上海交大《工程热力学》考研大纲

《工程热力学I》课程教学大纲 课程名称：工程热力学I 课程代码： 学分/学时：3学分/48学时 开课学期：春季学期 适用专业： 机械工程及自动化、热能与动力工程、核工程、建筑环境与设备及相关专业 先修课程：大学物理、高等数学 后续课程：工程热力学II 开课单位： 机械与动力工程学院 一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表） 课程性质： 工程热力学是机械工程、热能动力工程、工业工程、核科学与工程、航空航天工程等专业的一门重要技术基础课，是机械、能源动力类专业必修主干课。 教学目标：工程热力学是研究热能有效利用以及热能与其它能量转换规律的科学。本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识，也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。（A5.1, A5.2, B2, C2） 本课程由基本概念、热力学基本理论、纯物质热物理性质、基本热力过程及应用五部分组成。通过本课程教学，不仅使学生在能量转换和利用特别是热能与机械能的转换和合理利用方面树立正确的概念，同时培养学生科学抽象、逻辑思维能力，进一步强化实践是检验理论的唯一标准的认识观。具体来说： （1）掌握热能和机械能相互转换的基本规律，并能推广应用于其它能量的转换问题。（A5.1） （2）初步掌握热力过程和热力循环的分析方法，了解提高能量利用经济性的基本原则和主要途径。（A5.1） （3）能运用常用工质物性公式、图表（如水蒸气）和电子软件等进行一般热力过程计算。（A5.2） （4）初步具有从实际问题抽象为理论，并运用理论分析解决实际问题能力。（B2） （5）强化理论来源于实践，实践是检验理论的唯一标准的认识观。（A5.1, A5.2, C2） 二、课程教学内容及学时分配（含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求） 绪论：能源和能源利用（2学时）： 能源利用、热能与机械能及其它能量形式的转换。 自学及要求：我国及全球的能源及能源利用情况； 团组大作业及要求：选择：我国能源及能源政策；能源与环境；生活中的能源利用及思考之 一完成一篇报告（3~5千字） 其他：观看录像。 基本概念（5学时/课堂教学）： 热力系、平衡状态、状态参数、温度、压力、比体积、准静态过程和可逆过程、功、热量、热力循环、循环经济性指标。 气体和水蒸气的热物性（5学时/课堂教学）： 理想气体状态方程式、比热容、迈耶公式、热力学能和焓及熵和过程熵变；饱和状态、临界点及三相点、水定压汽化过程、汽化潜热、水蒸气的图表及热力性质程序。 热力学第一定律（8学时/课堂教学+1学时/讨论）： 热力学第一定律的实质，热力学能和总能、焓、轴功和技术功、热力学第一定律解析式及在闭口系和循环中的应用、开口系统能量方程式一般表达式、稳定流动能量方程式；多变过程方程和多变指数、基本热力过程在 EMBED Equation.DSMT4 
图和 EMBED Equation.DSMT4 
图上随多变指数的变化规律；水蒸气的定压过程的热量和等熵过程的功；非稳态流动过程分析处理原则及示例。 自学及要求：收集第一类永动机的资料； 团组大作业及要求：选择：从汽车在中心城区行驶耗油量大说起；从广告词——吃出苗条说 起（3~5千字） 热力学第二定律（10学时/课堂教学+1学时/讨论）： 热力学第二定律的表述和实质、卡诺循环及其热效率分析、多热源可逆循环及其热效率、回热、概括性卡诺循环及其热效率、卡诺定理及物理意义、熵是状态参数的证明、克劳修斯积分、熵流和熵产、熵方程及孤立系统熵增原理、熵增原理与孤立系统机械能耗散、和、热量和冷量、热力学能、焓、物流、熵产与损失、系统平衡方程。 自学及要求：收集第二类永动机的资料； 团组大作业及要求：选择：日常生活或工程实践中一个过程或现象完成用能和节能的实质的 报告（3千字）。 过程和循环能量转换热力学分析（Ⅰ）（14学时/课堂教学）： 活塞式压气机的理论耗功、余隙容积、容积效率和余隙容积的影响、多级压缩和级间冷却、最佳压力比，叶轮式压气机工作原理，压气机的绝热效率；循环的第一定律分析法和第二定律分析法、空气标准假设，活塞式内燃机实际循环的抽象简化、混合、定压、定容加热理想循环的热效率计算及影响因素分析，活塞式热气发动机构造和热效率；水蒸气朗肯循环的构成、热效率及提高其循环热效率的措施、耗汽率；制冷循环、冷吨、压缩蒸气制冷循环制冷系数及循环制冷量、 EMBED Equation.DSMT4 
图。 自学及要求：热泵循环、热泵循环供暖系数；寻找资料了解活塞式内燃机的增压。 团组大作业及要求：分析家用冷暖两用空调的热力学原理以及技术关键之一完成一篇报告（3~5千字）。 实验（2学时/实验）： [1]临界点观测（演示）；[2]比定压热容测试；[3]压气机示功图。 三、教学方法 课程教学以课堂讲学为主，综合讨论、实验、作业、网络、录像等共同实施。 达到课程教学目标的核心保证是教材，本课程采用的工程热力学第4版内容贯穿能量转换、转递过程中数量守恒和品质下降的主线，体现了学科本质，把工程热力学的基本理论、工质性质、过程及循环等主要内容循序渐进地展现出来。经典内容与工程实践及科技新成果较好地结合，在重点、难点阐述上通过反复加强，引导学生思考的方式、在逐步深入的过程中使学生思考、掌握。教材十分注意利用思考题、习题等开拓学生的思维，教材每章的思考题和习题不仅仅只是简单巩固已有内容，有些是加深内容的理解，有些是内容的延伸。教材配置的光盘提供的多媒体资料大大丰富了教学手段，特别是工程热力学名词查询软件、参考电子讲稿等为初学者和工程技术人员自主学习提供了配套的教学资源。 课堂教学中对难点内容可前面预设伏笔，以后反复加强，前后呼应，引导学生思考、讨论的方式牢固地掌握。如熵的概念，在第1章用比拟的方法引出熵的定义，在第3章证明理想气体的熵是状态参数，在第3、4章里就安排了一些例题和习题，使学生接触到绝热不可逆过程熵是增加的，为第五章熵流、熵产概念引出设下伏笔。第5章证明了对所有工质熵都是状态参数，并引出熵流、熵产。以后各章，不断通过例子说明可以用孤立系统的熵增来判断过程能否进行，孤立系统的熵增表明能量品质的下降。建立起完整的熵概念和能质蜕变概念。 团组大作业有利于学生自学能力、团队协作精神和表达能力的培养，在教学过程中要求布置不少于3次(题目也可教师自定)并进行课堂展示。 课 堂 教 学 流 程 设 计 框 图  SHAPE \* MERGEFORMAT  四、考核及成绩评定方式 对课程考核方式：半开卷式笔试+平时测验+课堂讨论参与情况及作业 成绩评定方式：期末考试 70分 团组大作业+课堂讨论参与情况+习题+不定期测验 30分 五、教材及参考书目 教材： 沈维道、童钧耕．工程热力学（第四版）． 北京． 高教出版社． 2007 参考书目： M. J. Moran H. N. Shapiro F