最新精品工程热力学教案

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1、化学化工系教案课程名称：工程热力学总学时数：72 学时讲授时数：72学时实践（实验、技能、上机等）时数：0学时授课班级：主讲教师：使用教材：大连理工大学工程热力学毕明树工程热力学课程教案2 授课题目 （教学章节或主题）：绪论，第一章基本概念授课学时4 授课时间授课类型理论课教学方法讲授教学手段多媒体内容纲要及时间分配 ：绪论， 2 学时1-1 热力系统， 0.5 学时；1-2 热力状态， 1 学时；1-3 热力过程， 0.5 学时。教学目的与要求 ：理解和掌握工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法1 理解热能利用的两种主要方式及其特点2 了解常用的热能动力转换装置的工作过程3 深刻理解热

2、力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、热力循环的概念4 掌握温度、压力、比容的物理意义5 掌握状态参数的特点重点与难点 ：1 、取热力系统，对工质状态的描述2、状态与状态参数的关系，状态参数，平衡状态，状态方程，可逆过程。思考题、讨论题、作业等：思考题，附后。作业：1-2 、1-4、 1-5参考资料 （含参考书、文献等） ：工程热力学学习指导，化学工业出版社，毕明树编化工热力学 ，化学工业出版社，陈新志，蔡振云，胡望明编著。化工热力学 ，化学工业出版社，陈忠秀，顾飞燕，胡望明编著。说明： 1、授课类型：指理论课，实验课，实践课，技能课，习题课等；2、教学方法：指讲 授、讨论、示教、

3、指导等； 3、教学手段：指板书、多媒体、网络、模型、挂图音像等教学工 具；4、首次开课的青年教师的教案应由导师审核；5、讲稿内容附后。绪论(2 学时 ) 一、基本知识3 1什么是工程热力学从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。电能一一机械能锅炉一一 烟气 一一 水 一一水蒸气一一 ( 直接利用 ) 供热锅炉一一 烟气 一一 水 一一水蒸气一一汽轮机一一 ( 间接利用 ) 发电冰箱一一 -( 耗能) 制冷2能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题3. 热能及其利用（1）. 热能：能量的一种形式（2）. 来源：一次能源：以自然形式存

4、在，可利用的能源。如风能 , 水力能 , 太阳能、地热能、化学能和核能等。二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。（3）. 利用形式：直接利用：将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼( 能源消耗比例大 ) 间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能，4. 热能动力转换装置的工作过程5热能利用的方向性及能量的两种属性过程的方向性：如：由高温传向低温能量属性：数量属性、 , 质量属性 ( 即做功能力 ) 注意：数量守衡、质量不守衡提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。6本课程的研究对象及主要内容研究对象：与热现象有关的能量利用与转换规律的科学。研

5、究内容：（1） 研究能量转换的客观规律，即热力学第一与第二定律。（2） 研究工质的基本热力性质。（3） 研究各种热工设备中的工作过程。（4） 研究与热工设备工作过程直接有关的一些化学和物理化学问题。7. 热力学的研究方法与主要特点（1）宏观方法：唯现象、总结规律，称经典热力学。优点：简单、明确、可靠、普遍。缺点：不能解决热现象的本质。（2）微观方法：从物质的微观结构与微观运动出发，统计的方法总结规律, 称统计热力学。优点：可解决热现象的本质。缺点：复杂，不直观。主要特点：三多一广，内容多、概念多、公式多。联系工程实际面广。条理清楚，推理严格。4 二、我国能源现状介绍通过对我国能源及其利用现状的

6、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爱国热情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 , 向学生渗透爱课程、爱专业教育三、练习与讨论讨论题 : 能源与环境、节能的重要性、建筑节能、辩证思维学习方法： 物理概念必须清楚，记住一般公式，注意问题结果的应用。第 1 章基本概念（ 2 学时）1. 1 热力系统一、热力系统系统：用界面从周围的环境中分割出来的研究对象，或空间内物体的总和。外界：与系统相互作用的环境。界面：假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。依据：系统与外界的关系，系统与外界的作用：热

7、交换、功交换、质交换。二、闭口系统和开口系统(按系统与外界有无物质交换) 闭口系统：系统内外无物质交换,称控制质量。开口系统：系统内外有物质交换,称控制体积。三、绝热系统与孤立系统绝热系统：系统内外无热量交换(系统传递的热量可忽略不计时，可认为绝热) 孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换=系统+相关外界 =各相互作用的子系统之和 = 一切热力系统连同相互作用的外界5 四、根据系统内部状况划分可压缩系统：由可压缩流体组成的系统。简单可压缩系统：与外界只有热量及准静态容积变化均匀系统：内部各部分化学成分和物理性质都均匀一致的系统，是由单相组成的。非均匀系统：由两个或两个以上的相所组成的系统

8、。单元系统：一种均匀的和化学成分不变的物质组成的系统。多元系统：由两种或两种以上物质组成的系统。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。注意: 系统的选取方法仅影响解决问题的繁复程度，与研究问题的结果无关。思考题 ：孤立系统一定是闭口系统吗。反之怎样。孤立系统一定不是开口的吗。孤立系统是否一定绝热。12 工质的热力状态与状态参数一、状态与状态参数状态： 热力系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。状态参数： 描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。如：温度（ T） 、压力（ P） 、比容（ ）或密度（

9、） 、内能（ u） 、焓（h） 、熵（ s） 、自由能（f） 、自由焓（ g）等。状态参数的数学特性 : 11212xxdx表明：状态的路径积分仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。2dx=0 表明：状态参数的循环积分为零6 基本状态参数 ：可直接或间接地用仪表测量出来的状态参数。如：温度、压力、比容或密度1 温度：宏观上，是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量。微观上 ,是大量分子热运动强烈程度的量度BTwm22式中22wm分子平移运动的动能，其中m 是一个分子的质量，w是分子平移运动的均方根速度； B比例常数；T气体的热力学温度。热力学第零定律 ：如两个物体分别和第三个物体处于热平

10、衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。摄氏度与热力学温度的换算：tT2732压力 ：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。fFp式中： F整个容器壁受到的力，单位为牛顿（N） ；f容器壁的总面积（ m2） 。微观上：分子热运动产生的垂直作用于容器壁上单位面积的力。nBTwmnp322322式中：P单位面积上的绝对压力； n分子浓度，即单位容积内含有气体的分子数 VNn，其中 N 为容积 V 包含的气体分子总数。压力测量依据 ：力平衡原理压力单位： MPa 相对压力：相对于大气环境所测得的压力。工程上常用测压仪表测定的压力。以大气压力为计算起点，也称表压力。gpBp（PB）7 HBp（

11、PT1-T2 所以：11c卡诺定理：1、所有工作于同温热源、同温冷源之间的一切热机，以可逆热机的热效率为最高。2.在同温热源与同温冷源之间的一切可逆热机，其热效率均相等. 5.4 熵与熵增原理一、熵的导出1865年克劳修斯依据卡诺循环和卡诺定理分析可逆循环，假设用许多定熵线分割该循环，并相应地配合上定温线，构成一系列微元卡诺循环。则有121211TTqq t因为02q，有02211 TqTq得到一新的状态参数reTqds)(不可逆过程熵：2122)(I R RTqss二、熵增原理：0i s o ls意义：1可判断过程进行的方向。2熵达最大时，系统处于平衡态。3系统不可逆程度越大，熵增越大。4可

12、作为热力学第二定律的数学表达式21 54 熵产与作功能力损失一、建立熵方程一般形式为： (输入熵一输出熵 )+熵产=系统熵变或熵产 =(输出熵一输入熵 )+系统熵变得到：gfs y ssss称fs 为熵流，其符号视热流方向而定，系统吸热为正，系统放热为负，绝热为零)。称gs 为熵产，其符号：不可逆过程为正，可逆过程为0。注意： 熵是系统的状态参数，因此系统熵变仅取决于系统的初、终状态，与过程的性质及途径无关。然而熵流与熵产均取决于过程的特性。开口系统熵方程：cvgfdsssmsms)(2211二、作功能力损失作功能力损失：gisolsTs0思考题：1门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行, 若敞

13、开冰箱的大门就有一股凉气扑面, 感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的, 你认为这种想法可行吗? 2.既然敞开冰箱大门不能降温，为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢? 3对工质加热，其温度反而降低，有否可能？4对空气边压缩边进行冷却，如空气的放热量为1kJ，对空气的压缩功为6kJ，则此过程中空气的温度是升高，还是降低。5空气边吸热边膨胀，如吸热量Q= 膨胀功，则空气的温度如何变化。22 6讨论下列问题：1) 气体吸热的过程是否一定是升温的过程。2) 气体放热的过程是否一定是降温的过程。3) 能否以气体温度的变化量来判断过程中气体是吸热还是放热。7试分析下列

14、过程中气体是吸热还是放热( 按理想气体可逆过程考虑) 1) 压力递降的定温过程。2) 容积递减的定压过程。3) 压力和容积均增大两倍的过程。第二定律得思考题1自发过程为不可逆过程，那么非自发过程即为可逆过程。此说法对吗?为什么 ? 2自然界中一切过程都是不可逆过程，那么研究可逆过程又有什么意义呢? 3以下说法是否正确? 工质经历一不可逆循环过程, 因 TQ0，故ds0 不可逆过程的熵变无法计算若从某一初态沿可逆和不可逆过程达到同一终态，则不可逆过程中的熵变必定大于可逆过程中的熵变。4某热力系统经历一熵增的可逆过程，问该热力系统能否经一绝热过程回复到初态。5若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，均

15、从同一初始状态出发，且两过程中工质的吸热量相同，问工质终态的熵是否相同？6绝热过程是否一定是定熵过程？定熵过程是否一定满足PvK=定值的方程？7工质经历一个不可逆循环能否回复到初态？8用孤立系统熵增原理证明：热量从高温物体传向低温物体的过程是不可逆过程。23 工程热力学课程教案授课题目 （教学章节或主题）：第三章气体与蒸汽的热力性质授课学时10 授课时间授课类型理论课教学方法讲授教学手段多媒体内容纲要及时间分配 ：第一节理想气体及其状态方程1 学时第二节热容、内能和焓1 学时第三节理想气体内能、焓和比热容1 学时第四节理想气体的熵1 学时第五节理想气体的混合物1 学时第六节实际气体与理想气体的

16、偏离1 学时第七节对比态定律与普遍化压缩因子1 学时第八节实际气体的状态方程1 学时第九节纯物质相变区的状态及参数坐标图1 学时第十节湿空气1 学时教学目的与要求 ：了解临界状态的特征，理解压缩因子和偏心因子的定义及物理意义，掌握对比态定律及对比态双参数法和三参数法进行实际气体p-v-T 的计算。要求了解范徳华方程、S-R-K 和 P-R 方程，理解 Virial 方程、R-K 方程中系数和常数的意义，掌握 Virial方程、 R-K 方程在实际气体p-v-T 计算中的应用。了解纯物质的p-T-v 图，理解纯物质p-T 图、 p-v 图和 T-s 图中点、线、区的意义，掌握用T-s 图和水蒸汽表确定纯物质热力学性质的方法。了解湿空气的概念，理解湿空气的绝对湿度与相对湿度、含湿度和焓，掌握湿空气的焓- 湿图的使用。重点与难点 ：本章重点： 掌握实际气体的状态方程、对比态定律及压缩因子图、纯物质的热力学图表。难点： 正确理解压缩因子和偏心因子的意义，掌握实