熱工學(xué)教學(xué)大綱

PAGEPAGE9《熱工學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱熱工學(xué)課程編號課程性質(zhì)必修課課程類別學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課開課單位材料成型教研室授課學(xué)期第4學(xué)期學(xué)分/學(xué)時2/32課內(nèi)學(xué)時32理論授課32上機學(xué)時0課內(nèi)實踐0實驗學(xué)時0課外學(xué)時32適用專業(yè)材料成型及控制工程是否雙語否先修課程高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程流體力學(xué)后續(xù)課程金屬學(xué)與熱處理、焊接冶金學(xué)、畢業(yè)設(shè)計二、課程簡介《熱工學(xué)》是材料成型及控制工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)必修課，是研究熱能與機械能之間相互轉(zhuǎn)換及熱量傳遞的客觀規(guī)律的學(xué)科，以及如何科學(xué)地、有效地利用能源，實現(xiàn)將熱能高效地轉(zhuǎn)變成機械能的方法。該課程的主要內(nèi)容有熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、工質(zhì)熱力性質(zhì)、熱力過程和循環(huán)的分析方法，熱量傳遞的基本理論和技術(shù)等。通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得較寬廣有關(guān)熱能與機械能之間的相互轉(zhuǎn)變規(guī)律、熱量傳遞的基本理論知識、相應(yīng)的分析計算能力。本課程不僅為后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)知識提供必要的理論基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實際問題能力的重要環(huán)節(jié)之一。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達到以下目標：課程目標1.知識目標：掌握熱力學(xué)基本概念，熟悉熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律基本描述、掌握工質(zhì)熱力性質(zhì)、熱力過程和循環(huán)基本知識。明確常見熱傳遞現(xiàn)象的物理機理和特點，熟悉導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱的基本定律，深刻理解三種基本傳熱過程的數(shù)學(xué)表達式，了解影響傳熱過程的主要因素。課程目標2.能力目標：（1）能夠應(yīng)用熱力學(xué)第一、第二定律和抽象、簡化的方法對具體問題的熱力過程或熱力循環(huán)進行分析和計算，進而掌握提高能量利用率的主要途徑。（2）能夠?qū)Φ湫蛡鳠岈F(xiàn)象進行分析和定量的計算。掌握強化和削弱傳熱的原理和方法，能利用傳熱學(xué)的基本原理和基本知識，解決工程上一些典型傳熱問題。課程目標3.價值目標：通過課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生追求真理和獻身工程研究的精神，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴謹認真的學(xué)習(xí)和工作態(tài)度；通過了解熱力學(xué)和傳熱學(xué)的發(fā)展史及其在工程領(lǐng)域的具體應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生求知熱情和創(chuàng)新精神，使學(xué)生善于思考，勇于實踐；建立“節(jié)能優(yōu)先，有效用能”的設(shè)計思想，能采用網(wǎng)絡(luò)查詢與課程相關(guān)的最新工程或研究成果，進行分析、交流，并對日常生活中所遇到的熱力學(xué)問題提出改進措施或方案，培養(yǎng)學(xué)生環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的理念。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點1-1能夠運用高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)知識和物理、化學(xué)等自然科學(xué)知識對機械工程問題進行適當表述和分析1.工程知識課程目標22.2能夠?qū)⑾嚓P(guān)基礎(chǔ)理論和基本原理綜合應(yīng)用于復(fù)雜工程問題的表述，對復(fù)雜工程問題的解決途徑進行分析、對比并試圖改進；2-問題分析課程目標3指標點7-1能夠知曉和理解環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的理念和內(nèi)涵7.環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元緒論、熱力學(xué)基本概念（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容（1）本課程在專業(yè)課程體系中的地位和作用介紹。（2）課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、講授方式、評價方式介紹。（3）了解熱能及其利用的歷史及其現(xiàn)狀。（4）了解能源及其合理利用。（5）了解熱工學(xué)研究的對象及主要內(nèi)容。（6）了解熱工學(xué)常用的計量單位。（7）掌握熱力系、狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)（壓力、比容、溫度、內(nèi)能、焓、熵）、狀態(tài)方程和狀態(tài)參數(shù)坐標圖、過程及循環(huán)、功和熱量等熱力學(xué)概念；明確三種基本熱量傳遞方式。

2.重點和難點重點：熱力系、狀態(tài)及狀態(tài)參數(shù)、過程及循環(huán)，熱量傳遞的基本方式。難點：平衡態(tài)及準平衡態(tài)、過程及循環(huán)。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程的基本知識。（2）采用“視頻動畫+多媒體圖文”的方式，講授熱工學(xué)研究的主要內(nèi)容。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠明確熱工學(xué)研究的對象和主要內(nèi)容，能夠用狀態(tài)參數(shù)描述熱力系，掌握平衡態(tài)及準平衡態(tài)、過程及循環(huán)。了解工程上常見的簡單熱力過程，掌握熱工學(xué)常用的計量單位，明確熱量傳遞的三種基本方式。5.支撐課程目標本單元知識、教學(xué)方式支撐的課程目標1、課程目標2和課程目標3。通過講授使學(xué)生能夠認知到熱力學(xué)的基本參數(shù)，正確闡述這些參數(shù)的意義及其在熱力狀態(tài)研究中起到的作用，能夠用于問題的分析，初步建立“節(jié)能優(yōu)先，有效用能”的思想。第二單元熱力學(xué)第一定律、氣體的熱力過程（學(xué)時數(shù)：8學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容（1）熱力學(xué)第一定律及其表達式，內(nèi)能、焓的計算，閉口系統(tǒng)能量方程，開口系穩(wěn)定流動能量方程、功和熱量的計算及其在Ｐ－Ｖ圖和Ｔ－Ｓ圖中的表示。（2）實際氣體與理想氣體的特征，掌握理想氣體的狀態(tài)方程式，理想氣體和理想混合氣體的熱力性質(zhì)，能夠完成簡單熱力過程的分析。2.重點和難點重點：熱力學(xué)第一定律；閉口系統(tǒng)能量方程，穩(wěn)定能量方程，焓；功、熱的計算及在P-V和T-S圖上的表達；理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵；氣體的基本熱力過程。難點：閉口系統(tǒng)能量方程；開口系穩(wěn)定流動能量方程；理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵；氣體的基本熱力過程。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程的基本知識。（2）采用“視頻動畫+多媒體圖文”的方式，講授熱力學(xué)第一定律、氣體狀態(tài)方程及典型氣體熱力過程的分析方法。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果通過對穩(wěn)定流動能量方程和氣體熱力過程的分析學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)Φ湫偷臍怏w熱力過程進行熱、功量的計算，并能夠利用所學(xué)知識進行壓氣機熱效率的分析，能夠論述提高壓氣機效率的方法及其內(nèi)在的原理。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標1、2、3。通過學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠利用穩(wěn)定流動能量方程的相關(guān)知識分析典型的熱力機械，并能夠?qū)Φ湫偷臍怏w熱力過程進行計算。第三單元熱力學(xué)第二定律（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容（1）熱力學(xué)第二定律的含義及實質(zhì)；（2）卡諾循環(huán)及卡諾定理，熵的概念，孤立系熵增原理。2.重點和難點重點：熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)，卡諾循環(huán)、卡諾定理，熵的含義及計算。難點：熵的含義與計算，熱力循環(huán)的分析。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，闡明課程的基本知識。（2）采用“視頻動畫+多媒體圖文”的方式，講授熱力學(xué)第二定律的含義及其應(yīng)用。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果通過對熱力學(xué)第二定律的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)唵蔚臒崃ρh(huán)能量轉(zhuǎn)化效率進行分析，能夠闡明影響熱力循環(huán)效率的因素。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標1、2、3。學(xué)生能夠利用卡諾循環(huán)的相關(guān)知識對實際的熱力循環(huán)進行分析，并提出提高循環(huán)熱效率的方法。第四單元導(dǎo)熱（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容（1）導(dǎo)熱現(xiàn)象的內(nèi)在原理、導(dǎo)熱計算的數(shù)學(xué)表達式、導(dǎo)熱微分方程式的含義與建步驟。（2）穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的含義與特點、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的數(shù)學(xué)表達、典型穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的處理方法，熟悉穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱在工程中的應(yīng)用實例。（3）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本含義及特點，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的工程處理方法。2.重點和難點重點：導(dǎo)熱微分方程及其含義、一維導(dǎo)熱問題的簡化處理、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的工程處理方法、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的特點及處理方法。難點：導(dǎo)熱微分方程的含義、一維導(dǎo)熱問題的簡化及工程計算、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的特點工程案例與處理方法。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件（包括動畫、視頻、圖文）和傳統(tǒng)教學(xué)法相結(jié)合，闡明導(dǎo)熱微分方程的建立過程及含義、一維導(dǎo)熱方程的建立與應(yīng)用、穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的概念；（2）通過案例分析，闡述一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的工程處理方法，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的工程處理方法；（3）通過隨堂章節(jié)小測驗，促進對所學(xué)知識的消化和鞏固。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果完成本單元學(xué)習(xí)任務(wù)后，能夠理解微分方程的各項在導(dǎo)熱問題中的具體含義，闡明研究導(dǎo)熱問題的基本流程與方法，并能對簡單的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題進行計算。5.支撐課程目標本單元支撐課程目標1、2、3，能夠使學(xué)生學(xué)會一維導(dǎo)熱問題的簡化處理方法，深入理解使用微分方程求解物理問題的基本方法。第五單元對流換熱（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容（1）對流現(xiàn)象的分類及影響因素、牛頓冷卻公式的表達式及物理含義，對流換熱系數(shù)意義。（2）對流現(xiàn)象數(shù)學(xué)表達式的簡化處理、相似原理的基本含義、無量綱準則數(shù)的含義、邊界層的概念及對對流換熱的影響。（3）內(nèi)部、外部流動問題的處理方法。2.重點和難點重點：對流換熱系數(shù)的意義、相似原理、邊界層的含義及對對流換熱的影響、無量綱準則數(shù)的含義及在對流換熱計算中的應(yīng)用、內(nèi)部外部對流換熱問題的工程處理方法。難點：相似原理、無量綱準則數(shù)的含義及應(yīng)用、邊界層對對流換熱的影響。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件（包括動畫、視頻、圖文）和傳統(tǒng)教學(xué)法相結(jié)合，闡明對流換熱的實質(zhì)、相似原理在對流現(xiàn)象中的應(yīng)用、對流換熱現(xiàn)象的工程計算方法；（2）通過案例分析，闡述內(nèi)部對流換熱和外部對流換熱的工程計算方法；（3）通過隨堂章節(jié)小測驗，促進對所學(xué)知識的消化和鞏固；4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果完成本單元學(xué)習(xí)任務(wù)后，能夠闡述無量綱數(shù)的含義以及在對流換熱工程計算中的應(yīng)用，能夠?qū)唵蔚墓軆?nèi)部對流換熱和外部對流換熱問題進行計算。5.支撐課程目標通過本單元學(xué)習(xí)，歸納總結(jié)對流換熱的概念及研究方法，具備對簡單對流換熱問題進行工程計算。同時，無量綱數(shù)的提出及應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生的發(fā)散創(chuàng)新思維，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。本單元支撐課程目標1、2、3，第六單元輻射換熱（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容（1）輻射換熱的基本概念及基本原理，黑體、灰體、白體的輻射換熱特點及在輻射換熱計算中的應(yīng)用。（2）有效輻射及輻射換熱計算方法。（3）輻射換熱的工程應(yīng)用，遮熱板的原理與應(yīng)用。2.重點和難點重點：黑體、灰體的意義及在輻射換熱計算中的應(yīng)用、角系數(shù)的含義與應(yīng)用、表面熱阻與空間熱阻的含義、遮熱板的原理。難點：灰體的特性與應(yīng)用、角系數(shù)的含義與計算、遮熱板的工作原理及應(yīng)用。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件（包括動畫、視頻、圖文）和傳統(tǒng)教學(xué)法相結(jié)合，闡明焊接理想輻射體的特點及在輻射換熱研究中的意義，角系數(shù)的含義及計算方法，簡單輻射體系的工程計算。（2）通過案例分析，闡述遮熱板的工作原理及工程應(yīng)用。（3）通過隨堂章節(jié)小測驗，促進對所學(xué)知識的消化和鞏固。4.學(xué)習(xí)預(yù)期成果學(xué)生完成本單元后，能夠確定典型輻射換熱系統(tǒng)的發(fā)射率、角系數(shù)等，并對輻射換熱量進行計算，理解遮熱板的工作原理。5.支撐課程目標通過學(xué)習(xí)學(xué)生能夠?qū)唵蔚妮椛鋼Q熱系統(tǒng)進行分析，確定輻射計算所需的相關(guān)參數(shù)，并能完成計算過程，能夠?qū)υ鰪姾拖魅踺椛鋼Q熱的措施進行分析，并提出相關(guān)建議。同時，通過太陽輻射應(yīng)用、遮熱板原理的介紹，使學(xué)生認識到輻射換熱的普遍意義，激發(fā)學(xué)生認知、探索自然現(xiàn)象的熱情。本單元支撐課程目標1、2、3。（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對課程目標的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標學(xué)時安排課內(nèi)課外學(xué)時比例第一單元熱力學(xué)基本概念講授法、案例教學(xué)課程目標141:1第二單元熱力學(xué)第一定律、氣體的熱力過程講授法、案例教學(xué)、單元測驗課程目標1、2、381:1第三單元熱力學(xué)第二定律講授法、案例教學(xué)、單元測驗課程目標1、2、341:1第四單元導(dǎo)熱講授法、案例教學(xué)、單元測驗課程目標1、2、361:1第五單元對流換熱講授法、案例教學(xué)、單元測驗課程目標1、2、341:1第六單元輻射換熱講授法、案例教學(xué)、測驗課程目標1、2、341:1復(fù)習(xí)+綜合測驗21:1合計3264五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績60%作業(yè)（百分制）40本門課程作業(yè)主要考核熱力過程、熱力循環(huán)、導(dǎo)熱、輻射換熱、對流換熱等相關(guān)內(nèi)容。作業(yè)評分的具體標準為：字跡是否整潔，計算是否準確，概念是否清晰，分析討論是否正確。目標分值=0.4*作業(yè)平均成績單元測驗（百分制）50考核內(nèi)容及評價細則：每單元均有對應(yīng)的章節(jié)小測，主要考核各章節(jié)內(nèi)容的易錯點。題型為選擇、判斷等。目標分值=0.5*測驗平均成績課堂表現(xiàn)（百分制）10考核內(nèi)容及評價細則：是否準時出勤（無故缺勤一次，扣1分，累計超過3次以上，一票否決，課程記為不及格），課堂上精神狀態(tài)，回答問題時是否正確，學(xué)習(xí)通中參與投票、搶答等課堂活動。目標分值=0.1*課堂表現(xiàn)平均成績期末考試40%基礎(chǔ)題80考核內(nèi)容：學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的理解程度、熱力過程與循環(huán)的分析計算、傳熱現(xiàn)象原理的分析及計算。考試題型：判斷，選擇、計算題等評價細則：試卷相應(yīng)的參考答案及評分標準，依據(jù)卷面實際分數(shù)計入成績。綜合應(yīng)用20（二）課程考核對課程目標的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標第一單元緒論、熱力學(xué)基本概念1-1熱力系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)1-2狀態(tài)方程1-3準平衡過程與可逆過程1-4功量與熱量課堂表現(xiàn)、測驗、期末考試課程目標1、2、3第二單元熱力學(xué)第一定律、氣體的熱力過程2-1閉口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律2-2開口系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律2-3穩(wěn)定流動能量方程及其應(yīng)用2-4理想混合氣體及其狀態(tài)方程2-5理想氣體的熱力過程作業(yè)，測驗，課堂表現(xiàn)，期末考試課程目標1、2、3第三單元熱力學(xué)第二定律3-1熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)與表述3-2卡諾循環(huán)與卡諾定理3-3熵的導(dǎo)出與孤立系統(tǒng)的熵增原理作業(yè)，測驗，課堂表現(xiàn)，期末考試課程目標1、2、3第四單元導(dǎo)熱5-1傅里葉定理5-2導(dǎo)熱微分方程及求解5-3穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱5-4非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱作業(yè)，測驗，課堂表現(xiàn)，測驗、期末考試課程目標1、2、3第五單元對流換熱6-1牛頓冷卻公式、表面換熱系數(shù)6-2對流換熱的無量綱準則6-3自然對流的計算6-4強制對流的計算作業(yè)，測驗，課堂