熱力系統(tǒng)仿真與優(yōu)化 教學(xué)大綱

第頁熱力系統(tǒng)仿真與優(yōu)化一、課程說明課程編號：100309Z10課程名稱：熱力系統(tǒng)仿真與優(yōu)化/SimulationandOptimizationofThermodynamicSystems課程類別：專業(yè)教育課程學(xué)時/學(xué)分：32學(xué)時/2學(xué)分先修課程：工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、工程流體力學(xué)適用專業(yè)：新能源科學(xué)與工程教材：自編《熱力系統(tǒng)仿真與優(yōu)化》-計劃2019年出版教學(xué)參考書：RGicquel,Energysystems:Anewapproachtoengineeringthermodynamics,CRCPress,2011.FCKnopf,Modeling,analysisandoptimizationofprocessandenergysystems,JohnWiley&Sons,Inc.,2012王豐，熱力學(xué)循環(huán)優(yōu)化分析，國防工業(yè)出版社，2014.RSpan,WWagner,EquationsofstatefortechnicalapplicationsI.Simultaneouslyoptimizedfunctionalformsfornonpolarandpolarfluids.IntJThermophysics2003;24(1):1-39.二、課程設(shè)置的目的意義熱力系統(tǒng)仿真及優(yōu)化是新能源科學(xué)與工程專業(yè)設(shè)立的專業(yè)選修課，本課程的目的是讓學(xué)生初步掌握能源利用與轉(zhuǎn)換過程和系統(tǒng)的計算機仿真的基本思路與方法，包括狀態(tài)方程、工質(zhì)熱力性質(zhì)的計算、常見熱力系統(tǒng)仿真、優(yōu)化的基本理論、優(yōu)化算法和典型熱力系統(tǒng)的優(yōu)化問題等。熱力系統(tǒng)計算機仿真與優(yōu)化是一門綜合性課程，集成了計算機、自動控制、數(shù)理方法、應(yīng)用數(shù)學(xué)、圖形圖像技術(shù)等多個學(xué)科的知識。因此，本課程不僅能使學(xué)生拓展視野，完善其知識體系，而且能為學(xué)生進一步的深造和學(xué)習(xí)奠定一定的基礎(chǔ)。三、課程的基本要求知識方面的基本要求：掌握工質(zhì)熱力性質(zhì)計算的基本理論與方法；理解典型熱力設(shè)備和系統(tǒng)仿真和優(yōu)化的基本方法，并掌握相關(guān)計算程序或軟件；了解最優(yōu)化理論的基本框架、基本優(yōu)化算法，掌握優(yōu)化計算程序或軟件；為研究生階段繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和原創(chuàng)性研究提供基本的知識儲備；能力方面的基本要求：培養(yǎng)運用工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)和工程流體力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)知識解決實際工程問題的能力與思維；熟悉熱力系統(tǒng)仿真與優(yōu)化的基本原則與思路；了解計算機模擬與仿真的發(fā)展動態(tài)和應(yīng)用現(xiàn)狀，培養(yǎng)國際視野及較強的創(chuàng)新能力和實踐能力；素質(zhì)培養(yǎng)方面的具體要求：培養(yǎng)良好的社會責任感和職業(yè)道德；形成自主學(xué)習(xí)和終生學(xué)習(xí)的意識和習(xí)慣，培養(yǎng)適應(yīng)發(fā)展的素質(zhì)；培養(yǎng)溝通交流的能力和團隊合作的精神。四、教學(xué)內(nèi)容、重點難點及教學(xué)設(shè)計章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時學(xué)時分配教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)方案設(shè)計（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）講課（含研討）實踐第1章緒論熱力系統(tǒng)仿真與優(yōu)化概述；熱力學(xué)基本守恒方程22熱力計算的內(nèi)容、意義等；復(fù)習(xí)質(zhì)量守恒、能量守恒和熵平衡方程教學(xué)方法：講授法、演示法；教學(xué)手段：PPT+多媒體+互動討論第2章工質(zhì)熱力參數(shù)計算熱力學(xué)微分關(guān)系式；狀態(tài)方程；熱力性質(zhì)計算66復(fù)習(xí)熱力學(xué)微分關(guān)系式、比熱容的方程；狀態(tài)方程；基于狀態(tài)方程的熱力性質(zhì)計算Helmholtz自由能狀態(tài)方程；基于Helmholtz狀態(tài)方程的熱力參數(shù)計算教學(xué)方法：講授法、演示法、練習(xí)法；教學(xué)手段：PPT+多媒體+習(xí)題講解+互動討論第3章熱力系統(tǒng)仿真常見熱力設(shè)備計算；動力循環(huán)系統(tǒng)仿真；制冷與熱泵循環(huán)仿真；太陽能熱-電系統(tǒng)仿真862壓縮機、換熱器、燃燒室、太陽能集熱器等設(shè)備的熱力性能計算；蒸汽動力循環(huán)仿真；蒸汽壓縮式制冷循環(huán)仿真；高溫太陽能集熱器模型、太陽能熱電系統(tǒng)模型和仿真燃燒室的能量平衡；工質(zhì)水的熱力性質(zhì)計算；吸收式制冷循環(huán)的熱力學(xué)模型；系統(tǒng)仿真計算的流程教學(xué)方法：講授法、交流法；任務(wù)驅(qū)動法；教學(xué)手段：PPT+多媒體+習(xí)題講解+上機練習(xí)第4章最優(yōu)化理論優(yōu)化問題的本質(zhì)與組成；優(yōu)化問題建模；優(yōu)化問題的求解66優(yōu)化問題的基本特征、優(yōu)化的范圍和層次、求解優(yōu)化問題的一般過程；模型分類、建模步驟、自由度、約束、目標函數(shù)；無約束最優(yōu)化算法、有約束最優(yōu)化算法優(yōu)化問題的基本特征；自由度的確定、目標函數(shù)教學(xué)方法：講授法、演示法、練習(xí)法；教學(xué)手段：PPT+多媒體+習(xí)題講解+互動討論第5章熱力系統(tǒng)優(yōu)化與設(shè)計活塞式內(nèi)燃機循環(huán)優(yōu)化分析；太陽能熱-電系統(tǒng)優(yōu)化；蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)優(yōu)化862奧托循環(huán)和狄賽爾循環(huán)的最佳壓縮比、最佳熱效率；太陽能集熱器最佳溫度、槽式太陽能熱電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計；蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)特性、最佳冷水流量、最佳冷卻水量工質(zhì)熱力性質(zhì)的變化；槽式太陽能熱電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計；制冷系統(tǒng)最佳冷卻水、冷凍水流量的確定教學(xué)方法：講授法、交流法；任務(wù)驅(qū)動法；教學(xué)手段：PPT+多媒體+習(xí)題講解+上機練習(xí)總復(fù)習(xí)220合計32284注1：實驗課時計入專業(yè)實驗課課時五、實踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求與本課程相關(guān)的上機課時為4學(xué)時，計入本課程教學(xué)課時。上機共2個內(nèi)容，4個學(xué)時。上機實踐內(nèi)容1：槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)仿真（2學(xué)時）上機實踐內(nèi)容2：蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計（2學(xué)時）基本要求：提前學(xué)習(xí)掌握教師提供的模擬程序和軟件；根據(jù)教師提供的程序和軟件，按時完成計算仿真的任務(wù)；撰寫并提交上機仿真和優(yōu)化計算報告一份。六、考核方式及成績評定考核內(nèi)容包括基本知識的掌握情況，分析和解決問題的能力，應(yīng)用理論解決實際工程問題的能力，對所學(xué)知識的歸納整理，對問題的分析和表達，溝通與交流的綜合表現(xiàn)?？己说闹攸c在于學(xué)習(xí)過程中的能動性，上機操作能力，發(fā)現(xiàn)問題的能力、分析和歸納問題的能力，認知和表達的能力?？己朔绞娇己藘?nèi)容成績比例（%）備注考勤（學(xué)生參與度）、隨堂平時到課率、課堂問答、研討的積極性15可分