热工基础A课程教学大纲Foundation of Heat Engineering、课程基本情况课程编号：0302003课程总学时：48，其中：讲课：40，实验：8，上机：0，实习：0，课外：0。课程学分：3课程分类：必修开课学期：春开课单位：水利与土木工程学院农业建筑与环境工程系热工教研至适用专业：农业建筑与环境工程专业所需先修课：高等数学、大学物理、流体力学课程负责人：林聪、课程内容简介热工基础课包含工程热力学与传热学两部分，是农业建筑环境与农村能源工程专业必修的专业基础课。工程热力学研究物质的热力性质，能量守恒及转换的基本规律，分析研究热力过程进行的方向与不可逆性，通过热力过程分析探讨热能的有效利用和节能技术的方法。传热学研究热量传递的规律以及热量传递的三种基本方式，分析稳定导热和非稳定导热的基本理论和计算方法，介绍导热问题的数值计算。研究了对流换热的原理、边界层理论、传热微分方程组和相似原通过热辐射和总的传热过程，分析工程传热过程中两种典型问题。介绍传热学近期正在探索的新研究内容。通过该课程的学习，使学生能够进行传热现象的分析判断，掌握分析工程传热问题的方法和计算，并能掌握热工参数的测量方法和一定的实验技能。Thermal-hydraulic include Engineering Thermodynamics and Heat transfer It is necessaryspecialized basic subject for students to study agriculture building and rural energyThe researches of engineering thermodynamics include thermodynamics property of matter, the basiclaws of balance the energy transmutes into matter and versa, and analyze transfer direction on reversibleand irreversible process, the method ofeffective utilize and save energy technology. The researches ofheat transfer include three basic way and law of transmitting energy, the theory and numerical method ofsteady heat conduction and transient heat conduction.Another reaches is about principle of dimensionalconvection, boundary layer, solution of infinitesimal calculus equations, similar theory.The analysis twquestions on thermal radiation and all heat transfer process. The study is importance to master the theoryand methods of measure and test and experiment technology thought this course三、各部分教学纲要1、课堂讲授部分教学内容要点与要求(40学时)工程热力学部分第一部分绪论及基本概念2学时内容
热工基础A课程教学大纲 Foundation of Heat Engineering 一、 课程基本情况 课程编号：0302003 课程总学时：48，其中：讲课：40，实验：8，上机：0，实习：0，课外：0。 课程学分：3 课程分类：必修 开课学期：春 开课单位：水利与土木工程 学院 农业建筑与环境工程 系 热工 教研 室 适用专业：农业建筑与环境工程专业 所需先修课：高等数学、大学物理、流体力学 课程负责人：林聪 二、 课程内容简介 热工基础课包含工程热力学与传热学两部分，是农业建筑环境与农村能源工程专业必修的专 业基础课。工程热力学研究物质的热力性质，能量守恒及转换的基本规律，分析研究热力过程进 行的方向与不可逆性，通过热力过程分析探讨热能的有效利用和节能技术的方法。传热学研究热 量传递的规律以及热量传递的三种基本方式，分析稳定导热和非稳定导热的基本理论和计算方 法，介绍导热问题的数值计算。研究了对流换热的原理、边界层理论、传热微分方程组和相似原 理。通过热辐射和总的传热过程，分析工程传热过程中两种典型问题。介绍传热学近期正在探索 的新研究内容。通过该课程的学习，使学生能够进行传热现象的分析判断，掌握分析工程传热问 题的方法和计算，并能掌握热工参数的测量方法和一定的实验技能。 Thermal－hydraulic include Engineering Thermodynamics and Heat transfer. It is necessary specialized basic subject for students to study agriculture building and rural energy. The researches of engineering thermodynamics include thermodynamics property of matter, the basic laws of balance the energy transmutes into matter and versa, and analyze transfer direction on reversible and irreversible process, the method of effective utilize and save energy technology. The researches of heat transfer include three basic way and law of transmitting energy, the theory and numerical method of steady heat conduction and transient heat conduction. Another reaches is about principle of dimensional convection, boundary layer, solution of infinitesimal calculus equations, similar theory. The analysis two questions on thermal radiation and all heat transfer process. The study is importance to master the theory and methods of measure and test and experiment technology thought this course. 三、各部分教学纲要 1、课堂讲授部分教学内容要点与要求(40学时) 工程热力学部分 第一部分 绪论及基本概念 2学时 内容
介绍工程热力学的研究内容及热能利用情况。通过典型的热机工作过程了解热力过程和基本的热力状态参数，掌握工程热力学的研究方法与常用的计量单位。这一部分涉及诸多基本概念是理解学习本书的基础。基本要求熟练掌握单位换算，准确理解过程、循环、状态等基本概念。并理解过程量和状态量的特点，能够进行状态参数的计算，掌握状态方程和状态参数坐标图。习题及作业量3~5题第二部分2学时热力学第一定律内容热力学第一定律的内容、实质及它在各种情况下的表达式。功和热量的表达式和它在P一V图、T一S图上的表示。这一部分所涉及功的概念有膨胀功、流动功、技术功、和轴功等。基本要求运用热力学第一定律计算过程或循环的功量和热量，并把它们能用图形表示出来。习题及作业量4~5题第三部分气体的热力性质与热力过程3学时内容分析和比较实际气体和理想气体，掌握理想气体的状态方程，通用气体常数和混合理想气体的组成表示方法、分子量和气体常数计算，气体的定压比热和定容比热的性质、含义和计算应用。定容过程、定压过程、定温过程、定熵过程及多变过程的过程特性，过程方程，功量热量计算和图形表示。绝热自由膨胀过程和绝热节流过程各自特征。基本要求进一步理解焰、内能的物理意义。熟练应用状态方程、热力学第一定律计算各种热力过程的功量、热量、恰和内能的变化。能在P—V图和T—S图上表示各种热力过程。习题及作业量6~8题第四部分热力学第二定律4学时内容热力学第二定律的任务。可逆过程与不可逆过程，热力学第二定律的各种表达形式，以及各种表达形式之间的等效性。卡诺循环与卡诺定理。可用能及其不可逆损失。热力学第二定律对工程实践的指导意义基本要求深刻理解热力学第二定律的本质，能应用第二定律和卡诺定理分析、判定热力过程进行的方向和限度，掌握基本的计算。6~8题习题及作业量第五部分气体的流动与压缩2学时内容元稳定流动的基本方程；喷管中气流参数变化和喷管截面变化的关系；气体流经喷管的流速和流量计算。基本要求
介绍工程热力学的研究内容及热能利用情况。通过典型的热机工作过程了解热力过程和基本 的热力状态参数，掌握工程热力学的研究方法与常用的计量单位。这一部分涉及诸多基本概念是 理解学习本书的基础。 基本要求 熟练掌握单位换算，准确理解过程、循环、状态等基本概念。并理解过程量和状态量的特 点，能够进行状态参数的计算，掌握状态方程和状态参数坐标图。 习题及作业量 3～5题 第二部分 热力学第一定律 2学时 内容 热力学第一定律的内容、实质及它在各种情况下的表达式。功和热量的表达式和它在P一V 图、T一S图上的表示。这一部分所涉及功的概念有膨胀功、流动功、技术功、和轴功等。 基本要求 运用热力学第一定律计算过程或循环的功量和热量，并把它们能用图形表示出来。 习题及作业量 4～5题 第三部分 气体的热力性质与热力过程 3学时 内容 分析和比较实际气体和理想气体，掌握理想气体的状态方程，通用气体常数和混合理想气体 的组成表示方法、分子量和气体常数计算，气体的定压比热和定容比热的性质、含义和计算应 用。定容过程、定压过程、定温过程、定熵过程及多变过程的过程特性，过程方程，功量热量计 算和图形表示。绝热自由膨胀过程和绝热节流过程各自特征。 基本要求 进一步理解焓、内能的物理意义。熟练应用状态方程、热力学第一定律计算各种热力过程的 功量、热量、焓和内能的变化。能在P—V图和T一S图上表示各种热力过程。 习题及作业量 6～8题 第四部分 热力学第二定律 4学时 内容 热力学第二定律的任务。可逆过程与不可逆过程，热力学第二定律的各种表达形式，以及各 种表达形式之间的等效性。卡诺循环与卡诺定理。可用能及其不可逆损失。热力学第二定律对工 程实践的指导意义。 基本要求 深刻理解热力学第二定律的本质，能应用第二定律和卡诺定理分析、判定热力过程进行的方 向和限度，掌握基本的计算。 习题及作业量 6～8题 第五部分 气体的流动与压缩 2学时 内容 一元稳定流动的基本方程；喷管中气流参数变化和喷管截面变化的关系；气体流经喷管的流 速和流量计算。 基本要求
掌握气体流动过程中各参数变化的关系，能够运用连续性方程、能量方程、动量方程进行流动过程中喷管截面、流速、流量和比容的计算。习题及作业量2~3题第六部分水蒸汽性质和朗肯循环2学时内容、h一s图上的分区情况。水蒸汽的定压发生过程以及液态、液水的三态变化及在P一t、P一v态混合态、饱和汽、过热汽态状态参数的确定。水蒸汽的热力过程，朗肯循环，蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响。基本要求掌握水蒸汽定压发生过程的特证，水蒸气各状态参数的计算，熟练应用水蒸汽图表计算朗肯的功量、热量和热效率。掌握提高朗肯循环的热效率的途径方法。习题及作业量2~4题第七部分制冷循环2学时内容逆向卡诺循环，空气压缩制冷循环，蒸汽压缩制冷循环。基本要求掌握逆向卡诺循环的原理及制冷系数与压缩制冷所消耗功量的关系，能够分析各种制冷循环减少消耗功所采取的措施和方法习题及作业量1~2题第八部分湿空气2学时内容湿空气是干空气与水蒸汽的混合物，采用相对湿度、绝对湿度来衡量其含水汽状况。介绍露点温度和湿球温度的定义、测试方法；湿空气的含湿量、恰和焰熵图以及湿空气的加热（或冷却）过程、加湿过程和绝热混合过程。基本要求掌握有关湿空气的计算和湿图的应用。习题及作业量2~4题传热学部分第一部分绪论及稳态导热3学时内容介绍热量传递的三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。导热的基本定律和傅立叶定律。建立和利用导热微分方程式和定解条件推导出平壁、多层平壁、圆筒壁、多层圆筒壁和等截面直肋体的温度分布和热量传递计算。导热问题的数值解：建立有限差分方程，有限差分节点方程组的求解。基本要求掌握温度梯度、导热系数等基本概念，能够用傅立叶定律和导热微分方程式建立典型导热过程温度场分布方程和热量的计算公式，通过定解条件进行有关导热问题的计算。能够建立节点的有限差分方程和求解导热问题的数值解。习题及作业量5~7题
掌握气体流动过程中各参数变化的关系，能够运用连续性方程、能量方程、动量方程进行流 动过程中喷管截面、流速、流量和比容的计算。 习题及作业量 2～3题 第六部分 水蒸汽性质和朗肯循环 2学时 内容 水的三态变化及在P—t、P—v、h一s图上的分区情况。水蒸汽的定压发生过程以及液态、液 态混合态、饱和汽、过热汽态状态参数的确定。水蒸汽的热力过程，朗肯循环，蒸汽参数对朗肯 循环热效率的影响。 基本要求 掌握水蒸汽定压发生过程的特证，水蒸气各状态参数的计算，熟练应用水蒸汽图表计算朗肯 的功量、热量和热效率。掌握提高朗肯循环的热效率的途径方法。 习题及作业量 2～4题 第七部分 制冷循环 2学时 内容 逆向卡诺循环，空气压缩制冷循环，蒸汽压缩制冷循环。 基本要求 掌握逆向卡诺循环的原理及制冷系数与压缩制冷所消耗功量的关系，能够分析各种制冷循环 减少消耗功所采取的措施和方法。 习题及作业量 1～2题 第八部分 湿空气 2学时 内容 湿空气是干空气与水蒸汽的混合物，采用相对湿度、绝对湿度来衡量其含水汽状况。介绍露 点温度和湿球温度的定义、测试方法；湿空气的含湿量、焓和焓熵图以及湿空气的加热（或冷 却）过程、加湿过程和绝热混合过程。 基本要求 掌握有关湿空气的计算和焓湿图的应用。 习题及作业量 2～4题 传热学部分 第一部分 绪论及稳态导热 3学时 内容 介绍热量传递的三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。导热的基本定律和傅立叶定律。 建立和利用导热微分方程式和定解条件推导出平壁、多层平壁、圆筒壁、多层圆筒壁和等截面直 肋体的温度分布和热量传递计算。导热问题的数值解：建立有限差分方程，有限差分节点方程组 的求解。 基本要求 掌握温度梯度、导热系数等基本概念，能够用傅立叶定律和导热微分方程式建立典型导热过 程温度场分布方程和热量的计算公式，通过定解条件进行有关导热问题的计算。能够建立节点的 有限差分方程和求解导热问题的数值解。 习题及作业量 5～7题
第二部分非稳态导热3学时内容非稳态导热过程的特点。第三类边界条件下用集总参数法确定物体内温度分布和热量传递的问题。几种不稳定导热过程的分析解和诺谟图。二维、三维非稳态导热温度场的确定方法，非稳态导热过程的差分方程和数值计算方法。基本要求掌握求解非稳定导热过程中的温度场分布，能用集总参数法或诺谟图法计算非稳态导热体内部温度分布。掌握非稳定导热问题的数值计算方法以及显式差分格式的非稳定性判断。4~5题习题及作业量第三部分对流换热6学时内容对流换热的基本概念、基本计算公式及各种影响因素。速度边界层和热边界层的概念。边界层对流传热微分方程组，相似原理和准则方程式。特征数实验关联式的确定和选用。管内受迫对流换热和自然对流换热的准则方程式。介绍流体受迫沿平板流动、流体受迫横掠圆管、横掠管束时的对流换热准则方程式。自然对流换热的计算，沸腾和凝结时的对流换热计算基本要求掌握对流换热的基本概念及各种影响因素。理解边界层理论，掌握雷诺准则Re、葛拉晓夫准则Cr、普朗克准则Pr、努谢尔特准则Nu的表达式及物理意义。各种对流换热准则方程式的表达式和计算。习题及作业量6~9题6学时第四部分辐射换热内容热辐射的基本概念。黑体辐射特性和普朗克定律、斯蒂芬一玻尔兹曼定律、维恩位移定律和基尔霍夫定律。任意放置的两黑体表面（或：两灰体表面）的辐射换热计算，复杂系统的辐射换热计算，辐射系统的网络表示法及平均角系数的确定。基本要求掌握的基本概念有全辐射力E，单色辐射力E入、吸收率α、辐射率e、黑体和灰体的定义，角系数的计算等。掌握普朗克定律、斯蒂芬一玻尔兹曼定律，维恩位移定律和基尔荷夫定律的内容和数学表达式。能用数学方法确定角系数，并能确定辐射系统的换热量，熟悉网络图的应用习题及作业量6~8题传热与换热器第五部分3学时内容传热过程在传热学中的特定含义，传热系数的概念，热流通过圆筒壁、平壁时传热系数的表达式。强化或削弱传热的方法，管道绝缘半径工程中的应用。换热器的种类，以及间壁式换热器中的管壳式换热器的热力计算。常用的计算方法为对数平均温差法和效率一传热单元法。基本要求能够分析和计算传热过程，掌握传热系数、传热热阻、临界直径和对数平均温差的计算。了解换热器的传热情况，能进行换热器的设计计算和校核计算。习题及作业量3~4题
第二部分 非稳态导热 3学时 内容 非稳态导热过程的特点。第三类边界条件下用集总参数法确定物体内温度分布和热量传递的 问题。几种不稳定导热过程的分析解和诺谟图。二维、三维非稳态导热温度场的确定方法，非稳 态导热过程的差分方程和数值计算方法。 基本要求 掌握求解非稳定导热过程中的温度场分布，能用集总参数法或诺谟图法计算非稳态导热体内 部温度分布。掌握非稳定导热问题的数值计算方法以及显式差分格式的非稳定性判断。 习题及作业量 4～5题 第三部分 对流换热 6学时 内容 对流换热的基本概念、基本计算公式及各种影响因素。速度边界层和热边界层的概念。边界 层对流传热微分方程组，相似原理和准则方程式。特征数实验关联式的确定和选用。管内受迫对 流换热和自然对流换热的准则方程式。介绍流体受迫沿平板流动、流体受迫横掠圆管、横掠管束 时的对流换热准则方程式。自然对流换热的计算，沸腾和凝结时的对流换热计算。 基本要求 掌握对流换热的基本概念及各种影响因素。理解边界层理论，掌握雷诺准则Re、葛拉晓夫准 则Cr、普朗克准则Pr、努谢尔特准则Nu的表达式及物理意义。各种对流换热准则方程式的表达式 和计算。 习题及作业量 6～9题 第四部分 辐射换热 6学时 内容 热辐射的基本概念。黑体辐射特性和普朗克定律、斯蒂芬—玻尔兹曼定律、维恩位移定律和 基尔霍夫定律。任意放置的两黑体表面（或：两灰体表面）的辐射换热计算，复杂系统的辐射换 热计算，辐射系统的网络表示法及平均角系数的确定。 基本要求 掌握的基本概念有全辐射力E，单色辐射力Eλ、吸收率α、辐射率ε、黑体和灰体的定义， 角系数的计算等。掌握普朗克定律、斯蒂芬一玻尔兹曼定律，维恩位移定律和基尔荷夫定律的内 容和数学表达式。能用数学方法确定角系数，并能确定辐射系统的换热量，熟悉网络图的应用。 习题及作业量 6～8题 第五部分 传热与换热器 3学时 内容 传热过程在传热学中的特定含义，传热系数的概念，热流通过圆筒壁、平壁时传热系数的表 达式。强化或削弱传热的方法，管道绝缘半径工程中的应用。换热器的种类，以及间壁式换热器 中的管壳式换热器的热力计算。常用的计算方法为对数平均温差法和效率一传热单元法。 基本要求 能够分析和计算传热过程，掌握传热系数、传热热阻、临界直径和对数平均温差的计算。了 解换热器的传热情况，能进行换热器的设计计算和校核计算。 习题及作业量 3～4题
2、实验、实习部分教学内容与要求（8学时）实验一：二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定（2学时）1、测定CO2的P-V-T关系。在P-v图中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界温度（t=31.1℃）、高于临界温度（t=50℃）的三条等温曲线，与标准实验曲线及理论计算值比较，并分析差异原因。2、观测临界状态（1）临界状态附近汽液两相模糊的现象（2）汽液整体相变现象（3）测定CO2的te，Pe，v。等临界参数并将实验所得的值与理想气体状态方程和范得瓦耳方程的理论值比较，简述其差异原因。3、书写实验报告，包括简述实验原理及过程，各种数据的原始记录，实验结果整理后的图表，分析比较等温曲线的实验值与标准值间的差异与原因，分析比较临界比体积的实验值与标准值、理论计算值间的差异与原因，并简述实验收获及实验改进意见。实验二：气体定压比热测量（2学时）1、掌握气体定压比热的测量原理及其测量装置；2、掌握混合气体中组成气体比热容的测量及计算方法；3、了解影响比热容测量精度的因素。4、切勿在无气流通过的情况下使电热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。5、输入电热器的电压不得超过220V，气流出口最高温度不得超过300℃。6、加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪主体因温度骤升和骤降而破裂。7、停止实验时，应先切断电热器。让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可适当缩短）。8、书写实验报告，包括实验目的，实验原理及方法论述，实验数据记录表，实验数据处理及计算过程，实验结果，并对干空气的实验结果与教材中给出的准确数值的进行比较分析，分析讨论产生测试误差的原因。实验三：稳态平板法测保温绝热材料的热导率入（2学时）1、用平板法测绝热材料热导率2、确定试验材料热导率与温度的变化关系3、根据实验要求，进行多次工况的测试4、测试结束后，先切断加热器电源，并关闭跟踪器，经过10分钟左右后再关闭水泵（或停放自来水）。5、书写实验报告，包括简述实验原理及过程，各种数据的原始记录，实验数据处理及计算过程，实验结果。实验四：强迫流动单管管外放热系数测定（2学时）1、了解对流放热的实验研究方法；2、学习测量风速、温度及热量的基本技能；3、测定空气横掠单管表面的平均放热系数，并将实验数据整理成准测方程
2、实验、实习部分教学内容与要求（8学时） 实验一：二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定（2学时） 1、测定CO2的 P-V-T关系。在P-v图中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界温度 （t=31.1℃）、高于临界温度（t=50℃）的三条等温曲线，与标准实验曲线及理论计算值比较， 并分析差异原因。 2、观测临界状态 （1）临界状态附近汽液两相模糊的现象 （2）汽液整体相变现象 （3）测定CO2的tc，Pc，vc等临界参数并将实验所得的值与理想气体状态方程和范得瓦耳方 程的理论值比较，简述其差异原因。 3、书写实验报告，包括简述实验原理及过程，各种数据的原始记录，实验结果整理后的图 表，分析比较等温曲线的实验值与标准值间的差异与原因，分析比较临界比体积的实验值与标准 值、理论计算值间的差异与原因，并简述实验收获及实验改进意见。 实验二：气体定压比热测量（2学时） 1、掌握气体定压比热的测量原理及其测量装置； 2、掌握混合气体中组成气体比热容的测量及计算方法； 3、了解影响比热容测量精度的因素。 4、切勿在无气流通过的情况下使电热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。 5、输入电热器的电压不得超过220V，气流出口最高温度不得超过300℃。 6、加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪主体因温度骤升和骤降而破裂。 7、停止实验时，应先切断电热器。让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可适当缩 短）。 8、书写实验报告，包括实验目的，实验原理及方法论述，实验数据记录表，实验数据处理及 计算过程，实验结果，并对干空气的实验结果与教材中给出的准确数值的进行比较分析，分析讨 论产生测试误差的原因。 实验三：稳态平板法测保温绝热材料的热导率λ（2学时） 1、用平板法测绝热材料热导率 2、确定试验材料热导率与温度的变化关系 3、根据实验要求，进行多次工况的测试。 4、测试结束后，先切断加热器电源，并关闭跟踪器，经过10分钟左右后再关闭水泵（或停放 自来水）。 5、书写实验报告，包括简述实验原理及过程，各种数据的原始记录，实验数据处理及计算过 程，实验结果。 实验四：强迫流动单管管外放热系数测定（2学时） 1、了解对流放热的实验研究方法； 2、学习测量风速、温度及热量的基本技能； 3、测定空气横掠单管表面的平均放热系数，并将实验数据整理成准测方程