工程热力学课堂教学doc.docx
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工程热力学课堂教学doc
工程热力学课堂教学
设计教案
课程名称：
工程热力学
EngineeringThermodynamics
课程性质：
技术（专业）基础课
课程学时：
70学时
课堂讲授64学时
实验6学时
授课对象：
能源学院热能动力工程专业
授课学期：
秋季学期
考试方式：
累加式考试计分法
作业10分
小论文10分
期中考试10分
实验10分
期末考试60分
设计教师：
杨玉顺
********
设计时间：
2006年7月
我研究过的六种《工程热力学》教材
一、哈工大严家禄王永青编著《工程热力学》第一版中国电力出版社2004年6月
1．普通高等教育“十五”规划教材，全国统编教材（电力及热能动力）。
2．体系较新，结构严谨，物理概念清晰，有作者研究成果，如水蒸气热力性质图表等，理论论述与例题、思考题和习题配合恰当，增加新能源和双工质动力循环等内容。
3．我在教学中采用的教材。
二、哈工大严家禄编著王永青参编《工程热力学》第三版高教出版社2001年1月
1．面向21世纪课程教材“九五”国家教委重点教材全国统编教材（非动力类）。
2．体系较新，结构严谨，物理概念清晰，有作者研究成果，如水蒸气热力性质图表等，理论论述与例题、思考题和习题配合恰当，增加新能源等内容。
3．我在教学中最主要参考书。
三、上海交通大学沈维道蒋志敏童均耕合编《工程热力学》第三版高教出版社，2001年6月。
1．面向21世纪课程教材全国统编教材（动力类基本教材）。
2．前苏联体系，结构严谨，物理概念较清晰，较前两版内容所删增。
3．我在教学中主要参考书之一。
四、清华大学朱明善刘颖林兆庄彭晓峰《工程热力学》第一版清华大学出版社，995年11月。
1．清华大学校用教材。
2．体系基本同沈维道书，突出特点是起点高，理论论述十分简洁清晰，有作者研究成果。
3．我在教学中主要参考书之一。
五、西安交通大学何雅玲编《工程热力学》精要分析及典型题精解第一版西安交通大学出版社2000
年1月。
1．西安交通大学校用教学辅导书。
2．体系基本同沈维道书，显著特点知识点阐述精练，重点、难点突出，典型例题分析透彻，是一本很
好的教学参考书，我在本次课堂教学改革试尝中从此书获益不少。
六、重庆大学曾丹苓等编《工程热力学》第三版高教出版社2001年（待出）
1．面向21世纪课堂教材全国统编教材（动力类）。
2．体系属欧美教材体系，全书分为基本概念与定律、工质热力性质和热力过程与循环三大部分，各部
分自成体系又相互连通，理论阐述有一定的深度。
3．我在此次课堂教学改革尝试和即将编写的《工程热力学》教材中基本上采用该书体系。
哈工大能源学院杨玉顺
2005.8.6
课堂教学设计框图
《工程热力学》课程教学统计表
项目
章次
知识点
能力点
德育点
练习题
讨论题
自测题
作业
小论文
实验
现场教学
0
4
2
1
3
1
1
9
6
1
2
3
8
2
9
3
2
3
1
6
3
13
8
3
6
4
8
4
14
6
2
2
4
5
4
3
1
3
6
4
1
1
1
3
7
5
2
2
1
4
8
10
8
5
1
5
9
10
6
1
3
8
10
6
1
1
11
4
3
1
3
12
9
3
1
4
13
7
2
2
3
4
14
11
5
4
15
5
2
2
2
合计
115
59
17
27
20
63
1
3
备注
实验1．二氧化碳临界状态观察及p—v—t关系
2．空气平均定压比热测定
3．空气流经喷管特性实验
哈工大能源学院杨玉顺
工程热力学课堂教学设计教案
No．1绪论
一、教学目标
1．知识点
●能源的地位和我国能源面临的主要问题
●工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法
●热能利用的两种主要方式及其特点
●常用的热能动力转换装置的工作过程
2．德育点
●通过对我国能源及其利用现状的介绍，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
二、教学内容与教学方法
1．能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题教师讲授
2．热能及其利用教师讲授
3．热能动力转换装置的工作过程教师讲授
4．工程热力学的研究对象、主要研究内容和研究方法教师讲授
5．热力学发展简史学生自学
6．工程热力学常用的计量单位指导自学
三、练习与讨论
讨论题：
能源与环境理解科学技术是一把双刃剑技术一经济一环境辩证思维
四、课堂总结
强调必须掌握的知识重点
●工程热力学的研究对象及主要研究内容
●热能利用的两种方式及其特点
五、布置作业
作业：
1。
我国能源面临的主要问题是什么？
2．工程热力学的研究对象及主要研究内容。
3．热能利用的两种主要方式及其特点。
六、本课程教学改革介绍
教学方法改革—课堂教学设计框图（每个学生一份，便于学生了解）
考试方法改革一作业、期中考试、小论文、实验、期末考试
七、下次课内容提示：
第一章基本概念
（1）热力系状态参数
八、填写教学评估卡（下课即交）
填写调查统计表（下次课前交）
九、布置课程小论文
论文题目：
（2003－2004年）
1．我国能源现状与出路
2．节能对策
3．提高我国能量利用率的思考
4．对本专能量利用现状的思考与对策
5．熵与热力学第二定律
6．热力学理论应用的异想天开
7．新能源开发与利用展望
8．说明热功转换基本原理，解释功的概念，为什么又分为流动功、膨胀功、技术功、轴功?
9．说明内能与焓的概念。
如何理解热力学第一定律的三个能量方程式?
10．理想气体与实际气体的主要区别是什么?
它们的比热、内能、焓、熵又有何不同?
11．说明理想气体多变过程的概念，其比热可以是负的吗?
其内能、热量与功的正负又是如何判定的？
12．请举例阐述孤立系统熵增原理，并说明传热、摩擦、作功是否影响系统的熵变化?
13．阐述水蒸气饱和状态、三相点和临界状态的概念，说明水蒸气焓熵图上定压线斜率的意义
14．说明喷管出口流速、临界流速、最大流速的概念。
若进口流速不能忽略，则临界压力比如何计算？
15．请按下述条件分析比较三种内燃机循环的热效率，并说明哪种比较条件符合实际
1）最高循环温度与排气压力相同
2）最高循环温度与排气温度相同
3）压缩比相同
16.总结热机循环的共同点，并探讨提高热机循环效率和能量利用率的途径
小论文（2005年秋季学期《工程热力学》课程能院03级6个班和航院1个班使用）
题目：
节能从我做起，从节约一度电做起
要求：
1、从第一天上课（8月22日）起到期末考试（12月22日）四个月内，每人实际节约5度电。
2、计算出节约这5度电可以少烧多少公斤煤（按一度电400克煤耗计算）？
可以少造成多少污染：
少排放多少CO2、SO2、NO2、粉尘等（每节约一度电可减少排放0。
997千克二氧化碳、0。
003千克二氧化硫、0。
015千克氮氧化物和0。
272千克炭粉尘）？
可以节约多少升净水（每节约一度电可节约4升净水）？
3、按全国在校2000万大学生平均每人节约5度电计算，总共可以节煤多少吨？
少造成多少污染？
4、详细介绍节约出这5度电的具体累积过程和方法：
1）、尽可能利用太阳光，尽可能晚一点开灯照明；
2）、个人看书学习时，尽可能用节能灯，尽可能点小瓦数的灯泡；
3）、在教室学习时，尽可能晚开灯、少开灯；
4）、在教室、公寓、大厅、走廊、寝室、水房、家庭等各种场合，遇到“长明灯”等浪费电的现象能主动采取节约行动，或劝他人的阻浪费行为。
5）、在关闭计算机、电视机等家用电器后及时拔下插头，这种作法比待机状态节电为其开机功率的10％左右，约5－15瓦电能。
5、小论文满分10分。
6、小论文一律要用A4纸打印，务必在期末考试前完成并上交，否则不准参加期末考试。
2005-8-21
总之，每个人的节能行动越具体越详细越好！
十、主要参考书
1．沈维道蒋智敏童钧耕合编《工程热力学》第三版高教出版社2001
2．严家禄编著王永青参编《工程热力学》第三版高教出版社2001
3．朱明善刘颖林兆庄彭晓峰《工程热力学》清华大学出版社1995
4．何雅玲《工程热力学》西安交通大学出版社2000
工程热力学课堂教学设计教案
No．2第一章基本概念
（1）
一、教学目标
1．知识点
●热力系及其有关概念
●热力状态
●状态参数概念及常用的六个状态参数
●状态参数特性
2．能力点
●训练学生把工程中或生活中某一研究对象简化为某一种热力系的抽象能力
●在讨论温度经验定义时，培养学生敢于质疑的批判精神
3．德育点
●在讲解压力单位“帕斯卡”时，向学生介绍帕斯卡的科学贡献和科学精神
二、教学内容与教学方法
1．热力系（热力系、外界与界面、热力系的类型）教师讲授
2．状态和状态参数教师讲授
三、练习与讨论
练习题：
1．以下各为何种热力系
a．汽车发动机b．人体c．教室d．城市e．地球
2．试举出孤立系的几个实例。
讨论题：
温度定义
四、课堂总结
强调必须掌握的知识重点和能力点
●热力系的定义、种类及各自特征，学习选择确定热力系
●常用状态参数定义或定义式、物理意义、单位及特性
五、布置作业
六、下次课内容提示：
第一章基本概念
（2）平衡状态状态方程和状态坐标图过程和循环功和热量
七、填写教学评估卡
工程热力学课堂教学设计教案
No．3第一章基本概念
（2）
一、教学目标
1．知识点
●平衡状态概念及其与稳定状态和均匀状态的区别
●状态方程及其存在的必然性
●状态坐标图
●内部平衡（准平衡、准静态）过程及内部平衡循环的概念
●功和热量的概念及其特性。
2．能力点
●平衡状态的判别能力
●熟练运用状态坐标图进行热力状态、热力过程和热力循环的图示与分析计算能力
●在内部平衡过程概念讲解中，培养学生的辩证思维能力
●状态量和过程量的辨别能力
二、教学内容
1．平衡状态教师讲授
平衡状态演示－课件1教师讲授
2．状态方程和状态坐标图教师讲授
3．过程和循环教师讲授
内部平衡（准平衡、准静态）过程－课件2教师讲授
4．功和热量教师讲授
三、练习与讨论
讨论题：
平衡状态概念平衡与过程
四、课堂总结
强调必须理解和掌握的知识重点和难点
●平衡状态
●内部平衡（准平衡、准静态）过程
五、布置作业
作业p15思考题：
1、2、3、4
习题：
1－2、3、4、6
六、知识结构框图及重要概念
知识结构框图
重要概念
热力系平衡状态内部平衡（均匀过程）状态量（TPvuhs）、过程量（wq）及其特性状态坐标图
七、下次课内容提示：
第二章热力学第一定律
（1）热力学第一定律表达式
八、填写教学评估卡
工程热力学课堂教学设计教案
No．4第二章热力学第一定律
（1）
一、教学目标
1．知识点
●热力系总能概念
●热力学第一定律基本表达式——基本能量方程
●闭口系、开口系和稳定流动能量方程及其常用的简化形式
●能量方程的内在联系与共性，热变功的实质
2．能力点
●培养学生从基本能量方程出发，结合系统的特点推导出闭口系、开口系及稳定流动过程
能量方程的逻辑思维能力和演译思维能力
●培养学生从稳定流动方程出发，结合热动装置的各自特点推导出适用于具体热动装置
能量方程的简化方法和抓主要矛盾的思维能力
3．德育点
●介绍历史上焦耳、迈耶和亥姆霍兹等科学家对建立能量守恒原理和热力学第一定律的贡献，引导学生学习科学家的创新精神和科学精神
二、教学内容与方法
1．热力学第一定律及其表达式教师讲授
1）能量守恒原理热力学第一定律实质
2）热力系统的总能
3）热力学第一定律表达式（一般热力系、闭口系、开口系、稳定流动）
4）推动功，焓的物理意义
5）能量方程之间的内在联系，热变功的实质
三、练习与讨论
练习题：
稳定流动能量方程应用实例
讨论题：
热力学第一定律与运动减肥
四、课堂总结
强调必须掌握的知识重点
●热力学基本能量方程
●稳定流动能量方程
●热变功的实质
五、布置作业
六、下次课内容提示：
第二章热力学第一定律
（2）功和热量的计算及其图示
七、填写教学评估卡
工程热力学课堂教学设计教案
No．5第二章热力学第一定律
（2）
一、教学目标
1．知识点
●功和热量的计算
●功和热量在压容图和温熵图上的表示
●功损和热产的概念
●循环功之间及循环净功与循环净热量之间关系
●热力循环的经济性指标——循环热效率概念与计算公式
2．能力点
●训练学生牢固掌握和熟练使用功与热量的计算公式
3．德育点
●通过循环热效率概念的引入使学生进一步强化节能意识
二、教学内容与方法
1．功和热量计算教师讲授
1）热力系的选取
2）功和热量的计算，功损和热产
2。
及其在压容图和温熵图上的表示教师讲授
1）功和热量在p—v图和T—S图上的表示
2）循环功和热量的计算与图示
三、练习与讨论
练习题：
1．燃气轮机装置循环计算
2．行进中的汽车突然刹车后动能变热能的计算
四、课堂总结
强调必须掌握的知识重点与能力点
功与热量的计算公式及其图示
五、布置作业
作业P26思考题：
1、5
习题：
2－1、4、7、9
六、本章知识结构框图
七、下次课内容提示：
第三章热力学第二定律
（1）可逆过程与不可逆过程熵方程
八、填写教学评估卡
工程热力学课堂教学设计教案
No．6第三章热力学第二定律
（1）
一、教学目标
1．知识点
●实际过程的方向性
●可逆过程与不可逆过程的定义及其根本区别
●熵是状态参数，了解熵参数的推导方法
●熵方程的构成，熵流、熵产，熵方程的核心和热力学第二定律的实质是熵产问题
2．能力点
●根据熵方程构成和熵是状态参数这一根本特性进行有关熵变、热交换和过程可逆性等
方面问题的分析判断能力
3．德育点
●通过对熵产与不可逆性之间关系分析讲解，培养学生寻根问底的探求真理的精神。
二、教学内容与教学方法
1．热力学第二定律任务教师讲授
2．可逆过程与不可逆过程教师讲授
可逆过程与不可逆过程－课件教师讲授
3．状态参数熵自学
4．热力学第二定律表达式—熵方程教师讲授
三、练习与讨论
练习题：
下列说法有无错误?
如有错误，指出错在哪里
1．工质进行不可逆循环后其熵必定增加
2．使热力系熵增过程必为不可逆过程
3．工质从状态1到状态2进行了一个可逆吸热过程和一个不可逆吸热过程，后者的熵增
必定大于前者的熵增。
讨论题：
1．自发过程真的没有推动力吗?
2．自发过程与非自发过程之间的辩证关系。
四、课堂总结
强调必须掌握的知识重点、难点与能力点
●可逆过程与不可逆过程的根本区别
●熵方程、熵流、熵产的理解与应用
五、布置作业
试举出日常生活中两个符合热力学第一定律但却不能自发进行的过程或现象
六、下次课内容提示：
第三章热力学第二定律
（2）热力学第二定律各种表述的等效性，孤立系熵增原理，卡诺定理
七、填写教学评估卡
工程热力学课堂教学设计教案
No．7第三章热力学第二定律
（2）
一、教学目标
1．知识点
●孤立系熵增原理的推导过程及其作用
●卡诺定理和卡诺循环内容及其作用
2．能力点
●训练方程应用孤立系熵增原理、卡诺定理和克劳修斯积分式进行过程与循环的可逆性
和不可能性的判断分析能力
●通过卡诺循环热效率公式导过程培养学生应用循环平均温度法进行循环热经济性优劣
的分析能力
3．德育点
●通过对卡诺坎坷人生经历和对热力学第二定律贡献等背景情况的介绍，对学生进行逆
境不馁，奋斗成才教育。
●通过对克劳修斯发现熵和对热力学第二定律贡献等背景情况的介绍，对学生进行敢于
创新的科学精神教育。
二、教学内容与教学方法
1．孤立系熵增原理热力学第二定律不同表述的等效性指导自学
2．卡诺定理和卡诺循环教师讲授
3．热力学温标指导自学
三、练习与讨论
练习题：
1．有人声称设计出一热机，其工作于T1=400K与T2=250K之间，从高温热源吸收，Q1为
10475kJ热量，对外作功W为20kwh，向低温冷源放出的热量恒为Q1—W之差。
试用三种
方法证明这在热机是否可以运行?
2．闭口系经历了一个过程，熵增△S为25kJ／K，从300K的恒温热源吸收热量Q1为800kJ，
问此过程是可逆?
不可逆?
还是不可能?
四、课堂总结
强调必须掌握的知识重点和能力点
●孤立系熵增原理、卡诺定理的内容、实质和作用及其应用能力。
●应用循环平均温度法进行循环经济性分析能力
五、布置作业
六、下次课内容提示：
第三章热力学第二定律（3）克劳修斯积分式，可用能及其不可逆损失。
七、填写教学评估卡
工程热力学课堂教学设计教案
No．8第三章热力学第二定律（3）
一、教学目标
1．知识点
●克劳修斯积分式
●热量的可用能概念
●不可逆损失的真正含义和其与功损的根本区别
2．能力点
●应用克劳修斯积分式对实际过程和循环的判断分析能力
●实际过程与循环中不可逆损失分析计算能力及减少不可逆损失的分析能力
二、教学内容与教学方法
1．可用能及其不可逆损失教师讲授
2．克劳修斯积分式教师讲授
三、练习与讨论
讨论题：
热力学第二定律在工程中、生命科学中和在其它领域中应用
四、课堂总结
强调必须掌握的知识重点、难点与能力点
●可用能的不可逆损失的概念及其计算能力
●应用克劳修斯积分式对实际过程和循环的判断分析能力
五、布置作业
作业p103思考题：
6
习题：
4－1、2、3、4、5
六、下次课内容提示：
火用概念，热力学第二定律应用。
七、填写教学评估卡
工程热力学课堂教学设计教案
No．9第三章热力学第二定律（4）
一、教学目标
1、知识点
●火用和火无的概念
●各种火用的计算方法及火用损、火用效率的计算方法
●火用方程
●热力学第二定律具体应用的形式和应用方面
2、能力点
●各种火用的计算能力
●掌握火用损的计算能力及减小火用损的分析能力
●掌握热力学第二定律的具体应用形式及用之进行实际计算与热力过程和热力循环判断分析能力
二、教学内容与教学方法
1．火用及其计算教师讲授
2。
火用损的分析与火用效率教师讲授
3．火用方程教师讲授
4。
热力学第二定律的具体应用教师讲授
三、练习与讨论
功损、火用损、可用能的不可逆损失
四、课堂总结
强调必须掌握的知识重点、难点与能力点
●功损、火用损、可用能的不可逆损失区别与联系
●热力学第二定律的具体应用形式和应用方法
五、布置作业
复习消化理解本节强调的知识点和能力点
六、本章知识结构框图
七、下次课内容提示：
热力学第二定律习题与讨论课
八、填写教学评估卡
工程热力学课堂教学设计教案
No．10热力学第二定律习题与讨论
1.热力学第二定律知识结构框图
2.热力学第二定律知识脉络及核心知识点
3.习题
（1）有一台用压缩空气驱动的小型车，一直压缩空气罐的容积为0.2m3，压力为15MPa（表压）。
问平均功率为4P的情况下车子最多能行驶多长时间？
用完这罐空气，最终造成的熵产为若干？
已知大气状况为0.1MPa，20℃。
（2）将3kg温度为0℃的冰，投入盛有20kg温度为50℃的水的绝热容器中。
求最后达到热平衡时的温度及整个绝热系的熵增。
已知水的比热容为4.187kg/（kg·K），冰的融解热为333.5kJ（不考虑体积变化）。
4.思考题
（1）自发过程是不可逆过程，非自发过程是可逆过程，这样说对吗？
（2）热力学第二定律能不能说成“机械能可以全部转变为热能，而热能不能全部转变为机械能“？
为什么？
（3）与大气温度相同的压缩气体可以从大气中吸热而膨胀作功（依靠单一热源作功）。
这是否违背热力学第二定律？
（4）闭口系进行了一个过程后，如果上熵增加了，是否能肯定它从外界吸收了热量？
如果熵减少了，是否能肯定它向外界放出了热量？
（5）试指出循环效率公式
和
各自适用的范围（T1和T2是指热源和冷源的温度）。
（6）下列说法有无错误？
如有错误，指出错在哪里。
1）工质进行不可逆循环后熵必定增加？
2）使热力系熵增加的过程必为不可逆过程；
3）工质从状态1到状态2进行了一
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