第一篇：03050010工程熱力學課程教學大綱

《工程熱力學》課程教學大綱

一、課程基本信息

課程編號：03050010 課程中文名稱：工程熱力學

課程英文名稱：Engineering thermodynamics 課程性質：學科基礎理論必修 考核方式：考試

開課專業：熱能與動力工程 開課學期：3

總學時：64（其中理論64學時，實驗8學時）總學分：4

二、課程目的和任務

工程熱力學課程是一門動力類和熱能工程各專業的主要技術基礎課之一。它的教學目的和任務是：讓學生學習關于能量轉換的理論基礎，使學生牢固地掌握工程熱力學的基本理論和基本知識，并受到進一步的基本技能訓練。它不僅為學習專業課程提供充分的理論準備，也應為學生以后解決生產實際問題和參加科學研究打下必要的理論基礎。

三、教學基本要求（含素質教育與創新能力培養的要求）

學生學完課程后，應達到下列要求：

1.牢固地掌握熱能和機械能相互轉換的規律，并能推廣應用于熱能與化學能等其他能量的轉換問題。

2.掌握熱力過程和熱力循環的分析方法，深刻了解提高能量利用經濟性的基本原則和主要途徑。

3.熟練地運用工質的物性公式和圖表進行熱力計算。

4.注意培養從實際問題抽象為理論，并運用理論分析解決實際問題的能力。

5.學習有關的實驗方法和技能。

四、教學內容與學時分配

緒論（1學時）

熱能及其利用。工程熱力學的發展簡史。工程熱力學的主要內容研究方法。第一章 基本概念（3學時）

熱能在熱機中轉變成機械能的過程。熱力系。工質的熱力狀態及其基本狀態參數。平衡狀態、狀態方程式、坐標圖。過程的功和熱。熱力循環。

第二章 熱力學第一定律（6學時）

熱力學第一定律實質。熱力學能和總能。能量的傳遞和轉化。焓。熱力學第一定律的基本能量方程。表達式。開口熱力系統的能量方程。能量方程式應用舉例。

第三章

理想氣體的性質（6學時）

理想氣體的概念。理想氣體狀態方程。理想氣體的比熱容。理想氣體的熱力學能、焓和熵及其計算。理想混合氣體。空氣定壓比熱容測定實驗。

第四章

理想氣體的熱力過程（6學時）

分析氣體熱力過程的目的與方法。定容過程，定壓過程，定溫過程，絕熱過程，多變過程。

第五章

熱力學第二定律（6學時）

熱力學第二定律。可逆循環分析及其熱效率。卡諾定理。熵參數、熱過程方向的判據。熵增原理。熵方程。擁參數的基本概念、熱量用

第七章

水蒸汽（3學時）

飽和溫度和飽和壓力。水的定壓加熱、氣化過程。水和水蒸汽狀態參數。水蒸汽表和圖。水蒸汽的基本熱力過程。二氧化碳p-v-T關系測定實驗。水蒸汽飽和溫度-飽和壓力關系測定實驗。

第八章

氣體與蒸汽的流動（8學時）

穩定流動基本方程式。促使流速改變的條件。噴管的計算。背壓變化時噴管內流動過程簡析。絕熱節流。噴管實驗。

第九章

壓氣機的熱力過程（4學時）

單級活塞式壓氣機的工作原理和理論耗功量。余隙容積的影響。多級壓縮和級間冷卻。葉輪式壓氣機的工作原理。

第十章

氣體動力循環（4學時）

分析循環的目的及一般方法。活塞式內燃機實際循環的簡化。活塞式內燃機的理想循環。活塞式內燃機各種理想循環的比較。燃氣輪機裝置循環。燃氣輪機裝置定壓加熱實際循環。

第十一章

蒸汽動力循環裝置（4學時）

簡單蒸汽動力裝置循環-——朗肯循環。再熱循環。回熱循環。第十二章

制冷循環（2學時）壓縮空氣制冷循環。壓縮蒸汽制冷循環。第十三章

濕空氣（4學時）

相對濕度和含濕量。濕空氣的焓-濕圖。濕空氣的過程及應用。

五、教學方法及手段（含現代化教學手段）

多媒體教學。

六、實驗（或）上機內容

實驗一：空氣定壓比熱測量實驗（必做）實驗二：飽和蒸汽壓力和溫度關系實驗（必做）實驗三：二氧化碳氣體P-V-T關系實驗

實驗四：空氣定壓比熱隨溫度變化規律實驗研究（選作）實驗五：二氧化碳臨界狀態觀測實驗（選作）實驗六：噴管中空氣流動特性實驗研究（選作）

七、前續課程、后續課程

前續課程：高等數學（微積分的基本運算，常用的工程近似計算方法）、普通物理（分子物理學和熱學部分）。

后續課程：

內燃機原理，鍋爐原理，葉片機原理，空氣調節，制冷原理。

八、教材及主要參考資料

教材：沈維道，蔣志敏，童鈞耕合編.工程熱力學（第三版）北京：高等教育出版社，2001 嚴家騄，余曉福著.水和水蒸汽熱力性質圖表.北京：高等教育出版社，1995 主要參考資料：

曾丹苓，敖越，朱克雄等編.工程熱力學（第二版）北京：高等教育出版社，1986

朱明善，林兆莊，劉穎等.工程熱力學.北京：.清華大學出版社.1995

嚴家騄編著.工程熱力學（第二版）.北京：高等教育出版社，1989

朱明善，陳宏芳.熱力學分析.北京：高等教育出版社，1992

趙冠春，錢立侖.火用分析及其應用.北京：高等教育出版社，1984

撰寫人簽字：

院（系）教學院長（主任）簽字：

第二篇：工程熱力學第三版電子教案教學大綱

教學大綱

課程名稱：工程熱力學

英文譯名：Engineering Therodynamics(Architecture type)總學時數：54 講課學時：50（含習題課4）實驗學時：8 授課對象：建筑環境與設備專業、建材專業本科生 課程要求：必修 分類：技術基礎課 開課時間：第三學期

主要先修課：高等數學、大學物理、理論力學、材料力學 選用教材及參考書

教材：采用由我校廉樂明主編，李力能、譚羽非參編的全國建筑暖通專業統編教材、全國高等學校教材《工程熱力學》。本書自1979年出版至今，歷經第一版、第二版、第三版和第四版共四次修訂，計十二次印刷，在全國發行量達12萬余冊。本書曾獲國家級教學成果獎教材二等獎、建設部部優教材獎。主要參考教材：

1、清華大學主編、高教出版社出版的《工程熱力學》

2、西安交通大學主編、高教出版社出版的《工程熱力學》

3、Krle C.Potter Craig W.Somerton《Engineering Therodynamics》(1998年版)

一、本課程的性質、教學目的及其在教學計劃中的地位與作用

本課程是研究物質的熱力性質、熱能與其他能量之間相互轉換的一門工程基礎理論學科，是建筑環境與設備專業的主要技術基礎課之一。本課程為專業基礎課，主要用于提高學生熱工基礎理論水平，培養學生具備分析和處理熱工問題的抽象能力和邏輯思維能力。為學生今后的專業學習儲備必要的基礎知識，同時訓練學生在實際工程中的理論聯系實際的能力。通過對本課程的學習，使學生掌握有關物質熱力性質、熱能有效利用以及熱能與其它能量轉換的基本規律，并能正確運用這些規律進行各種熱工過程和熱力循環的分析計算。此外本課程在有關計算技能和實踐技能方面也使學生得到一定的訓練。因此本課程不僅是學習后續課程，包括《供熱工程》、《空調工程》、《鍋爐及鍋爐房設備》等主要專業的理論基礎外，而且能廣泛服務于機械工程、動力工程、冶金、石油、電力工程等各個研究領域。

本課程以經典宏觀熱力學為理論體系，主要特點是理論分析、實驗研究與工程實際應用密切結合，其中基礎理論部分占65%，工程應用部分占35%。

二、本課程的主要內容、各章節內容及其學時

緒 論(2學時，包括觀看熱力學緒論錄象1學時)。教學目的，基本內容，學習本課程應注意的問題。第一章 基本概念(4學時)主要內容：熱力系統；工質熱力狀態及基本狀態參數；平衡狀態；準靜態過程、可逆過程；熱力循環。

應使學生清晰理解熱力學的有關基本概念，如熱力系統、外界、狀態參數（特別是焓、熵兩個參數）、功、熱量、平衡狀態、準靜態過程，可逆過程，熱力循環等。

要使學生明確狀態量和過程量、平衡和可逆、內能和熱量、膨脹功、推動功和技術功等容易混淆的各概念之間的區別與聯系。三種典型的熱力系統，p、v、T三個狀態參數的物理意義，測溫測壓裝置；絕對壓力和相對壓力的計算；可逆過程的判定準則。要求學生能夠較熟練的應用基本概念，針對實際問題的特點選取熱力系統，進行功和熱量的計算，從而初步具有正確建立熱力模型的能力。

第二章 理想氣體性質（4學時）

主要內容：理想氣體（包括理想氣體混合物）概念；理想氣體狀態方程；理想氣體比熱；混合氣體性質。

要使學生熟練理想氣體狀態方程的各種表述形式，利用狀態方程及公式進行熱力計算，理想氣體比熱的物理意義，以及該參數在工程中的應用特點。對于常用工質如空氣、水蒸氣、濕空氣和制冷工質等的熱力學性質的圖表和公式，應能熟練的運用各種熱力過程的計算。應使學生學會利用對比態參數的通用圖表對工質熱力學性質參數進行計算。此外對于研究工質熱力學性質的一般方法，包括工質熱力學普遍關系式在內，也應使學生有所了解。第三章 熱力學第一定律（6學時）

主要內容：系統儲存能；系統與外界傳遞的能量；閉口、開口系統能量方程；穩態穩流能量方程及應用。

熱力學第一定律及其應用是本課程的重點內容，應使學生深刻理解這個定義的普遍適用性及其實質。牢固掌握閉口系統的熱力學第一定律解析式及開口系統穩定流動能量方程式在不同場合的具體應用以及它們之間的內在聯系，也應掌握充氣和放氣過程的計算，對于熱力學第一定律在化學反應中的應用，應使學生有所了解。

應使學生熟練應用熱力學第一定律，結合熱力模型，分析和導出各種熱力過程（包括壓氣過程）的相應計算式，并應能利用狀態坐標圖表示各種過程及過程中能量轉換的特點。熱力學第一定律習題課（2學時）

主要內容：結合工程實際過程，應用熱力學第一定律建立熱力模型，進行熱功能量轉換過程的熱力計算。

第四章 理想氣體熱力過程及氣體壓縮（4學時）

主要內容：分析熱力過程的目的及一般方法；氣體的基本熱力過程及多變過程；壓氣機的理論壓縮軸功；活塞式壓氣機余隙影響；多級壓縮及中間冷卻。

要使學生掌握熱力學計算的特殊性，并能利用狀態坐標圖表示各種過程及過程中能量轉換的特點。使學生能熟練的結合熱力學第一定律，分析和導出各種基本熱力過程及多變過程（包括壓氣過程）的相應計算式并進行計算，利用p-v、T-s圖分析熱力過程。第五章 熱力學第二定律（8學時）

主要內容：熱力學第二定律實質及表述；卡諾循環、卡諾定理；熵與熵方程；孤立系統熵增原理；用和 無。

應使學生深刻理解熱力學第二定律的實質及對生產實踐的指導意義，掌握卡諾循環及卡諾定理的結論及熱力學意義，熟悉動力循環及制冷循環的分析方法。

應使學生正確理解熵是一個狀態參數，并能應用熱力學第二定律來說明熵這個參數的重要性，了解孤立系統熵增原理及過程不可逆性與熵增之間的關系，利用熵方程進行熱力計算以及作功能力損失的計算。對于熱力學第二定律在化學反應中的應用，也應使學生有所了解。熱力學第二定律習題課（2學時）。

使學生掌握熱力過程的方向性與不可逆性的判定，系統熵變的熱力計算以及作功能力損失的計算。

第七章 水蒸汽（4學時）

主要內容：液體的蒸發與沸騰；水蒸氣的定壓發生過程；水蒸汽表和圖；水的相圖及三相點；水蒸汽的基本過程（自學，課堂主要采取輔導形式）。

使學生掌握工業上水蒸氣的定壓生成過程，學會使用水蒸氣熱力學性質的圖表，并能熟練的運用于各種熱力過程的計算。二氧化碳臨界狀態實驗 第八章 濕空氣（6學時）

主要內容：濕空氣的性質；濕空氣的焓濕圖；濕空氣的基本熱力過程；

應使學生牢固掌握濕空氣狀態參數、h-d圖的使用，并會進行濕空氣基本熱力過程的計算。理想氣體比熱實驗

第九章 氣體和蒸汽的流動(6學時)主要內容：絕熱穩定流動的基本關系式；氣體在噴管中的絕熱流動、噴管中流速及流量計算；噴管主要尺寸的確定；實際噴管中有磨擦的流動；擴壓管流動；氣體和蒸汽的絕熱節流。應使學生深刻理解噴管內絕熱穩定流動的基本方程及流動的基本特性，掌握噴管出口的截面、流速和流量的計算，噴管的設計和校核計算，絕熱節流過程的特點。掌握臨界壓力比、臨界流速和臨界流量的概念和計算，會應用基本公式計算噴管出口的截面、流速和流量，應掌握絕熱節流過程的特點。對擴壓管的概念使學生有所了解。第十章 動力循環(4學時)主要內容：蒸汽動力基本循環；朗肯循環；回熱循環與再熱循環；熱電循環；內燃機循環； 燃氣輪機循環

應使學生掌握回熱循環、再熱循環以及熱電循環的組成、熱效率計算及提高熱效率的方法和途徑。熱電循環中最佳用熱和用電的分配比例的確定，提高熱效率的途徑和計算方法。第十一章 致冷循環(4學時)主要內容：空氣壓縮致冷循環；蒸氣壓縮致冷循環；蒸氣噴射致冷循環；吸收式致冷循環；熱泵；氣體的液化

應使學生掌握和理解蒸汽壓縮制冷循環的組成、制冷系數的計算及提高制冷系數的方法和途徑。對吸收制冷、蒸汽噴射制冷及熱泵也應使學生有所了解。

三、本課程的其它教學環節

（1）習題主要在于鞏固所學的理論，培養學生運用理論解決實際問題的能力，因此課外習題不應少于50題。

（2）本課程的實驗應使學生通過動手操作驗證課堂教學的某些理論，同時使學生在實驗方法及測量參數等方面得到一定的鍛煉，實驗項目不應少于2個（4學時）。

四、考核方式

期末考試采用筆試，百分制。考試內容覆蓋全部授課內容，課程重點內容約占全部考試內容的80%，基本理論與基本概念約占考試內容的50%，計算部分約占考試內容的60%。考試題以檢查學生在學習過程中對基本概念、基本方法、基本技術的掌握，尤其是在期終總結復習的過程中對整個知識系統的全面掌握和靈活運用。

學生撰寫科研小論文和心得總結報告，可給予最高達10分的獎勵。實驗課結果，包括實驗出席率、實驗報告，將以5%計入期末成績。《工程熱力學》課程教學小組 執筆人：譚羽非

第三篇：化工熱力學教學大綱

《化工熱力學》教學大綱

一、課程簡介

課程名稱：化工熱力學 課程編號：01C0263 開課院系：化學工程系 總 學 時：48

課程類型：學科基礎課，必修 先修課程：基礎化學、物理化學

課程簡介：

化工熱力學是化學工程學的一個重要分支，是化工類專業必修的專業基礎課程。它是化工過程研究、開發與設計的理論基礎，是一門理論性與應用性均較強的課程。該門課系統地介紹了將熱力學原理應用于化學工程技術領域的研究方法。它以熱力學第一、第二定律為基礎，研究化工過程中各種能量的相互轉化及其有效利用，深刻闡述了各種物理和化學變化過程達到平衡的理論極限、條件和狀態。

設置本課程，為了使考生能夠掌握化工熱力學的基本概念、理論和專業知識；能利用化工熱力學的原理和模型對化工中涉及到的化學反應平衡原理、相平衡原理等進行分析和研究；能利用化工熱力學的方法對化工中涉及的物系的熱力學性質和其它化工物性進行關聯和推算；并學會利用化工熱力學的基本理論對化工中能量進行分析等。

Name of Course:

Chemical Engineering Thermodynamics Course Code: 01C0263

School: chemical engineering department Credit Hours: 48 Required of Elective: Required Prerequisite:

Essential Chemistry、Physical Chemistry Introduction:

Chemical thermodynamics is one important branch of chemical engineering, and it is preliminary course for chemical engineering.It is the basic theory of researching, developing and design of chemical engineering process.This course is high of theories and applications.This course systematically introduces the research method about adopting the thermodynamic theory to chemical engineering area.Based on the first an

d second law of thermodynamics, this course studies the interchange and effective utilization of energy in chemical engineering process, elaborates the theoretical limitation, condition and status of equilibrium in physical and chemical reaction.The purpose of this course is to equip the candidate with the basic concepts, theories and knowledge of thermodynamics.Through this course students are capable to analyze and study the chemical reaction, phase equilibrium involved in chemical engineering with the theory and model of chemical thermodynamics;correlate and predict thermal properties and other chemical properties using thermodynamic method;analyze energy in chemical engineering by thermodynamic theories.Through this course, students know the principal definitions, theories, and basic calculation method about thermodynamic.Students will be cultivated the ability of analyzing and solving practical problems by thermodynamic methods.二、課程教學大綱

1.課程編號：01C0266.先修課程：基礎化學、物理化學 2.課程類別：學科基礎課，必修

7.課內總學時：48 3.開課學期：大學三年級第一學期

8.實驗/上機學時：0 4.適用專業：化學工程與工藝

9.執筆人： 5.考核方式：考試

1．課程教學目的

化工熱力學的任務是通過課程教學，使學生掌握流體的熱力學性質概念，掌握流體熱力學性質，的計算及其應用，掌握溶液的性質，會用溶液理論及狀態方程計算各種流體相平衡，并以狀態方程、流體熱力學性質、液相活度系數及流體相平衡計算為重點內容，為化工過程的設計打下牢固的基礎。

2．教學基本要求

1．正確理解化工熱力學的有關基本概念和理論； 2．理解各個概念之間的聯系和應用； 3．掌握化工熱力學的基本計算方法；

4．能理論聯系實際，靈活分析和解決實際化工生產和設計中的有關問題。第一章

緒論

了解：化工熱力學的主要內容

理解：“化工熱力學”與“物理化學”的主要區別

掌握：化工熱力學的研究方法有經典熱力學方法和分子熱力學方法。第二章 流體的p-V-T關系 了解：

（1）維里方程的幾種形式（2）維里系數的物理意義（3）多參數狀態方程

（4）Lydersen 三參數壓縮因子圖（5）液體的PVT關系 理解：

（1）RK方程的迭代形式及應用（2）對比態原理

（3）氣體混合物的虛擬臨界參數 掌握：

（1）偏心因子

（2）三參數壓縮因子圖（3）Pitzer 普遍化壓縮因子圖（4）普遍化第二維里系數

（5）液體的純經驗的PVT關系

（6）Kay規則

重難點：

（1）立方型狀態方程的普遍特點及計算（2）三參數壓縮因子圖

（3）氣體混合物的第二維里系數及應用（4）R-K方程的混合規則 第三章 純流體的熱力學性質

通過本章學習，掌握各熱力學性質間的關系，進而學會計算一個實際過程的焓變和熵變，并學會一些熱力學性質圖表的應用。

了解：

（1）Helmholtz方程

（2）敞開系統熱力學基本方程（3）Maxwell關系式

（4）理想氣體焓變和熵變計算（次重點）（5）理想氣體焓和熵隨溫度、壓力的變化關系式 理解：

（1）封閉系統熱力學基本方程（2）麥克斯韋關系式的用途（3）剩余性質的概念（重點）（4）利用維里方程計算剩余性質 掌握：

（1）剩余焓、剩余熵與P、V、T的關系式

（2）對于一個實際過程，設計焓變和熵變的計算途徑（3）利用狀態方程計算焓變和熵變（重點）(4)利用R-K方程計算剩余性質

（5）利用普遍化關聯式計算焓變和熵變（重點）（6）利用普遍化第二維里系數計算剩余焓和剩余熵（7）利用Pitzer三參數焓熵圖計算剩余焓和剩余熵（8）蒸發焓與蒸發熵（重點）（9）T-S圖的形狀和構成（10）T-S圖的制作及使用：（11）水蒸氣表的構成及使用 第四章 均相混合物熱力學性質

通過本章學習，能理解流體混合物的相關熱力學性質，正確理解和使用混合物中組元的逸度與活度的概念，為相平衡的計算打下基礎。

了解：

（1）變組成系統的熱力學基本方程（2）偏摩爾量的定義及提出的意義（3）理想混合物的定義

（4）理想混合物的相關熱力學性質（5）逸度與逸度系數的概念（重點）（6）逸度系數與PVT的關系式

（7）活度的定義（8）活度系數

（9）正規混合物的概念及方程適用條件（10）無熱混合物的概念及方程適用條件（11）半經驗型活度系數方程（重點）理解：

（1）化學勢（位）的概念（2）混合性質的概念（重點）

（3）混合性質與偏摩爾量的關系

（4）理想溶液及其標準態（重點）（5）利用R-K方程計算純物質的逸度系數（6）利用普遍化的第二維里系數計算逸度系數（7）利用三參數普遍化逸度系數圖計算逸度系數（8）溫度對逸度的影響（9）壓力對逸度的影響（11）活度系數標準態的選擇（12）超額性質的定義（13）局部組成的概念（14）基團貢獻法 掌握：

（1）偏摩爾量的計算（重點）（2）作圖法計算偏摩爾量（3）二元截距法計算偏摩爾量（4）吉布斯—杜亥姆方程（重點）（5）混合體積變化和混合焓變的計算（6）純液體逸度的計算式

（7）Margulas方程的應用及適用條件（8）Van Laar方程的應用及適用條件（9）基于局部組成的活度系數方程（重點）（10）Wilson 方程（11）NRTL方程

第五章 相平衡

通過本章學習，能學會應用化工熱力學的知識處理汽液平衡計算（主要是泡、露點的計算），并能處理一些簡單的液液平衡問題。

了解：

（1）平衡判據（重點）（2）相對揮發度（3）相平衡常數（4）泡、露點的概念

（5）汽液平衡相圖的類型、構成等（6）高壓汽液平衡相圖的特點（7）“逆向”現象

（8）汽液平衡一致性校驗的依據（重點）（9）液液平衡判據（重點）

（10）各種二元及三元的液液平衡相圖

（11）汽液液平衡（12）氣液平衡（13）固液平衡 理解：

（1）相平衡的五個判據（2）相律（重點）

（3）高壓汽液平衡的幾個基本關系式（4）高壓相平衡計算（次重點）

（5）二元液液平衡計算的基本關系式及簡單計算（6）三元液液平衡的計算（次重點）

（7）三元液液平衡計算的基本關系式

掌握：

（1）低壓下汽液平衡的表達式及計算（2）中低壓下泡、露點計算（重點）（3）K值法（重點）

（4）狀態方程法計算高壓汽液平衡（5）活度系數法計算高壓汽液平衡

（6）K值法計算高壓汽液平衡 第六章 化工過程能量分析

通過本章學習，能夠了解熱力學分析中的基本概念及基本方法，會應用熱力學第一定律等分析實際問題。

了解：

（1）穩流系統的熱力學第一定律（2）熵與熵增原理（3）理想功的概念及定義

（4）損失功的概念（5）熱力學效率（重點）理解：（1）可逆軸功

（2）實際軸功（3）熵產生（4）熵流（5）能級

（6）熱力學死態及有效能的概念（7）有效能與理想功的關系 掌握：

（1）穩流系統的熱力學第一定律的表達式及簡化形式（2）軸功的計算（3）熱量衡算（4）熵平衡方程式（5）物理有效能的概念（6）化學有效能的概念

（7）有效能平衡方程式及有效能分析（重點）第七章 壓縮、膨脹、動力循環與制冷循環

通過本章學習，了解基本的冷凍循環及深度冷凍循環，并能運用熱力學性質圖表進行簡單的冷凍計算。

了解：

（1）制冷循環的原理（重點）

（2）逆卡諾循環制冷的循環過程（3）吸收式制冷循環（次重點）

（4）吸收式制冷的循環途徑與實現制冷的原理（5）制冷工質的選擇（次重點）（6）深度制冷的概念（次重點）（7）深度制冷的概念及用途

（8）林德循環的過程及實現深度制冷的原理

（9）克勞特循環的過程及實現深度制冷的原理 理解：

（1）制冷能力、制冷系數等概念（2）蒸汽壓縮制冷循環（重點）

（3）蒸汽壓縮制冷循環的途徑與實現制冷的原理 掌握：

應用熱力學性質圖表計算制冷問題 第八章 物性數據的估算 第九章 環境熱力學

3．課程教學內容與學時

第一章

緒論（1學時）1.1 熱力學發展簡史

1.2 化工熱力學的主要研究內容 1.3 化工熱力學的研究方法及其發展 1.4 化工熱力學在化工中的重要性 第二章 流體的p-V-T關系（7學時）2.1 純物質的p –V –T關系 2.2 氣體的狀態方程 2.2.1理想氣體狀態 2.2.2 維里方程 2.2.3 立方型狀態方程 2.2.4 多參數狀態方程 2.3 對應態原理及其應用 2.3.1 對比態原理

2.3.2 三參數對應態原理 2.3.3 普遍化狀態方程

2.4 真實氣體混合物的p-V-T關系 2.4.1 混合規則

2.4.2氣體混合物的虛擬臨界性質 2.4.2 氣體混合的第二維里系數 2.4.3 混合物的狀態方程 2.5液體的p –V-T關系

2.5.1 飽和液體體積

2.5.2 壓縮液體（過冷液體）體積

2.5.3 液體混合物的p –V-T關系

第三章

純流體的熱力學性質（9學時）3.1 熱力學性質間的關系 3.1.1 熱力學基本方程 3.1.2 Maxwell關系式 3.2焓變與熵變的計算

3.2.1 熱容

3.2.2 理想氣體的H、S、隨T、p的變化 3.2.3 真實氣體的H、S隨T、p的變化 3.2.4 真實氣體的焓變、熵變的計算 3.2.5 蒸發焓與蒸發熵

3.3 純物質兩相系統的熱力學性質及熱力學圖表 3.3.1 兩相系統的熱力學性質 3.3.2 熱力學性質圖表

第四章 均相混合物熱力學性質（11學時）4.1變組成系統的熱力學關系 4.2 偏摩爾性質

4.2.1 偏摩爾性質的引入及定義 4.2.2 偏摩爾性質的熱力學關系 4.2.3 偏摩爾性質的計算 4.2.4 Gibbs-Duhm方程

4.3 混合過程性質變化 4.3.1 混合過程性質變化 4.3.2 混合過程的焓變化 4.4 逸度和逸度系數 4.4.1 逸度和逸度系數的定義

4.4.2 混合物的逸度與其組元逸度之間的關系 4.4.3 溫度和壓力對逸度的影響 4.4.4 逸度和逸度系數的計算 4.4.5 液體的逸度

4.5 理想混合物

4.5.1 理想混合物的提出

4.5.2 理想混合物的混合性質變化 4.6 活度和活度系數 4.6.1 活度和活度系數 4.6.2 活度系數標準態的選擇 4.6.3 超額性質 4.7 活度系數模型

4.7.1 正規溶液模型

4.7.2 Whol型方程 4.7.3 Redlish-Kister經驗式 4.7.4 無熱溶液模型 4.7.5 局部組成型方程 第五章 相平衡（10學時）5.1 相平衡基礎

5.1.1平衡判據

5.1.2 相律

5.2 互溶系統的汽液平衡關系式

5.2.1 狀態方程法

5.2.2 活度系數法

5.2.3 方法比較 5.3 中低壓下汽液平衡

5.3.1中低壓下二元汽液平衡相圖

5.3.2中低壓下泡點、露點計算

5.3.3 低壓下汽液平衡的計算

5.3.2 烴類的K值法和閃蒸計算 5.4 高壓下汽液平衡

5.4.1 高壓下汽液平衡相圖

5.4.2 高壓下汽液平衡計算 5.5 汽液平衡熱力學一致性檢驗 5.5.1 積分檢驗法（面積檢驗法）

5.5.2 微分檢驗法（點檢驗法）5.6平衡與穩定性 5.7 其他類型的相平衡

5.7.1 液液平衡

5.7.2 汽液液平衡

5.7.3 氣液平衡

5.7.4 固液平衡

5.7.5 汽固平衡和超臨界流體在固體（或液體）中的溶解度 第六章 化工過程能量分析（2學時）6.1 熱力學第一定律－能量轉化與守恒方程

6.1.1 能量的種類

6.1.2 熱力學第一定律－能量守恒的基本式

6.1.3 封閉系統的熱力學第一定律

6.1.4 穩流系統的熱力學第一定律及其應用 6.2 熱力學第二定律

6.2.1 熵與熵增原理

6.2.2 熵產生和熵平衡

6.2.3 熱機與能量品位

6.3 理想功、損失功和熱力學效率

6.3.1 理想功

6.3.2 損失功

6.3.3 熱力學效率

6.4 有效能

6.4.1 有效能定義

6.4.2 穩流過程有效能計算

6.4.3 不可逆過程的有效能損失

6.4.4 有效能效率

6.4 化工過程能量分析及合理用能

第七章

壓縮、膨脹、動力循環與制冷循環（2學時）7.1 氣體的壓縮 7.2 膨脹過程

7.2.1 節流膨脹

7.2.2 絕熱作功膨脹 7.3 蒸汽動力循環

7.3.1 Rankine循環及其熱效率

7.3.2 蒸汽參數對熱效率的影響 7.3.3 Rankine循環的改進 7.4 制冷循環 7.4.1 理想制冷循環 7.4.2 蒸汽壓縮制冷循環 7.4.3 吸收式制冷循環 7.4.4 噴射式制冷循環 7.4.5 熱泵及其應用 7.4.6 深冷循環與氣體液化 7.5 制冷劑的選擇

第八章 物性數據的估算（4學時）第九章 環境熱力學（2學時）

4．教材與參考書

建議教材：《化工熱力學》（通用型），馬沛生，化學工業出版社 參考書：

(1)、“化工熱力學”第二版，朱自強，徐汛合編，化學工業出版社(2)、“流體相平衡原理及其應用”，朱自強，姚善涇，浙江大學出版設

(3)、“Chemical Engineering Thermodynamics”,Smith,J.M.and Van Ness,4 th.ed.Mc Graw-Hill,New York(4)、《化工熱力學》，童景山主編，清華大學出版社(5)、S.I.Sandler, Chemical and Engineering Thermodynamics

5．作業

教材每章后面習題與思考題，由教師指定具體題號。課堂上教師對每次作業要進行講評。

6．說明

為了加強工程計算技術和能力的培養，在課程教學布置平時作業中，應注意要求學生通過計算機編程計算或應用一些專用軟件如ORIGIN、MARHCAD、MATLAB等進行計算并完成作業，提高學生應用計算機解決實際問題的能力。

為了在有的學時內增加與學科有關的新內容，拓寬學生的知識面，教學手段的改革勢在必行，擬采用多媒體教學新技術提高教學效率，為培養新型人才創造條件。

為了鼓勵學生自學興趣和創造思維能力，考試方式將進行必要的改革，以小論文和小組討論以及課外興趣小組活動成果作為部分考試成績，培養學生的開拓能力。

課程評分類型為百分制。各部分成績所占的比例：平時成績20%、期末考試80%。考試方式為閉卷（或半開卷）考試。

第四篇：熱力學與統計物理學教學大綱

《熱力學與統計物理學》教學大綱

Thermodynamics and Statistical Mechanics

課程編號：適用專業：物理學（本科）

學時數：64學分數：4執筆者：鄭燕

一、課程性質和目的1、課程的性質：

熱力學與統計物理學是物理學專業一門理論必修主干課。

2、課程的目的：

本課程的目的在于針對熱運動的特點，建立一套熱力學和統計物理的基本知識和思想方法，從而為研究熱運動的規律、與熱運動有關的物性及宏觀物質系統的演化打下基礎，為進一步學習固體物理、天體物理等學科作好準備。

二、課程的基本要求

（1）首先必須使學生建立概率論方法的觀念。熱力學統計物理研究由大量微觀粒子或準粒子組成的，具有大量隨機變化自由度的宏觀系統。由于系統的自由度數目非常大和自由度的隨機性，即使我們徹底地掌握了單個粒子的運動規律和粒子間相互作用的規律，也不可能寫出全部運動方程，更無法準確知道并利用全部初始條件求解運動方程。必須明確的是，不能用純粹力學方法研究有大量隨機自由度的宏觀系統，不僅是由于技術上的困難，更重要的是，由于大量隨機自由度的存在，導致性質上出現全新的規律。因此研究這類系統的方法必須有本質上的改變，即由確定論的方法改變為概率論的方法。

（2）掌握熱力學的基本規律和統計物理的基本理論，理解系統的各種平衡條件和正則分布，了解系統的相變理論，非平衡態統計和漲落理論。會用來解決一些基本的和專業有關的熱運動方面的問題。

（3）使學生掌握科學的學習方法，真正達到從學會到會學。可采用從“滲透式”逐步推廣到“體會式”的教學法，培養學生有較強的獨立思考能力和創造能力，較快進入科學發展的前沿，養成辯證唯物主義的世界觀和方法論。

三、課程教學基本內容及各章的基本要求

按照課程建設的總體要求，本著“先進、有效、有用”的原則，按照刪、并、減、增、留的“五字方針”對物理學專業的重要基礎理論主干課程《熱力學與統計物理學》進行認真清理與重構，在此基礎上編寫出本教學大綱。講授內容和學時分配如下。

第零章緒論（1學時）

基本要求

（1）熱力學與統計物理學的研究對象、研究方法及發展的前沿動態；

（2）學習熱力學與統計物理學的意義、目標、方法。

第一章熱力學的基本定律（12學時）

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理學的基礎，以熱力學第一定律、熱力學第二定律和熱力學基本方程為重點講授內容；將熱力學系統的平衡態及其描述、平衡定律和溫度、物態方程、準靜態功、熱力學第一定律、熱容量和焓、理想氣體的內能、絕熱過程、卡諾循環、熱力學第二定律作為自學內容，這些內容在熱學都已學過。

2、教學內容

（1）熱力學系統的平衡態及其描述；

（2）平衡定律和溫度；

（3）物態方程；

（4）準靜態功；

（5）熱力學第一定律；

（6）熱容量和焓；

（7）理想氣體的內能、絕熱過程、卡諾循環；

（8）熱力學第二定律；

（9）卡諾定理與熱力學溫標；

（10）克勞修斯等式和不等式；

（11）熵和熱力學基本方程；

（12）理想氣體的熵；

（13）熱力學第二定律的普遍表述；

（14）熵增加原理的簡單應用；

（15）自由能和吉布斯函數。

3、本章重難點

（1）本章重點是熱力學第二定律和熱力學基本方程；內能、焓、熵、自由能和吉布斯函數；

（2）本章的難點為建立熵的概念，應強調其物理意義。

第二章均勻物質的熱力學性質（5學時）

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理的重點內容,以特性函數及其基本微分方程和麥克斯韋關系為重點講授內容，刪去低溫的獲得一節，將氣體的節流過程和絕熱膨脹過程作為自學內容。

2、教學內容

（1）內能、焓、自由能和吉布斯函數的全微分；

（2）麥克斯韋關系的簡單應用；

（3）氣體的節流過程和絕熱膨脹過程；

（4）基本熱力學函數的確定；

（5）特性函數；

（6）平衡輻射的熱力學；

（7）磁介質的熱力學。

3、本章重難點

本章重點是特性函數及其基本微分方程和麥克斯韋關系

第三章單元系的相變（6學時）

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理較為重點的內容,以開放的熱力學基本方程為基礎重點講授單元系的復相平衡條件和平衡性質等內容，刪去臨界現象和臨界指數、朗道連續相變理論兩節，將臨界點和氣液兩相的轉變作為自學內容。

2、教學內容

（1）熱動平衡判據；

（2）開系的熱力學基本方程；

（3）單元系的復相平衡條件；

（4）單元復相系的平衡性質；

（5）臨界點和氣液兩相的轉變；

（6）液滴的形成；

（7）相變的分類。

3、本章重難點

（1）本章重點是開系的熱力學基本方程、單元系的復相平衡條件和平衡性質；

（2）本章難點是液滴的形成、二級相變。

第四章多元系的復相平衡和化學平衡（4學時）

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理中非重點的內容,以多元系的熱力學函數和熱力學方程為基礎重點講授多元系的復相平衡條件、吉布斯相律、熱力學第三定律等內容，刪去化學平衡條件和理想氣體的化學平衡兩節，將二元系相圖舉例和混合理想氣體的性質作為自學內容。

2、教學內容

（1）多元系的熱力學函數和熱力學方程；

（2）多元系的復相平衡條件；

（3）吉布斯相律；

（4）二元系相圖舉例；

（5）化學平衡條件；

（7）熱力學第三定律。

3、本章重難點

（1）本章重點是多元系的熱力學函數和熱力學方程、吉布斯相律；

（2）本章難點是熱力學第三定律。

第六章近獨立粒子的最概然分布（13學時）

1、基本要求

本章是統計物理的基礎內容,是學好后續章節的根本，應作為重點內容講授，重點掌握粒子和系統運動狀態的描述、分布與微觀態的關系、三種分布。將等概率原理作為自學內容。

2、教學內容

（1）粒子運動狀態的經典描述；

（2）粒子運動狀態的量子描述；

（3）系統微觀運動狀態的描述；

（4）等概率原理；

（5）分布和微觀狀態；

（6）玻耳茲曼分布；

（7）玻色分布和費米分布；

（8）三種分布的關系。

3、本章重難點

（1）本章重點是分布和微觀狀態的關系、玻耳茲曼分布、玻色分布和費米分布；

（2）本章難點是分布和微觀狀態的關系，熟練掌握玻耳茲曼分布、玻色分布和費米分布以及三種分布的關系。

第七章玻耳茲曼統計（9學時）

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理的重點內容,是統計物理的核心章節，以玻耳茲曼分布為基礎重點掌握熱力學量的統計表達式、統計物理處理問題的方法、玻耳茲曼統計的廣泛應用。刪去順磁性固體、負溫度狀態兩節，將理想氣體的熵作為自學內容。

2、教學內容

（1）熱力學量的統計表達式；

（2）理想氣體的物態方程；

（3）麥克斯韋速度分布律；

（4）能量均分定理；

（5）理想氣體的內能和熱容量；

（6）理想氣體的熵；

（7）固體熱容量的愛因斯坦理論。

3、本章重難點

（1）本章重點是熱力學量的統計表達式、玻耳茲曼統計處理問題的方法；

（2）本章難點是理想氣體的內能和熱容量、固體熱容量的愛因斯坦理論。

第八章玻色統計和費米統計（6學時）

1、基本要求

本章是熱力學與統計物理的重點內容,以玻色分布和費米分布為基礎重點掌握熱力學量的統計表達式；對光子氣體、自由電子氣體等應用。刪去簡并理想費米氣體簡例、準二維電子氣體與量子霍爾效應兩節，本章無自學要求。

2、教學內容

（1）熱力學量的統計表達式；

（2）弱簡并玻色氣體和費米氣體；

（3）光子氣體；

（4）玻色-愛因斯坦凝聚；

（5）金屬中的自由電子氣體；

（6）簡并理想費米氣體簡例。

3、本章重難點

（1）本章重點是熱力學量的統計表達式、光子氣體；

（2）本章難點是玻色-愛因斯坦凝聚、金屬中的自由電子氣體。

第九章系綜理論（8學時）

1、基本要求

在所研究的問題中計及粒子之間的相互作用，系統的能量表達式包含粒子間的相互作用的勢能。

2、教學內容

（1）相空間 劉維爾定理；

（2）微正則分布；

（3）微正則分布的熱力學公式；

（4）正則分布；

（5）正則分布的熱力學公式；

（6）巨正則分布的熱力學公式；

（7）巨正則分布的簡單應用。

3、本章重難點

本章重點是正則分布、正則分布、巨正則分布的熱力學公式

四、先修課程要求：

高等數學、普通物理、理論力學

五、考核方式

1、成績評定總則

期末總評成績由平時成績和期末卷面成績構成2、平時成績評定

平時成績由作業、提問、考勤、期中成績累加構成3、期末考核評定

期末總評成績=平時成績（占10％）+期末卷面成績（占90％）

六、建議教材及教學參考書：

教材：

汪志誠，《熱力學·統計物理》（第三版），高等教育出版社，2003 主要教學參考書目：

1、馬本堃，《熱力學與統計物理學》，高等教育出版社，19952、劉連壽，《理論物理基礎教程》，高等教育出版社，20033、王竹溪，《熱力學教程》，人民教育出版社，19794、王竹溪，《統計物理學導論》，人民教育出版社，19795、L.E.雷克（黃韻等譯），《統計物理現代教程》，北京大學出版社，19836、Walter Greiner，《Thermodynamics And Statistical Mechanics》，Springer，2004

第五篇：工程熱力學報告

工程熱力學（2015 秋）課程論文

姓名： 班級： 學號： 日期：

納米晶材料的熱力學函數研究

一、摘要.........................................................................................1

二、納米晶材料的幾何假設...........................................................1

三、界面熱力學函數分析...............................................................2

四、內部熱力學函數分析...............................................................6

五、整體熱力學函數分析...............................................................6

六、總結.........................................................................................6

七、納米晶材料熱力學應用展望....................................................6

一、摘要

納米晶材料（nanophase material)是具有納米級超細晶組織的材料。由于超細晶粒(小于100nm)、高的界面體積分數(高達50%)和界面區的原子間距分布較寬，其性能特別是和近鄰原子相關聯的性能，如力學性能、熱學性能、磁學性能，與一般多晶材料或同成分的非晶態材料有很大的差別[1]。本文應用界面膨脹模型[2]并以普適狀態[3]為基礎對納米材料的整體的熱力學函數計算模型進行了闡述分析，進而對其應用進行了展望。

二、納米晶材料的幾何假設

納米晶材料中的原子可分為兩部分，一部分是位于晶粒內部點陣位置上有序排列的原子，另一部分是位于晶界面上無序或部分有序的原子。假設納米晶粒子為球形，直徑為d，界面厚度為，如圖1所示。原子在晶界面區域和晶粒內部的排布密度（原子的空間占據百分數）分別為和。位于晶界面上和晶粒內部的原子個數和可由下式計算：

(1)

(2)

其中：Vb為納米晶體界面上一個原子所占的體積，V0為平衡狀態的原子體積。

所以，晶體面處的原子分數xb為

(3)

其中，rb和r0分別為納米晶界面處原子的半徑和平衡狀態時原子的半徑。

圖1 球形納米晶粒及表征幾何尺寸示意圖[4]

為方便表達，設定純物質納米晶體的熱力學函數為以納米晶界面處和晶粒內部兩部分熱力學函數的求和。

三、界面熱力學函數分析

Fecht和Wagner提出，納米晶界面的性質可以通過膨脹晶體的性質來近似考慮，建立了“界面膨脹模型”[2]。由理論分析和計算模擬表明[5],晶界的過剩體積（相對完整晶格）是描述晶體能態最合理的一個參量，它也是晶界的一個主要的結構參量，反映了界面原子體積相對于晶內原子體積的增加量，的定義為：。（其中和分別為完整單晶體和晶界的體積）。在晶界處原子配位結構與完整的晶格不同，通常表現為原子配位距離增大，最近鄰原子配位數減少，造成晶界上存在一定的過剩體積，為了便于計算，將晶界上原子配位數的減少視為晶界密度降低，將晶界近似為減少了最近鄰原子配位數（即減少了密度）的完整晶體，換言之，將晶界的熱力學性能近似為具有相同過剩體積的膨脹晶體的性能，這種膨脹晶體的性能可以根據現有理論進行計算，從而得到晶界的熱力學性能近似。[6]由Simth及其合作者發展的普適狀態方程[3]定量描述了結合能與晶格常數之間的關系，并以證實，該理論對由納米晶界面過剩體積所產生的晶內負壓給予了很好的解釋。

結合“界面膨脹模型”和普適狀態方程，以界面上原子的體積V和絕對溫度T為變量，納米晶界面處單位原子的基本熱力學函數焓、熵和吉布斯自由能的表達式分別為[1]：

(4)

(5)

(6)式中下標b表示晶界。其中，參量E由下式確定[7]：

(7)為平衡態結合能，可根據線膨脹系數和體彈性模量的關系式[8]計算：

(8)此外，(9)

(10)

其中（9）式中的長度尺度[9]用以表征束縛能曲度的寬度，可由下式得到：

(11)

其中（5）式中的Grflneisen參數是反映晶格振動頻率和原子體積之間關系的一個函數，由下式計算[10]：

(12)

根據普式狀態方程，晶體中的壓力P是原子體積V和溫度T的函數[9]：

(13)

(14)

(15)

(16)

以上式子中，CV是恒定體積下的比熱，對于單位原子其值約為3kB，kB是Boltzmann常數，TR為參照溫度，r0為p=0時平衡態的原子半徑，rb是納米晶界面處原子的半徑，B0(TR)和a0(TR)分別為參照溫度下，P=0時的體彈性模量和體膨脹系數。

至此，由以上公式可以計算出納米晶界面的焓、熵和吉布斯自由能，詳細的表達式如下：

(17)

(18)

(19)

上式中：

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

四、內部熱力學函數分析

將納米晶粒內部晶體的性質等同于粗晶，可以根據塊體材料的熱力學函數表達式進行計算。由經典熱力學理論，完整晶體中原子的自由焓、熵和吉布斯自由能表達式分別為：

(27)(28)(29)

式中下標i表示晶體內部，計算中完整晶體的等壓熱容（Cp）的數據取決于SGTE熱力學數據庫。

五、整體熱力學函數分析

引入納米晶界面上的原子分數xb作為權重，整體納米材料的熱力學函數可以表達為：(30)

(31)

(32)

這樣就得到了整體納米材料的熱力學函數的表達式。焓、熵和吉布斯自由能是材料熱力學研究中重要的參數，材料的制備，反應方向和材料相變的預測以及對復雜化合物及新材料的熱力學性質的測定等都可以通過這3個參量的計算而得出，因此上述的計算結果對于納米材料的研究具有十分重要的指導意義。

六、總結

本文在應用“界面膨脹模型”和普適狀態方程研究納米晶界面熱力學特性的基礎上，發展了納米晶整體材料熱力學函數的計算模型[4]，給出了納米晶體單相材料的焓、熵、自由能隨界面過剩體積、溫度以及晶粒尺寸發生變化的明確表達式，由此可以定量預測納米晶材料發生相變的特征溫度和臨界尺寸。

七、納米晶材料熱力學應用展望

納米晶材料的特殊性能是由其化學組成、界面結構以及產生微細組織的制備過程等共同決定的，是與納米結構和組織形成及轉變的熱力學和動力學緊密聯系的。然而，相對于粗晶的大塊多晶體材料，納米材料的比熱值升高、熱膨脹系數成倍增大、以及與同成分塊體材料具有明顯差異的相變特征和相穩定性等特性，因此，應用于塊體材料的傳統熱力學理論不能很好的合理解釋納米晶材料的相變行為[11]。因此發展納米晶材料的熱力學研究具有很重要的意義。

[1] 柯成 主編.金屬功能材料詞典.北京：冶金工業出版社.1999.第172-173頁.[2] Fecht J H.Intrinsic instability and entropy stabilization of Grain boundaries.[J].Phys Rev Lett,1990,65:610-613.[3] Wagner M.Structure and thermodynamic properties of nanocrysralline metals.[J] Phys Rev B,1992,45:635-639.[4] 高金萍,張久興,宋曉艷,劉雪梅.納米晶材料熱力學函數及其在相變熱力學中的應用[A].第五屆中國功能材料及其應用學術會議論文集Ⅱ[C].2004 [5]D.Wolf.Phit.Mog.B59(1989),667.[6] 盧柯.金屬納米晶的界面熱力學特性.[J].物理學報1995,44;1454.[7] Rose J H,Smith J R,Guinea F, et al.Universal features ofthe equation of state of metals..Phys Rev B.1984

[8] Dugdale J S,Macdonald D K C.The thermal expansion ofsolids..Phys Rev.1959

[9] Vinet P,Smith J R,Ferrante J, et al.Temperature effects onthe universal equation of state of solids..Phys Rev B.1987

[10] Dugdale J S,Macdonald D K C.The thermal expansion ofsolids..Phys Rev.1959

[11] 宋曉艷,張久興,李乃苗,高金萍,楊克勇,劉雪梅.金屬納米晶和納米粒子材料熱力學特性的模擬計算與實驗研究[A].2005年全國計算材料、模擬與圖像分析學術會議論文集[C].2005