航空航天与机械热力学MECH12012

课程内容：

工业国家需要能源和动力，以保证其工业运作和国民生活，同时还需要能源和动力转换机器、装置和系统，以提供有用形式的动力。热力学过程提供了许多生产和转换可用动力的方法。大多数（如果不是全部）动力源都是热力学系统。随着全球经济的持续增长，越来越需要了解热力学设备的优势和局限性的工程师。特别是在全球环境协议的背景下，更是如此。本课程将使学生掌握对热动力装置进行热力学分析所需的基本技能。课程采用讲授与实例相结合的方式，并通过在线学习提供有力支持。内容涵盖热力学第零、第一和第二定律（开放和封闭系统）、温度、能量、熵、理想气体和蒸汽。

课程目标：

热力学定义并描述了能量的特性及其从一种形式向另一种形式的转化，适用于涉及能源的工程学的各个方面。作为工程师，我们经常关注发电厂、热机、冰箱、空调、热泵、热交换器（如锅炉、冷凝器）等大型系统的分析、工作和设计。因此，本课程的重点在于宏观而非微观。本课程旨在介绍热力学以及热、功、能和熵的相关概念，使学生能够进行计算并研究热力学系统的性能。这些系统使用不同的工作流体（如气体和液体），因此课程还探讨了其热物理性质，使学生能够更深入地研究和分析热力学设备的行为。

教学大纲：

- 基础材料：简要介绍热力学四大定律、物质属性、系统（孤立、开放和封闭）、状态和过程的定义；热平衡和第零定律；温度作为一种属性、能量转换机器。

- 功和热：能量守恒概念简介；准静态过程；功的形式（位移功、轴功）；功和热的性质；热传递方式（传导、对流、辐射）。

- 能量传递（热力学第一定律）：能量作为一种属性及其与功和热的联系；循环过程；第一定律的形式（微分、递增、速率）；在封闭系统中的应用；比热容；比热焓和焓。

- 工作流体（蒸汽）：纯净物；相变；平衡面；阅读蒸汽表；干燥度分数（质量）；湿蒸汽的热力学性质。

- 能量传输（开放系统）：稳定流能量方程（sfee）；非稳定流能量方程（usfee）；能量方程的简化形式；sfee 的应用；绝热机器装置（如涡轮机；压缩机；喷嘴；节流阀；热交换器）；各装置的守恒特性。

- 工作流体（气体）：理想气体和完全气体简介；波义耳定律和焦耳（第二）定律；焦耳-汤普森效应；状态方程；理想气体的比热及其比值；封闭系统和开放系统中的理想气体；状态方程的摩尔形式；阿伏加德罗假设；通用气体常数；分子量；摩尔；气体混合物的（平均）摩尔质量。

- 第二定律（热机）：热机（直接和反向）；第二定律；卡诺原理；热力学温标；可逆性。

- 第二定律（熵）：熵；第二定律的熵形式；重温热机；传输熵方程；等熵过程；T-s 状态图。