《热工基础》课程教学大纲

《热工基础》课程教学大纲
课程代码：020232041
课程英文名称：Fundaments of Thermodynamics and Heat Transfer
课程总学时：32 讲课：24 实验：8 上机：0
适用专业：能源与动力工程；车辆工程
大纲编写（修订）时间：2017.5
一、大纲使用说明；
（一）课程的地位及教学目标
热工基础是车辆工程专业的一门专业基础选修课，主要讲述热能与机械能相互转换的基本理论、热能合理利用和热量传递规律，为学生学习后续专业课程和将来解决热工领域的工程技术问题奠定坚实的基础。

通过本课程的学习，使学生掌握热力学和传热学两方面的热工理论知识，获得有关热科学的基本计算和解决有关热工工程问题的基本能力。

通过对本课程的学习，学生应达到以下基本要求：
1.正确理解热力系统、平衡和可逆等概念；
2.掌握热力学的基本定律；
3.掌握热力循环和热力过程的基本分析方法；
4.掌握热量传递的三种基本方式的概念和基本定律；
5.对典型的传热现象能进行分析和计算。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1.基本知识：掌握热力学系统、热力学平衡状态、可逆等基本理论知识；掌握热量传递的三种基本方式（导热、对流和辐射）的基本理论知识。

2.基本理论和方法：掌握热力学第一定律和第二定律的实质，建立能量守恒的概念；掌握导热、对流和热辐射换热的基本定律，并学会对传热过程进行解剖处理和分析计算的基本方法。

3.基本技能：通过对热力循环和热力过程的学习，能够把实际热工设备的工作过程进行相应的简化，并在此基础上应用热力学定律进行分析计算；能对强化传热和减少传热损失所采取的技术措施进行综合分析。

（三）实施说明
1.教学方法：本课程教学方式为课堂教学，在教学中应采用课堂讨论、提问等各种教学手段和方法，调动学生的思维、激发学生的学习兴趣，使学生对这门课有深刻的认识。

讲课过程中要联系实际，注重培养学生的创新能力。

2.教学手段：在教学中采用电子教案并播放相应的教学视频，加深对教学内容的理解，确保在有限的学时内，直观全面、高质量地完成课程教学任务。

（四）对先修课的要求
《高等数学》
（五）对习题课、实验环节的要求
部分章节留一些习题、大作业。

目的是通过此环节加深学生对所学内容的掌握，具体内容的选择基于对理论知识的理解和巩固,旨在培养学生独立解决问题的能力和创新能力。

（六）课程考核方式
1.考核方式：考查。

2.考核目标：考核学生对热力学系统、热力学平衡状态、可逆等基本理论知识的掌握程度；对热力学第一定律和第二定律的掌握程度；考核学生对热量的三种基本传递方式（导热、对流和辐射）的掌握程度。

3.成绩构成：平时考核占40%（考勤、提问、课堂表现等占30%；思考题、小测验、小论文占10%），最终理论考试占60%。

平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出；测验以思考题、小测验、小论文的形式表现按百分制给出；最终理论考试的考核方法可以是开卷与闭卷相结合、笔试与口试相结合，大论文与答辩相结合或者有关考试方法改革的其它形式。

（七）参考书目
《热工基础》，童钧耕，王平阳，叶强编，上海交通大学出版社，2016
《热工基础》，于秋红，鞠晓丽，郝晓文，张朝英编，北京大学出版社，2015
《热工基础》，王修彦，张晓东编，中国电力出版社，2013
二、中文摘要
本课程是车辆工程专业的一门专业基础选修课，通过该课程的学习，使学生掌握有关能量转换和热量传递规律方面的知识。

课程主要内容包括热力学系统、热力学平衡、可逆等基本概念；热力学第一定律和热力学第二定律；导热的基本概念及导热基本定律；对流换热的基本概念及牛顿冷却公式；辐射换热的基本概念及四次方定律。

三、课程学时分配表
四、教学内容及基本要求
第1部分热力学基本概念
总学时(单位：学时)：2 讲课：2 实验：0 上机：0
具体内容：
1）能量与能源；
2）热力系统、工质；
3）热力学状态及其基本状态参数；
4）过程量（功量和热量）的计算。

重点：
1）平衡状态、准平衡状态和可逆过程；
2）过程量（功量和热量）的计算。

难点：
1）平衡状态、准平衡状态和可逆过程；
2）过程量（功量和热量）的计算。

功量和热量的计算。

第2部分热力学第一定律
总学时(单位：学时)：4 讲课：4 实验：0 上机：0
具体内容：
1）焓的概念及热力学第一定律的实质；
2）热力学第一定律的基本能量方程式；
3）开口系统能量方程式一般表达式；
4）稳定流动能量方程式。

重点：
1）热力学第一定律的实质；
2）热力学第一定律的基本能量方程式；
3）稳定流动能量方程式。

难点：
1）功及稳定流动过程中几种功的关系；
2）能量方程式的应用。

习题：
1）热力学第一定律的基本能量方程的应用计算；
2）稳定流动能量方程的应用计算。

第3部分理想气体和实际气体的性质
总学时(单位：学时)：6 讲课：2 实验：4 上机：0
具体内容：
1）理想气体的概念，理想气体状态方程式，理想气体的比热容；
2）理想气体的热力学能、焓和熵；
3）实际气体的性质。

重点：
1）理想气体的热力学能、焓和熵；
2）理想气体状态方程用于实际气体的偏差；
3) 实际气体的状态方程式。

难点：
1）理想气体的热力学能、焓和熵；
2）理想气体状态方程用于实际气体的偏差。

习题：
理想气体的热力学能、焓和熵的计算。

实验1: 气体定压比热测定实验；
实验2: 二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系。

第4部分热力学第二定律
总学时(单位：学时)：4 讲课：4 实验：0 上机：0
具体内容：
1）热过程的方向性与热力学第二定律的表述；
2）卡诺循环、卡诺定理；
3）状态参数熵的导出；
4）热力学第二定律的数学表达式；
5）不可逆绝热过程的熵增。

1）卡诺循环、卡诺定理；
2）热力学第二定律的数学表达式。

难点：
1）卡诺循环、卡诺定理；
2）热力学第二定律的数学表达式。

习题：
热力学第二定律的数学表达式。

第5部分导热
总学时(单位：学时)：6 讲课：4 实验：2 上机：0 具体内容：
1）导热基本定律及导热微分方程式；
2）定解条件；
3）通过平壁、圆筒壁导热的温度场及导热量的计算；
4）非稳态导热过程的特点及类型；
5）零维问题的分析法—集中参数法。

重点：
1）导热基本定律及导热微分方程式；
2）通过平壁、圆筒壁导热的温度场及导热量的计算；
3）零维问题的分析法—集中参数法。

难点：
1）通过平壁、圆筒壁导热的导热量计算；
2）零维问题的分析法—集中参数法。

习题：
1）单层平壁、多层平壁、单层圆筒壁的导热量的计算；
2）零维问题的分析法—集中参数法的导热计算。

实验：
稳态平板法测定绝热材料导热系数实验。

第6部分对流换热
总学时(单位：学时)：6 讲课：4 实验：2 上机：0 具体内容：
1）对流换热概说及对流传热问题的数学描写；
2）流体外掠平板传热层流分析解；
3）相似原理与量纲分析；
4）特征长度、特征速度、定性温度的概念；
5）管槽内强制对流换热；
6）外部强制对流换热；
7）大空间内自然对流传热；
8）相变对流传热。

重点：
1）特征长度、特征速度、定性温度的概念；
2）管槽内强制对流换热；
3）外部强制对流换热；
4）大空间内自然对流传热。

1）管槽内强制对流换热；
2）外部强制对流换热；
3）大空间内自然对流传热。

习题：
1）管槽内强制对流换热计算；
2）外部强制对流换热计算；
3）大空间内自然对流传热计算。

实验：
强迫对流单管管外放热系数测定实验。

第7部分辐射换热
总学时(单位：学时)：4 讲课：4 实验：0 上机：0 具体内容：
1）热辐射的基本概念；
2）黑体热辐射的基本定律；
3）实际物体的辐射特性和基尔霍夫定律；
4）辐射换热的计算。

重点：
1）黑体热辐射的基本定律；
2）实际物体的辐射特性和基尔霍夫定律；
3）辐射换热的计算。

难点：
1）黑体热辐射的基本定律；
2）实际物体的辐射特性和基尔霍夫定律；
习题：
辐射换热的计算。