它（A是否真存在；B、C是否真热接触等）无关。
推理：既然热平衡与否只确定于热力系的状态，则可用一状态参数来描述这一性质（即“若与其他热力系热接触，是否可处于热平衡”的性质）。换言之，物系间处于热平衡，则彼此的某一宏观性质必是相同的，描述此宏观性质的参数即温度。
**初步认识热力学的研究和学习方法：从基本定律出发，经一系列推理演绎，得到结论，并加以应用。
温度的热力学定义——温度是表征物体间热平衡性质的状态参数。处于热平衡的物体，具有相同的温度值；未处于热平衡的物体，具有不同的温度值。
2．温度标尺
Law0不仅引出了温度的概念，还提供了温度测量和建立温标（温度计）的理论基础。
★.ppt图示：各种温度计：液体/热电偶/热电阻温度计等，理想气体温度计（定容）理想气体温标：T=ap
规定以水的三相点(TriplePoint)为基准点：T
tp
=（开尔文）
∵T
tp =ap
tp
∴a=p
tp
于是测p即可得任意点的温度T=p
tp
K
可见上述方法建立的温标是人为的，称“经验温标”。于是产生问题：“标准温度计”何在
热力学温标：由热力学理论（LawII）可推论出存在一种与具体测温物质性质无关的温标。其分度方法及基准点与理想气体温标一致：T=p
tp
K（第三章讨论）。
工程上常用的经验温标——摄氏温标：定义t
tp
=℃，而分度方法与热力学温
标一致，即t=℃。可知水的冰点t
0=0℃，水的汽点t
b
=100℃。
1-4状态方程，状态参数坐标图
状态一定（达平衡状态），则系统所有状参均确定（有可知值）。
但（同一问题的三种问法）：是否必须确定所有状参才能确定系统状态各状参间有无依赖关系系统所有状参中独立参数有几个
一、状态公理（针对纯物质—无化学反应的系统）
推想：一种形式的能量交换，对应存在着一种不平衡势；而限制一种形式的能量交换，则对应着一种不平衡势的消失，此时就有一个描述该种平衡的状态参数不再变化而有确定值。
状态公理：决定热力系平衡状态的独立参数个数，应等于系统与外界可以交换的能量形式的总数。
简单可压缩系n=1（容积变化功），∴N=1+1=2（“简单”系：仅1种准静功）故对于简单可压系，诸参数中仅2个独立，其余依其而变。即若此2个参数确定，系统状态即确定，于是其余所有参数必确定。
状态公理指出状态参数间应存在依变关系（函数关系）。描写这种关系的关系式即状态方程。
二、纯物质的状态方程
对于简单系，原则上可任选2个独立参数ξ
1,ξ
2
，而其余任一参数ξ可表示为
广义地，u =u (T,v )，s =s (T,p )，…也是状态方程，但一般（窄义地）称由可测量p,v,T 组成的函数关系式f (p,v,T )=0为状态方程。
[例]理想气体状态方程pv =R g T 或pV m =RT
状态方程反映了系统状态变化时各状态参数间的制约关系（不是随意乱变）。
三、状态参数坐标图
★.ppt 图示：状态参数坐标图
简单可压系（工程上常见、常用）独立变量2个，故可用以构成一直角坐标系，其中一点表一状态（平衡态）。
注意：
(1)非平衡态，由于状态不确定，故无法在图上表示；
(2)利用坐标图，可直观表示状态（1、2点及1-2线）；
(3)状态参数坐标图可方便分析计算（一张好图，胜过千言万语）。 1-6热力过程及热力循环
★.ppt 图示：热力过程（坐标图），准平衡过程（活塞气缸：移重物）
一、热力过程——与外界相互作用下，热力系发生状态变化的过程
注意：
(1)过程是外界作用而破坏系统平衡的结果。
(2)过程的效果：
系统内部——状态发生了变化；
边界上——与外界交换了Q/W 。
[例]：对于已有设备、工况，如何计算Q/W 给定Q/W ，如何设计设备和工艺（过程）给定工质状态变化，如何设计过程来实现
实际过程总是以平衡的破坏为前提，为非平衡过程（虚线表示），分析/计算不方便。故引入一概念：
准平衡过程——…
系统状态始终距平衡点不远的过程（实线表示）。理想过程。实际过程当过程不平衡势→0时的极限。
准平衡过程概念带来方便——可用内部参数（的变化）来表示Q/W ，例如由于Δp =p –p surr =0，故可用p 而不必用外力p surr 来计算（按物理学“功”定义）。
好在大多工程中的热力过程，可作准平衡处理，或当误差大时再修正之。
[例]p 波，在气体中以声速传播，而活塞移动速度一般≯100m/s ，这样，新的外力变化传播而到达之前，系统已均为p ，达到新的平衡态。
二、热力循环——封闭的热力过程。热力过程之特例。
★.ppt 图示：正、逆热力循环的坐标图、示意图（热源,冷源,W,Q 1,Q 2） 常见的工质循环：
(1)热机循环热→功（正循环）
[例]蒸汽发电站，汽车发动机（顺便提示：必须有Q 2放热——LawII ） 循环作功：?=dW W 循环的经济性指标：热效率1
Q W t =η（收益/代价） (2)制冷循环耗功将热从高温→低温（逆循环）
[例]空调机：制冷机，热泵 循环耗功：?=dW W （此时W 值为负） 21
**热工科技人员主要任务之一即改善循环，提高经济性，使ηt ，ε，ε'↑。
高等职业教育教学课程标准工程热力学 适用专业：化工机械 2006年4月
一、课程性质与任务 工程热力学课程是化工机械专业的一门专业基础课，是研究物质的热力性质、热能与其它能量之间相互转换规律的科学，是培养化机专业技术人员的一门重要技术基础课，它以热力学基本作为基础，通过物质的压力、温度、比容等宏观参数和受热、冷却、膨胀、收缩等整体行为，对宏观现象和热力过程进行研究，同时探讨各种热力过程的特性，达到提高热能利用率和热功转换效率的最终目的。 本课程的任务是使学生掌握能量转换与利用的基本定律及其运用，掌握工质的热力性质分析，了解工程中节能技术的热力学原理及其分析方法，以实现能量转换的高效性和经济性，并为学习其他有关课程及从事有关生产技术工作打下必要的基础。 二、课程教学目标 工程热力学是研究热能与其他形式的能量（尤其是机械能）之间相互转换规律的一门学科。通过热能利用在整个能源利用中地位的阐述,使学生认识研究热能利用和学习工程热力学的重要性, 并注意渗透思想教育，逐步培养学生的辩证思维能力，加强学生的职业道德观念，向学生渗透爱课程、爱专业教育。通过对我国能源及其利用现状的介绍,增强学生对我国能源问题的忧患意识和责任意识,激发学生为解决我国能源问题而努力学习的热情。初步形成解决实际问题的能力，为学习专业知识和职业技能打下基础。 三、理论教学内容和要求 1 教学内容体系结构 课程体系结构为： (1) 研究能量转化的宏观规律，即热力学第一定律与第二定律。这是工程热力学的理论基础。其中热力学第一定律从数量上描述了热能和机械能相互转换时的关系；热力
学第二定律从质量上说明了热能和机械能之间的差别，指出能量转换的方向性。 (2) 研究工质（能量转换所凭借的物质）的基本热力性质。 (3) 研究常用典型热工设备中的工作过程。即应用热力学基本定律，分析工质在各种热工设备中经历的状态变化过程和循环，并探讨和分析影响能量转换效果的因素，以其提高转换效果的途径。 从工程应用角度，全部教学内容紧紧围绕热能与机械能的相互转换规律和提高转换效率途径的研究主题。 2 课程要求 通过本课程的学习，学生应达到下列基本要求： (1)掌握热力学基本定律及其运用； (2)理解工质的热力性质及各种机械装置中热力过程和热力循环的基本原理，正确运用各种公式和图表。 (3)从课程内容的角度，学生在学习了热力学第一定律与第二定律，初步了解和掌握了理想气体热力性质和过程基本规律之后，可以应用这些基本知识分析、解决一些实际问题，达到对所学知识的第一次初步理解和应用。然后，在进一步学习了实际气体热力性质和过程之后，更深层次的应用前面所学的基本知识，深入分析实际装置中的热力过程和多种循环，从而达到能在更高的认知层面上进一步综合、灵活应用工程热力学的知识去解决实际问题。(4)从研究方法的角度，像其他学科一样，在工程热力学中，普遍采用抽象、概括、理想化和简化的方法。这种略去细节、抽出共性、抓住主要矛盾的处理问题的方法，这种科学的抽象，不但不脱离实际，而且更深刻地反映了事物的本质，是科学研究的重要方法。 (5) 本课程的教学内容分为基础模块和选学模块两个部分。基础模块是本课程的必修内容，为最低要求必学内容。选学模块是根据学期学时、学生基础好坏以及本届学
教案 课程名称：工程热力学 所在单位：动力及能源工程学院 课程性质：专业基础课 授课学时：64学时（8学时实验） 授课专业：热能及动力工程，核工程及核技术，轮机工程授课学期：第3（或4）学期
高等教育出版社，2001 严家騄，余晓福著. 水和水蒸汽热力性质图表. 北京：高等教育出版社，1995 主要参考资料： 曾丹苓，敖越，朱克雄等编.工程热力学（第二版）北京：高等教育出版社，1986 朱明善，林兆庄，刘颖等. 工程热力学.北京：.清华大学出版社.1995 严家騄编著.工程热力学（第二版）.北京：高等教育出版社，1989朱明善，陈宏芳.热力学分析.北京：高等教育出版社，1992 赵冠春，钱立仑.火用分析及其应用. 北京：高等教育出版社，1984
绪论 （课时1） 一、为什么学习“工程热力学” 热力学及专业培养目标的联系，说明学习工程热力学对本学科的重要性。 二、能量 能量的形式：?? ? ???→ ?? ? ???→ ?? ? ???→ ?? ? ???→ ?? ? ?? ????→ ???→ ??←??? ? ?? ?? ?? ??????→ ?? ?? ??????→? ? ????→ 燃烧 光热 转换热机 利用 发电机 聚变 裂变电动机 风 车 水 轮 机 光 电 转 换 化学能热能 太阳能热能 机械能 地热能热能 电能 原子能热能 风 能机械能 水力能机械能 太阳能 ? ? ? ? ? ? ? ?? → ? ? ? ? ? ? ? ???????? ? ????????????→?? 燃 料 电 池 直接应用 电能 化学能电能 由能量的形式，人类面临的能源形式说明工程热力学对于动力工程的重要性。 三、工程热力学的主要内容 热力学基本概念；热力学第一定律；气体和蒸汽的性质和基本热力过程；热力学第二定律；实际气体性质简介；气体和蒸汽的流动；压气机的热力过程；气体动力循环；蒸汽动力装置循环；制冷循环；理想气体混合物及湿空气；化学热力学基础。 四、热力学的研究方法 1. 宏观的研究方法（宏观热力学；经典热力学） 2. 微观的研究方法（微观热力学；统计热力学） 工程热力学主要应用宏观的研究方法，但有时也引用气体分子运
第一章基本概念 .基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（）、压力（）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（）、焓（）、熵（）、自由能（）、自由焓（）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力。 比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。 密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。 强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性，如
1） 第七章 水蒸汽 ） 水蒸气是工程上应用较广泛的一种工质，例如蒸汽动力装置、压气式 制冷装置都是以水蒸气作为工质来实现热能→机械能相互转化的。这些动力装置也可用燃气或其他工质代替，那为什么要用水蒸汽呢？原因如下 ） 1、水蒸气容易获得，只要通过水的定性加热即可获得。 ） 2、有事宜的热力状态参数，靠卡诺循环、朗肯循环 ） 3、不会污染环境 ） 由于水蒸汽处于离液态较近的状态，常有集态现象而且，物理性质也很复杂，所以不能把它看作是理想气体，理想气体的状态方程式以及由它推导的其他计算公式一般都不能用来分析和计算水蒸汽。所以必须对水蒸汽的性质另行研究。 ） 这章重点研究：1、水蒸汽产生的一般原理 ） 2、水蒸汽状态参数确立 ） 3、水蒸汽图表的结构及应用 ） 4、计算水蒸汽热力过程中的,q w ） ） 7—1 基本概念和术语 ） 1、汽化：物质有液态转化为气态的过程。 ） 蒸发：在液态表面上进行的汽化过程，在任何温度下进行 ） 汽化的形式 沸腾：在液体内部和表面同时进行剧烈的汽化现象。沸腾时温度保持不变 解释：蒸发在任何温度下都可进行，它是由于液体表面总有一些能量较高的分子，克服临近分子的引力而脱离叶面，逸入液体外的空间，t 越高，能量较大的分子越多，蒸发愈激烈，汽化速度取决于温度。 沸腾时，实在液体内部产生大量的汽泡。汽泡上升到液面，破裂而放出大量的蒸汽， 工业上用的蒸汽都是通过沸腾的方式获得，液体在沸腾时温度不变，虽加热也保持不变，且液体和气体的温度相同。沸腾时的温度叫沸点。()ts f p = 2、液化：蒸汽转变为液体的现象，液化和汽化时相反的过程，他取决于(p) 3、饱和状态：当液体和蒸汽处于动平衡的状态 解释：当液体在有限的密闭空间里汽化时，不仅液体表面的液体分子蒸发到空间去，而空间的蒸汽分子也会因分子密度大，压力增大，撞击到液体表面回到液体中， 当液面上空的蒸汽分子密度达到一定程度时，在单位时间内逸出液面和回到液面的分子数相等时，蒸汽和液体的无量保持不变，汽、液两相处于动平衡状态。 4、饱和温度：当汽体和液体处于饱和状态时，液体和汽体温度称饱和温度 5、饱和压力：()s ts f p = 6、饱和蒸汽：处于饱和状态的蒸汽 7、饱和液体：处于饱和状态的液体 8、温饱和蒸汽：饱和液和饱和蒸汽的混合物，称温饱和蒸汽
工程热力学与传热学课 程总结与体会 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
工程热力学与传热学 题目：工程热力学与传热学课程总结与体 会 院系：水利建筑工程学院给排水科学与工 程 班级：给排水科学与工程一班 姓名：张琦文 指导老师：姚雪东 日期:2016年5月1日 认识看法地位作用存在问题解决措施未来 发展展望 传热学在高新技术领域中的应用 摘要: 热传递现象无时无处不在【2】它的影响几乎遍及现代所有的工业部门【1】也渗透到农业、林业等许多技术部门中。本文介绍了航空航天、核能、微电子、材料、生物
医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等诸多高新技术领域在不同程度上应用传热研究的最新成果。可以说除了极个别的情况以外,很难发现一个行业、部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。不仅传统工业领域,像能源动力、冶金、化工、交通、建筑建材、机械以及食品、轻工、纺织、医药等要用到许多传热学的有关知识【1】而且诸如航空航天、核能、微电子、材料、生物医学工程、环境工程、新能源以及农业工程等很多高新技术领域也都在不同程度上有赖于应用传热研究的最新成果,并涌现出像相变与多相流传热、(超)低温传热、微尺度传热、生物传热等许多交叉分支学科。在某些环节上,传热技术及相关材料设备的研制开发甚至成为整个系统成败的关键因素。 前言：通过对传热学这门课程的学习,了解了传热的基本知识和理论。发现传热学是一门基础学科应用非常广泛,它会解决许许多多的实际问题更是与机械制造这门学科息息相关。传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。传热现象在我们的日常生活中司空见惯。早在人类文明之初人们就学会了烧火取暖。随着工业革命的到来，蒸汽机、内燃机等热动力机械相继出现，传热研究更是得到了飞速的发展，被广泛地应用于工农业生产与人们的日常生活之中。当今世界国与国之间的竞争是经济竞争，而伴随着经济的高速发展也带来了资源、人口与环境等重大国
《工程热力学A》(含实验)课程教学大纲 课程编码：08242025 课程名称：工程热力学A 英文名称：Engineering Thermodynamics A 开课学期：4 学时/学分：54 / 4 （其中实验学时：6 ） 课程类型：学科基础课 开课专业：热能与动力工程（汽车发动机方向）、热能与动力工程（热能方向） 选用教材：陈贵堂《工程热力学》北京理工大学出版社，1998； 陈贵堂王永珍《工程热力学》（第二版）北京理工大学出版社，2008 主要参考书： 1．陈贵堂王永珍《工程热力学学习指导》北京理工大学出版社，2008 2．华自强张忠进《工程热力学》.高等教育出版社.2000 3．沈维道，蒋智敏，童钧耕．工程热力学．第三版．北京：高等教育出版社，2001 4．曾丹苓，敖越，张新铭，刘朝编．工程热力学．第三版．北京：高等教育出版社，2002 5．严家马录．工程热力学．第三版．北京：高等教育出版社，2001 执笔人：王永珍 一、课程性质、目的与任务 该课程是热能与动力工程专业、建筑环境与设备工程专业基础课，是本专业学生未来学习、生活与工作的基石。通过它的认真学习可以可使学生了解并掌握一种新的理论方法体系，了解并掌握关于能量转换规律及能量有效利用的基本理论、树立合理用能思想，并能应用这些理论对热力过程及热力循环进行正确的分析、计算，为学生学习专业课程提供充分的理论准备，同时培养学生对工程中有关热工问题的判断、估算和综合分析的能力，为将来解决生产实际问题和参加科学研究打下必要的理论基础。 二、教学基本要求 通过本课程的学习可使学生了解并掌握关于能量转换规律及能量有效利用的基本理论、树立合理用能思想，并能应用这些理论对热力过程及热力循环进行正确的分析、计算。同时学生还可了解并掌握一种新的理论方法体系——外界分析法（The Surrounding Analysis Method, SAM），有利与开阔学生分析问题、解决问题的思路，有利于培养学生对工程中有关热工问题的判断、估算和综合分析的能力与素质，为将来解决生产实际问题和参加科学研究打下必要的理论基础。 三、各章节内容及学时分配 绪论introduction（1学时） 主要内容是让学生了解工程热力学的研究对象及研究方法、经典热力学理论体系的逻辑结构、SAM体系的逻辑结构及其主要特点。 一、热力学的定义、研究目的及分类Definition, Purpose, Classification 二、本门课的主要内容Contents 三、本门课的理论体系theory systems 第一章基本概念及定义Basic Concepts and Definitions（3学时，重点） 1-1 热力学模型The Thermodynamic Model of the SAM System 让学生了解并掌握热力学系统、边界、外界等概念，了解并重点掌握外界分析法的基本热力学
｛复习提问｝ 1、什么是热力学第一定律？ 2、什么事准平衡过程和可逆过程？举例描述。 3、系统储存能包括及部分，各是什么，表示符号和表达式是什么？ ｛导入新课｝ 第三节系统与外界传递的能量 上一节课我们学习了系统的总储存能，这一节我们来学你系统与外界传递的能量。 在热力过程中,热力系与外界交换的能量包括三部分，分别是功量、热量和工质通过边界时所携带的能量。下面我们分别来学习这三种能量： 一、热量 1、定义：系统和外界之间仅仅由于温度不同（温差）而通过边界传递的能量称 为热量。符号：Q , 单位为J或kJ 2、单位质量工质与外界交换的热量用q表示,单位为J/kg或kJ/kg 。 微元过程中热力系与外界交换的微小热量用δQ或δq表示。 3、热量为在热传递中物体能量改变的量度,是过程量。其数值大小与过程有关， 所以不是状态参数。 4、热量正负规定: 系统吸热，热量取正值，Q（q）＞0 ；系统放热，热量取 负值，Q（q）＜0 。 5、热量的记算式（推导）： 引入新概念【熵】 熵：指热能除以温度所得的商，标志热量转化为功的程度。有温差便有热量的传递,可用熵的变化量作为热力系与外界间有无热量传递以及热量传递方向的标志。 1、符号: S , 单位为J/K 或kJ/K 。 2、单位质量工质所具有的熵称为比熵, 用s 表示, 单位为J/（kg?K) 或kJ/（kg?K）。 用熵计算热量
在微元可逆过程中，系统与外界传递的热量可表示为： δq =Tds δQ =TdS 在可逆过程1-2中，系统吸收的热量可写为： q =?21Tds Q=?2 1TdS 根据熵的变化判断一个可逆过程中系统与外界之 间热量交换的方向：ds ＞0，δq ＞0，系统吸热； ds ＜0，δq ＜0，系统放热； ds =0，δq =0，系统与外界没有热量交换，是绝热（定熵）过程。 3. 温熵图 (T -s 图) 在可逆过程中单位质量工质与外界交换的热量 q =?21 Tds ， 大小等于T -s 图（温熵图）上过程曲线下的面积，因此温熵图也称示热图。对于分析热力过程和热力循环很有用处。 二、功量 我们知道热量是由于温差的作用使系统与外界发生能量交换，顾名思义，功量是在力差作用下，系统与外界发生的能量交换。 1、功量亦为过程量，不是状态参数。 2、有各种形式的功,如电功、磁功、膨胀功、轴功等。工程热力学主要研究 两种功量形式: ⑴体积变化功，⑵轴功。 ⑴体积变化功——由于热力系体积发生变化（增大或缩小）而通过边 界向外界传递的机械功称为体积变化功（膨胀功或压缩功）。 ①符号: W , 单位为J 或kJ 。 ②1kg 工质传递的体积变化功用符号w 表示，单位为J/kg 或kJ/kg 。 ③正负规定: d v > 0 , w > 0 , 热力系对外作膨胀功； d v < 0 , w < 0 , 热力系对外作压缩功。 ④体积变化功的计算式（推导） 课本图2-4 假设质量为1kg 的气体工质在汽缸中进行一个可逆膨胀过程，缸内气体压力p ，活塞截面积A ，活塞在某一瞬间移动微小位移dx 。则整个热力过程工质对活塞所作功量为 : 1→2为可逆过程 (pdv pAdx w ==δ)
第一章 1.基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力。 比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。 密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。 强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性，如温度、压力等。在热力过程中，强度性参数起着推动力作用，称为广义力或势。
第一章基本概念 1、基本概念 热力系统:用界面将所要研究得对象与周围环境分隔开来,这种人为分隔得研究对象,称为热力系统,简称系统。 边界:分隔系统与外界得分界面,称为边界。 外界:边界以外与系统相互作用得物体,称为外界或环境。 闭口系统:没有物质穿过边界得系统称为闭口系统,也称控制质量。 开口系统:有物质流穿过边界得系统称为开口系统,又称控制体积,简称控制体,其界面称为控制界面。 绝热系统:系统与外界之间没有热量传递,称为绝热系统。 孤立系统:系统与外界之间不发生任何能量传递与物质交换,称为孤立系统。 单相系:系统中工质得物理、化学性质都均匀一致得系统称为单相系。 复相系:由两个相以上组成得系统称为复相系,如固、液、气组成得三相系统。 单元系:由一种化学成分组成得系统称为单元系。 多元系:由两种以上不同化学成分组成得系统称为多元系。 均匀系:成分与相在整个系统空间呈均匀分布得为均匀系。 非均匀系:成分与相在整个系统空间呈非均匀分布,称非均匀系。 热力状态:系统中某瞬间表现得工质热力性质得总状况,称为工质得热力状态,简称为状态。 平衡状态:系统在不受外界影响得条件下,如果宏观热力性质不随时间而变化,系统内外同时建立了热得与力得平衡,这时系统得状态称为热力平衡状态,简称为平衡状态。 状态参数:描述工质状态特性得各种物理量称为工质得状态参数。如温度(T)、压力(P)、比容(υ)或密度(ρ)、内能(u)、焓(h)、熵(s)、自由能(f)、自由焓(g)等。 基本状态参数:在工质得状态参数中,其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来,称为基本状态参数。 温度:就是描述系统热力平衡状况时冷热程度得物理量,其物理实质就是物质内部大量微观分子热运动得强弱程度得宏观反映。 热力学第零定律:如两个物体分别与第三个物体处于热平衡,则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力:垂直作用于器壁单位面积上得力,称为压力,也称压强。 相对压力:相对于大气环境所测得得压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质得压力即为相对压力。 比容:单位质量工质所具有得容积,称为工质得比容。 密度:单位容积得工质所具有得质量,称为工质得密度。 强度性参数:系统中单元体得参数值与整个系统得参数值相同,与质量多少无关,没有可加性,如温度、压力等。在热力过程中,强度性参数起着推动力作用,称为广义力或势。 广延性参数:整个系统得某广延性参数值等于系统中各单元体该广延性参数值之与,如系统得容积、内能、焓、熵等。在热力过程中,广延性参数得变化起着类似力学中位移得作用,称为广义位移。
第7章水蒸汽 7．1 本章基本要求 (62) 7．2 本章难点 (62) 7．3 例题 (62) 7．4 思考及练习题 (66) 7．5 自测题 (69)
7．1 本章基本要求 理解水蒸汽的产生过程，掌握水蒸汽状态参数的计算，学会查水蒸汽图表和正确使用水蒸汽h-s 图。 掌握水蒸汽热力过程、功量、热量和状态参数的计算方法。 自学水蒸汽基本热力过程(§7-4)。 7．2 本章难点 1．水蒸汽是实际气体，前面章节中适用于理想气体的计算公式，对于水蒸汽不能适用，水蒸汽状态参数的计算，只能使用水蒸汽图表和水蒸汽h-s 图。 2．理想气体的内能、焓只是温度的函数,而实际气体的内能、焓则和温度及压力都有关。 3．查水蒸汽h-s 图，要注意各热力学状态参数的单位。 7．3 例题 例1：容积为0.63 m 的密闭容器内盛有压力为3.6bar 的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到2bar 时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少 解：查以压力为序的饱和蒸汽表得： 1p =3.6bar 时，"1v =0.51056kg m /3 "1h =2733.8kJ /kg 蒸汽质量 m=V/"1v =1.1752kg
查饱和蒸汽表得： 2p =2bar 时，'2v =0.0010608kg m /3 "2v =0.88592kg m /3 '2h =504.7kJ /kg ''2h =2706.9kJ /kg 在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸 汽的比容即： "1v =2x v 或"1v =''22'22)1(v x v x +- 由于"1v ≈''22v x =≈"2"12v v x 0.5763 取蒸汽为闭系，由闭系能量方程 w u q +?= 由于是定容放热过程，故0=w 所以 1212u u u q -=?= 而u=h-pv 故 )()("11"1222v p h v p h q x x ---= 其中：2x h =''22'22)1(h x h x +-=1773.8kJ /kg 则 3.878-=q kJ /kg Q=mq=1.1752?(-878.3) =-1032.2kJ 例2：1p =50bar C t 01 400=的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至2p =0.04bar 。设环境温度C t 0020=求： （1）若过程是可逆的，1kg 蒸汽所做的膨胀功及技术功各为多少。 （2）若汽轮机的相对内效率为0.88时，其作功能力损失为多少 解：用h-s 图确定初、终参数 初态参数：1p =50bar C t 01400=时，1h =3197kJ /kg 1v =0.058 kg m /3 1s =6.65kJ /kgK
工程热力学大总结 '
… 第一章基本概念 1.基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 ) 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 } 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
《工程热力学》教案 课程名称：工程热力学 学分：2或3 学时：32或48 课程教材：李永，宋健. 工程热力学[M]. 北京：机械工业出版社，2017 专业年级：工科类相关专业本科生 一、目的与任务 工程热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以这些定律为基础进行演绎、逻辑推理而得到的工程热力学方法、关系与结论,具有高度的普遍性、可行性、可靠性与实用性,可以应用于力学、宇航工程、机械与车辆工程等各个领域。工程热力学目的是研究和讲授热力学系统、热能动力装置中工作介质的基本热力学性质、热力学定律、热力学各种装置的工作过程以及提高能量转化效率的途径等，使学生熟练掌握解决工程热力学问题的基本方法，培养学生灵活应用热力学定律合理分析热力学系统的基本能力。 工程热力学任务是研究和传授热力系统能量、能量转换以及与能量转换有关的物性间相互关系和基本研究方法，培养学生对热力学的基本概念、基本理论的熟练掌握，分析求解热力学基本问题的能力。工程热力学起源于对热机和工质等的研究，热力学定律条理清楚，推理严格。工程热力学的内容多、概念多、公式多与方法多，工程热力学广泛联系热力工程和能源工程等领域。 二、主要教学内容与学时分配 绪论(2 学时) 第一节热力学的发展意义 第二节热力学的历史沿革 第三节热力学的基本定律
第四节熵与能源 第一章基本概念(2学时) 第一节热能、热力系统、状态及状态参数 第二节热力过程、功量及热量 第三节热力循环 第二章热力学第一定律及其应用(2学时) 第一节热力学第一定律及其表达 第二节热力学能和总储存能 第三节热力学第一定律的实质(2学时) 第四节能量方程式 第五节稳定流动系统的能量方程(2学时) 第六节能量方程的应用 第七节循环过程 第三章理想气体的性质(2学时) 理想气体及其状态方程 理想气体的比热容、比热力学能、比焓及比熵 理想气体的混合物 第四章理想气体的热力过程(2学时) 第一节热力过程的方法概述 热力过程的基本分析方法 第二节理想气体的基本热力过程(2学时) 第三节理想气体的多变过程(2学时) 第四节压气机的理论压缩功(2学时) 第五章热力学第二定律(2学时) 第一节热力过程的方向性
第一章基本概念 1.基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对压力。 比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。 密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。 强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性，如
工程热力学课程教案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
《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
第一章基本概念 1. 基本概念 热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。 边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。 外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。 闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。 开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制 界面。 绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。 单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。 复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。 单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。 多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。 均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。 非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。 热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。 平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。 状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容 （u ）或密度（p ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。 基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。 温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。 热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。 压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。如工程上常用测压仪表测定系统中工质的压力即为相对 压力。 比容：单位质量工质所具有的容积，称为工质的比容。 密度：单位容积的工质所具有的质量，称为工质的密度。 强度性参数：系统中单元体的参数值与整个系统的参数值相同，与质量多少无关，没有可加性，如
《工程热力学》课程教学大纲 一、课程的性质和任务 本课程是建筑环境与能源应用工程及能源与动力工程专业必修的一门专业基础课。 本课程的任务是：通过对本课程的学习，使学生掌握有关物质热力性质、热能有效利用以及热能与其它能量转换的基本规律，培养学生运用热力学的定律、定理及有关的理论知识，对热力过程进行热力学分析的能力；初步掌握工程设计与研究中获取物性数据，对热力过程进行相关计算的方法。 二、课程的基本内容及要求 1、绪论 了解热能及其利用，热能装置的基本工作原理。 掌握工程热力学的研究对象、研究内容、研究方法及发展概况。 2、基本概念 了解工程热力学中一些基本术语和概念：热力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。 掌握状态参数的特征，基本状态参数p，v，T的定义和单位等。 熟练应用热量和功量过程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆过程的热量、功量进行计算。 3、气体的热力性质 了解理想气体与实际气体、混合气体的性质、气体常数、通用气体常数、比热容等。 掌握气体的状态方程及其应用。 熟练应用气体状态方程解决气体的变化过程参数的变化。 4、热力学第一定律 了解能量、储存能、热力学能、迁移能、膨胀功、技术功、推动功的概念，深入理解热力学第一定律的实质。 掌握热力学第一定律及其表达式、掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功
的概念及计算式。注意焓的引出及其定义式。 熟练应用热力学第一定律表达式来分析计算工程实际中的有关问题。 5、理想气体的热力过程及气体压缩 了解理想气体热力学能、焓和熵的变化。了解活塞式压气机的余隙影响及多级压缩的过程 掌握正确应用理想气体状态方程式及4种基本过程以及多变过程的初终态基本状态参数p，v，T之间的关系。 熟练应用4种基本过程以及多变过程系统与外界交换的热量、功量的计算。能将各过程表示在p-v图和T-s图上，并能正确地应用在p-v图和T-s图判断过程的特点。 6、热力学第二定律 了解用可用能、有效能的概念及其计算。在深刻领会热力学第二定律实质的基础上，认识能量不仅有"量"的多少，而且还有"质"的高低。 掌握热力学第二定律的表述和实质，掌握熵的意义、计算和应用；掌握孤立系统和绝热系统熵增的计算，从而明确能量损耗的计算方法。 熟练应用孤立系统熵增原理、可用能的损失及计算对热力过程进行热工分析，认识提高能量利用经济性的方向、途径和方法。 7、水蒸气 了解水蒸相变过程、蒸气图表的结构及有关蒸气的各种术语及其意义。例如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸气、饱和液体、饱和温度、饱和压、三相点、临界点、汽化潜热等。 掌握水蒸汽的定压汽化过程及水蒸汽的P—V图和T—S图。 熟练应用水蒸气图表分析水蒸气基本热力过程中热量及功量的变化。 8、湿空气 了解湿空气的组成，及焓湿图的绘制方法、了解实际应用的湿空气过程。 掌握湿空气状态参数的意义及其计算方法，并能区别哪些参数是独立参数，哪些参数存在相互关系。熟练掌握相对湿度、绝对湿度、含湿量等概念。 熟练应用含湿图分析湿空气的状态变化过程。 9、气体和蒸汽的流动
第一章 工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。 系统：热设备中分离出来作为热力学研究对象的物体。 状态参数：描述系统宏观特性的物理量。 热力学平衡态：在无外界影响的条件下，如果系统的状态不随时间发生变化，则系统所处的状态称为热力学平衡态。 压力：系统表面单位面积上的垂直作用力。 温度：反映物体冷热程度的物理量。 温标：温度的数值表示法。 状态公理：对于一定组元的闭口系统，当其处于平衡状态时，可以用与该系统有关的准静态功 形式的数量n 加上一个象征传热方式的独立状态参数，即（n+1 ）个独立状态参数来确定。 热力过程：系统从初始平衡态到终了平衡态所经历的全部状态。 准静态过程：如过程进行的足够缓慢，则封闭系统经历的每一中间状态足够接近平衡态，这样的过程称为准静态过程。 可逆过程：系统经历一个过程后如果系统和外界都能恢复到各自的初态，这样的过程称为可逆过程。无任何不可逆因素的准静态过程是可逆过程。 循环：工质从初态出发，经过一系列过程有回到初态，这种闭合的过程称为循环。 可逆循环：全由可逆过程粘组成的循环。 不可逆循环：含有不可逆过程的循环。 第二章 热力学能：物质分子运动具有的平均动能和分子间相互作用而具有的分子势能称为物质的热力学能体积功：工质体积改变所做的功热量：除功以外，通过系统边界和外界之间传递的能量。焓：引进或排出工质输入或
输出系统的总能量。 技术功：工程技术上将可以直接利用的动能差、位能差和轴功三项之和称为技术功。功：物质间通过宏观运动发生相互作用传递的能量。 轴功：外界通过旋转轴对流动工质所做的功。 流动功：外界对流入系统工质所做的功。 第三章 热力学第二定律： 克劳修斯说法：不可能使热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全转化为有用功而不引起其他变化。卡诺循环：两热源间的可逆循环，由定温吸热、绝热膨胀、定温放热、绝热压缩四个可逆过程组成。 卡诺定理：在温度为T1 的高温热源和温度为T2 的低温热源之间工作的一切可逆热机，其热效 率相等，与工质的性质无关；在温度为T1的高温热源和温度为T2的低温热源之间工作的热机 循环，以卡诺循环的热效率为最高。 熵：沿可逆过程的克劳修斯积分，与路径无关，由初、终状态决定。 熵流：沿任何过程（可逆或不可逆）的克劳修斯积分，称为“熵流” 。 熵产：系统熵的变化量与熵流之差。 熵增原理：在孤立系统和绝热系统中，如进行的过程是可逆过程，其系统总熵保持不变；如为不可逆过程，其熵增加；不论什么过程，其熵不可能减少。 第四章
工学院能源与动力工程专业 培养方案 一、培养目标 本专业培养适应我国社会主义现代化建设需要，德、智、体、美全面发展，基础扎实、知识面宽、素质高、能力强、有创新意识和实践能力的能源与动力工程专业高级技术和管理人才。 毕业生能够在大型液化天然气站、空分与低温设备公司、制冷与空调设备公司、大型石油天然气企业、城市燃气公司、市政企业及管理部门、燃气利用技术公司、热能动力公司、节能技术公司、能源利用与节能行业与管理部门等从事技术、计划、规划、开发、管理及设计工作。也可在高等学校、科研部门从事科学研究、教学和管理等工作。可以进一步深造攻读硕士和博士学位。 二、培养规格和要求 1、热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，具有为国家富强、民族振兴而奋斗的理想、事业心和责任感。具有较扎实的自然科学基础、较好的人文、艺术、社会科学基础及语言文字的表达能力。具有良好的思想品德、文化修养、心理素质和健康的体魄。 2、通过系统地学习教学计划中的课程，掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括高等数学、理论力学、材料力学、工程热力学、传热学，工程流体力学、电工学与电子技术、现代控制理论、工程材料基础、机械设计基础等基础知识。 3、具有本专业领域所必须的专业知识，主要包括液化天然气技术、 天然气利用技术、制冷与空调技术、可再生能源利用技术等方面的专业知 —1—
识和应用技能。 4、熟练掌握一门外语，具有听、说、写、译的基础，能顺利阅读本专业外文书刊；具有较强的掌握计算机程序设计和应用能力。 5、对本专业教学计划设置的必修课及选修课程，必须取得规定的学分，提倡在教师指导下学好各门选修课。 6、具有较强的自学能力、研究开发能力、创新意识、组织管理能力和较高的综合素质。 三、授予学位与修业年限 按要求完成学业者授予工学学士学位。修业年限：四年。 五、专业核心课程：按培养要求列出专业课程10门左右。 工程热力学、传热学、工程流体力学、机械设计基础、电工学与电子技术、自动控制原理、流体机械与管网、热质交换设备。 六、专业特色课程：如“双语教学课程”、“精品课程”等。 工程热力学（2）为双语课程。 七、专业课程设置及教学进程计划表（见附表一） 八、辅修、双专业、双学位教学进程计划表（见附表二） —2—