工程熱力學概念精選(九篇)
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第1篇：工程熱力學概念范文
工程熱力學是研究熱能與機械能相互轉換的一門課程，它是以熱能利用為背景而發(fā)展起來的一門學科，隨著科學技術的不斷進步已經深入到冶金、環(huán)境、機械、交通運輸、航空航天、電子信息、化學工程等領域。因此，學習能量在熱力設備中的轉換規(guī)律，對經濟可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護有重要意義。然而，由于本身的特點，工程熱力學這門課程存在教師難教、學生難學的問題，如何提高工程熱力學的教學質量，教師需要進行深入的思考。本文從工程熱力學課程教學現狀出發(fā)，探討提高工程熱力學教學質量的方法。
一、工程熱力學的課程特點
在工程熱力學的基本定律和定義中出現了很多概念，而且這些概念學生容易混淆。如熱容的概念，有體積熱容、質量熱容、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、當地大氣壓等，這些概念之間既有聯系又有區(qū)別，對概念的準確把握是繼續(xù)學習的基礎。
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出來的，所以有很大的針對性。換句話說，公式都有相應的使用條件，如果公式和使用條件不匹配，就會得到錯誤的結果。因此要求學生不僅要記公式，還要記相應的使用條件，這就增加了學習難度。即使是同一個公式，在不同情況下，也有著不同的表達形式。比如熱力學第二定律，既克勞修斯積分不等式，又有熵方程，還有熵增原理。
二、工程熱力學的教學現狀
由于目前我們處于一個知識快速更新的時代，大學的教學計劃和人才培養(yǎng)方案也隨之不斷變化，越來越多的新課程加入到教學內容當中，這就使得每門課程的學時不斷減少，就以我校的過程控制與裝備專業(yè)為例，工程熱力學只有34學時，學時少與教學內容多且難產生了巨大的矛盾，這對教師和學生都是不小的挑戰(zhàn)。
工程熱力學是一門理論性很強的學科，需要運用物理和數學的知識解決工程上的問題，所以學好這門課需要較好的數學和物理基礎。而目前由于高校擴招，二本院校的學生都是經一本院校篩選后的生源，學生基礎較差，物理和數學的基本功都不扎實，學生學起來很吃力，很容易導致學生產生厭學情緒，這給課程教學帶來一定困難。
工程熱力學不僅理論性強，而且和實踐聯系緊密，課程內容本身就是從實踐中總結出來并去指導實踐的，但是由于目前學時限制和學校條件限制，學校并沒有開設工程實踐課，理論與實際脫節(jié)，不利于學生對知識的理解與消化，難以與實際相結合。
三、教學方法的改進
1.多媒體與板書相結合，提高教學效果。多媒體教學和傳統(tǒng)的板書教學各有利弊，在教學中不能完全采用某一種教學方式，而應該將兩者有機結合起來。多媒體教學的優(yōu)點是可以展示工程上常用的一些設備及其內部構造以及工作過程，可以適當彌補實踐環(huán)節(jié)的缺陷。學生不僅可以看到這些設備的外觀，還可以看到設備的內部構造，以動畫的方式演示設備的工作過程。這些內容用傳統(tǒng)的板書是無法進行說明的，只能用多媒體的方式進行教學。因此，必須采用多媒體與板書相結合的教學方式，將重要的公式推導和概念以及每節(jié)課的重點難點，在黑板上表達清楚。
2.注重理論聯系實際，激發(fā)學生學習興趣。興趣是最好的老師。要想讓學生學好一門課程，首先要激發(fā)學生的學習興趣。而工程熱力學比較抽象，如果只講理論而不聯系實際，很容易讓學生失去學習興趣。如果在課堂上多舉生產及生活中的實例，讓學生能夠用所學的知識解決實際問題，則會激發(fā)學生興趣，吸引學生去探索未知的知識領域。工程熱力學是一門從實踐中總結出來的學科，和實踐聯系非常緊密。比如熱力學第一、第二定律，就是人們長期實踐的總結;講述熱能與機械能的相互轉換時，可以舉內燃機、汽輪機、火力發(fā)電、燃氣輪機的例子，這些是與生產和生活密切相關的實例，很容易引起學生的好奇心，從而提高教學效果。
3.用圖解決一些問題，使問題化繁為簡。工程熱力學經常用圖的方式解決問題。工程熱力學基本的圖有兩個，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，將進行大量的計算，而如果用圖進行分析，就很直觀，省略了大量的計算，所以在教學時要灌輸給學生用圖解決問題的思想。
針對工程熱力學特點，需要我們及時調整工程熱力學的教學內容，改善教學方法，提高教學質量，使學生能夠通過學習真正掌握工程熱力學的精髓，為專業(yè)課的學習打下良好的基礎，并且在學習知識的同時，各方面的能力也得到相應的培養(yǎng)和提升。
第2篇：工程熱力學概念范文
工程熱力學是動力工程、機械工程、能源工程等專業(yè)的一門傳統(tǒng)的技術基礎課程，是資源利用率最大化的一種技術，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)境保護質量也相對提高，工程熱力學課程教學改革對提高能源的利用效率起著至關重要的影響作用。尤其是面對未來生產的發(fā)展對能源動力需求迅速增加的趨勢,許多相關聯的熱力工程技術、環(huán)境保護技術都需要工程熱力學作為其研究的理論基礎。工程熱力學是一門綜合性比較強的學科，并且在實際的生產與生活中其應用價值極高。在課程教學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的相關理論知識，學生也不易掌握基本的公式、概念與相關方面的條件。不僅如此，在實踐活動中學生不能夠靈活的運用所學的課堂教學知識進行實驗，這就大大降低了工程熱力學的實際運用價值，削弱了工程熱力學的課程教學質量。工程熱力學是一門比較基礎的課程，也是建筑環(huán)境與設備工程等相關專業(yè)學生應當掌握的基礎學科，同時也是學生進行研究創(chuàng)新的基本前提。工程熱力學是研究動能、機械能與熱能的基本學科，也是研究三者之間關系的重要理論知識，主要講述三者之間能量的轉換趨勢與規(guī)律。
建筑、機械與其他工業(yè)產業(yè)利用工程熱力學來提高生產效率，提高資源利用率，以此實現降低成本得目標，這也是經濟可持續(xù)發(fā)展的重要保證。目前我們國家的工程熱力學的教學質量亟待提高，教學方式與課程教學內容急需改革，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的特征與現狀進行課程教學改革，提高其實踐效率。課程教學改革是指在教育體制改革的背景下，課程內容與課程教學方式也應當發(fā)生相應的變化。課程改革的重點應當放在課程實施工作之上，課程的實施依賴課程的教學質量，因此我們必須充分重視課程教學改革的重要性。隨著我國新一輪基礎教育課程改革的推進，如何在新課程理念的指導下改革工程熱力學課堂教學，把先進的教學理念融入到日常的教學行為之中，已日益成為工程熱力學教師和教學研究人員關注和探討的熱點問題。工程熱力學課程教學實踐是指教師在講授工程熱力學知識的時候應當充分的結合其實際情況，將實踐活動與課堂理論知識講授充分的融合，這樣才能夠提高學生的課程學習質量，幫助學生掌握更加豐富的工程熱力學知識。課程教學實踐是提高學生實際操作能力的平臺，也是提高工程熱力學課程教學質量的重要基礎，關系到教學質量與國民經濟的發(fā)展速度。實踐是檢驗真理的唯一標準，因此在工程熱力學課程教學改革過程中應當將其改革的內容付諸實踐，這有這樣才能夠檢驗其改革的內容是否符合教育體制改革發(fā)展的總目標。在實際的課程教學過程中，教師、研究者與學生應當提高實踐活動的強度，改善當前的現狀，為提高工程熱力學課程教學改革質量奠定基礎。
2工程熱力學課程教學改革與實踐的過程中存在的主要問題
當前我們國家的高等院校和高職院校對工程熱力學課程教學的重要性認識不足，沒有充分的認識到工程熱力學教學質量與工業(yè)生產、環(huán)境保護、資源利用率提高等之間的關系。工程熱力學對學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課程教學改革與實踐過程中存在的主要問題，這樣才能夠詳細的了解其改革現狀，為提高課程改革質量奠定良好的基礎。
（1）國家教育部門與高等院校、高職院校等教育機構對工程熱力學課程教學改革與實踐工作的重視程度偏低，沒有充分的認識到工程熱力學課程教學改革與實踐對提高教學質量、促進教育體制改革進程、提高經濟發(fā)展質量與速度之間的關系。工程熱力學是一門綜合性比較強的學科，并且也是建筑專業(yè)、環(huán)境保護與機械設計等專業(yè)的基礎課程，關系到這些工程熱力學相關專業(yè)的發(fā)展前景。相關的教育部門與組織在資金投入、技術支持、人才引進等方面相對短缺，嚴重的影響了工程熱力學課程教學改革與實踐的進程，沒有投入更多的基礎設備讓學生參與實踐。這樣下去就會嚴重的泯滅學生的學習積極性和創(chuàng)新性，不利于提高工程熱力學課程教學改革的質量與效率。
（2）在工程熱力學課程教學改革過程中重點不明確，相關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前應試教育的局面，沒有完全的實現從應試教育向素質教育過渡的目標。在課程教學改革的過程中教師沒有積極創(chuàng)新，對課程教學改革與實踐認識不清，導致在理論教學與實踐教學時教學方式不當，沒能完全激發(fā)學生的潛力，這為后來的工程熱力學改革埋下隱患。不僅如此，相關的教育部門與學校在課程設置方面沒有考慮市場的發(fā)展需要，在課時、教學內容、教學形式以及考核方式等方面存在著嚴重的問題。
（3）工程熱力學課程教學改革過程中的教學方法不符合實際的情況，不能夠很好的提高課程教學改革與實踐的質量。許多教師仍然沿用傳統(tǒng)的教學方式，在教學內容上沒有較大的突破與創(chuàng)新，被陳舊與古板的方式與內容所束縛。在改革的過程中，其課程改革教學目標不夠明確，與工程熱力學相關的課程體系不夠完善與健全。不僅如此，在工程熱力學課程設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的地位與重要性。這樣學生的學習積極性與熱情會大大降低，無益于實現課程教學改革的目標。
3提高工程熱力學課程教學改革與實踐質量的相關對策
（1）國家教育部門與高等院校、高職院校等教育機構要不斷提高對工程熱力學課程教學改革與實踐工作的重視程度，充分的認識到工程熱力學課程教學改革與實踐對提高教學質量、促進教育體制改革進程、提高經濟發(fā)展質量與速度之間的關系。相關方面的教育部門與教育組織要加強政策支持與資金支持，為提高工程熱力學課程教學改革提供良好的條件，引進先進的設備與基礎設施為開展實踐活動提供良好的平臺，從而提高學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的要求越來越高，對環(huán)境的保護意識也越來越深厚，因此我們必須加強相關方面的教學質量，培養(yǎng)全面型與綜合型的人才，以此來適應經濟社會的發(fā)展趨勢。伴隨著社會現代化進程的加快，社會各界對人才的素質和質量標準也越來越高，因此教育制度改革迫在眉睫。
（2）明確工程熱力學課程教學改革的重點，逐漸完善與健全相關方面的課程教學改革體制，為高等院校和高職院校的課程教學改革與實踐提供指導性方案。相關的教育部門與學校在課程設置方面要充分考慮市場的發(fā)展需要，在課時、教學內容、教學形式以及考核方式等方面要積極創(chuàng)新。保持學科基本理論的嚴密性和系統(tǒng)性，逐漸強化工程熱力學相關專業(yè)所必須的教學內容，不斷的優(yōu)化課程教學的內容。在教學的時候要讓學生充分的理解相關的工程熱力學的理論知識、公式與條件等等，這樣學生才能夠有足夠的理論知識進行實踐操作。不僅如此，還要培養(yǎng)學生查圖、查表的能力，要求學生學會用抽象、簡化和假設的熱力學方法去求解制冷、供暖等實際問題。
（3）工程熱力學課程教學改革過程中的教學方法要不斷適應市場的發(fā)展需要，這樣才能夠逐漸提高課程教學改革與實踐的質量。工程熱力學課程教學的相關教師和研究者應當積極創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)的教學方法，摒棄陳舊的教學方式，提高工程熱力學課程教學改革與實踐的質量。不僅如此，教學研究者還要積極改變教學方式，教師應當根據課堂教學情況與學生的學習情況來改進教學方式，以此來激發(fā)學生的學習熱情。因為工程熱力學屬于一種理論性比較強的學科，學生在學習的過程中容易產生消極情緒，這樣就會嚴重阻礙課程教學改革的進展，不利于全面提高學生的綜合實力。教師要注重誘導式教學方式，提高學生的發(fā)散思維能力，貫徹創(chuàng)新意識。教師要根據課程教學內容和學生的差異性來幫助學生樹立正確的學習觀念，讓學生掌握符合自己實際情況的學習方式。這樣學生在學習工程熱力學知識的時候就會比較容易上手，在理解相關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行實踐操作教學的過程中要靈活運用比較式指導方法，將相關的理論知識進行比對，加深學生的理解程度。同時也要積極使用相關方面的圖表，讓學生快速的理解抽象理論知識。教師在教學的過程中要積極采用多媒體教學與網絡教學，這也是充分利用教學資源的體現。由于學科本身具有的特性決定了工程熱力學的理論知識、定義、概念、公式等比較復雜抽象，學生不易理解，利用多媒體能夠幫助學生理解記憶，加深對工程熱力學原理的理解。網絡教學能夠促進學生與教師之間的交流，提高課程教學改革的質量。
4結論
第3篇：工程熱力學概念范文
關鍵詞：系統(tǒng)節(jié)能原理；課程改革；教學實踐；石化特色
作者簡介：馬利敏（1978-），女，遼寧西豐人，中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院，講師；姬忠禮（1963-），男，山東汶上人，中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院，教授。（北京 102249）
基金項目：本文系“2010年中國石油大學（北京）校級重點教學改革項目”及“2012年中國石油大學（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 文獻標識碼：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
在強調節(jié)能、注重環(huán)保的今天，使從事與能源開發(fā)、利用與轉化緊密相關工作的學生掌握系統(tǒng)節(jié)能原理的精髓并能夠學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（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學時。其基礎理論部分，以工程熱力學基本定律為基礎。工程熱力學重點講授熱力學第一定律和熱力學第二定律的熵分析法，引入分析法。在本課程中，上述內容仍是重點，需重復介紹?；A理論是晦澀與枯燥的，如只是重復介紹，不易激發(fā)學生學習興趣，難以獲得滿意的教學效果。因此，研究如何組織教學工作，使本課程與工程熱力學做好銜接，激發(fā)學生學習興趣，幫助其加深對基礎理論的理解，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，缺乏能夠同時將經典及新興能量分析法進行全面介紹的教材，而在能量分析法的應用部分，也需要結合我校行業(yè)特點、畢業(yè)生就業(yè)去向，針對石油石化領域工程應用背景設置教學案例。我校于2010年批準了該課程的教學改革計劃，經過近幾年的努力，該教改計劃已經初步完成。
二、課程教學內容體系建設
教學內容改革是教學改革最核心、最基本的問題。教學內容主要由熱力學第一定律、熱力學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，根據教學目的與任務有效組織教學內容，要與基礎課程工程熱力學第一定律、第二定律知識點的學習有機結合，既避免教學內容的簡單重復，又要使學生通過本課程的學習對第一定律、第二定律有更為深刻的認知，并使學生能夠利用兩個熱力學基本定律熟練進行能量系統(tǒng)分析與評價、以及高效學習和應用新的分析、評價與優(yōu)化方法。
1.熱力學第一定律
熱力學第一定律是工程熱力學教學內容的重點，主要講授閉口系統(tǒng)與穩(wěn)流開口系的熱力學第一定律能量方程式的表達式及應用。在本課程中，進一步強調熱力學第一定律的一般表達式即：“進入系統(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，幫助學生進一步增強利用第一定律進行能量分析的能力。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們對第一定律的局限性有更為深入的理解。
2.熱力學第二定律熵分析法
熱力學第二定律是工程熱力學教學內容的重點與難點，主要講授熱力學第二定律的數學表達式，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、可逆的數學判據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行介紹：對于狀態(tài)參數熵的辨析：辨析熵是狀態(tài)參數與過程無關，強調判斷一個熱力過程能否進行、可逆的參量不是過程熵變而是過程熵產，引出后面由熵方程及孤立系統(tǒng)熵增原理計算過程熵產的知識點；重點講授熵方程的一般表達式，即：“進入系統(tǒng)的熵-離開系統(tǒng)的熵+過程熵產=系統(tǒng)熵變化”，通過典型例題幫助同學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；重點解析孤立系統(tǒng)熵增原理的實質及解題特點，并通過典型例題幫助學生認識到孤立系統(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；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及作功能力損失，還著重結合對節(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生體會第一定律與第二定律之間的聯系及第二定律的獨有貢獻。
3.熱力學第二定律分析法
由于學時有限并且概念抽象難以理解，分析法在工程熱力學中屬于選講內容，即便講授，也多是簡要介紹。本課程中，分析法是授課重點，從以下四個方面進行講授：第一，概念及計算公式，包括機械、熱量（冷量）、內能、焓和化學。第二，重點講授方程的一般表達式“進入系統(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，引導學生同時用熵分析法來計算過程的作功能力損失，讓學生自覺地認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、損系數的概念及公式，以及在典型熱力設備、過程及熱力循環(huán)中的計算。第四，針對本學科領域典型的火力發(fā)電裝置、燃氣輪機發(fā)電裝置和低溫制冷裝置、LNG液化裝置、天然氣凈化裝置、油田聯合站等，設置工程背景很強的案例，教師與同學們一起分析循環(huán)裝置及各組成設備的效率、損失及損系數等，讓同學們認識到分析法在進行系統(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、經濟學、夾點技術、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用，鼓勵學生查閱相關文獻獲取更多知識。這部分內容與留給學生的學習報告緊密相關，將在下文介紹。
目前還沒有適合于本專業(yè)本科教學的系統(tǒng)節(jié)能方面的教材，本課程教學內容主要參考自沈維道等[1]主編《工程熱力學》、朱明善等[2]編著《工程熱力學》、傅秦生[3]編著《能量系統(tǒng)的熱力學分析方法》和馮霄[4]編著《化工節(jié)能原理與技術》、何雅玲[5]主編《工程熱力學精要分析典型題解》等教材及專著，結合教學團隊多年來收集整理的工程案例編寫成講義供教師及學生使用。
三、教學方式改革
教學中的主體是學生，調動學生學習主動性，提高其學習興趣和學習效果是教學方式改革的目的。學生們對于國際上最新的、與未來工作緊密相關及實用性強的知識以及確實能提高自身素質與能力的教學環(huán)節(jié)更感興趣。
1.采用多媒體與板書有機結合的教學模式
充分利用多媒體教學信息量大，圖像、視頻生動形象的特點，同時結合傳統(tǒng)板書講解復雜推導更容易被學生掌握的優(yōu)點以提升教學效果。這種授課方式既可以增大授課信息量、有效吸引學生注意力，同時又能使學生通過與老師一起板書推導對所學重點、難點有更為深刻的認知。
2.提高課堂教學吸引力
通過針對每一個重要概念及知識點設計的系列典型例題、思考題吸引學生注意力，激發(fā)學生學習興趣，引導其積極參與到教學中來。而且教學團隊經過多年的教學和科研積累，收集并提煉出與石化工程緊密關聯的工程案例，通過案例的討論和分析，增強學生學習理論知識的興趣，提升課堂教學的互動效果，增強學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)學生學習興趣。本課程涉及眾多抽象概念和公式，追溯熱量、溫度、熵、熱力學第二定律、等重要基本概念的由來、發(fā)展歷程，可使學生在搜集資料的過程中對這些概念有一個直接的感性認知，同時也有助于學生認識到這些知識在本學科發(fā)展中的重要作用。
要求學生組成2～3人的學習小組，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容設計的多為填空、選擇和問答形式的練習題，課前打印好分發(fā)給每個學習小組。在講課過程中，留出適合時間讓學生及時完成。教學實踐表明課上作業(yè)非常利于學生把握住和消化吸收重難點知識，且能提高學生學習的注意力，達到良好的教學效果。
四、課程考核方式的教學改革
本課程考試采用閉卷+學習報告的形式。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目的就是使學生能夠熟練、正確應用第一、第二定律尤其是分析法分析實際裝置的用能情況，所以考查學生的學習效果應用型計算題是較為合適的。
學習報告要求每個學習小組（2～3人組成）圍繞與本學科緊密相關的實際裝置進行國內外能量分析與優(yōu)化方面的調研，提交1份不少于4000字、有5篇以上參考文獻的學習報告，并根據報告內容制作ppt，每小組選派1名學生進行報告，匯報10分鐘，討論5分鐘。報告題目憑學生興趣自選。學習報告這種考核形式不僅促使學生自主學習，開闊視野，加深認知，而且可以鍛煉和提高學生多方面的能力。學生們自選的題目有：超臨界及超超臨界蒸汽動力裝置；燃氣輪機裝置；燃氣蒸汽聯合循環(huán)裝置；冷熱電三聯供裝置；地源熱泵裝置；低溫磁制冷裝置；煤制油裝置；燃料電池；低溫地熱發(fā)電裝置；天然氣壓氣站燃氣輪機余熱利用；天然氣凈化裝置；油田聯合站；LNG接收站冷能利用等等。
近4年的教學實踐也表明學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習報告，這也說明要想學生切實提高學習能力、扎實掌握專業(yè)知識確實也需要教師有意識地去創(chuàng)造機會及科學引導。
五、教學效果
經過近4年的教學實踐，團隊通過對歷年學生評教、學生考試成績分析以及學生在本科畢業(yè)設計及成為本校研究生后所選與系統(tǒng)節(jié)能原理相關方向課題的表現等進行了調研，證明該課程改革是卓有成效的。學生對工程熱力學及系統(tǒng)節(jié)能知識的接受能力增強，學習興趣明顯提高。靈活適宜的授課方式、作業(yè)形式以及考試方式受到學生的普遍歡迎。總之，通過課程建設與教學實踐，使學生在學習過程中發(fā)揮了主體作用，激發(fā)了學生學習興趣，提高了學生的綜合能力，教學效果良好，達到了既定教學目標。
參考文獻：
[1] 沈維道，童鈞耕. 工程熱力學[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[M]. 第二版.北京：清華大學出版社，2011.
[3] 傅秦生. 能量系統(tǒng)的熱力學分析方法[M]. 西安：西安交通大學出版社，2005.
第4篇：工程熱力學概念范文
關鍵詞：化工熱力學；CDIO；大工程教育；教學改革；方案
中圖分類號：G712文獻標識碼：A文章編號：1672-5727（2012）06-0159-02
化工熱力學作為化學工程的基礎性學科，在研究化學工程以及解決化工生產實際問題中都起著非常重要的作用。同時，它也是化學工程與工藝專業(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，公式數量多且推導復雜，歷屆本科學生都感到難以理解和掌握。雖然嘗試過各種改革，探索過新的教學方法，但收效甚微，學生掌握到的理論常常疲于應付考試，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的教育理念應用于化工熱力學課程教學中，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思（Conceiving）、設計（Designing）、實現（Implementing）與運作（Operating）結合在一起，形成一個連貫而完整的流程。學生從參加產品研發(fā)到產品運行的生命周期當中，可以親身體驗到“以產品為導向”CDIO教學模式所帶來的不同于傳統(tǒng)教學模式的參與感。這種以學生為主體，實現了“做中學”的全新教育理念，對于提高學生能力，激發(fā)學習興趣，促進化工熱力學課程建設等各個方面都具有非常重要的意義。
化工熱力學教學現狀分析
教學內容與實際脫節(jié)隨著近年來工業(yè)體系的不斷進步和化工行業(yè)的快速發(fā)展，化工熱力學作為一門體系較為完善的課程，其教學內容與實際的化工技術相比已顯得比較滯后。這種滯后不但使教學與工程脫節(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，進而對學生的創(chuàng)新及發(fā)散思維也造成影響。同時，也造成了大學與社會之間的脫離。這也是為什么學生掌握了知識，卻不能在畢業(yè)以后派上用場的原因。
忽略了學生作為主體的角色在從事化工熱力學教學的十余年中，如何解決教與學之間存在的矛盾，也是一直困擾著筆者的一個問題。為何在經歷了數次改革之后，我們的教學卻并沒有發(fā)生實質的改變？其原因在于忽略了“在教育過程中，學生才是主體”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確的灌輸給作為客體的學生，如何將枯燥的理論講授變得生動有趣，讓學生在愉快的氛圍中掌握知識，在一次一次的教學改革中，教師歷練成了“優(yōu)秀的演員”，而學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)出來的學生，實際上是被剝奪了自主學習的機會，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，這就達到了我們所說的“掌握”的基本要求。學生并不會從一個實際的工程問題中，發(fā)現相關的熱力學問題和定義熱力學問題。比如，在講授流體的 “PVT”關系時，我們會定義好兩個變量（溫度T，壓力P）讓學生去求體積（V），學生都可以很好的根據熱力學方程解出體積，但如果讓學生去求解某工藝流程中輸送流體的管徑時（生產能力即流體的質量流量已知），學生就常常束手無措。他們不會根據輸送流體的工藝條件（即溫度、壓力）用學過的熱力學知識來求出流體的摩爾體積，將其換算成流體的密度后，再根據流體的質量流量解出體積流量結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在例題中的，而在實際的工程設計和計算中，這些問題都是需要靠學生自己去發(fā)現、定義并解決的。學生這種今后最需要能力，在我們多年的教學中卻被忽略了。
總之，無論是在教學內容上，還是在教學模式上，現有的化工熱力學教學當中都存在著很多問題，已經逐漸無法滿足社會對高等人才培養(yǎng)的需要。而CDIO的教學理念則為我們解決這一問題提供了一項新的可能性。通過將熱力學課程與CDIO教學理念相結合，讓學生在“做中學”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)現問題。這樣，學生才能具有獲取相關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的知識，而是在于學會如何發(fā)現問題、定義問題、分析問題并獲取相應的知識解決問題，總結新知識，同時，加強與人溝通的能力以及團隊合作的能力。那么，究竟如何進行化工熱力學課程的改革呢？
基于CDIO理念下熱力學教學改革方案
針對化工熱力學教學上的種種問題，我們確定了以“產品為導向”的教學模式改革。就是讓學生通過“產品工藝的工程設計”真正學到工程設計中的熱力學知識。熱力學是從工程中來，最終還要回到工程中去，為工程服務。因此，確定了以產品制造為目標，將學生感興趣的產品“工業(yè)化”，學生扮演一個“工程師”主持一個“產品與過程”的工程設計工作。在工程項目的設計中，學生必然會碰到相關的熱力學問題。如工藝條件下流體密度（流體的PVT關系）、換熱器和功設備的負荷計算（流體的熱力學性質：焓、熵與PVT的關系）、分離塔的計算（流體的相平衡）等等，在設計過程中，學生遇到問題時，教師加以適當的指導并結合課堂所講授的熱力學內容解決實際工程中的問題，最終完成一個工程設計報告。學生只憑上課聽講是不可能將項目設計好的。必須通過自己看書、查閱大量的文獻與資料，與同組同學研究討論，才可能將項目完成。在這個過程中，強化了化工熱力學在工程中的應用，讓學生真正體會到熱力學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：
將學生按班級分組。原則上每班兩大組，也可根據個人興趣自成一組。選擇一個學生感興趣的化工產品，圍繞如何實現該產品的工業(yè)化完成以下內容：（1）市場調研報告。包括：產品的國內外發(fā)展現狀、市場前景、簡單的經濟分析及相關的工藝流程的了解（開課后第1～4周完成）。（2）對產品多套工藝流程方案進行可行性及經濟分析，確定小組詳細的工藝流程路線及詳細的工藝條件，完成簡單的工藝流程圖（開課后第5～8周完成）。（3）根據學生選定的工藝過程，完成簡單的工藝流程圖，教師指定與工藝流程相關的熱力學計算，通過計算體會熱力學在工程中的應用（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）。
由于選題是學生根據自己的興趣確定的工業(yè)產品，因此，項目類型與涉及的學科面應該是很復雜的。教師不可能事先知道結果，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，指導學生在課題初期盡快進入課題角色，隨著課題的進展，學生要自己獲取更多的相關知識，并進行深入的研究，應用知識去解決問題。在此過程中，教師要做好“導演”，側重對學生的方法和能力方面進行指導。學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效果，在加強學生學習熱力學課程積極性的同時，使學生在學習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，滿足產業(yè)和社會的需要。
然而，在改革中還存在一些問題，如學生的合作還存在欠缺，各組同學中都有“坐車”的現象，如何對這部分不積極參與的學生進行評價，使所有學生都能積極動起來，將是我們未來改革中亟待解決的問題。
結語
化工熱力學課程從2009年開始進行了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、有效。積極推進CDIO人才培養(yǎng)的培養(yǎng)方案改革和教學方法創(chuàng)新，開展適應于學生研究性學習的教學方法創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的案例式、啟發(fā)式、交流式教學方法改革中推進體驗式、研究式、討論式教學方法，利用具體工程項目的實施，引導學生“做中學”，通過營造工程環(huán)境，實現師生間、學生間對話式學習和合作式學習，形成教學相長的生動學習局面。在教學過程中融入最新的化工工程技術成果和工藝方案，啟迪學生的工程意識和利用科技成果的創(chuàng)業(yè)意識，開拓學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)精神，構筑“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”應用型人才培養(yǎng)的知識新體系和課程新體系。
參考文獻：
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作者簡介：
徐新（1967—），碩士，北京石油化工學院副教授，研究方向為化工。
第5篇：工程熱力學概念范文
關鍵詞：實驗教學；工程熱力學；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）17-0263-02
實驗教學是高等學校實踐教學環(huán)節(jié)的基本內容，是培養(yǎng)基礎實、知識寬、能力強、素質高的創(chuàng)新型人才的主陣地，實驗教學對于提高學生的綜合素質、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與實踐能力具有重要的作用。通過實驗，增強學生的感性認識，使學生獲得一定的綜合分析能力，培養(yǎng)學生分析問題解決問題的能力。工程熱力學是研究熱能有效利用以及熱能和機械能等其他能量轉換規(guī)律及其應用的工程技術學科。工程熱力學概念多、內容抽象難懂、系統(tǒng)性和工程性強等特點，學生普遍學習感覺較難。為了促進學生的學習興趣和提高課堂教學質量，需要重視工程熱力學實驗教學在工程熱力學教學中過程中的重要性。筆者以工程熱力學實驗教學中的制冷循環(huán)為例，探討了實驗教學對工程熱力學的脾補助益。
一、制冷循環(huán)實驗
1.基本熱力過程。在工程熱力學實驗教學中，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、節(jié)流膨脹裝置、蒸發(fā)器和冷凝器的結構和組成；掌握蒸汽壓縮制冷循環(huán)制冷系數的計算方法及提高制冷系數可采用的方法。該制冷循環(huán)中采用F12制冷劑，以毛細管為節(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)器是輸送冷量的設備，制冷劑在其中吸收被冷卻的熱量實現制冷。壓縮機是心臟，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：首先制冷工質經過壓縮機壓縮至高溫高壓狀態(tài)，即1―2；高溫高壓的工質在冷凝器中將熱量釋放出去，即2―4；制冷工質經毛細管膨脹，壓力溫度降低，即4―5；低溫低壓的工質在蒸發(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。對應于熱力學壓焓圖見圖2，1―2在壓縮機中的壓縮過程，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.實驗中的參數測定。主要完成制冷系數和制冷量的計算。
二、實驗環(huán)節(jié)與課堂教學的統(tǒng)一
通過實驗環(huán)節(jié)，學生認識了制冷系統(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，能夠領會教師在課堂教學中對制冷系統(tǒng)的敘述和描繪。同時，經過實驗教學，學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，提到如何改進或提高系統(tǒng)制冷量，夏天在高溫時，不要將室內空調溫度設定過低。學生在理解時，總是先去回想制冷系數的計算公式，然后才去認可，經過實驗教學后，學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。在此基礎上，教師將前面可逆過程、平衡態(tài)以及理想過程回串，學生將會對熱力學中的相關概念有著更深入的認識，提高了教學質量和教學效果。
通過對實驗內容及方式進行合理組織，鼓勵學生自己動手進行實驗組裝、調試試驗臺，在實驗過程中，與學生討論確定實驗方案、實驗測定參數以及實驗后的自我評議，進一步激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)造力，提升學生分析問題、解決問題的能力。同時在課堂教學中注意與實驗教學中的統(tǒng)一、銜接，加深學生對所學知識的理解和掌握。
三、改進實驗教學方法和體系
工程熱力學作為一門專業(yè)基礎課，與工程實際密切相關。在教學過程中，需要有很多的工程問題作為背景。以教科書為單一內容的PPT演示，并不能滿足課堂學生學習的需要。筆者根據多年的教學心得，主要建議如下：（1）根據專業(yè)培養(yǎng)的需要，制定一些具有典型性的熱力學實驗，如制冷循環(huán)實驗、工質熱物性測定、絕熱節(jié)流效應測定等。（2）改進實驗組織模式。鼓勵學生自己動手開展目標性實驗，并進行實驗自我評議，發(fā)揮學生的主觀能動性，激發(fā)學生的學習興趣。（3）更新教學實驗設備，增添新的測試儀器和設備，不斷滿足學生對熱力學學習的要求。（4）構建虛擬實驗中心，隨著計算機及互聯網技術的不斷發(fā)展，同時為了解決實驗設備少，實驗時間受限的問題，建立遠程與虛擬實驗中心，可以滿足學生課后隨時學習、探索的需要。
參考文獻：
第6篇：工程熱力學概念范文
摘要:
通過建立一個基于非平衡態(tài)熱力學的巖石黏G彈G塑性本構模型,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),推導得到了可統(tǒng)一描述巖石黏G彈G塑的本構關系,無需屈服面、流動法則等概念．它通過將應力劃分為彈性應力和黏滯應力來描述巖石的黏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制．
關鍵詞:
巖石蠕變;黏G彈G塑性本構;蠕變失穩(wěn);砂巖
巖石蠕變行為對地下巷道、高邊坡等工程結構的長期穩(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容．在這些工程領域中,巖土結構的失穩(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．因此,建立合理的巖石蠕變本構模型具有重要的理論價值和工程意義．目前,巖石蠕變本構模型主要可分為如下3種類型:1)直接定義關于應變和時間的擬合曲線,并根據實測蠕變曲線標定擬合參數[3G4]．這種方法得到的蠕變本構關系往往僅適應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性質(如彈性、塑性和黏性)的元件進行串并聯組合,得到相應形式的蠕變本構模型,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,不能反映巖石在復雜應力路徑下的加速蠕變,即蠕變失穩(wěn)破壞行為,學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數量和模型的復雜性,且相應的元件模型和參數多直接通過實測曲線擬合,缺乏對蠕變物理機制的解釋,因而在描述巖體不同類型蠕變行為時欠缺統(tǒng)一性;3)基于內時理論和損傷理論等建立的蠕變本構模型[8G9],此類模型具有較為明確的理論背景,通過相應的理論推導得到流變元件的本構關系,是對元件模型的有益補充,但實質上仍然屬于元件模型．與上述模型不同,本文基于經典非平衡態(tài)熱力學[10G11],通過對巖體的彈性能量和不可逆能量耗散的熱力學描述,給出了一個考慮穩(wěn)定蠕變和加速蠕變行為的統(tǒng)一本構模型,并給出相應的物理機制解釋．該模型所采用的理論框架已經被成功應用于對黏土和砂土等巖土材料的本構建模[12G15],由此得到的本構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)及長期強度展開了模擬和討論．
1巖石蠕變的熱力學理論框架
1．1能量的熱力學描述對于巖石材料,外部輸入的能量將轉化為材料內部的彈性勢能和能量耗散,并可分別采用彈性應變和熵作為熱力學狀態(tài)量來描述．同時,巖石內部微觀結構單元(如晶格和微裂隙結構面)之間會產生相對滑移、張合等運動．這說明巖石內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](對應的運動能稱為漲落能),它具備隨機性和不規(guī)則性．此外,由于微觀結構單元之間的非彈性相互作用,漲落能最終將隨著時間轉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．在顆粒固體力學中,這種“熵”通常稱為顆粒熵[12G16],并給出了定量的熱力學描述．由于熱力學理論的普適性,可認為顆粒熵的定義和定量方法同樣也適應于巖石材料;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．不考慮熱傳導及孔隙水的作用.可見,黏G塑性蠕變和應力松弛在本質上是等效的,均為巖石內部微觀結構的滑移、裂隙的張合等作用的時間效應所引起．這在本模型中,表現為顆粒溫度并不隨著應力或應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,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．表1為中砂巖的模型參數列表,文中模擬所用的模型參數均見于表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,并給出相應的參數分析．圖3a為在p＝1MPa和不同水平剪應力作用下中砂巖的黏G彈性蠕變響應模擬結果,圖3b為相應的應力狀態(tài)點及由式(9)所確定的破壞線(彈性失穩(wěn)線)．顯見,當應力狀態(tài)處于破壞線以下時,黏G彈性應變最終將趨于穩(wěn)定．而當應力狀態(tài)達到或超過破壞線時,黏G彈性應變的發(fā)展在經歷所謂的初始階段、等速階段后,將進入加速增長階段,即加速蠕變．因此,巖石蠕變失穩(wěn)的物理機制是:在蠕變變形作用下,彈性失穩(wěn)被激發(fā),彈性應力(式12a左端的第1部分)無法達到穩(wěn)定狀態(tài),促使黏滯應力(式12b左端第2部分)繼續(xù)甚至加速增長．
3結論
第7篇：工程熱力學概念范文
一、 加強學科的邏輯性教學
教師在教學學生時，很多學生也是很用功的，但是在學習的能力上顯得很差勁，學習效果不好。其關鍵是對于科間的溝通與銜接差，教師沒有起到科學組織教學作用?；崃W是一門專業(yè)基礎課程，其中涉及到熱力學基本定律和熱力學函數。如焓、熵、內能、自由能、自由焓、流體P-V-T關系的狀態(tài)方程等等知識，對于這些知識有很強的理論性、應用性，而且知識又具有強烈的過渡性，而且這些知識大多是物理化學中所學習過的，現在需要在化工熱力學中進一步深化與應用，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，導致很多學生學不好，這里就需要改革。
做好數學學科的溝通，起到穿針引線的作用，因為化工熱力學課程中涉及到很多計算公式，如流體的P-V-T關系計算公式、熱力學性質的計算公式、化工過程能量分析計算公式、相平衡計算公式、化學反應平衡計算公式等方面。這就要求數學知識功底的厚實了，學校在開展化工熱力學課教學時，應該加強與相關的專業(yè)基礎課程及專業(yè)課程的橫向聯系，使得理論聯系實際，從而放開思路，使得學生不覺得化工熱力學理論太深，難以學習的目的。
二、 合理設置教學內容
教師應該根據學生的實際情況，根據教材的內容合理調整教材的結構，使之具有合理性、實用性，達到理論與實踐相結合 。為了更好的制定教學大綱和選擇教學內容，可以 將熱力學知識體系分為兩個板塊：一是流體的P-V-T性質及計算、流體熱力學性質以及應用。讓學生深刻的認識到氣體和液體的P-V-T性質及計算、流體的熱力學性質計算。并且能夠熟練掌握常用的流體狀態(tài)方程和應用計算，還有要求學生學會計算的思路、步驟和方法；具備利用狀態(tài)方程和熱容數據計算流體的熱力學性質的方法，繪制熱力學圖表的能力。二是溶液理論、相平衡和應用。教師應采取循序漸進、先易后難的方法進行逐步講解和學習，最后達到融會貫通。并根據超額吉布氏自由能與活度系數的關系，和結合模型方程計算混合溶液的活度系數；同時掌握相平衡理論在不同條件下的方程表達式及其應用，和超臨界流體在分離中的應用功能。
三、 化工熱力學方面的多媒體教學
多媒體教學是指教師在教學過程中，根據教學目標和教學對象的特點，以此通過教學設計，合理選擇和運用現代教學媒體，并與傳統(tǒng)教學手段有機組合，共同參與教學全過程，以多種媒體信息作用于學生，形成合理的教學過程結構，達到最優(yōu)化的教學效果。而化工熱力學抽象、難懂，而且學習也很枯燥，很多學生很厭惡學習，學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。學校應改變現有的教學手段，引進多媒體教學，把這種高科技的東西應用到學生的學習中去，使學生的學習效率能夠事半功倍。因為多媒體是將計算機、電視機、錄像機、錄音機和游戲機等技術融為一體的一種技術，能夠接收外部圖像、聲音、錄像及各種媒體信息，經計算機加工處理后以圖片、文字、聲音、動畫等多種方式輸出，實現輸入輸出方式的多元化，改變了計算機只能輸入輸出文字、數據的局限。這樣形象、生動、直觀的教學，學生在學習中就會感到一種有如身臨其境的感覺。從而加深學生對問題的理解，并大大增加了課堂信息量，和教學效率。如教師在講解化工熱力學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)的教學方法，教師要在講臺上花很多功夫，而且是非常復雜而且容易出錯，迭代步驟繁多，計算費時費力，最終收到的效果還很差。假設利于用多媒體技術進行教學，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果。使學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是很有必要的一件事情。
第8篇：工程熱力學概念范文
【關鍵詞】準靜態(tài)過程可逆過程
【中圖分類號】O414.1【文獻標識碼】A【文章編號】1006-9682(2009)12-0069-02
準靜態(tài)過程和可逆過程是熱力學中的兩個很重要的概念。目前國內很多教材對這兩個概念并不加以明顯的區(qū)分,很多文獻直接冠以準靜態(tài)過程的功、熱量的說法。對這兩個熱力學過程,筆者有一些自己的看法,在這里和同行們進行共同的探討。
一、準靜態(tài)過程的定義
就熱力系本身而言,熱力學僅對平衡狀態(tài)進行描述,“平衡”就意味著宏觀是靜止的;而要實現能量的轉換,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?！捌胶狻焙汀斑^程”這兩個矛盾的概念怎樣統(tǒng)一起來呢?這就需要引入準平衡過程。[1]
《中國大百科全書》(物理卷)中這樣定義準靜態(tài)過程:[2]準靜態(tài)過程是“熱力學系統(tǒng)在變化時經歷的一種理想過程,準靜態(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:熱力學系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時,經歷的每一中間狀態(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行的,都是不平衡過程。但如果和弛豫時間相比,熱力過程進行的足夠緩慢的話,那么系統(tǒng)在實際過程中所經歷的狀態(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,為經典熱力學描述系統(tǒng)經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圖上用熱力過程曲線來描述。因此,準靜態(tài)過程是經典熱力中一類極為重要的過程。[3]
二、可逆過程的定義
可逆過程是熱力學中從另一個角度定義的一類理想過程?！吨袊蟀倏迫珪?物理卷)對其這樣定義:“一個系統(tǒng)由某個狀態(tài)出發(fā)經過某一過程達到另一狀態(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)經歷一個可逆過程后,可以嚴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)的參數來計算,而無需考慮不知道情況的外界參數,從而使問題簡化,而只需要把注意力放在系統(tǒng),即系統(tǒng)內工質的狀態(tài)及狀態(tài)的變化描述上,這正是可逆過程的突出優(yōu)點;可逆過程進行的結果不會產生任何能量損失,因而可逆過程可以作為實際過程中能量轉換效果比較的標準和極限;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作可逆過程進行分析計算,然后再用一些經驗系數加以修正,這是可逆過程引入的實際意義所在。
三、準靜態(tài)過程和可逆過程聯系和區(qū)別
準靜態(tài)過程和可逆過程既有區(qū)別又有聯系,這要從兩者的實現條件談起。我們說,準靜態(tài)過程中,物系要隨時具有力、熱和化學的平衡,即處于完全平衡中,這樣才能保證準靜態(tài)過程的實現。而可逆過程的實現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、熱的和化學的不平衡損失。從這里可以看出,準靜態(tài)過程沒有不平衡損失。而耗散損失是因為機械摩擦阻力、流體粘性阻力以及電阻、磁阻等的作用產生的不可逆損失。對于不涉及電磁等其它現象的熱功轉換而言,最重要的不可逆損失是物系做宏觀運動時產生的粘性摩擦生熱。就熱力學而言,耗散損失是一種和物質性質有關的不可逆損失。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。準靜態(tài)過程沒有非平衡損失,因此是實現可逆過程的前提條件,但準靜態(tài)過程并不一定就是可逆過程。比如化學純氣體在噴管內做絕熱穩(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,此時流動是準靜態(tài)過程,不會有非平衡損失出現。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化為熱能而產生粘性摩擦生熱的損失。這時這個流動過程是準靜態(tài)過程,而不是可逆過程。反過來說,可逆過程則一定是準靜態(tài)過程。
準靜態(tài)過程和可逆過程的區(qū)別還在于,準靜態(tài)過程的引入只是為了對系統(tǒng)的熱力過程進行描述,并沒有涉及到系統(tǒng)與外界功量和熱量的交換。也就是說,盡管所有準靜態(tài)過程都可以在熱力圖上表示出來,但準靜態(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行分析。一是理想氣體經過絕熱的準靜態(tài)的膨脹,但存在耗散損失;另外一種是理想氣體經過絕熱可逆膨脹。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,因此將有部分的機械能轉化為理想氣體的內能,因此其終態(tài)溫度要高于第二種情況,表現在圖上則如圖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,這是不符合熱力學的規(guī)律的,因此,準靜態(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。這是因為準靜態(tài)概念的提出側重于描述過程,并沒有涉及功熱轉換,而可逆過程用于分析外部條件對能量轉換的影響。
圖1準靜態(tài)過程和可逆過程絕熱過程線
四、結束語
準靜態(tài)過程和可逆過程是經典熱力中兩個重要的概念,搞清楚兩者之間的真正關系,不僅有助于對熱力中兩個基本概念的準確理解,澄清涉及這兩個概念的一些不正確的習慣觀點,而且能明確揭示不平衡自發(fā)趨于平衡現象與熵增現象之間的必然聯系,對我們用熱力學理論解決實際問題有很大的幫助。
參考文獻
1 蘇長蓀.高等工程熱力學[M].高等教育出版社,1996:32
2 楊本洛.經典熱力學中若干基本概念的探討[M].科學出版社,1996:104～105
第9篇：工程熱力學概念范文
關鍵詞：過程裝備與控制工程；力學課程；內容優(yōu)化；教學方法
作者簡介：孫銅生（1981-），男，安徽天長人，安徽工程大學機械與汽車工程學院，副教授。（安徽 蕪湖 241000）
基金項目：本文系安徽工程大學教學研究項目“過程裝備與控制工程專業(yè)力學基礎課程教學研究與探索”（項目編號：2011xjy32）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：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50年代，前身為化工設備與機械專業(yè)，由于其應用于加工制造流程性材料產品即過程工業(yè)中，且隨著自動控制技術在化工機械中得到越來越廣泛的應用，1998年經過教育部批準更名為過程裝備與控制工程。該專業(yè)目標是培養(yǎng)從事過程裝備與控制工程領域的工程設計、安裝、檢修與科研的應用型高級專門人才，專業(yè)基礎課及專業(yè)主干課主要有：理論力學、材料力學、機械設計、機械原理、電工技術、電子技術、工程流體力學、工程熱力學、化工原理、流體機械、化工設備設計、化工容器設計、過程裝備控制技術、過程裝備制造與檢測、控制工程基礎等，可見力學類課程在專業(yè)學習中起著重要的作用。
一、力學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，稱為過程設備；另一類以機械加工為主要的制造手段，如壓縮機、離心機、泵等，稱為過程機器。[1]過程設備一般都承受高溫、高壓，承壓部件的設計與制造是過程設備的關鍵問題，故過程設備又是壓力容器，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，需要其具有一定強度、剛度及穩(wěn)定性，如果裝備的結構設計不合理或選材不當，就不能保證裝備的正常及安全運行，同時還要滿足經濟性要求，這就對理論力學及材料力學提出了更高的要求。過程裝備中既有以流體能量為原動力的動力機械如蒸汽輪機、內燃機等，又有以流體作為工作介質的工作機械比如泵、各種塔器、換熱器、壓縮機等，這些過程裝備都是以流體靜力學、運動學及動力學為基礎的，故工程流體力學對過程裝備的設計尤為重要。過程裝備的主要目的是為了獲得產品，從原材料到產品要經歷一系列物理的或化學的反應，這些反應伴隨著能量的轉換，特別是熱能與機械能的轉換，而工程熱力學的研究內容就是能量的轉換規(guī)律、提高能量轉化效率的途徑及能源利用的經濟性，故工程熱力學是過程裝備與控制工程專業(yè)的一門基礎性課程?？梢?，力學類課程可為學生學習專業(yè)知識和從事本專業(yè)的科研、生產工作奠定必備的理論基礎。
二、力學課程教學問題及內容優(yōu)化
1.課程存在的問題
通過對開設過程裝備與控制工程專業(yè)的部分院校走訪及對各力學教材的分析，發(fā)現目前專業(yè)力學課程存在的主要問題有：
（1）基礎課程和專業(yè)課程的銜接不好。比如在工程流體力學里講述了流體動力學方程式及管中流動等，而在流體機械中這些基礎知識重復出現；工程熱力學中的壓氣機熱力過程及制冷循環(huán)在流體機械中也有重復；理論力學中的摩擦在機械設計中也有相關內容，材料力學中的平板彎曲分析理論與過程設備設計中有關內容重復等；工程流體力學中的流體靜力學基本方程式、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容均在化工原理中出現。
（2）力學課程之間也存在內容交叉。比如工程流體力學和工程熱力學中都有關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)，工程流體力學中的流體狀態(tài)參數和工程熱力學的工質狀態(tài)參數內容重復；理論力學中的動量矩定理在工程流體力學中重復出現。
綜上可見，目前力學基礎課停留于教學計劃中的自身建設，課程規(guī)劃缺乏有機協調，課程結構需要進一步優(yōu)化，避免重復建設和教學資源的浪費。
2.課程內容優(yōu)化
由于理論力學是學習材料力學的基礎，可將將理論力學和材料力學合并為工程力學，工程流體力學及工程熱力學單獨開設，將專業(yè)課中所需要的理論知識全部歸并到力學課程中進行講解，力學課程中的交叉內容按照先上課程先安排的規(guī)則進行調整，優(yōu)化后的主要教學內容有：
（1）工程力學。[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；質點的運動微分方程；剛體轉動的微分方程；質點及質點系的動能定理；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；梁的彎曲內力、彎曲應力及彎曲變形的計算；第一、二、三、四強度理論；組合變形及強度計算；壓桿穩(wěn)定性計算。
（2）工程流體力學。[3]流體的基本參數及粘性；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。[4]熱力系統(tǒng)與熱力學狀態(tài)；功和熱的概念；熱力學第一定律；開口和閉口系統(tǒng)能量方程式；氣體和蒸汽的比熱容、熱力學能、焓和熵；氣體和蒸汽的基本熱力過程；熱力學第二定律；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)；實際氣體性質及熱力學表達式。
三、力學課程教學方法探索
1.理解記憶教學法
教學中發(fā)現學生學習過程中存在以下兩個問題：
（1）部分同學覺得力學課程太難，書上隨便哪一頁都可以看到公式，一本書學下來接觸的公式基本上都在幾百個，便放棄了課程學習。
（2）部分同學認為既然力學就是公式的組合，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，力學課的公式雖多，但大多數公式都是基于一些基本的定理推導來的，只要理解這些定理的實質就能靈活應用，大多數的公式都可以通過簡單的推理得來，所以在教學中要特別注意基本定理的講解。比如工程熱力學課程內容基本是建立在熱力學第一定律和第二定律的基礎上，在進行熱力學第一定律講解時，首先應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)，因此第一定律表達式有兩種形式，難點在于開口系統(tǒng)表達式的推導，只要逐次分析進入系統(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式表示，那么開口系統(tǒng)能量表達式就不難理解了。再如，工程力學中講解如何提高梁抗彎能力的措施時，結合梁彎曲時的正應力強度條件。因此，不難理解如下措施：第一，選用合理的截面：由正應力強度條件可知，梁的抗彎能力還取決于抗彎截面系數。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除梁截面積作為一個衡量指標，以達到既提高強度，又節(jié)省材料的目的。第二，采用變截面梁：從正應力強度條件可以看出，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，若設計成等截面的梁，只有最大彎矩所在截面處正應力達到許用應力值，材料強度得不到充分發(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，適當布置載荷和支座位置：從正應力強度條件可以看出，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.工程實踐教學法
力學課程主要任務在于：通過對課程的學習，可提高學生力學基礎理論水平，培養(yǎng)學生分析和處理問題的抽象能力和邏輯思維能力，為學生從事過程裝備本專業(yè)的設計工作奠定必備的理論基礎，同時可訓練學生在實際工程中的理論聯系實際的能力。因此在力學課程講解過程中，要注重將力學知識和工程實例結合起來進行講解。[5，6]一方面可以加深同學們對課程的認識，訓練并提高從事設備設計工作的實踐能力；另一方面可激發(fā)同學們的學習興趣，從枯燥的公式推理中解脫出來，提高學習效率。例如，在進行逆向卡諾循環(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)，通過理解記憶教學法推出制冷系數和供暖系數分別為：
（1）
（2）
這里，q1為工質向高溫熱源的放熱量，q2為工質從低溫熱源的吸熱量，T1為高溫熱源溫度，T2為低溫熱源溫度。這四個參數在理解時往往會混淆，為什么會從低溫熱源吸熱向高溫熱源放熱？為什么在同一個循環(huán)下會有制冷和供暖兩種效應？為什么制冷系數用從低溫熱源的吸熱量除循環(huán)凈功而供暖系數卻用向高溫熱源的放熱量除循環(huán)凈功呢？這里就可以引入空調的實例，夏天時把模式調到制冷上，空調就會吹出涼風，冬天時把模式調到供暖時，空調就會吹出暖風。夏天，室外比室內溫度高，室外就是高溫熱源，室內是低溫熱源，制冷的原因就在于把室內（低溫熱源）的熱量排向室外（高溫熱源），這就實現了從低溫熱源吸熱向高溫熱源放熱，同時室內制冷效果就在于從室內吸收的熱量的多少，因此制冷系數把q2作為分子。冬天，室內比室外的溫度高，室外就是低溫熱源，室內是高溫熱源，供暖的原因在于把室外（低溫熱源）的熱量排向了室內（低溫熱源），同樣實現了從低溫熱源吸熱向高溫熱源放熱，室內供暖的效果在于從室外吸收的熱量的多少，所以供暖系數把q1作為分子。
3.知識串聯教學法
過程裝備的設計過程中往往需要把所學力學課程的知識進行綜合，在一門力學授課課程中不能與其他力學課程獨立，要注意將力學課程知識進行銜接，使同學們對力學課程形成一個整體思維，以便在今后能靈活應用并有機結合力學基本原理來解決工程實際問題。
例如，在工程流體力學中講解流體靜壓強的方向性時，可將其與工程力學中的空間匯交力系知識進行串聯，先分別把作用在微元四面體上的力向三個坐標方向進行投影，寫出表面力方程為：
（3）
而微元體上的質量力為：
（4）
再根據空間匯交力系的平衡方程，表面力和質量力的合力在三個坐標方向的投影都為零，從而可得出在三個坐標方向的壓強相等，也即流體靜壓強無方向性的結論。
四、結束語
力學課程在過程裝備與控制工程專業(yè)建設中要引起足夠重視，教學內容優(yōu)化可避免重復教學，使學生在有限的課堂中能學習更多的專業(yè)知識，在教學過程中要不斷探索教學方法，提高教學效果，營造良好的教學氣氛，全面提高學生的綜合素質。
參考文獻：
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