《热工理论基础A》课程教案
一、教学目的与要求: 《热工理论基础》课程的理论知识在自然界及各个领域都有着非常广泛的应用，其内涵丰富、公式数量多、联系工程实际范围广，是热能动力工程、建筑环境与设备工程、自动化（热工过程自动化方向）和车辆工程交通运输、机械设计及其自动化专业的一门主要专业基础课程。学生通过学习掌握能量转换的理论基础、流体运动的基本规律及热量传递的基本理论知识和实验，使学生获得本专业的基本知识，并受到相应的分析、计算能力及一定的实验技能的训练。为后续专业课的学习打下扎实的基础。通过实验，掌握热工基础的测量内容和实验分析方法,具备一定的实验技能，并能合理分析实验结果和书写实验报告。
二、课程基本内容及重点和难点:
第一章 热力学的基本概念(4学时) 工程热力学的研究对象及主要内容工程、热力学的发展状况及其在热动工程中的重要作用。自然界能源的来源及其利用，热能与机械能的转换，热力系统、工质、热源、状态，平衡状态、状态参数及其特性、基本状态参数、状态方程、热力参数坐标图。可逆过程、热量、功、热力循环。
重点内容：热力系统、工质、热源、状态，平衡状态、状态参数、准平衡过程、可逆过程、热量、功、热力循环的基本概念
难点内容：准平衡过程、可逆过程概念正确理解。 第二章 热力学第一定律(4学时)
热力学第一定律的实质及应用，功、热量，热力学能、膨胀功的物理意义及数学表达式以及在示功图中的表示。闭口系统的热力学第一定律表达式，稳定流动能量方程式。功和热量在p-v和T-s图中的表示。
重点内容：掌握热力学第一定律的实质及应用，热力学能、焓、熵的物理意义，热量、膨胀功、技术功的数学表达式及在p-v和T-s图中的表示，稳定流动能量方程式的应用方法。
难点内容：膨胀功、技术功和轴功的区别。 第三章 热力学第二定律(6学时)
热力学第二定律的实质、卡诺循环组成、卡诺循环热效率、卡诺定律、熵方程、克劳修斯不等式、孤立系统熵增原理。
重点内容：深刻理解热力学第二定律的实质，掌握卡诺循环热效率的计算及卡诺定律的含义，掌握熵方程的推导过程、克劳修斯不等式、孤立系统熵增原理的应用。
难点内容：准确理解卡诺定律并解释一些物理现象，孤立系统熵增原理的应用。
1 第四章 理想气体的性质及其热力工程(4学时)
理想气体的性质及状态方程式、比热、热力学能、焓和熵的定义、四种典型的热力过程的特点和状态量和过程量计算方法。
重点内容：理想气体的性质及状态方程式，理想气体的热力学能、焓和熵定义，定压过程、定容过程、定温过程、绝热过程方程式。
难点内容：热力过程在p-v和T-s图中的表示。 第五章 水蒸汽(2学时)
水蒸气的产生过程、各阶段的的特点。水蒸气的状态参数表和焓—熵图、水蒸汽的热力过程。 重点内容：水蒸气的产生过程各阶段的的特点，水蒸气状态参数的查取方法。 难点内容：湿蒸气区水蒸气状态参数的确定。 第六章 蒸汽动力装置的基本循环(4学时)
朗肯循环的组成和循环热效率的计算、蒸气初终参数对循环热效率的影响，再热循环、回热循、热电联供循环的组成和循环热效率的计算。
重点内容：朗肯循环的组成和循环热效率、汽耗律的计算方法，再热循环、回热循、热电联供循环和优优缺点。
难点内容：蒸气初终参数对循环热效率的影响的分析。 第七章 气体的流动(4学时)
稳定流动时的基本规律和基本方程式，管内定熵流动的基本特性。喷管的流速、临界流速和流量的计算、喷管效率、绝热滞止概念。
重点内容：稳定流动时的基本规律和基本方程式。喷管的流速、临界流速和流量的计算，绝热滞止概念。
难点内容：稳定流动时的基本规律和基本方程式 第八章 气体动力循环*（2学时）、
混合加热循环、定容加热循环、定压加热循环的组成、压缩比、膨胀比和热效率的计算公式。燃气轮机增压内燃机及其循环的组成和特点。 重点内容：定容加热循环、定压加热循环 难点内容：压缩比、膨胀比和热效率的计算公式 第九章 流体的物理性质（2学时）
流体的定义和特征、流体作为连续性介质的假设、流体的密度、流体的压缩性、流体的膨胀性。流体的粘性。作用在流体上的力。
重点：流体的粘性
第十章 流体静力学 （4学时）
流体静压强及其特性、流体静力学的基本方程。绝对压强、计示压强、液柱式测压计。静止液
2 体作用在平面上、曲面上的总压力。
重点：流体静力学的基本方程及应用。 难点：静止液体作用在曲面上的总压力
第十一章 流体运动的基本概念和基本方程（4学时）
研究流体流动的方法、流体的分类。流线与迹线、流管、流束、流量、流线方程。流体微团运动的分析。粘性流体的运动微分方程（N-S方程）、理想流体的运动微分方程。系统与控制体、连续性方程。
重点：流体运动的基本概念、连续方程。 难点：系统与控制体、输运公式。
第十二章
不可压缩流体的一维流动 （8学时）
理想流体伯努利方程及应用。动量方程及应用。粘性流体的两种流动状态。粘性流体总流的伯努利方程。管内流动的能量损失、圆管中流体的层流流动。粘性流体的紊流流动。圆形管道沿程损失、局部损失、非圆形管道沿程损失的计算。综合应用举例。
重点：粘性流体管内流动能量损失的计算及粘性流体总流的伯努利方程的应用。 难点：动量方程及应用、圆管中流体的紊流流动。 第十三章 不可压缩流体的平面流动（6学时）
平面流动的伯努利方程。有势流动、速度势和流函数、流网。几种简单的不可压缩流体的平面流动。几种简单的平面无旋流动的叠加、平行流绕过圆拄体无环量流动、边界层的基本概念、卡门涡街、物体的阻力、阻力系数。
重点：速度势和流函数及平面无旋流动的叠加。边界层的基本概念
难点：边界层的分离
第十四章 热量传递的基本方式(4学时)
传热学研究的对象、方法和内容，导热、对流换热、辐射换热的基本定律，传热过程等基本概念。
重点内容：导热、对流换热、辐射换热的基本定律，传热过程基本概念。 难点内容：传热过程的分析。
第十五章 稳态导热(4学时)
稳态导热、温度场、温度梯度、导热系数等基本概念、傅里叶定律、导热微分方程及边界条件，通过平壁、圆筒壁、肋片的导热分析和计算。
重点内容：傅立叶定律、导热微分方程式推导原测和过程和三个边界条件的建立方法，单层及多层平壁、园筒壁和肋片稳态导热时温度分布规律、导热量、热阻的计算。
难点内容：导热微分方程式推导、三个边界条件。肋片导热问题的简化分析。 第十六章 非稳态导热(4学时)
非稳态导热的特点及计算，集总参数法求解非稳态导热问题，比渥数、傅立叶数的物理意义。 重点内容：非稳态导热的基本概念，比渥数、傅立叶数的物理意义掌握，集总参数法计算非稳
3 态导热问题。
难点内容：集总参数法简化分析，比渥数、傅立叶数的物理意义掌握。 第十七章 对流换热(6学时)
影响对流换热的因素、热边界层的基本概念，几种强迫对流换热准则方程式，自然对流换热的计算准则方程式，凝结与沸腾换热的特点。
重点内容：影响对流换热的主要因素，流动边界层和热边界层等基本概念，几种强迫对流换热准则方程式，自然对流换热的计算准则方程式。凝结与沸腾换热的特点。
难点内容：准则方程式的适用条件和定性温度、定型尺寸的确定和计算。
第十八章 辐射换热(4学时)
辐射、热辐射、吸收率、反射率、穿透率、黑体、黑度、灰体等基本概念，斯忒藩—玻耳兹曼定律、普朗克定律、兰贝特定律。实际物体的辐射特性、基尔霍夫定律、角系数的定律和计算两固体表面间、多表面间辐射换热计算、遮热板原理。
重点内容：黑体的四个典型的基本定律，灰体、黑度的基本概念和基尔霍夫定律的结论。 角系数的性质和计算方法，两固体表面间的辐射换热量的计算，遮热板原理。
难点内容：两固体表面间的辐射换热量的计算。
第十九章
传热过程和换热器(4学时)
复合换热、传热过程、传热系数等概念，传热方程的建立和求解、换热器的型、平均温差、换热器的热计算。
重点内容：复合换热、传热过程、传热系数，通过平壁、圆筒壁、肋片传热计算方法换热器的型、平均温差、换热器的热计算。
难点内容：复合换热概念、平均温差法换热器的热计算
三、课程各教学环节的安排
1、习题
演做习题是运用基本原理分析解决问题的过程，也是巩固所学理论，培养学生运用理论解决实际问题能力的过程。
作为教师，要十分重视对这个环节的训练，利用配套的“热工理论基础”习题集和教材中的习题。每次布置作业时，精选有代表性、富有启发性、结合工程实际的习题，特别是课程后期，选择有综合性，工程性强的习题。
对有些综合性的题目，学生有时感到棘手，但要坚持只给提示，让学生看书，甚至查阅其他课程书籍，先不予讲解，启发他们运用已学会的知识，通过迁移来解题。
2、实验
4 本课程实验教学学时为12学时，以下实验项目任选6项： 空气定压比热测定实验；
CO2临界状态观察及p---T---v关系测定； CO2饱和温度与饱和压力关系测定; 伯努里方程演示实验； 沿程阻力实验 局部阻力实验； 流量计流量系数测； 材料导热系数的测定；
空气纵掠平板时局部换热系数的测定； 固体表面黑度的测定； 中温辐射时物体黑度的测定。
除上述实验项目，还可根据学生科技活动的课题开设一些开放性的实验项目。
3、现场教学
为培养有实践能力的高级专门人才，在教学过程中还需加强实践环节和学生实践能力的培养，即使进行理论教学时，也注意理论联系实际，注重工程应用。例如：带领学生参观锅炉房、实验室的发电厂的模型，制冷装置循环，这种有机的联系，使课堂教学生动活泼，使学生真正理解所学知识和原理在实际运用中的重要性。又例如在讲述传热的三种基本方式这部分内容，分析以往学生反映抽象难懂，增举一个散热器、省煤器、锅炉等：分析它们存在的传热现象，由实例分析和计算，使学生接触的基本概念、原理不在是枯燥空洞，而是富有工程背景和实用价值的理论，从而加深了对这部分内容的理解。同时从实例的比较中,他们自己领悟出一个道理：对能量应从量和质两方面综合评价，才能真正找到节能途径。
4、多媒体教学
利用多媒体计算机具有的丰富的图、文、声等处理功能，使学生可以通过眼、手、耳等多种感官的直接感觉，直观、形象、生动地学习知识，使学生能在轻松的环境中达到对知识的理解、分析、记忆、掌握和运用。
四、教材与参考书目
使用教材：
傅俊萍，衣晓青.热工理论基础.长沙：湖南师范大学出版社，2005 本教材是湖南省高等教育21世纪规划教材。教材将工程热力学、工程流体力学、传热学整合为一本教材，减少了原三部分内容的重复部分，使教材的思路更具系统性，缩短了教学时间，降低了学生对这三部分内容的混淆程度，扩宽了学生的知识面。
参考教材：
[1]沈维道．工程热力学．(第三版)．北京:高等教育出版社，1995 自1995年修订版出版至今，获全国第一届高等学校优秀教材国家教委二等奖，是面向21世纪课程教材。教材对工程热力学、工程流体力学、传热学课程的内容进行了优化整合，创建了热工理论基础的课程体系，使教材即加深了本学科的基本知识，又反映了学科的发展动态。
[2] 孔珑．流体力学．第三版 ．北京:高教出版社，2003 [3] 杨世铭．传热学（第三版）．北京:高等教育出版社，1998 本书自1998年修订版出版至今，获全国第一届高等学校优秀教材优秀奖，教育部科技进步一等奖，是面向21世纪课程教材。
五、考核方式与成绩评定
本课程考核方式为考试，其中考试成绩占80%，平时成绩占10%，实验成绩占10%。
