工程热力学A 

一、课程介绍

工程热力学是研究热能以及热能与其他能量（尤其是机械能）之间相互转换规律的一门学科。工程热力学A课程是能源与动力工程专业一门重要的基础必修课。通过本课程的学习，可以使学生了解并掌握一种新的理论方法体系（SAM体系），科学地认识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，掌握工程热力学分析问题的方法与手段，并能应用这些理论对工程中涉及的热力过程及热力循环进行正确的分析与计算，为学生之后的专业课程学习及工作奠定必要的理论基础。

本课程所讲述的内容涉及基本概念及定义、热力学第一定律、理想气体的性质及理想气体的热力过程、热力学第二定律、水蒸气、湿空气、气体及蒸汽的高速流动、压气机及透平、动力循环、制冷循环等10章内容，教学部分共包含理论48学时，实验8学时，以期末考试、平时成绩等综合评出最终成绩。

Introduction

Engineering thermodynamics is a discipline to study the energy transfer and conversion law between heat and other energy (especially mechanical energy). “Engineering Thermodynamics A” is an important fundamental course for the students who major in energy and power engineering. The students should master a new theoretical analysis method, so called SAM (Surrounding Analysis Method) system. The students will understand the scientific laws of energy conversion and energy effective utilization, and master the methods and means to analyze problems about engineering thermodynamics, and can apply these theories in thermodynamic processes and thermodynamic cycles.

The content of this book includes: basic concepts and definitions, the first law of thermodynamics, properties of ideal gas and its thermodynamic process, the second law of thermodynamics, water vapor, humid Air, high-speed flow of gas and steam, compressor and turbine, power cycles, refrigeration cycles, total ten chapters, it will take 48 theoretical lessons，8 lab tutorials.  The final result is assessed by the final examination result and the usual result.

课程基本信息

课程名称

工程热力学A

课程编码

422305

英文名称

Engineering Thermodynamics A

课程学时

56

课程学分

3.0

课程类别

学科基础课程

课程性质

必修课

开课学期

第4学期

课内实验学时

8

适用专业

能源与动力工程

开课单位

热能工程教研室

选用教材

陈贵堂 王永珍《工程热力学》（第三版）清华大学出版社，2019.2

主要参考书

1. 陈贵堂 王永珍《工程热力学》（第二版）北京理工大学出版社，2008

2. 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

3. 华自强 张忠进 高青《工程热力学》（第四版）高等教育出版社，2009

制定人

王永珍

制定时间

2018年9月

教学大纲

1、教学目的

工程热力学A课程是能源与动力工程专业基础必修课，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。

2、教学要求

教师要积极备课，对课程内容要融会贯通，切忌照本（幕）宣科。授课在多媒体教室，充分利用多媒体教学课件，做到授课内容与大纲相符，注重平时成绩的积累，成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。

3、预备知识或先修课程要求

要求学完高等数学、工程制图、大学物理等相关课程。

4、教学方式

课程由理论课堂和实验操作两部分组成。理论教学48学时，以课堂教授为主，讲授中采用多媒体授课和板书授课相结合，并配以适当的讨论。实验8学时，其中课堂教学2学时，学生实验操作6学时以学生分组操作为主，教师仅起指导及监督作用。

5、实验环境和设备

实验环境：热能工程实验室热力学实验间

实验设备：气体流动特性实验台、空气定压比热测定实验台、饱和蒸汽P-T关系测定实验台、二氧化碳P-V-T关系测定实验台。

6、课程教学内容及学时分配

绪论（1.0学时）

教学重点：明确本课程的目的、主要内容、本门课的理论体系及要求。

学习要求：了解热力学的定义、研究目的及分类；本门课的主要内容；本门课的理论体系。

习题作业：无

第1章 基本概念及定义（3.0学时）

1.1 热力学模型（1学时）

1.2 热力学系统的状态（1学时）

1.3 热力过程及热力循环（1学时）

教学重点：

外界分析法的基本热力学模型；基本状态参数、平衡状态、稳定状态等基本概念；理想气体状态方程式；准静态过程、可逆过程、热力循环等概念。

习题作业：无

学习要求：

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模型图并能在以后的学习中灵活应用。

了解并能正确理解状态、基本状态参数（v，p，T）、平衡状态、稳定状态、均匀状态等基本概念；了解并掌握热力学第零定律、稳定平衡态定律、状态公理等基本理论；掌握并能正确运用理想气体状态方程式；了解状态参数坐标图。

了解系统发生状态变化的原因，了解自发过程、准静态过程、可逆过程、热力循环等概念；重点理解并掌握准静态过程、可逆过程、热力循环等概念。

第2章 热力学第一定律（5学时）

2.1 热力学第一定律的实质（0.3学时）

2.2 系统的能量 （0.2学时）

2.3 功量与热量（0.5学时）

2.4 作用量的能流（1学时）

2.5 热力学第一定律普遍表达式（1学时）

2.6 热力学第一定律的应用实例（2学时）

教学重点：

可逆过程中各种功量及热量在状态参数坐标图上的定性表示；热力学中功量的定义；准静态过程的容积变化功、无摩擦稳定流动过程中的技术功、轴功等概念及计算；准静态过程中热量的计算公式；功量的能流、热量的能流、质量流及其能容量、质量流的能流、流动功、焓等概念及基本计算式；热力学第一定律的表达式及灵活应用。

习题作业：2-11，2-17

学习要求：

   正确理解热力学第一定律的实质；

了解并掌握系统的热力学能、比热力学能、系统的能容量等概念；能正确了解并掌握热力学能的性质，难点是对焓的物理意义的理解。

  了解并重点掌握热力学中功量的定义；了解并重点掌握准静态过程的容积变化功、无摩擦稳定流动过程中的技术功、轴功等概念及计算；理解SSSF过程及USUF过程；了解热量的定义及其能量属性；掌握准静态过程中热量的计算公式；

能正确理解并掌握功量的能流、热量的能流、质量流及其能容量、质量流的能流、流动功、焓等概念及基本计算式。

   理解外界分析法建立热力学普遍表达式的基本思路；理解并重点掌握热力学第一定律的表达式。

对热力学第一定律的表达式能灵活应用。

第3章 理想气体的性质及理想气体的热力过程（7学时）

3.1 理想气体的性质（3学时）

3.2 理想气体混合物（1学时）

3.3理想气体的热力过程 （3学时）  

教学重点：

理想气体状态方程、理想气体Δu、Δh及Δs的计算；

理想气体的基本热力过程、多变过程的性质、计算，在状态参数坐标图上的定性表示。

习题作业：3-8，3-9，3-14

学习要求：

了解理想气体的定义；理解理想气体的热力学能及焓仅是温度的函数的性质；重点掌握理想气体状态方程、理想气体Δu、Δh及Δs的计算；掌握理想气体混合物中有关概念与计算。对熵的理解是本节的难点。

了解并重点掌握理想气体的基本热力过程、多变过程的性质、计算，在状态参数坐标图上的定性表示。

第4章 热力学第二定律（12学时）

4.1 热力学第二定律的实质及说法  （1学时）

 4.2 有关能质的基本概念  （1学时）

 4.3 热力学第二定律的普遍表达式（2学时）

 4.4 能量的可用性分析（5学时）

 4.5 热力学第二定律的几个重要结论（0.5学时）

 4.6 热力学基本定律普遍表达式间的关系及㶲效率（0.5学时）

 4.7 热力学第二定律的应用（2学时）

教学重点：

理解热力学第二定律的实质；寂态及火无库、有用能及无用能、有用功及无用功、㶲及火无、熵及无用能、㶲损及熵产等概念；系统能量的可用性、热量的可用性、功量的可用性、质量流能容量的可用性、周围环境中能量的可用性中有关概念与计算式；熵方程、㶲方程；热力学第二定律的应用。

习题作业：4-3，4-5，4-7，4-13

学习要求：

了解热力学第二定律的各种说法，深刻理解热力学第二定律的实质。

理解寂态及火无库、有用能及无用能、有用功及无用功、㶲及火无、熵及无用能、㶲损及熵产等概念，这也是难点。

理解并掌握熵方程、㶲方程；

理解并掌握系统能量的可用性、热量的可用性、功量的可用性、质量流能容量的可用性、周围环境中能量的可用性中有关概念与计算式，也是难点。

了解有关热力学第二定律的几个重要结论；了解并正确理解能量方程、熵方程及㶲方程之间的内在联系；了解㶲效率。

掌握并灵活运用熵方程、㶲方程解决实际问题。

第5章 水蒸气（2时）

5.1 水蒸气的发生过程（0.5学时）

5.2 水蒸气的热力性质表和焓熵图（0.5学时）

  5.3 水蒸气的热力过程 （1学时）

教学重点：

水蒸气的p-v图及T-s图；水蒸气热力过程的特点、图示表示及计算。

习题作业：5-2，5-8，5-9

学习要求：了解纯物质的聚集状态、饱和状态；

了解水蒸气的定压产生过程；重点掌握水蒸气的p-v图及T-s图。

了解水蒸气的热力学能的基准状态；了解并熟悉水蒸气的热力性质表与水蒸气的焓熵图，并能熟练应用；

了解并掌握水蒸气热力过程的特点、图示表示，并能进行相应计算。

第6章 湿空气（4学时）

6.1 未饱和湿空气与饱和湿空气（0.5学时）

6.2 湿空气的状态参数  （1学时）

6.3 湿空气状态参数的确定（1学时）

6.4 湿空气的热力过程（1学时）

教学重点：掌握绝对湿度、相对湿度、含湿量等基本概念及基本计算；湿空气状态参数的测定；湿空气的焓湿图；湿空气的各种热力过程计算及图示表示。

习题作业：自编本章内相关作业

学习要求：

了解并掌握有关湿空气的基本概念。

了解并掌握绝对湿度、相对湿度、含湿量等基本概念，并掌握其基本计算；理解湿空气的比焓的概念与能量基准；掌握湿空气状态参数的测定，了解干湿球温度计、露点计、毛发湿度计；理解露点温度、绝热饱和温度等概念。

了解并能正确掌握湿空气的焓湿图，并能灵活应用；

对湿空气的各种热力过程能正确计算，并能进行图示表示。

第7章  气体及蒸汽的高速流动（6学时）

7.1稳定流动时气流的基本方程（0.5学时）

7.2 一维稳定的定熵流动（0.5学时）

7.3喷管中气体的流动特性（1学时）

7.4喷管的计算与分析（4学时）

教学重点：定熵流动的参数关系；音速公式及马赫数概念；滞止状态、滞止参数、临界状态、临界参数；背压对喷管气流特性的影响；了渐缩喷管、缩放喷管中的流动特性；速度系数及喷管效率的计算；实际流动过程的熵产及㶲损的计算。

习题作业：自编本章内相关作业

学习要求：

了解变截面管道中稳定定熵流动的假定条件、连续方程、能量方程；掌握定熵流动的参数关系；掌握音速公式及马赫数概念；了解喷管及扩压管。

了解并掌握滞止状态、滞止参数、临界状态、临界参数；理解并掌握背压对喷管气流特性的影响；了解并掌握渐缩喷管、缩放喷管中的流动特性。

掌握速度系数及喷管效率的计算；理解实际流动过程的熵产及㶲损，并能正确计算。

  了解水蒸气的流动特性与计算。

第8章 压气机及透平（2学时）

8.1回转式轮机的工作过程（0.5学时）

8.2复活塞式压气机的工作工程 （1.5学时）

教学重点：

回转式轮机的理想过程、实际过程；回转式轮机的绝热效率的概念与计算； 活塞式压气机理想与实际过程的热力分析与相应计算；实际过程的容积效率、定温效率；多级压缩中间冷却的意义及相应计算。

习题作业：自编本章内相关作业

学习要求：

了解并掌握回转式轮机的理想过程、实际过程；掌握绝热效率的概念与计算；理解回转式轮机产生的功损及㶲损的原因并能进行相应计算。

理解活塞式压气机实际过程的理想化思路；掌握活塞式压气机理想过程的热力分析与相应计算；能进行实际过程的容积效率、定温效率的计算；理解活塞式压气机产生功损及㶲损的原因，并能进行计算；了解多级压缩中间冷却的意义及相应计算。

第9章  动力循环（4学时）

9.1 气体动力循环（2学时）

9.2 蒸汽动力循环 （2学时）

教学重点：

内燃机理想循环的热力分析（参数分析、能量分析、性能分析）的方法与计算；三种理想循环性能的比较分析方法；掌握朗肯循环计算与分析，循环特性参数对循环热效率的影响。

习题作业：9-3，9-8

学习要求：

了解点燃式内燃机、压燃式内燃机实际工作循环的理想化思路；掌握内燃机理想循环的热力分析（参数分析、能量分析、性能分析）的方法与计算；了解并掌握比较理想循环性能的方法；了解其他气体动力循环。

了解简单蒸汽动力装置及其理想循环；了解并掌握朗肯循环的热力分析（参数分析、能量分析、循环性能分析）；了解并理解循环特性参数对循环热效率的影响与不可逆因素对循环性能的影响；简单了解再热循环、再热—回热循环。

第10章  制冷循环（2学时）

10.1 概说（0.5学时）

10.2 制冷循环的热力分析 （1.5学时）

教学重点：

   制冷装置与热泵的主要性能指标、制冷量、制冷性能系数、供热性能系数等概念；空气压缩制冷循环、蒸汽压缩制冷循环的工作原理与热力分析。

习题作业：10-2,10-4

学习要求：

了解制冷与热泵的热力学原理；了解并重点掌握制冷装置与热泵的主要性能指标、制冷量、制冷性能系数、供热性能系数等概念与计算。

重点对空气压缩制冷循环、蒸汽压缩制冷循环进行热力分析；了解蒸汽喷射制冷循环、吸收式制冷循环。

7、实验项目内容、学时分配、实验小组

序号

实验项目

内容提要

实验

类型

学时

分配

分组

人数

实验

地点

教学

要求

1

气体流动综合性能测定

利用气体流动特性实验台，测定在不同背压的条件下渐缩喷管和缩放喷管中气体压力变化情况。

验证性

2

2

热能工程实验室

依据实验操作及实验报告质量综合评定实验成绩。实验成绩作为平时成绩的一部分，纳入学生的课程总成绩中。

2

空气定压比热特性研究

测定不同进出口温度的干空气与湿空气的平均定压比热，找出平均定压比热随温度的变化关系，绘制Cp-t曲线。

综合性

2

2

3

饱和蒸汽P-T关系测定

测量饱和蒸汽温度与压力的关系，绘制饱和蒸汽P—T关系曲线。

验证性

2

2

4

二氧化碳P-v-T关系测定

观察二氧化碳相变过程中的凝结（或汽化）现象；测定临界参数，并观察临界状态附近气液两相界限模糊现象；观察超临界压力下加热和冷却时气液两相连续过渡现象；用定温法测定二氧化碳的p-v-T关系。

验证性

2

2

教学重点：

   可以让学生了解有关热工实验装置、实验设备；掌握各项热力学实验的基本原理与方法；熟悉各种热工测量仪表的使用；掌握实验数据的处理方法。

学习要求：

   学生在学过有关内容后要事先预习有关实验内容，写实验预习报告，预定实验时间，准时做实验，正确记录实验数据，课后写出并上交实验报告，实验报告中应对实验现象、误差、思考题等做出正确分析。

8、考核要求、考核方式及成绩评定标准

课程最终成绩由期末考试成绩与平时综合成绩两部分构成，其中期末考试（闭卷）成绩占70%；平时综合成绩由作业、课堂抽查、实验等综合评定，占总成绩的30%。

课程最终成绩采用百分制，满分100分，60分为及格。

9、其他说明

根据行业发展最新动态，授课内容可以有所更新。