工程热力学(二)课程教学大纲

课程编号:08140080

课程类别:专业选修课程

授课对象:热能与动力工程、建筑环境与设备工程专业

开课学期:7学期

分:2学分

主讲教师:戴苏明

指定教材:沈维道等,《工程热力学》,高等教育出版社,2001年第三版

教学目的:

本课程是为本科高年级学生开设的选修课程。主要是为有意在工程热物理的基础课程得到提高的学生进行内容的补充和提高。尤其是对有意想报考研究生的高年级学生,为提高考试成绩有积极的作用。本课程的教材与前期教学用教材相同,但在很多概念和方法上融会了授课者多年的教学经验及思想方法。在内容安排上主要是原教材中打星号部分的和选修部分的内容。

第一部分 基本概念与定律

课时:2周,共4课时

教学内容:

一.一般性概念

熟悉各章节中出现概念的名称、定义等内容、它们的文字表述、物理意义及数学表达形式。

二.可比性概念

三.定律与定理

1.热力学第一定律核心:能量守恒

2.热力学第二定律核心:熵不守恒

四、过程与循环

1.过程的等值性

2.非循环过程

3.循环过程

4.过程及循环中工质的特点

5.过程及循环中的不可逆因素

7.过程及循环的比较

五.热力学分析的几何方法

1.“映射”

2.物理量的几何意义

3.折合与等效

第二部分 热力学函数

课时:2周,共4课时

教学内容:

一、热力学地位及任务

1、应用数学手段对热力学过程的规律和特点进行描写和分析。

2、利用可测定的实验数据(如p、T、v等)及相关物性参数求取不可测定的热力学参数(如u、h、s、ex等)。

3、依据热力学关系指导实验的进行,以确定工质的状态方程和物性参数(如cp、cv、k等)。

二、数学基础

1、状态参数的充要条件

2、几个重要的数学关系

三、热系数P.190

热系数定义了工质在热力过程中物性变化规律的数学表示。它最明显的特征是,全部由状态量p、T、v构成了数学关系。

四、热力学基本关系式(麦克斯韦关系式)(P.190)

五、特性函数

六、比热 P.198

七、几个重要的热力学方程

1、熵方程 P.193

2、热力学能方程 P.194

3、焓方程

4、比热关系P.199

八、热力学函数的主要应用

⒈ 确定过程曲线的形状

2、焦耳—汤姆生系数(P.249)

3、气体介质中音速的一般公式(P.235)

4、h-s图中的过程曲线的特点(P.222)

5、克拉贝龙方程(P.205)

任一物质在物态变化中几个物理量之间的一般关系。

6、由实验数据(或物性)求状态方程

第三部分 工质的热力性质

课时:2周,共4课时

教学内容:

四.理想气体

四.状态方程

2.相关量的换算

3.标准状态

二、实际气体

四.压缩因子

2.范德瓦尔方程(范氏方程)

3.对应态原理

4.通用压缩因子图

三、混合气体(理想气体)

四.混合气体的成分

2、混合气体成分的关系

3、折合摩尔质量

4、折合气体常数

5、分压力(道尔顿)定律

6、分容积(亚美格)定律

7、比热容

8、热力学能和焓

9、熵

三、蒸气

1、基本过程

2、在坐标图中的表示

3、克拉贝隆方程

4、饱和蒸气压方程

四.水蒸气等的实际参数应由查表获得,不得使用理想气体特有的有关公式。

四、湿空气

1.分子量2气体常数3绝对湿度4相对湿度

5.含湿量6饱和度7密度8焓8湿球温度9比

第四部分 单一热力过程

课时:2周,共4课时

教学内容:

四.工质的等值过程

⒈ 理想气体的等值过程。

⒉ 水蒸气的等值过程。

⒊ 等值线在不同坐标中的“映射”。

⒋ 与过程有关的物理量的计算公式(P.101-102两页的表)

⒌ 等值线与物理量的几何意义。

⒍ 过程走向(参见右图)

二、充、放气(汽)过程

依据热力学第一定律的一般形式 P.37(2-15)

⒈ 绝热:

⒉ 充气:

⒊ 放气:

⒋ 无功量交换:

⒌ 不计动能:

⒍ 不计重力势能:

⒎ 系统选择的相对性

⒏充气过程的不可逆性(详见“热力学第二定律”部分)

三、喷管的(绝热)流动过程

⒈ 过程的三个方程

① 连续性方程② 能量方程③ 过程方程

⒉ 影响流动的条件

几何条件② 力学条件③ 工质条件

⒊ 出口压力的确定

⒋ 喷管的计算

① 注意适用条件② 尽量使用原始公式

四.当c1不为零(不可不计)时,出口速度

⒌ 滞止参数

⒍ 有摩阻的流动

⒎ 绝热节流

⒏ 一般流动过程

四、压缩过程

⒈ 活塞式压缩机几个过程的比较(参见右图)。

⒉ 不可逆绝热压缩后熵增。无热量交换,但消耗的技术功有几何意义。

第五部分 理想气体循环

课时:2周,共4课时

教学内容:

四.循环方式

四.定容加热,(汽油机),(奥图循环),压燃

2.混合加热,(柴油机),(萨巴德循环)

3.定压加热,(柴油机),(狄塞尔循环),点燃

4.燃气轮机,(布雷顿循环)

5.喷气发动机

二.循环热效率

四.混合加热循环(P.273,)

2.定压加热循环

3.定容加热循环

4.燃气轮机循环

4.影响循环热效率的因素

三.循环热效率的比较

四.同类同种循环比较

四.定压燃烧,循环1234与循环1256

2.定容燃烧,循环1234与循环1256

3.燃气轮机,循环1234与循环1256

(二)同类不同种循环比较

四.定容燃烧与定压燃烧,压缩比ε相同,放热量相同。

2.定容燃烧与定压燃烧,压缩比ε相同,最高工作温度相同。

3.定容燃烧与定压燃烧,压缩比ε相同,吸热量相同。

4.定容燃烧与定压燃烧,pmax相同(或tmax)相同。

(三)不同类循环比较

(四)理想循环与实际循环的比较

四.循环改善前后的比较

四.燃气轮机采用回热前后

(2)喷气发动机加力燃烧

2.可逆循环与不可逆循环的比较

(五)各类循环与朗肯循环的比较

四.循环指标

第六部分 水蒸气热力过程

课时:2周,共4课时

教学内容:

一.朗肯循环,运行过程能量关系及运行指标。

二.影响朗肯循环循环热效率的因素。

三.循环的改善方案:再热循环、回热循环。

第七部分 逆向循环

课时:2周,共4课时

教学内容:

一.压缩机循环

二.空气压缩制冷循环,循环的改善:回热

三.蒸汽压缩制冷循环

第八部分 第二定律与熵

课时:2周,共4课时

教学内容:

一、第二定律

⒈表述

⑴克劳修斯表述

⑵开尔文表述

⑶两种表述的一致性

⑷定律的表达模型

⒉热力学关系

二、卡诺定理

⒈卡诺循环

⒉概括性卡诺循环

回热的理论基础

⑴ 燃汽轮机循环的改善

⑶ 空气压缩制冷循环的改善

⒊多热源可逆循环

⒋卡诺定理的内容

三、克劳修斯不等式(第二定律的数学表达式)

⒈内容

⒉不等式推导的依据:卡诺定理。具体步骤:

⑴ 卡诺循环

⑵ 对多热源卡诺循环

⑶ 对连续的循环过程

⑷ 对不可逆循环

⑸ 对某一热源,温度为T,工质吸热温度为T′,吸热量为Q。如图。则下述热力学关系成立:

⑹ 对多热源传热过程

⒊ 熵的求法

4.不可逆绝热过程

⑴绝热混合

① 水-水混合

② 冰-水混合

③ 固-水混合

④气体扩散

⑤连通室模型

⑵ 绝热流动

① 喷管流动

② 节流

③ 汽轮机做工过程

④ 燃汽轮机做功过程

⑤ 压缩机过程

⑶ 孤立系统的单一传热

① 单一传热

② 有温差的吸热、放热

四、熵增原理

⒈ 内容

⒉ 实质,阐明了热力过程进行的方向。

⑴ 单一的传热过程

⑵ 热能转化为功

⑶ 耗散功转化为热

⒊ 数学形式

五、熵平衡方程

⒈ 熵流量

工质的熵流量

热量的熵流

⒉ 熵产量

六、做功能力

⒈ 热量的做功能力

⒉ 状态的做功能力

⑴ 闭口系统的状态用 P.159

⑵ 开口系统的状态用

第九部分 不可逆因素对过程的影响

课时:2周,共4课时

教学内容:

一不可逆过程产生的原因和模型,典型的不可逆过程。

二不可逆过程的热力学理论:热力学第二定律、克劳修斯不等式、熵增原理。

三作功能力。1热量的作功能力;2状态的作功能力

四作功能力损失。作功能力损失的定义。注意区别机械功、最大可逆功、实际功、功损失、作功能力损失等概念。

 

参考书目

1、M W Zemansky.Heat and thermodynamics.5th ed.New York:McGraw-Hill Book Company,1975 

2、Michael J Moran,Howard N.Shpiro.Fundamentals of engineering thermodynamics.3rd ed.New York:john Wiley & Sons Inc,1995

3、J B Jones,R E Dugan.Engineering thermodynamics.New Jersey:Prentice Hall Inc,1996

4、Gordon Rogers,Yon Mayhew.Engineering thermodynamics work & heat transfer.4th ed.John Wiley & Sons,Inc,New York,1992

5、刘桂玉,刘志刚,阴建民等.工程热力学.北京:高等教育出版社,1998

6、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

7、严家騄编著,工程热力学。第二版。北京:高等教育出版社,1989

8、朱明善,林兆庄,刘颍等,工程热力学.北京:清华大学出版社,1995

9、蔡祖恢,工程热力学,北京:高等教育出版社,1994

10、郑令仪,孙祖国,赵静霞.工程热力学.北京:兵器工业出版社,1993

11、沃克.热力学.马元,刘桂玉,洪春华等译.北京:人民教育出版社,1981

12、王竹溪.热力学.北京:高等教育出版社,1955

13、谢锐生.热力学原理.关德相,李荫亭,杨岑译.北京:人民教育出版社,1980

14、赵冠春,钱立仑.分析及其应用.北京:高等教育出版社,1984

15、朱明善,陈宏芳.热力学分析.北京:高等教育出版社,1992

16、吴沛宜,马元,变质量系统热力学及其应用.北京:高等教育出版社1983

17、严家騄,余晓福著.水和水蒸气热力性质图表.北京:高等教育出版社1995

18﹑刘志刚,刘咸定,赵冠春.工质热物理性质计算程序的编制和应用,北京:科学出版社,1992

19﹑C Borgnakke,R E Sonntag.Thermodynamic and transport properties.New York:John Wiley & Sons Inc,1997

20﹑G N Hatsopoulos,J H Keenan.Principles of general thermodynamics.Reprint Edition.New York:John Wiley & Sons Inc,1981

21﹑R W Haywood.Equilibrium thermodynamics for engineers and scientists.New York:John Wiley & Sons Ltd,1980

 

 

执笔人:戴苏明

_2005__11_20__

 


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