西安交通大学 “热工基础”课程教学大纲
热工基础教学大纲
热工基础教学大纲一、课程概述本课程是介绍热力学相关的知识，包括热力学基本概念、状态方程、热力学第一定律和第二定律以及热力学循环等。
本课程着重讲解热力学基本概念和定律，为学生深入理解热力学的应用奠定基础。
二、教学要求1.掌握热力学的基本概念、状态方程、热力学第一定律和第二定律等基础知识；2.掌握热力学循环的原理与应用；3.能够应用所学知识解决基本的热力学问题。
三、教学内容及教学进度章节节数教学内容第一章热力学基本概念2热力学基本概念、热力学系统、过程、平衡及稳定第二章热力学第一定律（能量守恒定律）4热力学第一定律、状态方程、热容量和焓第三章热力学第二定律（熵增原理）4热力学第二定律、熵及其计算方法、可逆过程第四章热力学循环2反应炉及其热力学工作循环、蒸汽章节节教学内容数动力循环第五章热力学应用4理想气体循环、真实气体循环、计算机辅助热力学注：教学进度为每周2节课，共计16周。
四、教学方法1.讲授：授课教师将内容详细、透彻地讲解并通过图像予以说明，重点突出，简明扼要，注重理论联系实际；2.练习：由教师在课堂上布置练习题并解答，或将一定量的习题要求学生在课后认真完成，并将重点、难点、疑点向学生重点解释；3.实验：通过热学实验环节，让学生进一步了解热力学内容和知识，拓展学生的视野，提高实践能力；4.讨论：设置问题讨论环节，让学生独立思考、吸收知识、借鉴他人经验，培养学生积极参与、独立思考、团队合作、创新意识的能力；5.课外拓展：鼓励学生通过书籍、网络和其他渠道了解热力学基础知识的应用和前沿领域的发展，提高学生的自主学习能力。
五、考核办法1.平时表现：课堂练习和实验成绩占平时成绩的30%；2.期中考试：占总成绩的30%；3.期末考试：占总成绩的40%。
六、参考教材1.《热力学基础》（第四版）马紫良、周相忠、李荣华、李忠著，高等教育出版社，2018年；2.《热力学》（第八版）郭仁言、张皖民、林同喜、周雪苹编著，清华大学出版社，2021年；3.《工程热力学》（第四版）侃夫著，中国电力出版社，2018年。
《热工基础》课程大纲
《热工基础》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程性质工程热力学和传热学是研究与分析热机和常用热力设备（动力装置、制冷装置等）热能转换规律、性质的理论依据，也为识别和判断车辆复杂工程问题提供理论分析的实用、有效方法。
《热工基础》课程已经成为机械类、交通运输类、土建类、车辆类专业的必修或选修专业课程之一。
通过本课程的学习，使学生掌握工程热力学的基本定律、基本热力过程和循环的分析计算方法以及常用热力设备的工作原理；通过传热学的学习，使学生掌握传热学的基本概念、基本理论及基本分析和实验研究方法，为今后分析、研究、处理、解决实际的车辆工程应用问题奠定必要的技术理论基础。
本门课程内容涉及面广，公式计算类知识点偏多，学习时应以理解和灵活应用为主，掌握相关的理论、定律及公式，并结合工程实践应用进行理论分析，培养学生理论联系实际和解决实际问题的能力。
三、课程目标（一）总体目标：本课程内容涵盖热力学第一及第二定律、理想气体的性质与热力过程、水蒸气与湿空气、热量传递的基本方式、导热、对流换热等内容，教学过程中要注意与先修课程基础知识的联系。
通过本课程的学习，能够培养学生的工程意识，培养和提高学生理论联系实际、分析问题、解决问题的能力，并掌握工程热力学和传热学的相关知识及应用。
（二）课程目标：课程目标1：掌握工程热力学和传热学中的基本概念、理论、分析计算方法、常用热力设备的工作原理等。
结合数学与自然科学的基本概念、基本理论，能对工程热能的转换和传递问题进行描述、计算。
课程目标2：掌握工程热力学和传热学中的实验研究方法。
并结合数学与自然科学的理论，能对工程中热能的转化和传递问题进行实验分析、研究和求解。
课程目标3：将理论知识点应用于工程实际，以解决工程实际中有关热能和机械能相互转换和传递的能量分析计算和不可逆分析计算，具备相关的计算能力。
并运用所学科学原理、理论，识别、判断及分析车辆专业的工程实际问题。
（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求1和毕业要求2：观测点1-2.能够运用数学与自然科学的基本概念和语言对工程问题进行合理描述。
西安交通大学本科课程-热工基础-03第三章 热能转换物质的热力性和热力过程
2、理想气体的定压比热容和定容比热容 应用第一定律，并假定过程可逆则有： q du pdv q dh vdp
cv ( cp ( δq dT δq dT )v ( )p ( du pdv dT dh vdp dT )( )( u T h T )v )p ( 3 10 ) ( 3 11 )
一 研究热力过程的目的及一般方法
1、目的 揭示过程中工质状态参数的变化规律以及能量转换情 况，进而找出影响转化的主要因素。 2、一般方法 (1)、对实际热力过程进行分析，将各种过程近似地概括 为几种典型过程，即定容、定压、定温和绝热过程。为 使问题，暂不考虑实际过程中的不可逆的耗损而作为可 逆过程。
i
Δh i (T )
(3)、混合气体的熵
S
S
i
s
s
i i
s i f (T , p i )
d si c pi dT T R g ,i d pi pi dp i pi
ds
( c
i
dT
pi
T
) ( i R g ,i
)
(3 51)
请看思考题
第二节
理想气体的热力过程
(2)、用简单的热力学方法对四种基本热力过程进行分析计算。 (3)、考虑不可逆耗损再借助一些经验系数进行修正。
本章分析理想气体热力过程的具体方法 1)、根据过程特点确定过程方程式，得到 p=f (v). 2)、用过程方程和状态方程，计算初、终态参数。 3)、在p-v、T-s图上画出过程曲线。 4)、确定工质的初、终态比热学能、比焓、比熵的变化。 5)、计算过程中膨胀功、技术功和过程热量。 本节研究理想气体的可逆过程。
《热工学基础》教学大纲
天津国土资源和房屋职业学院课堂教学大纲课程名称：热工学基础课程代码：使用专业：物业设施管理（智能建筑方向）执笔者：孟超系（部）主任签字：制定日期：2014 年 1 月修订日期：年月《热工学基础》课程教学大纲课程代码：课程名称：热工学基础课程类别：职业基础课适用专业：物业设施管理（智能建筑方向）总课时数：48 执笔人：孟超编写日期：2014 年 1 月 20 日审核人：郝江霞一、适用专业本教学大纲适用于土建类建筑设备类专业，本大纲的教学对象是高职学院物业设施管理专业三年制学生。
二、教学目的和要求1.教学目标本课程以掌握基本概念为主要目的，立足于工程实际，培养学生认识问题、分析问题、基本解决问题的能力。
帮助学生基本掌握热工学基础知识，了解提高其热效率的基本途径和方法，并能应用所学的知识，对简单问题进行计算，为学习专业知识奠定必要的热力分析与热工计算的理论基础和基本技能。
2.教学要求通过学习热工学基础这门专业基础课，应达到下列基本要求：（1）掌握工质气体状态参数、理想气体状态方程，并能进行气体基本热力过程的分析和简单计算；（2）掌握热力学第一定律的实质及其能量方程的应用；（3）掌握热力学第二定律的实质和意义；（4）掌握卡诺循环及卡诺定律、热泵的理论基础；（5）了解水蒸气的热力性质及相应的图表，并能应用这些图表进行简单热力过程的分析和计算；（6）理解气体和蒸汽的节流、气体压缩与制冷循环的基本原理及工程应用；（7）理解导热、对流、辐射三种基本热量传递方式的基本定律及应用；（8）掌握稳态导热、简单非稳态导热、对流换热、辐射换热的简单计算；（9）了解平壁、圆筒壁、肋壁稳定传热的计算方法；（10）了解传热增强与削弱的方法与措施；（11）理解换热器的类型、换热原理、基本构造；（12）掌握换热器的性能评价与选用计算；（13）了解建筑物相关热工学的基本原理，强化对建筑热工学与土建施工之间的关系。
三、教学内容和要求（一）绪论1.主要内容课程的性质和任务；课程研究对象及主要内容；热能及其利用；课程与专业的关系。
《热工学基础》实验教学大纲
《热工基础》实验教学大纲课程编号：课程名称：热工基础热工基础//pyrology 实验总学时数：2一、实验教学的目的和任务1.1.实验教学的目的实验教学的目的实验教学的目的本实验针对《热工学》课程，对该课程所学内容进一步巩固，培养学生的实际动手能力。
际动手能力。
2.2.实验教学的任务实验教学的任务实验教学的任务实验的目的是了解热传导及传热过程的物理现象和测量原理，掌握相关测试设备、仪器的使用方法。
设备、仪器的使用方法。
二、实验项目及学时分配序号实 验 项 目 名 称 实验学时 实验类型 开出要求 1球壁导热系数测定球壁导热系数测定 1 单项单项 必做必做 2 传热系数测定传热系数测定1 单项单项 必做必做三、每项实验的内容和要求1.1.球壁导热系数实验球壁导热系数实验球壁导热系数实验目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律的基础上，本实验的目的是了解热传导现象的物理过程，学习用稳态法测量导体的导热系数；测量多孔性材料、量多孔性材料、保温材料、保温材料、保温材料、建筑材料随温度变化时导热系数的变化。
建筑材料随温度变化时导热系数的变化。
建筑材料随温度变化时导热系数的变化。
掌握对热电掌握对热电偶的标定及使用。
偶的标定及使用。
2．传热系数的测定．传热系数的测定掌握对流传热系数α及总传热系数K 的测定方法；; 加深对对流传热系数α和总传热系数K的概念及影响因素的理解；掌握测定换热器传热系数k的实验原理。
了解实验装置，熟悉空气流速及管壁温度的测量的方法,掌握测量仪器仪表的使用方法。
四、实验改革与特色通过实验理论联系实际，提高学生对导热、对流、辐射、传热等知识点的认识，使其易于理解、加深和巩固课堂所学的知识，为后续课程的学习打下基础。
西安交大热工基础课件
热与流体研究中心
28
4. 状态参数熵
定义ds
( q
T
)r
为状态参数熵的微分
p ab A
用一组可逆绝热线，把它分
割成无限多种微元循环，每个微 元循环都是可逆旳。
1 dc
O
2
B
v
热与流体研究中心
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pA
q1 b
• a•
• 1
对任意微元循环abcda：
2 •
•c •d q2 q2
B v
吸热：q1，温度为T1
理想气体等温膨胀
T
Q
W
多种说法等效
热与流体研究中心
9
热力学第二定律多种表述旳等效性：
QL QL
QH
热源：失去 QH QL QH QL QO WOt
外界：得到 WO
QL
冷源：失去 QL QL 0
TH WO QL TL
总效果：从单一热源吸热 Q1 Q2 Qnet
பைடு நூலகம்
全部转变为功
Wnet
Ex,Q
Q(1
T0 T
)
En,Q
Q T0 T
热与流体研究中心
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3. 多热源旳可逆循环
1. 热源多于两个旳可逆循环
任意可逆循环，如左图之1H2L1。
T
H
•
•2 1•
L• s
吸热过程： 1H2，工质温度变化，为可逆，
需热源温度时时与工质相等，这么就 要有无限多种热源。
放热过程： 2L1，无限多种冷源。
第三节 热力学第二定律
热与流体研究中心
1
一、热力过程旳方向性
温差传热
A
QA
B
[政史地]西安交大热工基础课件
![[政史地]西安交大热工基础课件](https://img.taocdn.com/s3/m/9bbb270f53ea551810a6f524ccbff121dd36c5f7.png)
与传热方程式相对应，可以得到在该传热过程中传热系数 的计算式。
7
第七页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
k
1
1
1
h1 h2
h1 h2
tf1
tf2
说明:（1）h1和h2为复合换热表面传热系数 （2）两侧面积相等
8
kAtm
注意
36
第三十六页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
1 简化模型
以顺流情况为例
假设：
• 冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2、c1
是常数； • 传热系数是常数； • 换热器无散热损失； • 换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
d qm1c1 dt1 d qm2c2 dt 2
dt dt1 dt2
dt1
1 qm1c1
d
dt 2
1 qm2c2
d
dt
1 qmhch
1 qmccc
d
d
d k dA t
39
第三十九页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
dt d k dA t
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
k Ax
40
第四十页，共61页。
西安交大热工基础课件
热与流体研究中心 36
热工基础
（2）压力 p 物理中压强，单位: Pa , N/m2 常用单位：
1 bar = 105 Pa 1 MPa = 106 Pa 1 atm = 760 mmHg = 1.013105 Pa 1 mmHg =133.3 Pa
热与流体研究中心
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热工基础
压力的测量
热与流体研究中心
热工基础
第二章热能转换的基本概 念和基本定律
热与流体研究中心
1
热工基础
本章基本要求
掌握工程热力学中一些基本术语和概念：热 力系、平衡态、准平衡过程、可逆过程等。 掌握状态参数的特征，基本状态参数p、v、 T 的定义和单位等。掌握热量和功量这些过 程量的特征，并会用系统的状态参数对可逆 过程的热量、功量进行计算。 了解工程热力学分析问题的特点、方法和步 骤。
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热工基础
绝对压力与相对压力
当 p > pb
当 p < pb
表压力 pg 真空度 pv pg
P Pg P b
p pb pv
p
pv
pb p
热与流体研究中心 39热工基础Fra bibliotek环境压力与大气压力
环境压力指压力表所处环境 注意：环境压力一般为大气压，但不一定。 大气压随时间、地点变化。 物理大气压 1atm=760mmHg 当h变化不大，ρ常数 1mmHg=ρgh=133.322Pa 当h变化大，ρ ρ(h)
热平衡状态：系统的温差消失的平衡状态 力平衡状态，化学势平衡状态
系统内部与外界之间平衡势差消失 系统平衡
平衡的本质：不存在不平衡势
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热工基础
平衡与稳定 稳定：参数不随时间变化
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西安交通大学
“热工基础”课程教学大纲
英文名称：FUNDAMENTS OF THERMODYNAMICS AND HEAT TRANSFER
课程编码：ENPO2103
学时： 48 学分：2.5
适用对象：机械工程与自动化、材料科学与工程、飞行器设计与工程、飞行器制造工程和工程力学等本科生 先修课程：高等数学，大学物理
使用教材及参考书：
教材
《热工基础与应用》(第二版) 傅秦生 赵小明 唐桂华. 北京：机械工业出版社，2007
参考书
《热工基础》 张学学，李桂馥. 北京：高等教育出版社 2000
《传热学》（第四版） 杨世铭 陶文铨. 北京：高等教育出版社 2006
《工程热力学》 刘桂玉 刘志刚 阴建民 何雅玲. 北京：高等教育出版社 1998
一、课程性质、目的及任务
热工基础是讲授热能与机械能相互转换基本理论和热量传递规律，以提高热能利用完善程度的一门技术基础课，是机械学院机械工程与自动化专业、材料学院材料科学与工程专业、航空航天学院飞行器设计与工程专业、飞行器制造工程专业和建力学院工程力学等专业的一门必修课程。
本课程为学生学习有关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,如：热能和机械能的相互转换，热量传递，温度场和材料热应力分析，耗散结构和有关本构结构、热力耦合问题的解决等。
通过本课程学习，应该使学生掌握包括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训练和解决有关热工工程问题的基本能力。
同时还应为学生对热学科的建模和问题的处理奠定基础。
二、教学基本要求
1．掌握热能和机械能相互转换的基本规律，以解决工程实际中有关热能和机械能相互转换的能量分析计算和不可逆分析计算；
2．掌握包括理想气体、蒸气和湿空气在内的常用工质的物性特点，能熟练应用常用工质的物性公式和图表进行物性计算；
3．掌握不同工质热力过程的基本分析方法，能对工程热力过程进行计算，具有解决实际工程中有关热能转换的能量分析和计算能力；
4．掌握包括导热、对流换热、辐射换热三种热量传递方式的机理，进而掌握热量传递的基本规律和基本理论；5．能对较简单的工程传热问题进行分析和计算，具有解决较简单的传热问题，尤其解决是与力学分析有关的传热问题的能力；
三、教学内容及要求
第一章能源概论
1.内容: 能源和热能利用的基本知识：本学科研究对象，主要内容和方法。
2.要求：使学生掌握本学科的研究概况；了解能源和热能利用的概况，能源利用和社会、经济可持续发
展的关系，节能的重大意义；正确认识、理解本课程与专业的关系。
第二章热能转换的基本概念和基本定律
第一节热能转换的基本概念
1.内容:热力系与工质；状态与状态参数；热力参数坐标图；热力过程和热力循环。
2. 要求：要求学生正确理解热能转换中常用的一些术语，基本概念。
应使学生掌握热力系及其分类，平衡状态和状态参数，状态参数的数学特征。
对于热力过程着重讲明可逆过程。
使学生了解热力循环及其性能指标。
第二节热力学第一定律
1.内容:热力学第一定律的实质；储存能，热力学能和焓；闭口系的能量方程；稳定流动的能量方程。
2. 要求：热力学第一定律是全书的重点之一和热工计算基础。
应透彻讲清闭口系与稳定流动系的能量方程。
讲清焓的概念。
使学生掌握热力学第一定律的实质，重点掌握如何利用能量方程解决实际工程中能量转换问题。
第三节热力学第二定律
1. 内容:热力过程的方向；热力学第二定律及其表述；卡诺循环和卡诺定理；状态参数熵；熵增原理；能量的品质与能量贬值原理。
2. 要求：使学生掌握热力学第二定律不同表述的内涵。
掌握卡诺循环和卡诺定理及其意义。
使学生理解熵参数的内涵。
通过熵增原理使学生重点掌握熵产的计算分析，并判断过程的不可逆性。
了解能量贬值原理的实质。
第三章热能转换物质的热力性质和热力过程：
第一节物质的三态及相变过程
1. 内容：物质的p-v-T图，三种集态及相变过程。
p-T相图，三相点。
2. 要求：使学生了解物质的三态及相变过程，掌握三相点的特点。
第二节理想气体的热力性质和热力过程
1. 内容：理想气体的状态方程，理想气体的比热容。
理想气体的热力学能，焓和熵的计算分析。
混合气体热力性质简介。
理想气体的四个基本热力过程和多变过程。
2. 要求：使学生掌握利用理想气体的状态方程计算理想气体的基本状态参数，掌握理想气体的比热容，理想气体的热力学能，焓和熵的计算。
了解混合气体热力性质。
掌握理想气体的基本热力过程和多变过程的过程方程、基本状态参数间的关系、热量和功量的计算，掌握理想气体的热力过程在p-v和T-s图上的表示和分析。
第三节蒸气热力性质和热力过程
1. 内容：蒸气热力性质的特点、术语；蒸气热力性质图表及其应用；蒸气热力过程的分析和计算。
2. 要求：使学生掌握蒸气热力性质的特点，掌握利用蒸气热力性质图表进行蒸气状态参数的查算；对于蒸气过程的分析和计算应讲清解题步骤，使学生能利用蒸气热力性质图表根据热力学第一和第二定律进行蒸气热力过程的分析和计算。
第四节湿空气
1. 内容：湿空气的概念；湿空气的状态参数；焓－湿图及其应用。
2. 要求：掌握湿空气状态参数的物理意义，能利用解析式和焓－湿图计算湿空气的状态参数，了解湿空气基本热力过程的分析计算。
第四章热量传递的基本理论
第一节热量传递的三种基本方式简介
1. 内容：导热，对流换热和辐射换热三种热量传递的基本方式简介。
2. 要求：使学生了解热量传递的三种基本方式及其特点。
第二节导热
1. 内容：傅里叶定律；温度场及导热系数；导热微分方程及定解条件；通过平壁及圆筒壁的导热、热阻。
通过肋片的导热。
非稳态导热的特点；一维非稳态导热过程分析求解，诺漠图；简单形状物体的一维非稳态问题工程计算；集总参数法。
2. 要求：使学生掌握傅里叶定律；了解二维无内热源导热微分方程；重点掌握温度场的求解，通过平壁和圆筒壁的稳态导热计算公式。
掌握热阻概念及其应用；学生掌握简单形状物体的非稳态问题工程计算方法和集总参数法。
第三节对流换热
1. 内容：对流换热概说，牛顿公式与影响对流换热表面传热系数的因素；速度边界层和温度边界层概念；量纲分析与准则方程式；管内强制对流换热的特征及实验关联式；外掠单管、管束强制对流的特征实验关联式；大空间自然对流换热的特征及其实验关系式；有相变的对流换热的特征及其实验关系式。
2. 要求：掌握牛顿公式及影响对流换热的各种因素，掌握边界层概念及准则方程式的意义和应用。
使学生重点掌握选用合适的准则方程进行强制对流换热和自然对流换热的计算。
了解有相变的对流换热的特征。
第四节辐射换热
1. 内容：热辐射的本质与特征；热辐射的基本定律；黑体间的辐射换热及角系数；灰体间辐射换热及网络法。
2. 要求：使学生掌握热辐射的本质与特征。
掌握斯蒂芬－波耳茨曼，基尔霍夫定律。
正确理解有效辐射、灰体和角系数的概念。
掌握利用网络图进行灰体间辐射换热的计算方法
第五章热工基础的应用
第一节压气机及气体的压缩
1.内容：压气机的工作原理和分类；压气机的耗功计算及省功节能的方法。
2.要求：使学生掌握活塞式压气机和叶轮式压气机的耗功计算，以及省功方法的热力学原理。
第二节燃气轮机装置及循环
1. 内容：燃气轮机装置及循环构成；燃气轮机循环的能量分析计算。
2.要求：使学生掌握燃气轮机装置的设备与循环流程；掌握燃气轮机循环的能量分析计算；能够分析影响燃气轮机循环热效率的主要因素。
第三节制冷装置及循环
1. 内容：蒸气压缩制冷装置及循环构成；蒸气压缩制冷循环的能量分析计算。
2.要求：使学生掌握蒸气压缩制冷装置的设备与循环流程；掌握蒸气压缩制冷循环的能量分析计算。
第五节换热器及其热计算
1. 内容：换热器及其分类；复合换热；传热过程与传热系数，传热的的增强与削弱。
换热器热计算的基本方程与设计方法。
2. 要求：使学生理解实际生产和生活中热量传递三种基本方式的组合作用。
掌握传热系数的组成，要求学生掌握通过平壁和圆筒壁的传热过程计算及增强传热和削弱传热的原则与手段，掌握换热器热设计的基本方法。
四、实践环节
1.模型室参观：热力学模型室及传热学模型室参观，1学时；
2.传热实验演示：1学时
（1）．温度计套管材料对测温误差的影响；
（2）．水平柱体四周自然对流换热的光学演示；
（3）．膜态沸腾演示。
3.自然对流换热实验：2学时
五、课内学时分配
章内容参考学时
1 能源概论(绪论) 2
2 热能转换的基本概念和
基本定律
10
3 热能转换物质的热力性质和
热力过程
8
4 热量传递的基本理论16
5 热工基础的应用8
六、课外学时分配
序号内容参考学时
1 能源概论(绪论) 2
2 热能转换的基本概念和
基本定律
16
3 热能转换物质的热力性质和
热力过程
10
4 热量传递的基本理论 20
5 热工基础的应用 10。