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1、工程热力学课程教案 郑州轻工业学院 张文慧* 本课程教材及主要参考书目： 教材：沈维道、童钧耕主编，工程热力学（第四版），高等教育出版社，2007.6. 手册： 严家騄、余晓福著，水和水蒸气热力性质图表，高等教育出版社，1995.5.实验指示书： 郑州轻工业学院编，工程热力学实验指导书，2007.参考书： 沈维道、蒋智敏、童钧耕编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2001.6.何雅玲编，工程热力学精要分析及典型题精解，西安交通大学出版社，2000.4.毕明树、周一卉编，工程热力学学习指导，化学工业出版社，2005.7.曾丹苓、敖越、张新铭、刘朝编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2
2、002.12. 廉乐明、李力能、吴家正等编，工程热力学（第四版），中国建筑工业出版社，2000.12.绪论（2学时） 1. 教学目标及基本要求 从人类用能的历史和能量转换装置的实例中认识理解：热能利用的广泛性和特殊性；工程热力学的研究内容和研究方法；本课程在专业学习中的地位；本课程与后续专业课程乃至专业培养目标的关系。 2. 各节教学内容及学时分配 0-1 热能及其利用（0.5学时） 0-2 热力学及其发展简史（0.5学时） 0-3 能量转换装置的工作过程（0.2学时） 0-4 工程热力学研究的对象及主要内容（0.8学时） 3. 重点难点 工程热力学的主要研究内容；研究内容与本课程四大部分（特
3、别是前三大部分）之联系；工程热力学的研究方法 4. 教学内容的深化和拓宽 增加能量转换装置的工作过程一节；热力学基本定律的建立；热力学各分支；本课程与传热学、流体力学等课程各自的任务及联系；有关工程热力学及其应用的网上资源。 5. 教学方式 讲授，讨论，视频片段 6. 教学过程中应注意的问题 特别注意：本课程作为热能与动力工程专业学生进入专业学习的第一门课程（专业基础课），要引导学生的学习兴趣和热情。另，用例应尽量采用较新的事实和数据。 7. 思考题和习题 思考题： 1.打开冰箱能制冷整个房间吗？（图1所示）图1：打开冰箱凉快一下！2.工程热力学的宏观研究方法与微观方法的比较 3.现在社会上流
4、行的“无氟冰箱”真的“无氟”吗？作业：（短文，一、二页即可）网络文献综述能源利用与工程热力学 8. 师生互动设计 讲授中提问并启发讨论： 从本课程教材的目录看，对于工程热力学的研究内容有没有一个初步的认识（可以“猜想”）？ 知道热力学第一、第二定律吗？第三、第零定律呢？ 请举例并比较：宏观研究方法和微观研究方法。 你认为你（本专业的学生）将来会“干什么”？ 9. 讲课教案（提纲）、板书设计 绪论 0-1 热能及其利用 视频片段：人类用能历史 能源为人类生产与日常生活提供各种能量和动力的物质资源 自然能源风能，水能，太阳能，地热能，潮汐能，核能，燃料化学能等 可见：从自然能源中获取能量的主要形式
5、是热能（仅风能、水能、潮汐能是机械能形式指流体的动能和位能） 热能利用的两种基本方式： 直接利用举例和请学生举例 间接利用举例和请学生举例 提问：思考题1.打开冰箱能制冷整个房间吗？（图1所示）0-2 热力学及其发展简史 发展简史18世纪中叶，蒸气机出现，开始热功（机械能）研究； 第一类永动机不成功，总结出Law I； 【举例：饮水鸟(图2)】 图2：饮水鸟焦耳实验，有了热功当量概念，开始形成热力学；第二类永动机不成功，总结出Law II； 【举例：咖啡冷却过程（图3）和摩擦生热（图4）】 图3：咖啡冷却过程 图4：摩擦生热1912年，研究低温现象，Law III（“0 K达不到”）； 加上L
6、aw 0（关于热平衡概念，温度概念及温标建立） 四个基本定律，构成热力学的理论基础。 随着生产发展，热力学形成已一百多年，作为经典热力学，已很成熟。 热力学分支：理论热力学，工程热力学，统计热力学，化学热力学，非平衡热力学，生物热力学甚至用热力学理论于社会学/经济学方面。 0-3 能量转换装置的工作过程 视频片段：蒸汽发电厂 幻灯片播放：热机工作示意图（图5） 图5：热机工作示意图0-4 工程热力学研究的对象及主要内容 一、研究对象 热力学研究热现象与物质热运动有关的现象。 热运动的广泛性和特殊性： 热运动无时无处不在，人类利用热能历史悠久（直接，或转换为其它形式）。 热能为一方，其它所有非热
7、能形式能量为另一方（机、声、光、电、磁等），可相互转换。转换前后数量相等（Law I：能量转换与守恒）。 但机械能等可100%地、无代价地转换为热能，反之则不然（Law II：热过程之方向性）。例：汽车排尾气；现代火电厂热效率仅40% 二、研究内容 1热能与其它能量间相互转换的基本规律主要Law I、II，此乃本课程主要内容。 2工质的热力性质能量的利用/转换，需通过工作物质即工质及热力设备来完成。 3提高热力设备效率的途径从工程实际应用来说，此为最终目的。 4. 化学热力学基础* 请学生对照教材的目录，体会工程热力学的研究内容（尤其是前三大部分）：热力学基本定律；工质热力性质；（热力设备中的
8、）热力过程及循环；化学热力学基础。 提问：思考题3.现在社会上流行的“无氟冰箱”真的“无氟”吗？三、研究方法 可有二种研究方法微观的和宏观的。 工程热力学用宏观的研究方法。 优点可靠：以大量观察/实验所得经验定律为依据，故只要推论无误，则结论亦可靠。而经验定律是大量经验（观察/实验）之归纳总结，其可靠性体现在至今未有反例。 缺点不能说明其所以然（何以“守恒”？何以有“方向性”？）；应用有局限：上不能推广至茫茫宇宙，下不能深入至物质内部个别分子/原子的表现看不到，去不了，无经验。 统计热力学则恰可弥补其缺点可说明“所以然”。但也有缺点：与物质结构模型有关，而模型是近似的。 例：判断人的健康：可宏
9、观体温等；也可微观化验等 提问：思考题2.工程热力学的宏观研究方法与微观方法的比较四、课程与本专业的关系 热能与动力工程专业培养目标德智体全面发展，掌握现代能源科学、信息科学和管理科学技术，在热能与动力工程领域从事设计、运行、控制、信息处理、环境保护、清洁能源利用和新能源开发等工作的基础扎实、知识面广、创新能力强的复合型人才。摘自郑州轻工业学院热能与动力工程本科培养方案 工程热力学是热能与动力工程专业（以及其他相关专业）主要的专业基础理论课之一（另两门同类课程：工程流体力学、传热学） 五、单位制 国际单位制SI。 法定计量单位以SI为基础。 SI与公制/英制间的换算，也需有所了解/应用。 六、本课程的学习方法建议 根据本课程是一门专业基础理论课程的特点，建议在学习中 掌握几个“基本”：基本概念，基本定律，基本方法，基本应用。 抓好几个环节：预习/听课；笔记/复习；习题/小结。