高等工程热力学
课程编码：180090080700P1001H
英文名称：Advanced Engineering Thermodynamics
课时：60
学分：3.00
课程属性：学科核心课
主讲教师：聂超群等
教学目的要求
本课程是能源与动力、化工及过程控制、低温与制冷技术、流体与电力输送等工程类专业研究生的核心课。主要讲授热能与其它形式能量之间的转化，以及能量与物质特性之间的关系。从热力学两大基本定律出发，对多类不平衡势进行分析，从熵和?两个状态参量入手，对过程能量转化与利用进行定性和定量分析，从共性角度诠释热力学的基本概念。此外，由于非平衡态热力学理论的发展，相关研究成果已经在工程热力学领域得到应用和拓宽，因此，这部分也将被纳入教学内容。希望同学们通过该课程的学习，进一步夯实能量守恒、不可逆过程、可用能等基础知识，掌握热物理过程的基本规律及其分析方法，为开展研究生阶段的科研工作奠定从宏观层面认识热物理过程的基础。
预修课程
高等数学、普通物理、普通化学、传热学、流体力学基础、工程热力学
大纲内容
第一章 工程热力学的发展历史回顾 2学时 聂超群
第1节 绪论
第2节 高等工程热力学的开篇（一）
第3节 高等工程热力学的开篇（二）
第二章 热力学第一定律的重述 4学时 聂超群
第1节 基本概念的重新梳理
第2节 封闭系统的热力学第一定律的表述
第3节 功转移、热转移、能量改变、能量转换方式
第4节 开口系统热力学第一定律的表述
第5节 热力学第一定律发展的历史回顾
第6节 热力学第一定律（能量守恒）的三种叙述方式的区别
第三章 热力学第二定律的重述 4学时 聂超群
第1节 封闭系统的热力学第二定律的重述
第2节 开口系统热力学第二定律的推导
第3节 局部热力学与整体热力学平衡的概念
第4节 熵极大化与能极小化的理解
第5节 喀喇塞特瑞两大公理
第6节 热传递与两大公理的关联
第7节 热力学第二定律发展的历史回顾
第四章 熵产，㶲损失 4学时 曹玉会
第1节 损失功的理解
第2节 热力学循环
第3节 非流动过程的热力学分析
第4节 稳态流动的热力学分析
第5节 熵产的机理或者㶲损失的机理
第6节 熵产极小化
第五章 单相系统 4学时 曹玉会
第1节 基本介绍
第2节 平衡条件
第3节 基本关系式
第4节 勒让德变换
第5节 热力学关系式
第6节 偏摩尔数状态参数
第7节 理想气体混合物
第8节 实际气体混合物
第六章 现代㶲分析方法 4学时 曹玉会
第1节 非流动系统的㶲分析
第2节 流动系统的㶲分析
第3节 广义㶲分析方法
第4节 空调系统的应用举例
第七章 多相与多元系统 6学时 曹玉会
第1节 热力学能最小原理的表述
第2节 简单系统的内部稳定性
第3节 液态和蒸汽态的连续性
第4节 相图
第5节 多元系统的对比态分析
第八章 化学反应系统 6学时 聂超群
第1节 平衡
第2节 不可逆化学反应
第3节 稳态流动的燃烧
第4节 燃料的化学反应㶲
第5节 等容燃烧过程
第九章 动力输出 4学时 曹玉会
第1节 尺度约束下的最大输出功
第2节 热流的最大输出功
第3节 外部不可逆性分析
第4节 内部不可逆性分析
第5节 先进蒸汽轮机电站
第6节 先进燃气轮机电站
第7节 蒸汽轮机与燃气轮机联合循环中的热力学分析
第十章 太阳能 6学时 聂超群
第1节 热辐射中的热力学概念
第2节 太阳能利用中可逆过程的假设
第3节 不可逆过程
第4节 封闭黑体辐射的理想转换模式
第5节 单位集热器最大功的输出
第6节 对流冷却型集热器的分析
第7节 太空太阳能利用
第8节 非等温集热器的热力学分析、时变条件分析、和太阳能制冷
第9节 大气环流对太阳能热力学分析的影响
第十一章 制冷 6学时 聂超群
第1节 焦耳—汤姆逊膨胀
第2节 功输出膨胀
第3节 布雷顿循环
第4节 过渡区域冷却的最优化
第5节 液化
第6节 冷冻机模型中热传递的不可逆分析
第7节 磁制冷技术
第十二章 熵产极小化 6学时 聂超群
第1节 不可逆因素的权重分析
第2节 逆流换热器的平衡
第3节 忽略压力损失不可逆因素的换热器
第4节 储能系统
第5节 功最大与熵产最小
第6节 结构学中熵产极小化原则
第十三章 不可逆热力学 4学时 聂超群
第1节 共轭通量与共轭力
第2节 线性关系
第3节 倒易关系
第4节 热电现象
第5节 各相异性材料的导热现象
第6节 质量扩散
教材信息
1、
Advanced Engineering Thermodynamics
Adrian Bejan
2016年5月
John Wiley & Sons, Inc.
参考书
1、
Fundamentals of Engineering Thermodynamics@The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow@Thermodynamics—An Engineering Approach@Nonequilibrium Thermodynamics@现代热力学@不可逆过程和循环的有限时间热力学分析
Michael J. Moran & Howard N. Shapiro@A.H. Shapiro@A.C. Yunus & A.B. Michael@D. Yasar@王季陶@陈林根
2004年@1953年@2002年@2007年@2015年@2005年
Inc.@The Ronald Press Company@McGraw-Hill Higher Education Companies@Elsevier@科学出版社@高等教育出版社
课程教师信息
聂超群，博士，男，祖籍江西丰城，汉族。工程热物理研究所研究员，国务院政府特殊津贴专家，所学术委员，工程热物理学会理事，学报编委。中国科学院大学讲课教授。
“十一五”和“十二五”期间是国家自然科学基金委本学科发展规划的撰写人之一，也是中国科学院—国家自然科学基金委能源战略规划“节能减排”执笔人之一。
1996年至今在中国科学院工程热物理研究所工作。作为中国自然科学基金国际合作的中方研究人员，1997年在希腊雅典技术大学叶轮机实验室进行过实验研究。2000年作为中国科学院高级访问学者，在英国剑桥大学WHITTLE实验室，进行旋转失速先兆特征的实验研究。现在工程热物理研究所主持和从事流动失稳机理与控制途径实现方面的基础性科研工作。
在国内率先进行离心压缩系统喘振主动控制的实验研究；在高速压气机实验台上完成旋转失速先兆动态特征的实验研究；在离心压缩系统完成喘振在线预报和自适应调节的实验研究在剑桥大学完成旋转失速先兆类型与进口导叶预旋规律变化的实验研究；在首都钢铁集团公司完成了四台大型工业流体压缩机械性能测试与喘振边界设定；在工程热物理研究所低速、多级、轴流压气机台上完成微喷气拓宽失速裕度的实验研究、进口畸变与失速裕度关联性的实验研究、进气非轴对称与流动失稳机理性实验研究，这些研究结果均在国际上发表。
在中国科学院大学主讲“高等工程热热力学”，获得2008年度中国科学院“朱李月华优秀教师奖。2012年教学内容被评为“中国科学院数值优品课”。20年来，一直从事实验研究工作。2002—2006年在山东兖矿集团主持完成了国家科技部重大“863”研究计划“多联产技术”的现场调试工作，本项工作2008年获得山东省科学进步一等奖，并获得2009年国家科学进步二等奖。曾经主持过多种类性的国家级项目。在国内外发表论文百余篇、提出多项发明和实用新型专利。
曹玉会，博士，教授，长期从事能源转换和利用系统中超临界压力流体的复杂流动及热质输运特性研究。曾主持国家自然科学基金3项，国家自然科学基金重大项目子课题1项，科技部十三五重点基础研发计划子课题1项。2021年获“朱李月华优秀教师”及“校级优秀课程奖”。