《工程热力学》课程 (7)
工程热力学课程内容
824：《工程热力学》课程考试大纲1、本考试科目简介工程热力学是能源工程、机械工程、航空航天工程、材料工程、化学工程、生物工程等领域专业的重要技术基础课,在许多工程领域中有广泛应用。
本课程研究能源转换、利用，特别是热能转换成机械能的原理、途径、规律及提高转换效率的方法。
主要内容有：热力学能、功和热；热力学第一定律；能量的可用性、熵和热力学第二定律；理想气体和水蒸气的性质；热力过程和热力循环的分析。
2、考试内容要求第一章基本概念基本概念，如系统、外界、开口系统、闭口系统、绝热系统、孤立系统、平衡状态、状态参数、可逆过程、循环、功和热等等。
熟练掌握基本概念。
第二章热力学第一定律热力学第一定律：热力学第一定律的实质—能量守衡与转换定律在热现象中的应用、总能、热力学能、焓、膨胀功、技术功、热力学第一定律的第一解析式和稳定流动能量方程式及其应用。
熟练掌握本章基本概念、基本理论及基本计算。
第三章理想气体的性质理想气体的性质：理想气体和实际气体的概念、理想气体状态方程、理想气体的比热容和热力学能、焓、熵的定义、计算；理想气体混合气体的性质：理想气体混合物、理想气体的各种成分表示法、理想气体的分压力定律、分体积定律、折合气体常数和折合摩尔质量、混合气体的热力学能和焓、混合气体的熵。
熟练掌握本章基本概念、基本理论及基本计算。
第四章理想气体基本的热力过程理想气体的基本热力过程：定温过程、定压过程、定容过程、可逆绝热（定熵）过程和多变过程的过程方程、参数变化和过程中功及热量的计算及过程的p-v图和T-s图。
熟练掌握本章基本概念、基本理论及基本计算。
第五章热力学第二定律热过程的方向性、热力学第二定律的表述；卡诺循环和卡诺定理、克劳修斯积分不等式、熵流和熵产、熵方程、孤立系统的熵增原理；作功能力、作功能力损失与熵产和用平衡方程。
熟练掌握本章基本概念、基本理论及基本计算。
第六章水蒸气饱和状态、饱和温度、饱和压力、饱和湿蒸汽、干度、三相点、水蒸气状态的确定、水的定压加热汽化过程及其在p-v图和T-s上的表示、水蒸气定压过程的热量、水蒸气绝热过程的功；熟练掌握本章基本概念、基本理论。
工程热力学重点内容框架
内容及研究方法
工程热力学课程内容框架如图所示，即以经典热力学的研究方法（系统分析法）为主线，基本概念、基本理论（热力学基本定律）为理论基础，气体和蒸气的实际热力过程和循环为实际能量传递与转换过程，最终达到寻求和分析有效利用能量的基本途径为最终目的。
第一部分：基本概念
第二部分：理想气体的性质1、理想气体的性质
2、理想气体的混合物
3、实际气体的热力性质
第三部分：热力学一定律
第四部分：气体主要热力过程的基本计算公式1、气体的基本热力过程
2、气体和蒸气的压缩
第五部分：热力学第二定律
第七部分：水蒸气
第八部分：湿空气
第九部分：气体和蒸汽的流动
第十部分：动力与制冷循环
第十一部分：化学热力学基础。
《工程热力学》课程教学大纲
《工程热力学》课程教学大纲课程编号：0807000115英文名称：Engineering Thermodynamics学分：3总学时：48。
其中，讲授48学时，实验0学时，上机0学时，实训0学时。
适用专业: 热能与动力工程专业、建筑环境与设备工程专业先修课程：高等数学、大学物理一、课程性质与教学目的本课程是热能与动力工程及建筑环境与设备工程专业的一门专业基础课程。
其任务是使学生了解热能与机械能在相互转换过程中的特点和规律；学会对热能与机械能进行转换的基本特点和规律。
掌握对不同工质和不同种类过程进行分析的思想方法。
树立能量转换效率和转换质量进行评价的基本思想和方法。
熟练工程计算的思路和方法。
二、基本要求要求学生掌握有关物质的热力性质、热能有效利用以及热能与其他能量转换的基本规律，并能正确运用这些规律进行各种热工过程和热力循环的分析计算。
本课程主要用于提高学生的热工基础理论水平，培养学生具备分析和处理热工问题的抽象能力和逻辑思维能力。
为学生今后的专业学习专业课提供必要的基础知识，同时训练学生在实际工程中的理论联系实际的能力。
此外本课程在有关计算技能和实践技能方面也使学生得到一定的训练。
三、重点与难点重点：工程热力学的主要研究内容；热力系统；状态及平衡状态；状态参数及其特性；热平衡及热力学第一定律；第一定律的实质；热力学第一定律应用；理想气体特性；对比态状态方程；第二定律的实质；第二定律各种表述的等效性；不可逆过程；混合物的成分表示；湿空气的概念；湿空气过程；绝热流动过程（可逆与不可逆过程）特性，喷管计算（设计及校核）；有摩擦的流动；定温压缩和绝热压缩；多变压缩；提高压缩机效率的途径；蒸汽卡诺循环。
难点：工程热力学的研究方法，准平衡过程；状态量和过程；功和热的异同；热力学能和焓的概念；可逆与不可逆过程；可逆与准平衡过程；熵，熵产与熵流量；广延量和强度量；混合物的参数计算；湿空气的参数；湿空气h-d、p-h图及应用；定熵流动的基本方程，定熵流动特性图；滞止参数；多级压缩中间冷却；朗肯循环；复杂循环（回热、再热）的计算；循环分析的一般方法。
《工程热力学》课程教学大纲
研究生入学专业基础课考试大纲（2022年）课程名称流体与热学基础一．考试要求要求考生系统地掌握供热、供燃气、通风及空调工程专业涉及到的流体与热学基础，包括流体力学、土木工程热力学的基本概念、基本公式、基本规律和计算方法，并能结合工程实际，灵活运用这些基本知识进行供热、供燃气、通风及空调工程专业相关问题的分析，具有较强的理论联系实际和综合分析能力。
考试为笔试、闭卷形式，允许使用不带存储功能的计算器。
二．考试内容1．流体力学（1）流体的主要物理性质、流体静压强的计算、作用于平面和曲面壁上的静水总压力的计算及压强分布图。
（2）运用三大方程，即连续性方程、伯努利方程和动量方程求解具体问题。
（3）圆管中的层流及紊流运动规律、沿程水头损失及局部水头损失的计算方法。
（4）不可压缩流体有压管流的水力计算及恒定总流水头线的绘制。
（5）恒定平面势流、边界层及绕流运动。
（6）量纲分析和相似原理。
（7）气体紊流射流及一元气体动力学基础。
2．土木工程热力学（1）掌握热力学基本概念，熟练的应用热力学第一定律，分析和导出各种热力过程，进行功和热量的计算。
（2）熟练掌握分析热力过程的一般方法，气体的基本热力过程及多变过程的计算，在p-v图和T-s图表示热力过程和进行热力过程的定性判断。
（3）掌握热力学第二定律实质及表述；熟练利用熵方程进行热力计算以及作功能力损失的计算，并能判断热力过程进行的方向性。
（4）掌握气体在喷管中的绝热流动特性，熟练进行喷管中流速及流量计算。
（5）掌握湿空气基本热力过程特性及热力参数计算。
三．试卷结构考试时间180分钟，满分150分。
1．题型结构（1）简答、分析型题通过此类考题考察学生运用专业或工程语言，简单准确的叙述能力。
（2）计算型题通过此类考题考查学生的逻辑思维能力，简洁而清晰计算方法掌握程度。
2.内容结构（1）流体力学75分（2）土木工程热力学75分四．参考书目1．伍悦滨, 王芳.工程流体力学泵与风机（第二版）.化工出版社，20162.谭羽非, 吴家正, 朱彤.工程热力学（第六版）.中国建筑工业出版社,2017 4．可参阅其它各工科院校工程流体力学、工程热力学教材。
工程热力学课程设计参考
工程热力学课程设计参考一、教学目标本课程旨在让学生掌握工程热力学的基本概念、理论和方法，能够运用工程热力学的知识解决实际问题。
通过本课程的学习，学生应达到以下目标：1.理解热力学系统的基本概念，如孤立系统、闭系统和开放系统。
2.掌握能量守恒定律和熵增原理，理解热力学第一定律和第二定律。
3.熟悉热力学状态量，如温度、压力、体积和熵等，并掌握状态方程的推导和应用。
4.学习热力学过程，如等压过程、等温过程和绝热过程等，并了解其特点和应用。
5.掌握热力机的原理和工作过程，如卡诺循环和朗肯循环等。
6.能够运用热力学的知识和方法分析实际工程问题，如热能转换和热能利用等。
7.能够运用热力学公式和图表进行计算和分析，如热力学状态方程的求解和热力图的绘制等。
8.能够运用热力学的原理和模型进行工程设计和优化，如热机效率的计算和热交换器的 design 等。
情感态度价值观目标：1.培养学生的科学思维和逻辑思维能力，提高学生分析和解决问题的能力。
2.培养学生对工程热力学的兴趣和热情，激发学生对工程热力学研究的热情。
3.培养学生对工程热力学应用的实际意义和价值的认识，提高学生对工程热力学的社会责任感和使命感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.热力学基本概念：热力学系统、能量守恒定律、熵增原理等。
2.热力学状态量：温度、压力、体积、熵等，状态方程的推导和应用。
3.热力学过程：等压过程、等温过程、绝热过程等，特点和应用。
4.热力机：卡诺循环、朗肯循环等，原理和工作过程。
5.热力学应用：热能转换、热能利用等实际工程问题的分析和解决。
6.热力学基本概念：第一周，2 课时。
7.热力学状态量：第二周，3 课时。
8.热力学过程：第三周，4 课时。
9.热力机：第四周，4 课时。
10.热力学应用：第五周，3 课时。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
《工程热力学》(第四版)配套教学课件
流体流动模式
流体流动模式会影响传热系数。合理设计流体流动路径，可以增强 传热效率。
材料选择
材料选择需要考虑流体腐蚀性，耐温性，成本等因素。合适的材料 可以确保换热器寿命和可靠性。
课程总结与反馈
1 1. 课程回顾
回顾课程内容，掌握核心概念。
3 3. 混合物热力学性质
混合物热力学性质包括焓、 熵、吉布斯自由能等，可用 于分析混合物的能量变化。
4 4. 应用
气体和液体混合物在许多工 程应用中发挥重要作用，例 如制冷剂、燃料和化学反应 过程。
化学平衡与化学反应
1
2
3
化学平衡
化学反应达到平衡状态时，正逆反应 速率相等，反应物和生成物的浓度不
功
3
功是能量的另一种形式，它是力作用在物体上所做的功。
内能
4
内能是系统内部所有能量的总和，包括热能、动能和势能。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律阐述了热量传递的方向性和不可逆性，以及熵增原理。
克劳修斯表述
热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，需要外界做功。
开尔文表述
不可能从单一热源吸取热量，全部用来做功，而不引起其他变化。
《工程热力学》第四 版教学课件
本套课件旨在为学习工程热力学课程的学生提供更直观、更易懂的学习体 验。
课件内容涵盖了工程热力学的基础知识，并通过丰富的图文和动画进行讲 解，使学生更容易理解和掌握。
hd by h d
课程简介
课程内容
本课程涵盖了热力学基础、热力学定律、流体性质、传热原理以及常见热力学系统等方面内容。
《工程热力学与传热学》网络课程简介
《工程热力学与传热学》网络课程简介《工程热力学与传热学》网络课程是以教育部下达的“面向21世纪高等教育教学内容和课程体系改革”计划中“热工课程教学内容和课程体系改革的研究和实践”为教学指导，以《现代远程教育规范》的指标体系为参照，以计算机网络技术和多媒体技术为手段，开发的以Web为表现形式的、互动式的、内容丰富的网络课程。
该网络课程既可供安全工程、热能工程、化工工程、建筑工程、采矿工程、通风空调、材料、矿物加工等专业的本科生或研究生进行远程自学、自测和自评，也可供教师在课堂教学中辅助教学《工程热力学与传热学》网络课程的主体包括七个模块，分别为：学习指导、课程学习、例题精解、自我测试、在线考试、课程动画和专业工具。
学习指导模块包括教学大纲、学习目标、建议、学习进度等内容。
课程学习模块分为工程热力学和传热学两部分，工程热力学部分包括绪论、基本概念、热力学第一定律、理想气体的性质、热力学第二定律、水蒸气、气体动力循环、蒸汽动力循环和制冷循环八章内容，传热学部分包括绪论、导热基本定律及稳态导热、非稳态导热、导热问题的数值解法、对流换热、凝结与沸腾换热、热辐射基本定律及物体的辐射特性七章内容。
该模块按章提供了学习导读、典型例题解析、自我测试题等内容。
例题精解模块按章节汇集了大量的典型例题，并采用交互的方式对每道例题提供了题解和讨论两方面内容。
自我测试模块按章节提供了大量的自测题，并给出了自测题的答案。
在线考试提供了工程热力学四套试题、传热学一套试题、综合试题六套。
该模块采用倒计时的方式限制了答题时间，以营造考试的真实气氛。
课程动画按章节的方式把课程学习模块中出现的动画汇集到一块，方便使用者找到自己感兴趣的动画。
专业工具模块是采用Javascript脚本语言开发的基于客户端的用于计算流体迁移性质、空气热物性和湿空气热力性质的在线工具。
《工程热力学与传热学》网络课程还包括实用小工具（科学计算器、单位在线换算、记录学习进度的日历、万年历等）、信息检索、参考资料等辅助模块。
工程热力学课程大纲
《工程热力学》课程教学大纲编号：英文名称：Engineering Thermodynamics适用专业：建筑环境与设备工程责任教学单位：建筑环境与设备工程教研室总学时：64学分：4考核形式：考试课程类别：专业基础课修读方式：必修教学目的：《工程热力学》是建筑环境与设备工程专业的一门专业基础课，为空调工程、通风工程、制冷工程、热泵技术、供热工程等相关专业课程的学习打下一定的基础。
其主要任务是从工程实际出发，研究物质的热力性质、能量转换的规律和方法以及有效合理利用热能的途径。
包括热力系统的基本概念、气体的热力性质、热力学第一定律、理性气体的热力过程以及气体压缩、热力学第二定律、热力学第二定律、热力学微分关系、水蒸气、湿空气、气体和蒸汽的流动、制冷循环等基本内容的学习，可为学生学习专业课和从事本专业的科研、生产工作奠定必备的理论基础。
主要教学内容及要求：（一）绪论1、教学内容和教学要求教学内容：（1）能源以及热能利用；（2）工程热力学的研究对象及主要内容；（3）热力学的研究方法。
教学要求：（1）了解能源以及能源的开发利用；（2）了解工程热力学的研究对象及建筑材料的发展过程与发展趋势；2、能力培养要求：学生通过本章内容的学习，能对课程涉及到的内容有全面的了解，对后续内容有感性的认识，对本门课程与其他专业课程的关系有所了解。
（二）基本概念1、教学内容和教学要求教学内容：（1）热力系统；（2）工质的热力状态及其基本状态参数；（3）平衡状态、状态公理及状态方程；（4）准静态过程与可逆过程；（5）热力循环。
教学要求：（1）掌握系统、工质、状态、状态参数等基本概念；（2）掌握可逆过程及热力循环的基本概念；（3）掌握平衡状态概念及其与稳定状态和均匀状态的区别；（4）掌握功和热量的概念及其特性。
2、能力培养要求：学生通过本章内容的学习掌握热力系统的几个基本概念和理想过程的定义方法，能区分状态量和过程量、平衡与可逆等概念，会正确选取热力系统，掌握可逆过程的功量和热量的计算。
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定容
定压
定温
定熵
多变
多变指数
0
1
k
n
过程方程 v 常量 p 常量 pv 常量 pv 常量
pvn 常量
p、v、t 关系
Δs
容积变化功
p2 T2 p1 T1
s
cv0
ln
T2 T1
cv0 ln
p2 p1
v2 T2 v1 T1
s
cp0
ln
T2 T1
cp0
ln
v2 v1
w12 p(v2 v1)
dT T ds cv0
6
2. isobaric process 定压过程（自学）
指数函数曲线
ds
cp0
dT T
dp dT Rg p cp0 T
dT ds
T cp0
3. isothermal process 定温过程（自学）
等边双曲线
7
定容
定压
定温
多变指数
过程方程 v 常量 p 常量 pv 常量
1.definition：其过程方程式符合 pvn 常量 的热力过
程，即称为多变过程。
2.special case： 当n 0时，pv0 p 常量 定压过程 当n 1时，pv 常量 定温过程 当n 时，pv 常量 定熵过程 当n 时，p1 nv p0v v 常量 定容过程
cn 20
※
定容
定压
定温
定熵
多变
多变指数
0
1
k
n
过程方程 v 常量 p 常量 pv 常量 pv 常量
pvn 常量
p、v、t 关系
p2 T2 p1 T1
v2 T2 v1 T1
v1 p2 v2 p1
k 1
k 1
n1
n1
T2 T1
v1 v2
p2 p1
k
T2 T1
v1 v2
p2 p1
n
Δs
)(
1)
/
]
1 n 1
p1v1[1
(
p2 p1
)(n1)/ n
]
技术功 wt v( p1 p2 )
0
w12
wt w12
wt nw12
热量
q12 cV 0 (T2 T1)q12 cp0 (T2 T1)
q12
RgT
ln
v2 v1
RgT
ln
p1 p2
0
多变比热
cv0
cp0
0
q12 cn (T2 T1)
3
§4-1 conspectus (热力过程分析概述)
热力过程公式表
多变指数 过程方程
定 定 定 绝热
多
容 压 温 （定熵）
变
基本状态参数关系式
Δu、Δh、 Δs
容积变化功 技术功 热量 过程比热容
4
§4-2 定压、定温、定容热力过程
1.isochoric process (定容过程) （自学）
p2 p1
v2 T2 v1 T1
s
cp0
ln
T2 T1
cp0
ln
v2 v1
w12 p(v2 v1)
0
Rg (T2 T1)
v1 p2 v2 p1
k 1
k 1
T2 T1
v1 v2
p2 p1
k
s
Rg
ln
v2 v1
Rg ln
p1 p2
0
w12
RgT ln
v2 v1
w12
Rg -1
(T1
T2
(1)热量：q12 u w12
cv0
(T2
T1 )
Rg n 1
(T1
T2
)
n
cv0 n 1 (T2 T1)
cn (T2 T1)
令多变比热容为
cn
cv0
n
n 1
(2)熵变：s
s2
s1
cn
ln
T2 T1
15
4.状态参数坐标图：
※ n值顺时针方向增大 ※ 能量转换情况的定性分析
16
能量转换情况的定性分析依据
6.容积变化功:
w12 u
cv0
(T1
T2
)
Rg
-1
(T1
T2
)
1 1 ( p1v1
p2v2 )
1 1
p1v1[1
(
p2 p1
)(
1) /
]
10
7.技术功：wt h cp0 (T1 T2 ) cv0 (T1 T2 ) w12
8.热量：q12 0 9.状态参数坐标图：
高次双曲线
※ 斜率
dv v
s
s2
s1
cv0
ln
T2 T1
Rg
ln
v2 v1
s s2 s1
cp0
ln
T2 T1
Rg ln
p2 p1
s s2 s1 cv0 ln
p2 p1
cp0 ln
v2 v1
2
Chapter Four
Thermodynamic Processes of Ideal Gas 理想气体的热力过程
p、v、t 关系
Δs
p2 T2 p1 T1
s
cv0 cv 0
ln ln
T2 Tp12 p1
v2 T2 v1 T1
s
cp0
ln
T2 T1
cp0
ln
v2 v1
v1 p2 v2 p1
s
Rg
ln
v2 v1
Rg ln
p1 p2
容积变化功
w12
p(v2
v1)
w12
RgT
ln
v2 v1
0
Rg (T2 T1)
RgT ln
p1 p2
技术功
热量
wt v( p1 p2 )
0
w12
q12
RgT
ln
v2 v1
q12 cv0 (T2 T1) q12 cp0 (T2 T1)
RgT
ln
p1 p2
多变比热
定熵
多变
8
§4-3 adiabatic process (绝热（定熵）热力过程)
※绝热与定熵的关系
1.过程方程：pv 常量
a.判断 w的正负 看定容线 w pdv b.判断 q 的正负 看定熵线 q Tds c.判断 u、h的正负 看定温线
du cv0dT、dh cp0dT d.判断 wt 的正负 看定压线 wt vdp
17
5. polytropic exponent n如何求多变指数
方法一：由功和热的计算
0
1
k
n
过程方程 v 常量 p 常量 pv 常量 pv 常量
pvn 常量
p、v、t 关系
p2 T2 p1 T1
v2 T2 v1 T1
v1 p2 v2 p1
k 1
k 1
n1
n1
T2 T1
v1 v2
p2 p1
k
T2 T1
v1 v2
p2 p1
n
Δs
s
cV 0
ln
T2 T1
cV 0 ln
p2 p1
s
cp0
ln
T2 T1
cp0
ln
v2 v1
s
Rg
ln
v2 v1
Rg ln
p1 p2
0
容积变化功
0
w12 p(v2 v1)
w12
RgT ln
v2 v1
w12
Rg -1
(T1
T2
)
w12
Rg n -1
(T1
T2 )
Rg (T2 T1)
RgT ln
p1
p2
1 1
p1v1[1
(
p2 p1
)
RgT ln
p1
p2
1 1
p1v1[1
(
p2 p1
)(
1)
/
]
技术功 wt v( p1 p2 )
0
w12
wt w12
热量
q12 cv0 (T2 T1) q12 cp0 (T2 T1)
q12
RgT
ln
v2 v1
RgT
ln
p1 p2
0
多变比热
多变
12
§4-4 polytropic process (多变过程)
w12
Rg n -1
(T1
T2 )
n
1 1
p1v1[1
(
p2 p1
) ( n1) /
n
]
18
方法二： pvn 常量C
ln p nln v ln C ln p nln v ln C
Y aX b
Y aX b
n lnp2 lnp1 lnv2 ln v1
19
※
定容
对于理想气体：
V p
( p V
)S
pv 常量
2.过程中状态参数之间的关系：
k
p2 p1
v1 v2
k 1
k 1
T2 T1
v1 v2
p2 p1
k
9
3.熵变：s s2 s1 0
2
4.热力学能变化：u 1 cv0dT cv0 (T2 T1)
5.焓变：h
2
1 cp0dT
cp0 (T2 T1)
p1 p2
0
多变比热
cv0
cp0
0