上海交通大学机械与动力工程学院专业学位课程内容介绍《高等工程热科学》

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上海交通大学免费考研网/2013-01-07

《高等工程热科学》

课程代码	P020501	学分/学时	3.0/54	开课时间	春
课程名称	高等工程热科学
开课学院	机械与动力工程学院
任课教师	童钧耕
面向专业	(null)
预修课程	(null)

课程讨论时数

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课程实验数

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课程内容简介

高等工程热科学是能源、动力机械和工程热物理、航空航天工程等一级学科各硕士点的一门重要学位课，高等工程热科学主要研究热能有效利用以及热能与其它能量转换的规律及热量转递的科学。本课程不仅为研究生进一步深入学习专业课程提供必要的基础理论知识，也为从事相关专业科学研究工作提供重要的理论基础。本课程的教学内容包括工程热力学及传热理论和应用两部分。主要内容有基本概念热力学基本理论和能量的可用性实际气体状态方程及热力性质溶液与相平衡热系统分析不可逆热力学基础生物热力学基础燃料电池太阳能技术的热力学基础热传导对流换热理论基础通过本课程学习，使学生掌握热科学的基本规律，培养学生科学抽象、逻辑思维能力，能正确运用这些规律进行科学研究工作。

课程内容简介（英文）

The aim of this course is to provide a better understanding how using energy more reasonable. It is constructed of two parts: the basic theory and applications of transmitting and utilization of energy especial heat. The former encloses available energy, thermal properties of substances, pure and mixture, phase equilibrium , efficiency with maximum power and irreversible process thermodynamics, conduction and convection heat transfer. The latter encloses introduction to applications of thermodynamics to biological system and to fuel cell and others. The specific contents covered are: equilibrium and equilibrium credit, the first law and second law, equations state and thermal properties of substances, exergy and exergy analysis of a thermal system, solution and phase equilibrium, efficiency with maximum power , introduction to applications of thermodynamics to biological system., entropy generate and the maximum work of fuel cell, heat conduction and convection heat transfer

教学大纲

本课程的教学内容包括工程热力学及传热理论和应用两部分。主要内容有：第一章基本概念温度、平衡态、平衡的判据准平衡（准静态）过程和可逆过程、热量和功量；第二章热力学基本理论和能量的可用性热力学第一定律、开口系统热力学第一定律表达式、非稳态系统流动过程、过程的方向性与热力学第二定律、熵与孤立系熵增原理、熵方程；能量的可用性、；第三章实际气体状态方程及热力性质实际气体分子间相互作用力、实际气体状态方程式的一般热力学特性、维里状态方程、二常数方程、多常数半经验方程、对应态原理及气体对比态状态方程、实际气体混合物状态方程、湿空气的维里方程、热力学一般关系、余函数方程、实际气体热力过程分析方法；第四章溶液与相平衡吉布斯方程、偏（分）摩尔参数、多元系统的逸度、理想溶体的一般性质、稀溶液、非理想溶液、多元系统相平衡、单元系的克劳修斯-克拉伯龙方程、蒸气压方程、有弯曲分界面的相平衡、二元气-液系统、共沸混合物、沸点的升高和凝固点的降低；第五章热系统分析平衡方程、热工设备或装置的效率和损失系数；热经济学基础；输出功率最大时内可逆热机的效率、输出功率最大时内可逆热机联合循环的热效率；第六章不可逆热力学基础不可逆过程热力学方程、昂色格（Onsager）倒易关系、最小熵产率、绝热扩散；第七章生物热力学基础能量和热力学第一定律、赫斯定律和基尔霍夫定律、绝对熵、自由焓和生物化学反应的平衡常数、代谢过程、ATP的合成和膜离子梯度的建立、渗透；第八章燃料电池燃料电池的工作原理、实际燃料电池的熵产率、实际燃料电池简介、燃料电池的经济分析；第九章太阳能技术的热力学基础热辐射的热力学性质、可逆过程、不可逆过程、封闭黑体辐射的最大有用功、单位集热器面积的机械能优化、对流式冷却集热器第十章热传导导热问题的数学描述，导热问题的求解方法，导热反问题简述，用分离变量法求解稳态导热问题，用分离变量法求解非稳态导热问题，拉普拉斯变换法，导热问题的近似解法，集总热容系统，一维固液相变导热；第十一章对流换热理论基础对流换热的基本方程组，边界层积分方程式，紊流两方程模型（k-ε模型），管内充分发展区的对流换热，外掠平壁层流换热的相似解。上述各章中第七章到第十一章教师可视实际情况选择。

课程进度计划

(无)

课程考核要求

第一章基本概念温度、平衡态、平衡的判据、可逆过程、热量和功量；第二章热力学基本理论和能量的可用性热力学第一定律重点为非稳态系统流动过程；过程的方向性与热力学第二定律重点为熵与孤立系熵增原理、熵方程；能量的可用性、；第三章实际气体状态方程及热力性质实际气体状态方程式的一般热力学特性和常见实际气体状态方程，重点为对应态原理及气体对比态状态方程和热力学一般关系、余函数方程、余焓和余熵的图表计算；第四章溶液与相平衡偏（分）摩尔参数、多元系统的逸度、理想溶体及稀溶液的一般性质重点为多元系统相平衡、单元系的克劳修斯-克拉伯龙方程、蒸气压方程、有弯曲分界面的相平衡、二元气-液系统、共沸混合物、沸点的升高和凝固点的降低；第五章热系统分析热系统分析的方法，包括分析法、输出功率最大时内可逆热机的效率、热经济学分析法，重点为平衡方程、热工设备或装置的效率和损失系数；第六章不可逆热力学基础不可逆过程热力学方程和基本理论重点为昂色格（Onsager）倒易关系、最小熵产率；第七章生物热力学基础能量和热力学第一定律、赫斯定律和基尔霍夫定律、绝对熵、自由焓和生物化学反应的平衡常数、代谢过程、ATP的合成和膜离子梯度的建立、渗透，重点为热力学第一定律在化学过程中的应用和利用第二定律分析生物过程进行的方向；第八章燃料电池燃料电池的工作原理重点为实际燃料电池的熵产率、实际燃料电池的最大可用功；第九章太阳能技术的热力学基础热辐射的热力学性质、可逆过程、不可逆过程等重点为封闭黑体辐射的最大有用功、单位集热器面积的机械能优化及对流式冷却集热器分析；第十章热传导导热问题的数学描述，导热问题的求解方法，导热反问题简述重点为用分离变量法求解稳态导热和非稳态导热问题，导热问题的近似解法，集总热容系统；第十一章对流换热理论基础对流换热的基本方程组，重点为边界层积分方程式，紊流两方程模型（k-ε模型），管内充分发展区的对流换热，外掠平壁层流换热的相似解。上述各章中第七章到第十一章教师可视实际情况选择。

参考文献

1．教材：《高等工程热力学》（童钧耕等，北京，科学出版社，2006）2．教学参考书： 1、蒋汉文，邱信立热力学原理及应用上海同济大学出版社 19882、苏长荪，谭连城，刘桂玉高等工程热力学北京高等教育出版社 19873、杨强生，浦保荣，高等传热学上海上海交通大学出版社 20014、M. W. Zemansky, Heat and Thermodynamics, 6th.ed., Mc Graw-Hill Book Company, New York, 1981.5、Gordon G. Hammes Thermodynamics and kinetics for the biological sciences John Wiley & Sons, INC., Publican 2000