工程熱力學(xué)概念精選(九篇)

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第1篇：工程熱力學(xué)概念范文

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué);教學(xué)質(zhì)量;教學(xué)方法

工程熱力學(xué)是研究熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的一門課程，它是以熱能利用為背景而發(fā)展起來的一門學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步已經(jīng)深入到冶金、環(huán)境、機(jī)械、交通運輸、航空航天、電子信息、化學(xué)工程等領(lǐng)域。因此，學(xué)習(xí)能量在熱力設(shè)備中的轉(zhuǎn)換規(guī)律，對經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)有重要意義。然而，由于本身的特點，工程熱力學(xué)這門課程存在教師難教、學(xué)生難學(xué)的問題，如何提高工程熱力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，教師需要進(jìn)行深入的思考。本文從工程熱力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，探討提高工程熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量的方法。

一、工程熱力學(xué)的課程特點

在工程熱力學(xué)的基本定律和定義中出現(xiàn)了很多概念，而且這些概念學(xué)生容易混淆。如熱容的概念，有體積熱容、質(zhì)量熱容、摩爾熱容、比定壓熱容、比定容熱容等。系統(tǒng)的分類有閉口系統(tǒng)、開口系統(tǒng)、穩(wěn)定流動系統(tǒng)、簡單可壓縮系統(tǒng)等。壓力有絕對壓力、表壓力、當(dāng)?shù)卮髿鈮旱?，這些概念之間既有聯(lián)系又有區(qū)別，對概念的準(zhǔn)確把握是繼續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

本課程公式多，每一個公式都是為了解決某一具體問題而推導(dǎo)出來的，所以有很大的針對性。換句話說，公式都有相應(yīng)的使用條件，如果公式和使用條件不匹配，就會得到錯誤的結(jié)果。因此要求學(xué)生不僅要記公式，還要記相應(yīng)的使用條件，這就增加了學(xué)習(xí)難度。即使是同一個公式，在不同情況下，也有著不同的表達(dá)形式。比如熱力學(xué)第二定律，既克勞修斯積分不等式，又有熵方程，還有熵增原理。

二、工程熱力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀

由于目前我們處于一個知識快速更新的時代，大學(xué)的教學(xué)計劃和人才培養(yǎng)方案也隨之不斷變化，越來越多的新課程加入到教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，這就使得每門課程的學(xué)時不斷減少，就以我校的過程控制與裝備專業(yè)為例，工程熱力學(xué)只有34學(xué)時，學(xué)時少與教學(xué)內(nèi)容多且難產(chǎn)生了巨大的矛盾，這對教師和學(xué)生都是不小的挑戰(zhàn)。

工程熱力學(xué)是一門理論性很強(qiáng)的學(xué)科，需要運用物理和數(shù)學(xué)的知識解決工程上的問題，所以學(xué)好這門課需要較好的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)。而目前由于高校擴(kuò)招，二本院校的學(xué)生都是經(jīng)一本院校篩選后的生源，學(xué)生基礎(chǔ)較差，物理和數(shù)學(xué)的基本功都不扎實，學(xué)生學(xué)起來很吃力，很容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，這給課程教學(xué)帶來一定困難。

工程熱力學(xué)不僅理論性強(qiáng)，而且和實踐聯(lián)系緊密，課程內(nèi)容本身就是從實踐中總結(jié)出來并去指導(dǎo)實踐的，但是由于目前學(xué)時限制和學(xué)校條件限制，學(xué)校并沒有開設(shè)工程實踐課，理論與實際脫節(jié)，不利于學(xué)生對知識的理解與消化，難以與實際相結(jié)合。

三、教學(xué)方法的改進(jìn)

1.多媒體與板書相結(jié)合，提高教學(xué)效果。多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)的板書教學(xué)各有利弊，在教學(xué)中不能完全采用某一種教學(xué)方式，而應(yīng)該將兩者有機(jī)結(jié)合起來。多媒體教學(xué)的優(yōu)點是可以展示工程上常用的一些設(shè)備及其內(nèi)部構(gòu)造以及工作過程，可以適當(dāng)彌補(bǔ)實踐環(huán)節(jié)的缺陷。學(xué)生不僅可以看到這些設(shè)備的外觀，還可以看到設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造，以動畫的方式演示設(shè)備的工作過程。這些內(nèi)容用傳統(tǒng)的板書是無法進(jìn)行說明的，只能用多媒體的方式進(jìn)行教學(xué)。因此，必須采用多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)方式，將重要的公式推導(dǎo)和概念以及每節(jié)課的重點難點，在黑板上表達(dá)清楚。

2.注重理論聯(lián)系實際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。興趣是最好的老師。要想讓學(xué)生學(xué)好一門課程，首先要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而工程熱力學(xué)比較抽象，如果只講理論而不聯(lián)系實際，很容易讓學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。如果在課堂上多舉生產(chǎn)及生活中的實例，讓學(xué)生能夠用所學(xué)的知識解決實際問題，則會激發(fā)學(xué)生興趣，吸引學(xué)生去探索未知的知識領(lǐng)域。工程熱力學(xué)是一門從實踐中總結(jié)出來的學(xué)科，和實踐聯(lián)系非常緊密。比如熱力學(xué)第一、第二定律，就是人們長期實踐的總結(jié);講述熱能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換時，可以舉內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、火力發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)的例子，這些是與生產(chǎn)和生活密切相關(guān)的實例，很容易引起學(xué)生的好奇心，從而提高教學(xué)效果。

3.用圖解決一些問題，使問題化繁為簡。工程熱力學(xué)經(jīng)常用圖的方式解決問題。工程熱力學(xué)基本的圖有兩個，分別是p-v圖和T-s圖，p-v圖為示功圖，T-s圖為示熱圖。在分析熱力過程和熱力循環(huán)時，圖是很有力工具。如在分析熱力過程時，將不同的熱力基本過程畫在圖上，很直觀地就可以分析出各個過程功與熱之間的大小關(guān)系;在分析熱力循環(huán)和制冷循環(huán)時，如果用公式分析影響循環(huán)效率的因素有哪些，以及提高循環(huán)效率的途徑是什么，將進(jìn)行大量的計算，而如果用圖進(jìn)行分析，就很直觀，省略了大量的計算，所以在教學(xué)時要灌輸給學(xué)生用圖解決問題的思想。

針對工程熱力學(xué)特點，需要我們及時調(diào)整工程熱力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，改善教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能夠通過學(xué)習(xí)真正掌握工程熱力學(xué)的精髓，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，并且在學(xué)習(xí)知識的同時，各方面的能力也得到相應(yīng)的培養(yǎng)和提升。

第2篇：工程熱力學(xué)概念范文

工程熱力學(xué)是動力工程、機(jī)械工程、能源工程等專業(yè)的一門傳統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是資源利用率最大化的一種技術(shù)，是我們國家高等教育的重要組成版塊。目前，我們國家對能源利用率的要求越來越高，對環(huán)境保護(hù)質(zhì)量也相對提高，工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革對提高能源的利用效率起著至關(guān)重要的影響作用。尤其是面對未來生產(chǎn)的發(fā)展對能源動力需求迅速增加的趨勢,許多相關(guān)聯(lián)的熱力工程技術(shù)、環(huán)境保護(hù)技術(shù)都需要工程熱力學(xué)作為其研究的理論基礎(chǔ)。工程熱力學(xué)是一門綜合性比較強(qiáng)的學(xué)科，并且在實際的生產(chǎn)與生活中其應(yīng)用價值極高。在課程教學(xué)與實踐過程中教師不容易清晰明了的講授清楚工程熱力學(xué)的相關(guān)理論知識，學(xué)生也不易掌握基本的公式、概念與相關(guān)方面的條件。不僅如此，在實踐活動中學(xué)生不能夠靈活的運用所學(xué)的課堂教學(xué)知識進(jìn)行實驗，這就大大降低了工程熱力學(xué)的實際運用價值，削弱了工程熱力學(xué)的課程教學(xué)質(zhì)量。工程熱力學(xué)是一門比較基礎(chǔ)的課程，也是建筑環(huán)境與設(shè)備工程等相關(guān)專業(yè)學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握的基礎(chǔ)學(xué)科，同時也是學(xué)生進(jìn)行研究創(chuàng)新的基本前提。工程熱力學(xué)是研究動能、機(jī)械能與熱能的基本學(xué)科，也是研究三者之間關(guān)系的重要理論知識，主要講述三者之間能量的轉(zhuǎn)換趨勢與規(guī)律。

建筑、機(jī)械與其他工業(yè)產(chǎn)業(yè)利用工程熱力學(xué)來提高生產(chǎn)效率，提高資源利用率，以此實現(xiàn)降低成本得目標(biāo)，這也是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。目前我們國家的工程熱力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量亟待提高，教學(xué)方式與課程教學(xué)內(nèi)容急需改革，并且其實踐過程中的運用效率偏低，這就需要我們針對工程熱力學(xué)的特征與現(xiàn)狀進(jìn)行課程教學(xué)改革，提高其實踐效率。課程教學(xué)改革是指在教育體制改革的背景下，課程內(nèi)容與課程教學(xué)方式也應(yīng)當(dāng)發(fā)生相應(yīng)的變化。課程改革的重點應(yīng)當(dāng)放在課程實施工作之上，課程的實施依賴課程的教學(xué)質(zhì)量，因此我們必須充分重視課程教學(xué)改革的重要性。隨著我國新一輪基礎(chǔ)教育課程改革的推進(jìn)，如何在新課程理念的指導(dǎo)下改革工程熱力學(xué)課堂教學(xué)，把先進(jìn)的教學(xué)理念融入到日常的教學(xué)行為之中，已日益成為工程熱力學(xué)教師和教學(xué)研究人員關(guān)注和探討的熱點問題。工程熱力學(xué)課程教學(xué)實踐是指教師在講授工程熱力學(xué)知識的時候應(yīng)當(dāng)充分的結(jié)合其實際情況，將實踐活動與課堂理論知識講授充分的融合，這樣才能夠提高學(xué)生的課程學(xué)習(xí)質(zhì)量，幫助學(xué)生掌握更加豐富的工程熱力學(xué)知識。課程教學(xué)實踐是提高學(xué)生實際操作能力的平臺，也是提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，關(guān)系到教學(xué)質(zhì)量與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，因此在工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革過程中應(yīng)當(dāng)將其改革的內(nèi)容付諸實踐，這有這樣才能夠檢驗其改革的內(nèi)容是否符合教育體制改革發(fā)展的總目標(biāo)。在實際的課程教學(xué)過程中，教師、研究者與學(xué)生應(yīng)當(dāng)提高實踐活動的強(qiáng)度，改善當(dāng)前的現(xiàn)狀，為提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

2工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐的過程中存在的主要問題

當(dāng)前我們國家的高等院校和高職院校對工程熱力學(xué)課程教學(xué)的重要性認(rèn)識不足，沒有充分的認(rèn)識到工程熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量與工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、資源利用率提高等之間的關(guān)系。工程熱力學(xué)對學(xué)生綜合能力的提高有著不可或缺的作用，因此我們必須充分的探析在工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐過程中存在的主要問題，這樣才能夠詳細(xì)的了解其改革現(xiàn)狀，為提高課程改革質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。

（1）國家教育部門與高等院校、高職院校等教育機(jī)構(gòu)對工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐工作的重視程度偏低，沒有充分的認(rèn)識到工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐對提高教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)教育體制改革進(jìn)程、提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量與速度之間的關(guān)系。工程熱力學(xué)是一門綜合性比較強(qiáng)的學(xué)科，并且也是建筑專業(yè)、環(huán)境保護(hù)與機(jī)械設(shè)計等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，關(guān)系到這些工程熱力學(xué)相關(guān)專業(yè)的發(fā)展前景。相關(guān)的教育部門與組織在資金投入、技術(shù)支持、人才引進(jìn)等方面相對短缺，嚴(yán)重的影響了工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐的進(jìn)程，沒有投入更多的基礎(chǔ)設(shè)備讓學(xué)生參與實踐。這樣下去就會嚴(yán)重的泯滅學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新性，不利于提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革的質(zhì)量與效率。

（2）在工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革過程中重點不明確，相關(guān)方面的制度和政策不夠完善。雖然我們國家正在實行新一輪課程改革，在教育體制改革方面的力度比較大，但是仍然沒有徹底改變當(dāng)前應(yīng)試教育的局面，沒有完全的實現(xiàn)從應(yīng)試教育向素質(zhì)教育過渡的目標(biāo)。在課程教學(xué)改革的過程中教師沒有積極創(chuàng)新，對課程教學(xué)改革與實踐認(rèn)識不清，導(dǎo)致在理論教學(xué)與實踐教學(xué)時教學(xué)方式不當(dāng)，沒能完全激發(fā)學(xué)生的潛力，這為后來的工程熱力學(xué)改革埋下隱患。不僅如此，相關(guān)的教育部門與學(xué)校在課程設(shè)置方面沒有考慮市場的發(fā)展需要，在課時、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式以及考核方式等方面存在著嚴(yán)重的問題。

（3）工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革過程中的教學(xué)方法不符合實際的情況，不能夠很好的提高課程教學(xué)改革與實踐的質(zhì)量。許多教師仍然沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，在教學(xué)內(nèi)容上沒有較大的突破與創(chuàng)新，被陳舊與古板的方式與內(nèi)容所束縛。在改革的過程中，其課程改革教學(xué)目標(biāo)不夠明確，與工程熱力學(xué)相關(guān)的課程體系不夠完善與健全。不僅如此，在工程熱力學(xué)課程設(shè)置等方面沒有突出課程的專業(yè)特色與個性，不利于提高工程熱力學(xué)的地位與重要性。這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與熱情會大大降低，無益于實現(xiàn)課程教學(xué)改革的目標(biāo)。

3提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐質(zhì)量的相關(guān)對策

（1）國家教育部門與高等院校、高職院校等教育機(jī)構(gòu)要不斷提高對工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐工作的重視程度，充分的認(rèn)識到工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐對提高教學(xué)質(zhì)量、促進(jìn)教育體制改革進(jìn)程、提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量與速度之間的關(guān)系。相關(guān)方面的教育部門與教育組織要加強(qiáng)政策支持與資金支持，為提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革提供良好的條件，引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施為開展實踐活動提供良好的平臺，從而提高學(xué)生的理論知識水平與實踐操作能力。目前人們對生活與生產(chǎn)的要求越來越高，對環(huán)境的保護(hù)意識也越來越深厚，因此我們必須加強(qiáng)相關(guān)方面的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)全面型與綜合型的人才，以此來適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展趨勢。伴隨著社會現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，社會各界對人才的素質(zhì)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也越來越高，因此教育制度改革迫在眉睫。

（2）明確工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革的重點，逐漸完善與健全相關(guān)方面的課程教學(xué)改革體制，為高等院校和高職院校的課程教學(xué)改革與實踐提供指導(dǎo)性方案。相關(guān)的教育部門與學(xué)校在課程設(shè)置方面要充分考慮市場的發(fā)展需要，在課時、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式以及考核方式等方面要積極創(chuàng)新。保持學(xué)科基本理論的嚴(yán)密性和系統(tǒng)性，逐漸強(qiáng)化工程熱力學(xué)相關(guān)專業(yè)所必須的教學(xué)內(nèi)容，不斷的優(yōu)化課程教學(xué)的內(nèi)容。在教學(xué)的時候要讓學(xué)生充分的理解相關(guān)的工程熱力學(xué)的理論知識、公式與條件等等，這樣學(xué)生才能夠有足夠的理論知識進(jìn)行實踐操作。不僅如此，還要培養(yǎng)學(xué)生查圖、查表的能力，要求學(xué)生學(xué)會用抽象、簡化和假設(shè)的熱力學(xué)方法去求解制冷、供暖等實際問題。

（3）工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革過程中的教學(xué)方法要不斷適應(yīng)市場的發(fā)展需要，這樣才能夠逐漸提高課程教學(xué)改革與實踐的質(zhì)量。工程熱力學(xué)課程教學(xué)的相關(guān)教師和研究者應(yīng)當(dāng)積極創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，摒棄陳舊的教學(xué)方式，提高工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐的質(zhì)量。不僅如此，教學(xué)研究者還要積極改變教學(xué)方式，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)課堂教學(xué)情況與學(xué)生的學(xué)習(xí)情況來改進(jìn)教學(xué)方式，以此來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。因為工程熱力學(xué)屬于一種理論性比較強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中容易產(chǎn)生消極情緒，這樣就會嚴(yán)重阻礙課程教學(xué)改革的進(jìn)展，不利于全面提高學(xué)生的綜合實力。教師要注重誘導(dǎo)式教學(xué)方式，提高學(xué)生的發(fā)散思維能力，貫徹創(chuàng)新意識。教師要根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的差異性來幫助學(xué)生樹立正確的學(xué)習(xí)觀念，讓學(xué)生掌握符合自己實際情況的學(xué)習(xí)方式。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)知識的時候就會比較容易上手，在理解相關(guān)概念和理論知識的時候也會更加容易。教師在講解理論知識與進(jìn)行實踐操作教學(xué)的過程中要靈活運用比較式指導(dǎo)方法，將相關(guān)的理論知識進(jìn)行比對，加深學(xué)生的理解程度。同時也要積極使用相關(guān)方面的圖表，讓學(xué)生快速的理解抽象理論知識。教師在教學(xué)的過程中要積極采用多媒體教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，這也是充分利用教學(xué)資源的體現(xiàn)。由于學(xué)科本身具有的特性決定了工程熱力學(xué)的理論知識、定義、概念、公式等比較復(fù)雜抽象，學(xué)生不易理解，利用多媒體能夠幫助學(xué)生理解記憶，加深對工程熱力學(xué)原理的理解。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生與教師之間的交流，提高課程教學(xué)改革的質(zhì)量。

4結(jié)論

第3篇：工程熱力學(xué)概念范文

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)節(jié)能原理；課程改革；教學(xué)實踐；石化特色

作者簡介：馬利敏（1978-），女，遼寧西豐人，中國石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲運工程學(xué)院，講師；姬忠禮（1963-），男，山東汶上人，中國石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲運工程學(xué)院，教授。（北京 102249）

基金項目：本文系“2010年中國石油大學(xué)（北京）校級重點教學(xué)改革項目”及“2012年中國石油大學(xué)（北京）青年教師專項培養(yǎng)基金”（項目編號：KYJJ20120415）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0106-02

一、系統(tǒng)節(jié)能原理課程改革的背景

在強(qiáng)調(diào)節(jié)能、注重環(huán)保的今天，使從事與能源開發(fā)、利用與轉(zhuǎn)化緊密相關(guān)工作的學(xué)生掌握系統(tǒng)節(jié)能原理的精髓并能夠?qū)W以致用有著非常重要的社會意義。系統(tǒng)節(jié)能原理是中國石油大學(xué)（以下簡稱“我?！保┠茉磁c動力工程專業(yè)一門重要專業(yè)課，32學(xué)時。其基礎(chǔ)理論部分，以工程熱力學(xué)基本定律為基礎(chǔ)。工程熱力學(xué)重點講授熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的熵分析法，引入分析法。在本課程中，上述內(nèi)容仍是重點，需重復(fù)介紹?；A(chǔ)理論是晦澀與枯燥的，如只是重復(fù)介紹，不易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，難以獲得滿意的教學(xué)效果。因此，研究如何組織教學(xué)工作，使本課程與工程熱力學(xué)做好銜接，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助其加深對基礎(chǔ)理論的理解，提高解決實際問題的能力，是十分必要的。同時，本課程還缺乏適合的教材，需要編寫課程講義。目前，缺乏能夠同時將經(jīng)典及新興能量分析法進(jìn)行全面介紹的教材，而在能量分析法的應(yīng)用部分，也需要結(jié)合我校行業(yè)特點、畢業(yè)生就業(yè)去向，針對石油石化領(lǐng)域工程應(yīng)用背景設(shè)置教學(xué)案例。我校于2010年批準(zhǔn)了該課程的教學(xué)改革計劃，經(jīng)過近幾年的努力，該教改計劃已經(jīng)初步完成。

二、課程教學(xué)內(nèi)容體系建設(shè)

教學(xué)內(nèi)容改革是教學(xué)改革最核心、最基本的問題。教學(xué)內(nèi)容主要由熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律熵分析法和分析、新的能量系統(tǒng)分析評價方法介紹組成。其中，根據(jù)教學(xué)目的與任務(wù)有效組織教學(xué)內(nèi)容，要與基礎(chǔ)課程工程熱力學(xué)第一定律、第二定律知識點的學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，既避免教學(xué)內(nèi)容的簡單重復(fù)，又要使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)對第一定律、第二定律有更為深刻的認(rèn)知，并使學(xué)生能夠利用兩個熱力學(xué)基本定律熟練進(jìn)行能量系統(tǒng)分析與評價、以及高效學(xué)習(xí)和應(yīng)用新的分析、評價與優(yōu)化方法。

1.熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律是工程熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重點，主要講授閉口系統(tǒng)與穩(wěn)流開口系的熱力學(xué)第一定律能量方程式的表達(dá)式及應(yīng)用。在本課程中，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)第一定律的一般表達(dá)式即：“進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)總儲存能的變化”的正確靈活應(yīng)用，重點介紹如何分析、列出非穩(wěn)態(tài)充、放氣熱力過程的能量方程式，幫助學(xué)生進(jìn)一步增強(qiáng)利用第一定律進(jìn)行能量分析的能力。同時，通過對節(jié)流、自由膨脹、混合、換熱、可逆定溫放熱壓縮等熱力過程分析來幫助同學(xué)們對第一定律的局限性有更為深入的理解。

2.熱力學(xué)第二定律熵分析法

熱力學(xué)第二定律是工程熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重點與難點，主要講授熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，具體包括：卡諾循環(huán)+卡諾定理、克勞修斯積分不等式、閉口系及開口系統(tǒng)熵方程、孤立系統(tǒng)熵增原理。在本課程中，考慮到判斷一個熱力循環(huán)是否可行、可逆的數(shù)學(xué)判據(jù)容易理解而且是熱力過程的特例，故重點講述閉口系及開口系熵方程、孤立系統(tǒng)熵增原理。

在該部分從以下四個方面進(jìn)行介紹：對于狀態(tài)參數(shù)熵的辨析：辨析熵是狀態(tài)參數(shù)與過程無關(guān)，強(qiáng)調(diào)判斷一個熱力過程能否進(jìn)行、可逆的參量不是過程熵變而是過程熵產(chǎn)，引出后面由熵方程及孤立系統(tǒng)熵增原理計算過程熵產(chǎn)的知識點；重點講授熵方程的一般表達(dá)式，即：“進(jìn)入系統(tǒng)的熵-離開系統(tǒng)的熵+過程熵產(chǎn)=系統(tǒng)熵變化”，通過典型例題幫助同學(xué)能夠利用熵方程列出閉口及開口系熵方程，并求取過程熵產(chǎn)；重點解析孤立系統(tǒng)熵增原理的實質(zhì)及解題特點，并通過典型例題幫助學(xué)生認(rèn)識到孤立系統(tǒng)熵增原理與熵方程的一致性：孤立系統(tǒng)熵增即熵方程中的熵產(chǎn)；作功能力損失方面除了介紹計算公式、通過計算熱力過程熵產(chǎn)及作功能力損失，還著重結(jié)合對節(jié)流、自由膨脹、混合、換熱、可逆定溫放熱壓縮等具體熱力過程分析讓學(xué)生體會第一定律與第二定律之間的聯(lián)系及第二定律的獨有貢獻(xiàn)。

3.熱力學(xué)第二定律分析法

由于學(xué)時有限并且概念抽象難以理解，分析法在工程熱力學(xué)中屬于選講內(nèi)容，即便講授，也多是簡要介紹。本課程中，分析法是授課重點，從以下四個方面進(jìn)行講授：第一，概念及計算公式，包括機(jī)械、熱量（冷量）、內(nèi)能、焓和化學(xué)。第二，重點講授方程的一般表達(dá)式“進(jìn)入系統(tǒng)的-離開系統(tǒng)的-過程損=系統(tǒng)變化”，通過典型例題幫助同學(xué)能夠利用方程列出閉口及開口系方程，并求取過程損。同時，在分析典型例題時，引導(dǎo)學(xué)生同時用熵分析法來計算過程的作功能力損失，讓學(xué)生自覺地認(rèn)識到分析法中所得到的損失即熵分析法中計算的作功能力損失、體會兩種分析法的一致性及分析法的優(yōu)勢。第三，效率、損系數(shù)的概念及公式，以及在典型熱力設(shè)備、過程及熱力循環(huán)中的計算。第四，針對本學(xué)科領(lǐng)域典型的火力發(fā)電裝置、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置和低溫制冷裝置、LNG液化裝置、天然氣凈化裝置、油田聯(lián)合站等，設(shè)置工程背景很強(qiáng)的案例，教師與同學(xué)們一起分析循環(huán)裝置及各組成設(shè)備的效率、損失及損系數(shù)等，讓同學(xué)們認(rèn)識到分析法在進(jìn)行系統(tǒng)能量分析時的重要性及提高利用該方法解決實際工程問題的能力。

4.新發(fā)展起來的能量系統(tǒng)分析與優(yōu)化方法

介紹能級分析法、經(jīng)濟(jì)學(xué)、夾點技術(shù)、全生命周期分析法、能值理論等新發(fā)展起來的能量系統(tǒng)分析與優(yōu)化方法的基本理論及應(yīng)用，鼓勵學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲取更多知識。這部分內(nèi)容與留給學(xué)生的學(xué)習(xí)報告緊密相關(guān)，將在下文介紹。

目前還沒有適合于本專業(yè)本科教學(xué)的系統(tǒng)節(jié)能方面的教材，本課程教學(xué)內(nèi)容主要參考自沈維道等[1]主編《工程熱力學(xué)》、朱明善等[2]編著《工程熱力學(xué)》、傅秦生[3]編著《能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析方法》和馮霄[4]編著《化工節(jié)能原理與技術(shù)》、何雅玲[5]主編《工程熱力學(xué)精要分析典型題解》等教材及專著，結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊多年來收集整理的工程案例編寫成講義供教師及學(xué)生使用。

三、教學(xué)方式改革

教學(xué)中的主體是學(xué)生，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，提高其學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果是教學(xué)方式改革的目的。學(xué)生們對于國際上最新的、與未來工作緊密相關(guān)及實用性強(qiáng)的知識以及確實能提高自身素質(zhì)與能力的教學(xué)環(huán)節(jié)更感興趣。

1.采用多媒體與板書有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式

充分利用多媒體教學(xué)信息量大，圖像、視頻生動形象的特點，同時結(jié)合傳統(tǒng)板書講解復(fù)雜推導(dǎo)更容易被學(xué)生掌握的優(yōu)點以提升教學(xué)效果。這種授課方式既可以增大授課信息量、有效吸引學(xué)生注意力，同時又能使學(xué)生通過與老師一起板書推導(dǎo)對所學(xué)重點、難點有更為深刻的認(rèn)知。

2.提高課堂教學(xué)吸引力

通過針對每一個重要概念及知識點設(shè)計的系列典型例題、思考題吸引學(xué)生注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)其積極參與到教學(xué)中來。而且教學(xué)團(tuán)隊經(jīng)過多年的教學(xué)和科研積累，收集并提煉出與石化工程緊密關(guān)聯(lián)的工程案例，通過案例的討論和分析，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的興趣，提升課堂教學(xué)的互動效果，增強(qiáng)學(xué)生運用理論知識分析并解決工程實際問題的能力。

3.布置作業(yè)形式靈活多樣

對于重要的基本概念，以讀書筆記的作業(yè)形式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。本課程涉及眾多抽象概念和公式，追溯熱量、溫度、熵、熱力學(xué)第二定律、等重要基本概念的由來、發(fā)展歷程，可使學(xué)生在搜集資料的過程中對這些概念有一個直接的感性認(rèn)知，同時也有助于學(xué)生認(rèn)識到這些知識在本學(xué)科發(fā)展中的重要作用。

要求學(xué)生組成2～3人的學(xué)習(xí)小組，除常規(guī)課下作業(yè)外，課上作業(yè)以小組為單位完成。課上作業(yè)為教師針對每次課的重點和難點內(nèi)容設(shè)計的多為填空、選擇和問答形式的練習(xí)題，課前打印好分發(fā)給每個學(xué)習(xí)小組。在講課過程中，留出適合時間讓學(xué)生及時完成。教學(xué)實踐表明課上作業(yè)非常利于學(xué)生把握住和消化吸收重難點知識，且能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

四、課程考核方式的教學(xué)改革

本課程考試采用閉卷+學(xué)習(xí)報告的形式。在閉卷考試中，只有一種類型題，即計算題。本課程一個重要教學(xué)目的就是使學(xué)生能夠熟練、正確應(yīng)用第一、第二定律尤其是分析法分析實際裝置的用能情況，所以考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果應(yīng)用型計算題是較為合適的。

學(xué)習(xí)報告要求每個學(xué)習(xí)小組（2～3人組成）圍繞與本學(xué)科緊密相關(guān)的實際裝置進(jìn)行國內(nèi)外能量分析與優(yōu)化方面的調(diào)研，提交1份不少于4000字、有5篇以上參考文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)報告，并根據(jù)報告內(nèi)容制作ppt，每小組選派1名學(xué)生進(jìn)行報告，匯報10分鐘，討論5分鐘。報告題目憑學(xué)生興趣自選。學(xué)習(xí)報告這種考核形式不僅促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)，開闊視野，加深認(rèn)知，而且可以鍛煉和提高學(xué)生多方面的能力。學(xué)生們自選的題目有：超臨界及超超臨界蒸汽動力裝置；燃?xì)廨啓C(jī)裝置；燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)裝置；冷熱電三聯(lián)供裝置；地源熱泵裝置；低溫磁制冷裝置；煤制油裝置；燃料電池；低溫地?zé)岚l(fā)電裝置；天然氣壓氣站燃?xì)廨啓C(jī)余熱利用；天然氣凈化裝置；油田聯(lián)合站；LNG接收站冷能利用等等。

近4年的教學(xué)實踐也表明學(xué)生們非常接受和歡迎這種考核形式，并且每一年都會有讓教師感到驚喜的學(xué)習(xí)報告，這也說明要想學(xué)生切實提高學(xué)習(xí)能力、扎實掌握專業(yè)知識確實也需要教師有意識地去創(chuàng)造機(jī)會及科學(xué)引導(dǎo)。

五、教學(xué)效果

經(jīng)過近4年的教學(xué)實踐，團(tuán)隊通過對歷年學(xué)生評教、學(xué)生考試成績分析以及學(xué)生在本科畢業(yè)設(shè)計及成為本校研究生后所選與系統(tǒng)節(jié)能原理相關(guān)方向課題的表現(xiàn)等進(jìn)行了調(diào)研，證明該課程改革是卓有成效的。學(xué)生對工程熱力學(xué)及系統(tǒng)節(jié)能知識的接受能力增強(qiáng)，學(xué)習(xí)興趣明顯提高。靈活適宜的授課方式、作業(yè)形式以及考試方式受到學(xué)生的普遍歡迎?？傊?，通過課程建設(shè)與教學(xué)實踐，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中發(fā)揮了主體作用，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的綜合能力，教學(xué)效果良好，達(dá)到了既定教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈維道，童鈞耕. 工程熱力學(xué)[M]. 第四版.北京：高等教育出版社，2007.

[2] 朱明善，劉穎，林兆莊，等.工程熱力學(xué)[M]. 第二版.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[3] 傅秦生. 能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析方法[M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社，2005.

第4篇：工程熱力學(xué)概念范文

關(guān)鍵詞：化工熱力學(xué)；CDIO；大工程教育；教學(xué)改革；方案

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-5727（2012）06-0159-02

化工熱力學(xué)作為化學(xué)工程的基礎(chǔ)性學(xué)科，在研究化學(xué)工程以及解決化工生產(chǎn)實際問題中都起著非常重要的作用。同時，它也是化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生及研究生必修的重點專業(yè)課程之一。然而，由于課程中的概念抽象難懂，公式數(shù)量多且推導(dǎo)復(fù)雜，歷屆本科學(xué)生都感到難以理解和掌握。雖然嘗試過各種改革，探索過新的教學(xué)方法，但收效甚微，學(xué)生掌握到的理論常常疲于應(yīng)付考試，沒有真正解決實際問題的能力，更不用說會作“工程”了。為了迎合“大工程教育”的背景，在2009年，我校開始嘗試將CDIO的教育理念應(yīng)用于化工熱力學(xué)課程教學(xué)中，取得了一定的成效。

CDIO教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，這種全新的教育模式將構(gòu)思（Conceiving）、設(shè)計（Designing）、實現(xiàn)（Implementing）與運作（Operating）結(jié)合在一起，形成一個連貫而完整的流程。學(xué)生從參加產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期當(dāng)中，可以親身體驗到“以產(chǎn)品為導(dǎo)向”CDIO教學(xué)模式所帶來的不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式的參與感。這種以學(xué)生為主體，實現(xiàn)了“做中學(xué)”的全新教育理念，對于提高學(xué)生能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)化工熱力學(xué)課程建設(shè)等各個方面都具有非常重要的意義。

化工熱力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

教學(xué)內(nèi)容與實際脫節(jié)隨著近年來工業(yè)體系的不斷進(jìn)步和化工行業(yè)的快速發(fā)展，化工熱力學(xué)作為一門體系較為完善的課程，其教學(xué)內(nèi)容與實際的化工技術(shù)相比已顯得比較滯后。這種滯后不但使教學(xué)與工程脫節(jié)，并且由于課程模式長期固定，在某種意義上限制了教師的思維方式，進(jìn)而對學(xué)生的創(chuàng)新及發(fā)散思維也造成影響。同時，也造成了大學(xué)與社會之間的脫離。這也是為什么學(xué)生掌握了知識，卻不能在畢業(yè)以后派上用場的原因。

忽略了學(xué)生作為主體的角色在從事化工熱力學(xué)教學(xué)的十余年中，如何解決教與學(xué)之間存在的矛盾，也是一直困擾著筆者的一個問題。為何在經(jīng)歷了數(shù)次改革之后，我們的教學(xué)卻并沒有發(fā)生實質(zhì)的改變？其原因在于忽略了“在教育過程中，學(xué)生才是主體”的這一事實。一直以來，無論運用何種創(chuàng)新式的教學(xué)方法，總是離不開以教師作為主體的講授，總是去研究如何將知識更快速準(zhǔn)確的灌輸給作為客體的學(xué)生，如何將枯燥的理論講授變得生動有趣，讓學(xué)生在愉快的氛圍中掌握知識，在一次一次的教學(xué)改革中，教師歷練成了“優(yōu)秀的演員”，而學(xué)生充其量也就是一個“文明的觀眾”并沒有成為一名“優(yōu)秀的演員”。在這種教育方式下，培養(yǎng)出來的學(xué)生，實際上是被剝奪了自主學(xué)習(xí)的機(jī)會，其思維模式也會變得僵化，重理論，輕實踐。在具體問題的處理上往往拘泥于唯一的“正確方案”，按照教師或書本上所講述的步驟給出解答，這就達(dá)到了我們所說的“掌握”的基本要求。學(xué)生并不會從一個實際的工程問題中，發(fā)現(xiàn)相關(guān)的熱力學(xué)問題和定義熱力學(xué)問題。比如，在講授流體的 “PVT”關(guān)系時，我們會定義好兩個變量（溫度T，壓力P）讓學(xué)生去求體積（V），學(xué)生都可以很好的根據(jù)熱力學(xué)方程解出體積，但如果讓學(xué)生去求解某工藝流程中輸送流體的管徑時（生產(chǎn)能力即流體的質(zhì)量流量已知），學(xué)生就常常束手無措。他們不會根據(jù)輸送流體的工藝條件（即溫度、壓力）用學(xué)過的熱力學(xué)知識來求出流體的摩爾體積，將其換算成流體的密度后，再根據(jù)流體的質(zhì)量流量解出體積流量結(jié)合管路中的允許的流體流速去求管徑。可是如果將這種求管徑的問題放在化工原理的課程中，學(xué)生又可以很好的解決。因為，在化工原理的課程中，流體的密度常常都是作為已知量出現(xiàn)在例題中的，而在實際的工程設(shè)計和計算中，這些問題都是需要靠學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)、定義并解決的。學(xué)生這種今后最需要能力，在我們多年的教學(xué)中卻被忽略了。

總之，無論是在教學(xué)內(nèi)容上，還是在教學(xué)模式上，現(xiàn)有的化工熱力學(xué)教學(xué)當(dāng)中都存在著很多問題，已經(jīng)逐漸無法滿足社會對高等人才培養(yǎng)的需要。而CDIO的教學(xué)理念則為我們解決這一問題提供了一項新的可能性。通過將熱力學(xué)課程與CDIO教學(xué)理念相結(jié)合，讓學(xué)生在“做中學(xué)”的過程中更好地掌握知識，提高能力，通過一個個真實的工程案例，去研究問題、發(fā)現(xiàn)問題。這樣，學(xué)生才能具有獲取相關(guān)知識去解決問題的動力。在此過程中，重要的不是解決了一個具體的問題并由此掌握了相關(guān)的知識，而是在于學(xué)會如何發(fā)現(xiàn)問題、定義問題、分析問題并獲取相應(yīng)的知識解決問題，總結(jié)新知識，同時，加強(qiáng)與人溝通的能力以及團(tuán)隊合作的能力。那么，究竟如何進(jìn)行化工熱力學(xué)課程的改革呢？

基于CDIO理念下熱力學(xué)教學(xué)改革方案

針對化工熱力學(xué)教學(xué)上的種種問題，我們確定了以“產(chǎn)品為導(dǎo)向”的教學(xué)模式改革。就是讓學(xué)生通過“產(chǎn)品工藝的工程設(shè)計”真正學(xué)到工程設(shè)計中的熱力學(xué)知識。熱力學(xué)是從工程中來，最終還要回到工程中去，為工程服務(wù)。因此，確定了以產(chǎn)品制造為目標(biāo)，將學(xué)生感興趣的產(chǎn)品“工業(yè)化”，學(xué)生扮演一個“工程師”主持一個“產(chǎn)品與過程”的工程設(shè)計工作。在工程項目的設(shè)計中，學(xué)生必然會碰到相關(guān)的熱力學(xué)問題。如工藝條件下流體密度（流體的PVT關(guān)系）、換熱器和功設(shè)備的負(fù)荷計算（流體的熱力學(xué)性質(zhì)：焓、熵與PVT的關(guān)系）、分離塔的計算（流體的相平衡）等等，在設(shè)計過程中，學(xué)生遇到問題時，教師加以適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)并結(jié)合課堂所講授的熱力學(xué)內(nèi)容解決實際工程中的問題，最終完成一個工程設(shè)計報告。學(xué)生只憑上課聽講是不可能將項目設(shè)計好的。必須通過自己看書、查閱大量的文獻(xiàn)與資料，與同組同學(xué)研究討論，才可能將項目完成。在這個過程中，強(qiáng)化了化工熱力學(xué)在工程中的應(yīng)用，讓學(xué)生真正體會到熱力學(xué)不是虛無飄渺的理論，而是實實在在的技能。為此，我們制定的具體改革方案如下：

將學(xué)生按班級分組。原則上每班兩大組，也可根據(jù)個人興趣自成一組。選擇一個學(xué)生感興趣的化工產(chǎn)品，圍繞如何實現(xiàn)該產(chǎn)品的工業(yè)化完成以下內(nèi)容：（1）市場調(diào)研報告。包括：產(chǎn)品的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、市場前景、簡單的經(jīng)濟(jì)分析及相關(guān)的工藝流程的了解（開課后第1～4周完成）。（2）對產(chǎn)品多套工藝流程方案進(jìn)行可行性及經(jīng)濟(jì)分析，確定小組詳細(xì)的工藝流程路線及詳細(xì)的工藝條件，完成簡單的工藝流程圖（開課后第5～8周完成）。（3）根據(jù)學(xué)生選定的工藝過程，完成簡單的工藝流程圖，教師指定與工藝流程相關(guān)的熱力學(xué)計算，通過計算體會熱力學(xué)在工程中的應(yīng)用（開課后第9～12周完成）。（4）將以上三部分合成一個完整的報告期末上交，報告成績占期末總成績的30%。每一小步的工作要求完成的功課都要按時上交，并按教師的批改意見修改完善自己的報告內(nèi)容（開課后第13～16周完成）。（5）最后，選擇優(yōu)秀的項目報告作講演（第17周完成）。

由于選題是學(xué)生根據(jù)自己的興趣確定的工業(yè)產(chǎn)品，因此，項目類型與涉及的學(xué)科面應(yīng)該是很復(fù)雜的。教師不可能事先知道結(jié)果，這就要求教師需要具有相對扎實的工程實際和理論的背景知識，指導(dǎo)學(xué)生在課題初期盡快進(jìn)入課題角色，隨著課題的進(jìn)展，學(xué)生要自己獲取更多的相關(guān)知識，并進(jìn)行深入的研究，應(yīng)用知識去解決問題。在此過程中，教師要做好“導(dǎo)演”，側(cè)重對學(xué)生的方法和能力方面進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)生在整個過程中一定會投入大量的時間和精力，因為是以小組為單位，所以，最后的項目一定是集中了整個團(tuán)隊的才智，一定會有所收獲。

通過兩年的實踐，使用以上方法取得了較好的教學(xué)效果，在加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)課程積極性的同時，使學(xué)生在學(xué)習(xí)期間就能受到未來職場環(huán)境的熏陶，只有叫他們了解自己將來的用武之地，造就他們成為合格的化工專業(yè)人才，滿足產(chǎn)業(yè)和社會的需要。

然而，在改革中還存在一些問題，如學(xué)生的合作還存在欠缺，各組同學(xué)中都有“坐車”的現(xiàn)象，如何對這部分不積極參與的學(xué)生進(jìn)行評價，使所有學(xué)生都能積極動起來，將是我們未來改革中亟待解決的問題。

結(jié)語

化工熱力學(xué)課程從2009年開始進(jìn)行了CDIO工程教育培養(yǎng)模式的理論與實踐探索，并取得初步成效，我們將不斷努力探索，使這一教育模式趨于科學(xué)、有效。積極推進(jìn)CDIO人才培養(yǎng)的培養(yǎng)方案改革和教學(xué)方法創(chuàng)新，開展適應(yīng)于學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方法創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的案例式、啟發(fā)式、交流式教學(xué)方法改革中推進(jìn)體驗式、研究式、討論式教學(xué)方法，利用具體工程項目的實施，引導(dǎo)學(xué)生“做中學(xué)”，通過營造工程環(huán)境，實現(xiàn)師生間、學(xué)生間對話式學(xué)習(xí)和合作式學(xué)習(xí)，形成教學(xué)相長的生動學(xué)習(xí)局面。在教學(xué)過程中融入最新的化工工程技術(shù)成果和工藝方案，啟迪學(xué)生的工程意識和利用科技成果的創(chuàng)業(yè)意識，開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)精神，構(gòu)筑“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”應(yīng)用型人才培養(yǎng)的知識新體系和課程新體系。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

徐新（1967—），碩士，北京石油化工學(xué)院副教授，研究方向為化工。

第5篇：工程熱力學(xué)概念范文

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)；工程熱力學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）17-0263-02

實驗教學(xué)是高等學(xué)校實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基本內(nèi)容，是培養(yǎng)基礎(chǔ)實、知識寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高的創(chuàng)新型人才的主陣地，實驗教學(xué)對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力具有重要的作用。通過實驗，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，使學(xué)生獲得一定的綜合分析能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力。工程熱力學(xué)是研究熱能有效利用以及熱能和機(jī)械能等其他能量轉(zhuǎn)換規(guī)律及其應(yīng)用的工程技術(shù)學(xué)科。工程熱力學(xué)概念多、內(nèi)容抽象難懂、系統(tǒng)性和工程性強(qiáng)等特點，學(xué)生普遍學(xué)習(xí)感覺較難。為了促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高課堂教學(xué)質(zhì)量，需要重視工程熱力學(xué)實驗教學(xué)在工程熱力學(xué)教學(xué)中過程中的重要性。筆者以工程熱力學(xué)實驗教學(xué)中的制冷循環(huán)為例，探討了實驗教學(xué)對工程熱力學(xué)的脾補(bǔ)助益。

一、制冷循環(huán)實驗

1.基本熱力過程。在工程熱力學(xué)實驗教學(xué)中，通常開展蒸汽壓縮制冷循環(huán)實驗。這個實驗的主要目的為：掌握蒸汽壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)的工作過程及原理；了解制冷壓縮機(jī)、節(jié)流膨脹裝置、蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)構(gòu)和組成；掌握蒸汽壓縮制冷循環(huán)制冷系數(shù)的計算方法及提高制冷系數(shù)可采用的方法。該制冷循環(huán)中采用F12制冷劑，以毛細(xì)管為節(jié)流膨脹b置，冷凝器為自然對流式，蒸發(fā)器亦為自然對流式。在制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)和節(jié)流膨脹裝置是制冷系統(tǒng)必不可少的四大件，其中蒸發(fā)器是輸送冷量的設(shè)備，制冷劑在其中吸收被冷卻的熱量實現(xiàn)制冷。壓縮機(jī)是心臟，起著吸入、壓縮、輸送制冷劑蒸汽的作用。冷凝器是放熱設(shè)備，節(jié)流閥對制冷劑起節(jié)流降壓作用。

其工作過程為：首先制冷工質(zhì)經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮至高溫高壓狀態(tài)，即1―2；高溫高壓的工質(zhì)在冷凝器中將熱量釋放出去，即2―4；制冷工質(zhì)經(jīng)毛細(xì)管膨脹，壓力溫度降低，即4―5；低溫低壓的工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收熱量，即5―1。由此完成一個完整的制冷循環(huán)，見圖1。對應(yīng)于熱力學(xué)壓焓圖見圖2，1―2在壓縮機(jī)中的壓縮過程，為等熵壓縮；2―4在冷凝器中的放熱過程，為定壓放熱；4―5在毛細(xì)管中的膨脹過程，為節(jié)流過程（節(jié)流前后焓相等）；5―1在蒸發(fā)器中的吸熱過程，為定壓吸熱。

2.實驗中的參數(shù)測定。主要完成制冷系數(shù)和制冷量的計算。

二、實驗環(huán)節(jié)與課堂教學(xué)的統(tǒng)一

通過實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生認(rèn)識了制冷系統(tǒng)的基本組成和運行過程，了解了制冷系統(tǒng)部件在工作過程中的基本特點，能夠領(lǐng)會教師在課堂教學(xué)中對制冷系統(tǒng)的敘述和描繪。同時，經(jīng)過實驗教學(xué)，學(xué)生能夠主動對制冷循環(huán)的工作過程提出自己的看法，尋找提高系統(tǒng)制冷效果的途徑。例如：教師以前在課堂上介紹完制冷循環(huán)后，提到如何改進(jìn)或提高系統(tǒng)制冷量，夏天在高溫時，不要將室內(nèi)空調(diào)溫度設(shè)定過低。學(xué)生在理解時，總是先去回想制冷系數(shù)的計算公式，然后才去認(rèn)可，經(jīng)過實驗教學(xué)后，學(xué)生能夠較好地理解這一原因。同時對制冷循環(huán)熱力過程圖中的定熵壓縮、定壓吸放熱以及節(jié)流過程有了更好的理解和體會。在此基礎(chǔ)上，教師將前面可逆過程、平衡態(tài)以及理想過程回串，學(xué)生將會對熱力學(xué)中的相關(guān)概念有著更深入的認(rèn)識，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

通過對實驗內(nèi)容及方式進(jìn)行合理組織，鼓勵學(xué)生自己動手進(jìn)行實驗組裝、調(diào)試試驗臺，在實驗過程中，與學(xué)生討論確定實驗方案、實驗測定參數(shù)以及實驗后的自我評議，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力。同時在課堂教學(xué)中注意與實驗教學(xué)中的統(tǒng)一、銜接，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和掌握。

三、改進(jìn)實驗教學(xué)方法和體系

工程熱力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，與工程實際密切相關(guān)。在教學(xué)過程中，需要有很多的工程問題作為背景。以教科書為單一內(nèi)容的PPT演示，并不能滿足課堂學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。筆者根據(jù)多年的教學(xué)心得，主要建議如下：（1）根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)的需要，制定一些具有典型性的熱力學(xué)實驗，如制冷循環(huán)實驗、工質(zhì)熱物性測定、絕熱節(jié)流效應(yīng)測定等。（2）改進(jìn)實驗組織模式。鼓勵學(xué)生自己動手開展目標(biāo)性實驗，并進(jìn)行實驗自我評議，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（3）更新教學(xué)實驗設(shè)備，增添新的測試儀器和設(shè)備，不斷滿足學(xué)生對熱力學(xué)學(xué)習(xí)的要求。（4）構(gòu)建虛擬實驗中心，隨著計算機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，同時為了解決實驗設(shè)備少，實驗時間受限的問題，建立遠(yuǎn)程與虛擬實驗中心，可以滿足學(xué)生課后隨時學(xué)習(xí)、探索的需要。

參考文獻(xiàn)：

第6篇：工程熱力學(xué)概念范文

摘要:

通過建立一個基于非平衡態(tài)熱力學(xué)的巖石黏G彈G塑性本構(gòu)模型,用以分析巖石的蠕變變形和蠕變失穩(wěn)問題．該模型不同于經(jīng)典彈G塑性模型,從可逆、不可逆能量過程及能量的漲落出發(fā),推導(dǎo)得到了可統(tǒng)一描述巖石黏G彈G塑的本構(gòu)關(guān)系,無需屈服面、流動法則等概念．它通過將應(yīng)力劃分為彈性應(yīng)力和黏滯應(yīng)力來描述巖石的黏G彈,而通過耗散流和漲落運動的概念來描述巖石的黏G塑．分析表明,該模型可以反映巖石在高圍壓下延性破壞、在低圍壓下脆性破壞的特征,同時也可較好地預(yù)測巖石的蠕變變形和蠕變失穩(wěn)規(guī)律,并可較好地闡述其中的物理機(jī)制．

關(guān)鍵詞:

巖石蠕變;黏G彈G塑性本構(gòu);蠕變失穩(wěn);砂巖

巖石蠕變行為對地下巷道、高邊坡等工程結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性有著非常重要的影響[1G2],是巖土工程中的重要研究內(nèi)容．在這些工程領(lǐng)域中,巖土結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞往往與巖體尤其是巖體軟弱夾層或斷層間軟巖的蠕變息息相關(guān)．因此,建立合理的巖石蠕變本構(gòu)模型具有重要的理論價值和工程意義．目前,巖石蠕變本構(gòu)模型主要可分為如下3種類型:1)直接定義關(guān)于應(yīng)變和時間的擬合曲線,并根據(jù)實測蠕變曲線標(biāo)定擬合參數(shù)[3G4]．這種方法得到的蠕變本構(gòu)關(guān)系往往僅適應(yīng)于特定巖土體在特定路徑下的蠕變行為,不具備普適性和理論性;2)將代表巖土體不同力學(xué)性質(zhì)(如彈性、塑性和黏性)的元件進(jìn)行串并聯(lián)組合,得到相應(yīng)形式的蠕變本構(gòu)模型,如Maxwell模型、Kelvin模型、Burgers模型和Bingham模型等[5]．這些模型一般適應(yīng)于對巖石蠕變變形初期或者穩(wěn)定蠕變變形的模擬,不能反映巖石在復(fù)雜應(yīng)力路徑下的加速蠕變,即蠕變失穩(wěn)破壞行為,學(xué)者們往往通過在這些模型中引入非線性元件來解決這個問題[6G7],但這增大了模型參數(shù)數(shù)量和模型的復(fù)雜性,且相應(yīng)的元件模型和參數(shù)多直接通過實測曲線擬合,缺乏對蠕變物理機(jī)制的解釋,因而在描述巖體不同類型蠕變行為時欠缺統(tǒng)一性;3)基于內(nèi)時理論和損傷理論等建立的蠕變本構(gòu)模型[8G9],此類模型具有較為明確的理論背景,通過相應(yīng)的理論推導(dǎo)得到流變元件的本構(gòu)關(guān)系,是對元件模型的有益補(bǔ)充,但實質(zhì)上仍然屬于元件模型．與上述模型不同,本文基于經(jīng)典非平衡態(tài)熱力學(xué)[10G11],通過對巖體的彈性能量和不可逆能量耗散的熱力學(xué)描述,給出了一個考慮穩(wěn)定蠕變和加速蠕變行為的統(tǒng)一本構(gòu)模型,并給出相應(yīng)的物理機(jī)制解釋．該模型所采用的理論框架已經(jīng)被成功應(yīng)用于對黏土和砂土等巖土材料的本構(gòu)建模[12G15],由此得到的本構(gòu)模型無需屈服面和塑性勢等概念,可統(tǒng)一解決巖土材料的諸多力學(xué)問題．基于此模型,本文對巖石的蠕變變形、蠕變失穩(wěn)及長期強(qiáng)度展開了模擬和討論．

1巖石蠕變的熱力學(xué)理論框架

1．1能量的熱力學(xué)描述對于巖石材料,外部輸入的能量將轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部的彈性勢能和能量耗散,并可分別采用彈性應(yīng)變和熵作為熱力學(xué)狀態(tài)量來描述．同時,巖石內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)單元(如晶格和微裂隙結(jié)構(gòu)面)之間會產(chǎn)生相對滑移、張合等運動．這說明巖石內(nèi)部存在一個偏離宏觀平均運動場、介于宏觀尺度和分子尺度之間的運動場,也稱之為漲落[16](對應(yīng)的運動能稱為漲落能),它具備隨機(jī)性和不規(guī)則性．此外,由于微觀結(jié)構(gòu)單元之間的非彈性相互作用,漲落能最終將隨著時間轉(zhuǎn)化為宏觀的能量耗散．因此,它即不同于能量耗散,也不同于宏觀的彈性能量．注意到漲落能與熵定義上的相似性,可通過定義一個與熵類似的變量來描述它．在顆粒固體力學(xué)中,這種“熵”通常稱為顆粒熵[12G16],并給出了定量的熱力學(xué)描述．由于熱力學(xué)理論的普適性,可認(rèn)為顆粒熵的定義和定量方法同樣也適應(yīng)于巖石材料;為方便起見,本文也沿用顆粒熵的概念．

1．2黏G彈G塑性本構(gòu)模型式(1b)所示能量演化規(guī)律必須滿足能量守恒定律．不考慮熱傳導(dǎo)及孔隙水的作用.可見,黏G塑性蠕變和應(yīng)力松弛在本質(zhì)上是等效的,均為巖石內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的滑移、裂隙的張合等作用的時間效應(yīng)所引起．這在本模型中,表現(xiàn)為顆粒溫度并不隨著應(yīng)力或應(yīng)變加載的停止而即刻消失,而是隨著時間發(fā)生衰減(對于應(yīng)力松弛和穩(wěn)定蠕變變形)或者持續(xù)增長(對于加速蠕變或蠕變失穩(wěn)),繼而伴隨著非彈性變形(黏G塑性蠕變)或應(yīng)力值的減?。?/p>

2巖石黏G彈G塑分析

本文模型共有9個參數(shù),按照其作用分為3個類型:彈G塑性、黏G彈性和黏G塑性參數(shù)．表1為中砂巖的模型參數(shù)列表,文中模擬所用的模型參數(shù)均見于表1．下文將分別給出基于上述模型的巖石彈G塑性、黏G彈性和黏G塑模擬,并給出相應(yīng)的參數(shù)分析．圖3a為在p＝1MPa和不同水平剪應(yīng)力作用下中砂巖的黏G彈性蠕變響應(yīng)模擬結(jié)果,圖3b為相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)點及由式(9)所確定的破壞線(彈性失穩(wěn)線)．顯見,當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)處于破壞線以下時,黏G彈性應(yīng)變最終將趨于穩(wěn)定．而當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到或超過破壞線時,黏G彈性應(yīng)變的發(fā)展在經(jīng)歷所謂的初始階段、等速階段后,將進(jìn)入加速增長階段,即加速蠕變．因此,巖石蠕變失穩(wěn)的物理機(jī)制是:在蠕變變形作用下,彈性失穩(wěn)被激發(fā),彈性應(yīng)力(式12a左端的第1部分)無法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),促使黏滯應(yīng)力(式12b左端第2部分)繼續(xù)甚至加速增長．

3結(jié)論

第7篇：工程熱力學(xué)概念范文

一、 加強(qiáng)學(xué)科的邏輯性教學(xué)

教師在教學(xué)學(xué)生時，很多學(xué)生也是很用功的，但是在學(xué)習(xí)的能力上顯得很差勁，學(xué)習(xí)效果不好。其關(guān)鍵是對于科間的溝通與銜接差，教師沒有起到科學(xué)組織教學(xué)作用?；崃W(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其中涉及到熱力學(xué)基本定律和熱力學(xué)函數(shù)。如焓、熵、內(nèi)能、自由能、自由焓、流體P-V-T關(guān)系的狀態(tài)方程等等知識，對于這些知識有很強(qiáng)的理論性、應(yīng)用性，而且知識又具有強(qiáng)烈的過渡性，而且這些知識大多是物理化學(xué)中所學(xué)習(xí)過的，現(xiàn)在需要在化工熱力學(xué)中進(jìn)一步深化與應(yīng)用，這就需要做好邏輯性的過渡，而往往很多教師只是單純的就課本而教書，導(dǎo)致很多學(xué)生學(xué)不好，這里就需要改革。

做好數(shù)學(xué)學(xué)科的溝通，起到穿針引線的作用，因為化工熱力學(xué)課程中涉及到很多計算公式，如流體的P-V-T關(guān)系計算公式、熱力學(xué)性質(zhì)的計算公式、化工過程能量分析計算公式、相平衡計算公式、化學(xué)反應(yīng)平衡計算公式等方面。這就要求數(shù)學(xué)知識功底的厚實了，學(xué)校在開展化工熱力學(xué)課教學(xué)時，應(yīng)該加強(qiáng)與相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程的橫向聯(lián)系，使得理論聯(lián)系實際，從而放開思路，使得學(xué)生不覺得化工熱力學(xué)理論太深，難以學(xué)習(xí)的目的。

二、 合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容

教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的實際情況，根據(jù)教材的內(nèi)容合理調(diào)整教材的結(jié)構(gòu)，使之具有合理性、實用性，達(dá)到理論與實踐相結(jié)合 。為了更好的制定教學(xué)大綱和選擇教學(xué)內(nèi)容，可以 將熱力學(xué)知識體系分為兩個板塊：一是流體的P-V-T性質(zhì)及計算、流體熱力學(xué)性質(zhì)以及應(yīng)用。讓學(xué)生深刻的認(rèn)識到氣體和液體的P-V-T性質(zhì)及計算、流體的熱力學(xué)性質(zhì)計算。并且能夠熟練掌握常用的流體狀態(tài)方程和應(yīng)用計算，還有要求學(xué)生學(xué)會計算的思路、步驟和方法；具備利用狀態(tài)方程和熱容數(shù)據(jù)計算流體的熱力學(xué)性質(zhì)的方法，繪制熱力學(xué)圖表的能力。二是溶液理論、相平衡和應(yīng)用。教師應(yīng)采取循序漸進(jìn)、先易后難的方法進(jìn)行逐步講解和學(xué)習(xí)，最后達(dá)到融會貫通。并根據(jù)超額吉布氏自由能與活度系數(shù)的關(guān)系，和結(jié)合模型方程計算混合溶液的活度系數(shù)；同時掌握相平衡理論在不同條件下的方程表達(dá)式及其應(yīng)用，和超臨界流體在分離中的應(yīng)用功能。

三、 化工熱力學(xué)方面的多媒體教學(xué)

多媒體教學(xué)是指教師在教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)對象的特點，以此通過教學(xué)設(shè)計，合理選擇和運用現(xiàn)代教學(xué)媒體，并與傳統(tǒng)教學(xué)手段有機(jī)組合，共同參與教學(xué)全過程，以多種媒體信息作用于學(xué)生，形成合理的教學(xué)過程結(jié)構(gòu)，達(dá)到最優(yōu)化的教學(xué)效果。而化工熱力學(xué)抽象、難懂，而且學(xué)習(xí)也很枯燥，很多學(xué)生很厭惡學(xué)習(xí)，學(xué)校教師也感到很頭疼，不論教師在講臺上怎樣的手舞足蹈，怎樣的賣力講價，往往也收不到很大的效果。學(xué)校應(yīng)改變現(xiàn)有的教學(xué)手段，引進(jìn)多媒體教學(xué)，把這種高科技的東西應(yīng)用到學(xué)生的學(xué)習(xí)中去，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率能夠事半功倍。因為多媒體是將計算機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、錄音機(jī)和游戲機(jī)等技術(shù)融為一體的一種技術(shù)，能夠接收外部圖像、聲音、錄像及各種媒體信息，經(jīng)計算機(jī)加工處理后以圖片、文字、聲音、動畫等多種方式輸出，實現(xiàn)輸入輸出方式的多元化，改變了計算機(jī)只能輸入輸出文字、數(shù)據(jù)的局限。這樣形象、生動、直觀的教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中就會感到一種有如身臨其境的感覺。從而加深學(xué)生對問題的理解，并大大增加了課堂信息量，和教學(xué)效率。如教師在講解化工熱力學(xué)中混合物汽液相平衡計算和狀態(tài)方程法計算組成、溫度以及壓力時，如果按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師要在講臺上花很多功夫，而且是非常復(fù)雜而且容易出錯，迭代步驟繁多，計算費時費力，最終收到的效果還很差。假設(shè)利于用多媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，教師就可以形象生動地展示計算框圖，在程序中采用循環(huán)語句，而其中的變動，重復(fù)演示等方面，也只需要輸入初始的條件，變能很快的得到一種結(jié)果。使學(xué)生也更能容易接受知識。同時也免除教師上課時寫板書的勞累。所以開展多媒體教學(xué)是很有必要的一件事情。

第8篇：工程熱力學(xué)概念范文

【關(guān)鍵詞】準(zhǔn)靜態(tài)過程可逆過程

【中圖分類號】O414.1【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1006-9682(2009)12-0069-02

準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程是熱力學(xué)中的兩個很重要的概念。目前國內(nèi)很多教材對這兩個概念并不加以明顯的區(qū)分,很多文獻(xiàn)直接冠以準(zhǔn)靜態(tài)過程的功、熱量的說法。對這兩個熱力學(xué)過程,筆者有一些自己的看法,在這里和同行們進(jìn)行共同的探討。

一、準(zhǔn)靜態(tài)過程的定義

就熱力系本身而言,熱力學(xué)僅對平衡狀態(tài)進(jìn)行描述,“平衡”就意味著宏觀是靜止的;而要實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換,熱力系又必須通過狀態(tài)的變化即過程來完成,“過程”就意味著變化,意味著平衡被破壞。“平衡”和“過程”這兩個矛盾的概念怎樣統(tǒng)一起來呢?這就需要引入準(zhǔn)平衡過程。[1]

《中國大百科全書》(物理卷)中這樣定義準(zhǔn)靜態(tài)過程:[2]準(zhǔn)靜態(tài)過程是“熱力學(xué)系統(tǒng)在變化時經(jīng)歷的一種理想過程,準(zhǔn)靜態(tài)過程的每一個中間狀態(tài)都處于平衡態(tài)”?；蛘呖梢愿鞔_的定義:熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時,經(jīng)歷的每一中間狀態(tài)都無窮接近于平衡態(tài)的熱力過程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程。

盡管實際的熱力過程都是在有限的溫差和壓差下進(jìn)行的,都是不平衡過程。但如果和弛豫時間相比,熱力過程進(jìn)行的足夠緩慢的話,那么系統(tǒng)在實際過程中所經(jīng)歷的狀態(tài)都十分接近于平衡態(tài),以至我們可用無窮多個勢差為無窮小,前后相繼的平衡態(tài)來描述系統(tǒng)實際經(jīng)過的熱力過程。顯然,這是一種理想化了的過程,但是這種與實際偏離、被理想化了的方法,為經(jīng)典熱力學(xué)描述系統(tǒng)經(jīng)歷的實際變化過程提供了可能,使得狀態(tài)變化能夠在熱力性質(zhì)圖上用熱力過程曲線來描述。因此,準(zhǔn)靜態(tài)過程是經(jīng)典熱力中一類極為重要的過程。[3]

二、可逆過程的定義

可逆過程是熱力學(xué)中從另一個角度定義的一類理想過程。《中國大百科全書》(物理卷)對其這樣定義:“一個系統(tǒng)由某個狀態(tài)出發(fā)經(jīng)過某一過程達(dá)到另一狀態(tài),如果存在另一過程,能使系統(tǒng)回到原來的狀態(tài),同時消除了原來的過程對外界所引起的一切影響,則原來的過程就稱為可逆過程”。

上述定義實際上包含了兩方面的意義。因為定義中的初態(tài)和終態(tài)是任意的,所以定義的第一個意義是系統(tǒng)經(jīng)歷一個可逆過程后,可以嚴(yán)格地按照原來的途徑返回到最初的狀態(tài),因此可逆過程必然是準(zhǔn)靜態(tài)過程。該定義的另外一個意義是,可逆過程中不存在任何的耗散損失,因此,在按其反過程返回初態(tài)后,沒有給外界留下任何的痕跡。

引入可逆過程這個概念后,系統(tǒng)與外界功量和熱量的交換能用系統(tǒng)的參數(shù)來計算,而無需考慮不知道情況的外界參數(shù),從而使問題簡化,而只需要把注意力放在系統(tǒng),即系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的狀態(tài)及狀態(tài)的變化描述上,這正是可逆過程的突出優(yōu)點;可逆過程進(jìn)行的結(jié)果不會產(chǎn)生任何能量損失,因而可逆過程可以作為實際過程中能量轉(zhuǎn)換效果比較的標(biāo)準(zhǔn)和極限;實際過程或多或少地存在著各種不可逆因素,所以實際過程都是不可逆的,為簡便起見常把實際過程當(dāng)作可逆過程進(jìn)行分析計算,然后再用一些經(jīng)驗系數(shù)加以修正,這是可逆過程引入的實際意義所在。

三、準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程聯(lián)系和區(qū)別

準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程既有區(qū)別又有聯(lián)系,這要從兩者的實現(xiàn)條件談起。我們說,準(zhǔn)靜態(tài)過程中,物系要隨時具有力、熱和化學(xué)的平衡,即處于完全平衡中,這樣才能保證準(zhǔn)靜態(tài)過程的實現(xiàn)。而可逆過程的實現(xiàn)則要求過程沒有任何不可逆損失。不可逆損失可分為非平衡損失和耗散損失兩大類,非平衡損失是由物系的非平衡態(tài)所引起的,其中包括力、熱的和化學(xué)的不平衡損失。從這里可以看出,準(zhǔn)靜態(tài)過程沒有不平衡損失。而耗散損失是因為機(jī)械摩擦阻力、流體粘性阻力以及電阻、磁阻等的作用產(chǎn)生的不可逆損失。對于不涉及電磁等其它現(xiàn)象的熱功轉(zhuǎn)換而言,最重要的不可逆損失是物系做宏觀運動時產(chǎn)生的粘性摩擦生熱。就熱力學(xué)而言,耗散損失是一種和物質(zhì)性質(zhì)有關(guān)的不可逆損失。有無非平衡損失取決于系統(tǒng)的狀態(tài)是否平衡,而有無耗散損失,損失的大小則視物性而定。

綜上所述,如既無非平衡損失又無耗散損失,過程就是可逆的。準(zhǔn)靜態(tài)過程沒有非平衡損失,因此是實現(xiàn)可逆過程的前提條件,但準(zhǔn)靜態(tài)過程并不一定就是可逆過程。比如化學(xué)純氣體在噴管內(nèi)做絕熱穩(wěn)定流動時,垂直于流動方向的各截面上氣體的壓力和溫度均勻一致,過程中氣體狀態(tài)隨時處于平衡,此時流動是準(zhǔn)靜態(tài)過程,不會有非平衡損失出現(xiàn)。但同一截面上氣體的流速并不相等,流束中心的流速大于臨近管壁處的流速,因而會有流體的宏觀相對運動。由于流體的粘性作用,將使氣體的宏觀動能一部分轉(zhuǎn)化為熱能而產(chǎn)生粘性摩擦生熱的損失。這時這個流動過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程,而不是可逆過程。反過來說,可逆過程則一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程。

準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程的區(qū)別還在于,準(zhǔn)靜態(tài)過程的引入只是為了對系統(tǒng)的熱力過程進(jìn)行描述,并沒有涉及到系統(tǒng)與外界功量和熱量的交換。也就是說,盡管所有準(zhǔn)靜態(tài)過程都可以在熱力圖上表示出來,但準(zhǔn)靜態(tài)過程在p-v上過程曲線下的面積∫pdv并不代表功,把它稱之為準(zhǔn)靜態(tài)過程的功是沒有意義的。[4]那么,可以從理想氣體的兩種絕熱膨脹過程進(jìn)行分析。一是理想氣體經(jīng)過絕熱的準(zhǔn)靜態(tài)的膨脹,但存在耗散損失;另外一種是理想氣體經(jīng)過絕熱可逆膨脹。在這兩個過程中,理想氣體初態(tài)相同,在前一個過程中因為存在耗散,因此將有部分的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為理想氣體的內(nèi)能,因此其終態(tài)溫度要高于第二種情況,表現(xiàn)在圖上則如圖1所示,2′點的溫度要高于2點的溫度。如果準(zhǔn)靜態(tài)過程曲線下面的面積代表功的話,在這樣的情況下,準(zhǔn)靜態(tài)過程的功要大于可逆過程的功(圖1中12′3′′31的面積大于123′31的面積),我們說,這是不符合熱力學(xué)的規(guī)律的,因此,準(zhǔn)靜態(tài)過程曲線下面的面積∫pdv并不恒代表功,只有可逆過程曲線下面的面積∫pdv才代表功。這是因為準(zhǔn)靜態(tài)概念的提出側(cè)重于描述過程,并沒有涉及功熱轉(zhuǎn)換,而可逆過程用于分析外部條件對能量轉(zhuǎn)換的影響。

圖1準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程絕熱過程線

四、結(jié)束語

準(zhǔn)靜態(tài)過程和可逆過程是經(jīng)典熱力中兩個重要的概念,搞清楚兩者之間的真正關(guān)系,不僅有助于對熱力中兩個基本概念的準(zhǔn)確理解,澄清涉及這兩個概念的一些不正確的習(xí)慣觀點,而且能明確揭示不平衡自發(fā)趨于平衡現(xiàn)象與熵增現(xiàn)象之間的必然聯(lián)系,對我們用熱力學(xué)理論解決實際問題有很大的幫助。

參考文獻(xiàn)

1 蘇長蓀.高等工程熱力學(xué)[M].高等教育出版社,1996:32

2 楊本洛.經(jīng)典熱力學(xué)中若干基本概念的探討[M].科學(xué)出版社,1996:104～105

第9篇：工程熱力學(xué)概念范文

關(guān)鍵詞：過程裝備與控制工程；力學(xué)課程；內(nèi)容優(yōu)化；教學(xué)方法

作者簡介：孫銅生（1981-），男，安徽天長人，安徽工程大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，副教授。（安徽 蕪湖 241000）

基金項目：本文系安徽工程大學(xué)教學(xué)研究項目“過程裝備與控制工程專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究與探索”（項目編號：2011xjy32）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A     文章編號：1007-0079（2014）14-0110-02

我國的過程裝備與控制工程專業(yè)始建于20世紀(jì)50年代，前身為化工設(shè)備與機(jī)械專業(yè)，由于其應(yīng)用于加工制造流程性材料產(chǎn)品即過程工業(yè)中，且隨著自動控制技術(shù)在化工機(jī)械中得到越來越廣泛的應(yīng)用，1998年經(jīng)過教育部批準(zhǔn)更名為過程裝備與控制工程。該專業(yè)目標(biāo)是培養(yǎng)從事過程裝備與控制工程領(lǐng)域的工程設(shè)計、安裝、檢修與科研的應(yīng)用型高級專門人才，專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)主干課主要有：理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理、電工技術(shù)、電子技術(shù)、工程流體力學(xué)、工程熱力學(xué)、化工原理、流體機(jī)械、化工設(shè)備設(shè)計、化工容器設(shè)計、過程裝備控制技術(shù)、過程裝備制造與檢測、控制工程基礎(chǔ)等，可見力學(xué)類課程在專業(yè)學(xué)習(xí)中起著重要的作用。

一、力學(xué)課程在過程裝備與控制工程專業(yè)中的地位

過程裝備根據(jù)制造方法不同可分為兩類：一類以焊接為主要的制造手段，如塔器、換熱器、鍋爐等，稱為過程設(shè)備；另一類以機(jī)械加工為主要的制造手段，如壓縮機(jī)、離心機(jī)、泵等，稱為過程機(jī)器。[1]過程設(shè)備一般都承受高溫、高壓，承壓部件的設(shè)計與制造是過程設(shè)備的關(guān)鍵問題，故過程設(shè)備又是壓力容器，壓力容器又分為低壓容器（0.1MPa≤p＜1.6MPa）、中壓容器（1.6MPa≤p＜10MPa）、高壓容器（10MPa≤p＜100MPa）、超高壓容器（p≥100MPa）。為了過程裝備能夠正常工作，需要其具有一定強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，如果裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理或選材不當(dāng)，就不能保證裝備的正常及安全運行，同時還要滿足經(jīng)濟(jì)性要求，這就對理論力學(xué)及材料力學(xué)提出了更高的要求。過程裝備中既有以流體能量為原動力的動力機(jī)械如蒸汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等，又有以流體作為工作介質(zhì)的工作機(jī)械比如泵、各種塔器、換熱器、壓縮機(jī)等，這些過程裝備都是以流體靜力學(xué)、運動學(xué)及動力學(xué)為基礎(chǔ)的，故工程流體力學(xué)對過程裝備的設(shè)計尤為重要。過程裝備的主要目的是為了獲得產(chǎn)品，從原材料到產(chǎn)品要經(jīng)歷一系列物理的或化學(xué)的反應(yīng)，這些反應(yīng)伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，特別是熱能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，而工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容就是能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律、提高能量轉(zhuǎn)化效率的途徑及能源利用的經(jīng)濟(jì)性，故工程熱力學(xué)是過程裝備與控制工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)性課程?？梢姡W(xué)類課程可為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識和從事本專業(yè)的科研、生產(chǎn)工作奠定必備的理論基礎(chǔ)。

二、力學(xué)課程教學(xué)問題及內(nèi)容優(yōu)化

1.課程存在的問題

通過對開設(shè)過程裝備與控制工程專業(yè)的部分院校走訪及對各力學(xué)教材的分析，發(fā)現(xiàn)目前專業(yè)力學(xué)課程存在的主要問題有：

（1）基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的銜接不好。比如在工程流體力學(xué)里講述了流體動力學(xué)方程式及管中流動等，而在流體機(jī)械中這些基礎(chǔ)知識重復(fù)出現(xiàn)；工程熱力學(xué)中的壓氣機(jī)熱力過程及制冷循環(huán)在流體機(jī)械中也有重復(fù)；理論力學(xué)中的摩擦在機(jī)械設(shè)計中也有相關(guān)內(nèi)容，材料力學(xué)中的平板彎曲分析理論與過程設(shè)備設(shè)計中有關(guān)內(nèi)容重復(fù)等；工程流體力學(xué)中的流體靜力學(xué)基本方程式、流體在管中流體的連續(xù)方程式和能量方程式、流體粘性和牛頓定律、層流及湍流、流體流動的沿程阻力及局部阻力等內(nèi)容均在化工原理中出現(xiàn)。

（2）力學(xué)課程之間也存在內(nèi)容交叉。比如工程流體力學(xué)和工程熱力學(xué)中都有關(guān)于氣體和蒸汽的流動、定熵和絕熱氣流的基本方程式的章節(jié)，工程流體力學(xué)中的流體狀態(tài)參數(shù)和工程熱力學(xué)的工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)內(nèi)容重復(fù)；理論力學(xué)中的動量矩定理在工程流體力學(xué)中重復(fù)出現(xiàn)。

綜上可見，目前力學(xué)基礎(chǔ)課停留于教學(xué)計劃中的自身建設(shè)，課程規(guī)劃缺乏有機(jī)協(xié)調(diào)，課程結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步優(yōu)化，避免重復(fù)建設(shè)和教學(xué)資源的浪費。

2.課程內(nèi)容優(yōu)化

由于理論力學(xué)是學(xué)習(xí)材料力學(xué)的基礎(chǔ)，可將將理論力學(xué)和材料力學(xué)合并為工程力學(xué)，工程流體力學(xué)及工程熱力學(xué)單獨開設(shè)，將專業(yè)課中所需要的理論知識全部歸并到力學(xué)課程中進(jìn)行講解，力學(xué)課程中的交叉內(nèi)容按照先上課程先安排的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化后的主要教學(xué)內(nèi)容有：

（1）工程力學(xué)。[2]平面匯交力系；平面力偶系；平面一般力系；空間力系；點的運動及合成運動；鋼體的基本運動和平面運動；質(zhì)點的運動微分方程；剛體轉(zhuǎn)動的微分方程；質(zhì)點及質(zhì)點系的動能定理；剛體的慣性力系；動量定理與動量矩定理；虛位移法；軸向拉伸與壓縮；剪切的計算；圓軸的扭轉(zhuǎn)；梁的彎曲內(nèi)力、彎曲應(yīng)力及彎曲變形的計算；第一、二、三、四強(qiáng)度理論；組合變形及強(qiáng)度計算；壓桿穩(wěn)定性計算。

（2）工程流體力學(xué)。[3]流體的基本參數(shù)及粘性；流體平衡的微分方程式；重力場中的流體平衡及流體的相對平衡；流體靜壓強(qiáng)的計算與測量；流體運動的連續(xù)方程式；流體運動的微分方程式；伯努利方程式；層流及湍流；管路的沿程阻力及局部阻力計算；薄壁孔出口流；厚壁孔出口流；平面縫隙流體；環(huán)形縫隙流動。

（3）工程熱力學(xué)。[4]熱力系統(tǒng)與熱力學(xué)狀態(tài)；功和熱的概念；熱力學(xué)第一定律；開口和閉口系統(tǒng)能量方程式；氣體和蒸汽的比熱容、熱力學(xué)能、焓和熵；氣體和蒸汽的基本熱力過程；熱力學(xué)第二定律；卡諾循環(huán)與卡諾定理；孤立系統(tǒng)熵增原理；壓氣機(jī)的熱力過程；制冷循環(huán)；氣體動力循環(huán)；蒸汽動力裝置循環(huán)；實際氣體性質(zhì)及熱力學(xué)表達(dá)式。

三、力學(xué)課程教學(xué)方法探索

1.理解記憶教學(xué)法

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在以下兩個問題：

（1）部分同學(xué)覺得力學(xué)課程太難，書上隨便哪一頁都可以看到公式，一本書學(xué)下來接觸的公式基本上都在幾百個，便放棄了課程學(xué)習(xí)。

（2）部分同學(xué)認(rèn)為既然力學(xué)就是公式的組合，那么平時上課不需要聽講，考試前把公式背一遍就可以了。其實這兩種態(tài)度都是不可取的，力學(xué)課的公式雖多，但大多數(shù)公式都是基于一些基本的定理推導(dǎo)來的，只要理解這些定理的實質(zhì)就能靈活應(yīng)用，大多數(shù)的公式都可以通過簡單的推理得來，所以在教學(xué)中要特別注意基本定理的講解。比如工程熱力學(xué)課程內(nèi)容基本是建立在熱力學(xué)第一定律和第二定律的基礎(chǔ)上，在進(jìn)行熱力學(xué)第一定律講解時，首先應(yīng)從能量守恒原理講起，能量不生不滅，熱力系統(tǒng)存儲能量的增量等于進(jìn)入系統(tǒng)能量與離開系統(tǒng)能量的差值，而熱力系統(tǒng)又分為開口系統(tǒng)和閉口系統(tǒng)，因此第一定律表達(dá)式有兩種形式，難點在于開口系統(tǒng)表達(dá)式的推導(dǎo)，只要逐次分析進(jìn)入系統(tǒng)的能量的組成、離開系統(tǒng)的能量組成及系統(tǒng)儲存能量組成并用表達(dá)式表示，那么開口系統(tǒng)能量表達(dá)式就不難理解了。再如，工程力學(xué)中講解如何提高梁抗彎能力的措施時，結(jié)合梁彎曲時的正應(yīng)力強(qiáng)度條件。因此，不難理解如下措施：第一，選用合理的截面：由正應(yīng)力強(qiáng)度條件可知，梁的抗彎能力還取決于抗彎截面系數(shù)。而材料的重量又取決于梁的截面積，因此可把抗彎截面系數(shù)除梁截面積作為一個衡量指標(biāo)，以達(dá)到既提高強(qiáng)度，又節(jié)省材料的目的。第二，采用變截面梁：從正應(yīng)力強(qiáng)度條件可以看出，橫力彎曲時，梁的彎矩是隨截面位置而變化的，位置不同彎矩的大小不同，在某個截面處彎矩最大，若設(shè)計成等截面的梁，只有最大彎矩所在截面處正應(yīng)力達(dá)到許用應(yīng)力值，材料強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮。為了減少材料消耗、減輕重量，可把梁制成截面隨截面位置變化的變截面梁。第三，適當(dāng)布置載荷和支座位置：從正應(yīng)力強(qiáng)度條件可以看出，在抗彎截面模量不變的情況下，最大彎矩越小，梁的承載能力越高，應(yīng)合理地安排梁的支承及加載方式以降低最大彎矩值。

2.工程實踐教學(xué)法

力學(xué)課程主要任務(wù)在于：通過對課程的學(xué)習(xí)，可提高學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)理論水平，培養(yǎng)學(xué)生分析和處理問題的抽象能力和邏輯思維能力，為學(xué)生從事過程裝備本專業(yè)的設(shè)計工作奠定必備的理論基礎(chǔ)，同時可訓(xùn)練學(xué)生在實際工程中的理論聯(lián)系實際的能力。因此在力學(xué)課程講解過程中，要注重將力學(xué)知識和工程實例結(jié)合起來進(jìn)行講解。[5，6]一方面可以加深同學(xué)們對課程的認(rèn)識，訓(xùn)練并提高從事設(shè)備設(shè)計工作的實踐能力；另一方面可激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，從枯燥的公式推理中解脫出來，提高學(xué)習(xí)效率。例如，在進(jìn)行逆向卡諾循環(huán)講解時，逆向卡諾循環(huán)又分為制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)，通過理解記憶教學(xué)法推出制冷系數(shù)和供暖系數(shù)分別為：

（1）

（2）

這里，q1為工質(zhì)向高溫?zé)嵩吹姆艧崃?，q2為工質(zhì)從低溫?zé)嵩吹奈鼰崃?，T1為高溫?zé)嵩礈囟?，T2為低溫?zé)嵩礈囟?。這四個參數(shù)在理解時往往會混淆，為什么會從低溫?zé)嵩次鼰嵯蚋邷責(zé)嵩捶艧幔繛槭裁丛谕粋€循環(huán)下會有制冷和供暖兩種效應(yīng)？為什么制冷系數(shù)用從低溫?zé)嵩吹奈鼰崃砍h(huán)凈功而供暖系數(shù)卻用向高溫?zé)嵩吹姆艧崃砍h(huán)凈功呢？這里就可以引入空調(diào)的實例，夏天時把模式調(diào)到制冷上，空調(diào)就會吹出涼風(fēng)，冬天時把模式調(diào)到供暖時，空調(diào)就會吹出暖風(fēng)。夏天，室外比室內(nèi)溫度高，室外就是高溫?zé)嵩?，室?nèi)是低溫?zé)嵩矗评涞脑蚓驮谟诎咽覂?nèi)（低溫?zé)嵩矗┑臒崃颗畔蚴彝猓ǜ邷責(zé)嵩矗?，這就實現(xiàn)了從低溫?zé)嵩次鼰嵯蚋邷責(zé)嵩捶艧幔瑫r室內(nèi)制冷效果就在于從室內(nèi)吸收的熱量的多少，因此制冷系數(shù)把q2作為分子。冬天，室內(nèi)比室外的溫度高，室外就是低溫?zé)嵩?，室?nèi)是高溫?zé)嵩矗┡脑蛟谟诎咽彝猓ǖ蜏責(zé)嵩矗┑臒崃颗畔蛄耸覂?nèi)（低溫?zé)嵩矗?，同樣實現(xiàn)了從低溫?zé)嵩次鼰嵯蚋邷責(zé)嵩捶艧?，室?nèi)供暖的效果在于從室外吸收的熱量的多少，所以供暖系數(shù)把q1作為分子。

3.知識串聯(lián)教學(xué)法

過程裝備的設(shè)計過程中往往需要把所學(xué)力學(xué)課程的知識進(jìn)行綜合，在一門力學(xué)授課課程中不能與其他力學(xué)課程獨立，要注意將力學(xué)課程知識進(jìn)行銜接，使同學(xué)們對力學(xué)課程形成一個整體思維，以便在今后能靈活應(yīng)用并有機(jī)結(jié)合力學(xué)基本原理來解決工程實際問題。

例如，在工程流體力學(xué)中講解流體靜壓強(qiáng)的方向性時，可將其與工程力學(xué)中的空間匯交力系知識進(jìn)行串聯(lián)，先分別把作用在微元四面體上的力向三個坐標(biāo)方向進(jìn)行投影，寫出表面力方程為：

（3）

而微元體上的質(zhì)量力為：

（4）

再根據(jù)空間匯交力系的平衡方程，表面力和質(zhì)量力的合力在三個坐標(biāo)方向的投影都為零，從而可得出在三個坐標(biāo)方向的壓強(qiáng)相等，也即流體靜壓強(qiáng)無方向性的結(jié)論。

四、結(jié)束語

力學(xué)課程在過程裝備與控制工程專業(yè)建設(shè)中要引起足夠重視，教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化可避免重復(fù)教學(xué)，使學(xué)生在有限的課堂中能學(xué)習(xí)更多的專業(yè)知識，在教學(xué)過程中要不斷探索教學(xué)方法，提高教學(xué)效果，營造良好的教學(xué)氣氛，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]北京科技大學(xué),東北大學(xué).工程力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2010.

[3]張也影.流體力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2005.

[4]沈維道,童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2010.