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《热工基础》课程教学大纲

适用于本科机械设计制造及其自动化专业

学分：2总学时：32理论学时：28实验/实践学时：4

一、课程的性质、任务和要求

《热工基础》是机械设计制造及其自动化专业的专业基础必修课。本课程共32学时，2学分。

《热工基础》是讲授热能和机械能相互转换基本理论以及热量传递规律的学科，用以指导提高热能利用完善程度及方法的一门课。

本课程为学生学习有关专业课程和将来解决热工领域的工程技术问题奠定坚实的基础,如：热能和机械能的相互转换，热量传递等。学生通过学习，可以掌握能量转换的理论基础，热量传递的基本理论知识，并受到相应的分析、计算能力及一定的实验技能的训练。

学习本课程后，应达到下列基本要求：

1.熟悉工程热力学的基本概念；

2.熟悉热力学第一定律，掌握热能和机械能相互转换的基本规律，以解决工程实际中有关热能和机械能相互转换的能量分析计算；

3.掌握包括理想气体、蒸气和湿空气在内的常用工质的物性特点，能熟练应用常用工质的物性公式和图表进行物性计算；

4.掌握不同工质热力过程的基本分析方法，能对工程热力过程进行计算，具有解决实际工程中有关热能转换的能量分析和计算能力；

5.熟悉热量传递的基本方式，掌握包括导热、对流换热、辐射换热三种热量传递方式的机理，进而掌握热量传递的基本规律和基本理论；

6.能对较简单的工程传热问题进行分析和计算，具有解决较简单的传热问题，尤其是解决与力学分析有关的传热问题的能力；

7.掌握稳态导热、基于相似理论的对流换热计算以及黑体的辐射换热计算。

二、本课程与其它课程的关系、主要参考教材

本课程的先修课程为：高等数学、大学物理、理论力学、材料力学。

参考教材：

[1]《热工基础》（第2版），张学学主编，高等教育出版社，2006

[2]《热工学》（第2版），高等教育出版社，蒋汉文主编，1994

[3]《热工理论基础》（第2版），郝玉福，吴淑美，邓先琛编，高等教育出版社，1992

[4]《工程热力学》，朱明善,刘颖,林兆庄,彭晓峰编,清华大学出版社，1996

[5]《热工基础与应用》，傅秦生主编，机械工业出版社，2001

[6]《工程热力学》，沈维道,郑佩芝,蒋淡安合编，高等教育出版社，1983

[7]《传热学》（第4版），杨世铭主编，高等教育出版社，1998

三、课程内容

（一）绪论

主要内容：能量与能源的种类；课程的研究内容与研究方法。

（二）基本概念

主要内容：热力系统；平衡状态及状态参数；状态方程与状态参数坐标图；准平衡过程与可逆过程；功量与热量。

（三）热力学第一定律

主要内容：热力系统的储存能；热力学第一定律的实质；闭口系统的热力学第一定律表达式；开口系统的稳定流动能量方程式；稳定流动能量方程式的应用。

（四）理想气体的性质与热力过程

主要内容：理想气体状态方程式；理想气体的热容、热力学能、焓和熵；理想混合气体；理想气体的热力过程。

（五）热力学第二定律

主要内容：自发过程的方向性与热力学第二定律的表述；卡诺循环与卡诺定理；熵。

（六）水蒸汽与湿空气

主要内容：水蒸汽的产生过程；水蒸汽的状态参数；水蒸汽的基本热力过程；湿空气的性质；湿空气的基本热力过程。

（七）热量传递的基本方式

主要内容：热传导；热对流；热辐射；传热过程简介。

（八）导热

主要内容：导热理论基础；稳态导热；非稳态导热。

（九）对流换热

主要内容：牛顿冷却公式；对流换热的影响因素和研究方法；对流换热的数学描述；外掠等壁温平板层流换热分析解简介；对流换热的实验研究方法；单相流体强迫对流换热特征数关联式；自然对流换热。

（十）辐射换热

主要内容：热辐射的基本概念；黑体辐射的基本定律；实际物体的辐射特性、基尔霍夫定律；辐射换热的计算方法；隔热板原理。

四、习题内容及要求

根据教学需要，布置一定量的习题，学生必须独立、按时完成。作业完成情况作为评定课程成绩的一部分。

作业中内力图的画法以图解法为主，其余的习题以计算为主。

五、实验

实验一：球体法测定导热系数

通过测定导热系数，熟悉稳态导热的基本理论，掌握圆球法测定疏散物质导热系数的实验方法和测试技能，加深理解导热系数与温度之间的关系。

实验二：对流换热系数的测定

通过试验，让学生了解对流换热的实验研究方法；学习测量风速、温度及热量的基本技能；测定空气横掠单管表面的平均换热系数，加深理解准则方程式。

六、学时分配（建议）

各教学环节的学时分配：基本内容讲课28学时；实验4学时。

序号

课程内容

学时

1

绪论

1

2

基本概念

2

3

热力学第一定律

2

4

理想气体的性质与热力过程

5

5

热力学第二定律

3

6

水蒸汽与湿空气

1

7

热量传递的基本方式

2

8

导热