热工基础

课程编码：B1112014H 英文名称：Fundamentals of Thermal Engineering 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业课 主讲教师：-

《热工基础》是能源与动力工程、制冷科学与工程、航空航天工程等工科专业的核心基础课程，是连接基础科学（如物理、化学）与工程应用的桥梁。课程以热力学定律、能量转换与传递和传热学基本理论为核心，系统讲解能量转换与传递的基本原理。通过系统化的热工理论学习，培养学生从宏观系统角度掌握工质热力性质的本质规律和传热方法。课程涵盖了工程热力学、流体力学和传热学的核心知识，旨在深入分析能源动力装置、航空飞行器等的内部流动特性和传热过程，也强调与流体力学、材料科学、测控技术等学科的交叉渗透，通过跨学科案例（如氢能热管理、芯片散热过程、航空发动机等），帮助学生形成解决复杂工程问题的系统性思维，为将来从事能源、动力、制冷、航空航天等领域的科研和工程实践打下了坚实的基础。

Fundamentals of Thermal Engineering is a core foundational course for engineering majors such as Energy and Power Engineering, Refrigeration Science and Engineering, and Aerospace Engineering. It serves as a bridge connecting fundamental sciences (such as physics and chemistry) with engineering applications. Centered around the laws of thermodynamics, energy conversion and transfer, and the basic theories of heat transfer, the course systematically expounds on the fundamental principles of energy conversion and transfer. Through systematic study of thermal engineering theories, it cultivates students' ability to grasp the essential laws of the thermodynamic properties of working fluids and heat transfer methods from a macroscopic system perspective. The course encompasses core knowledge in engineering thermodynamics, fluid mechanics, and heat transfer. It aims to conduct in-depth analyses of the internal flow characteristics and heat transfer processes of energy power devices, aerospace vehicles, etc. It also emphasizes interdisciplinary integration with fields like fluid mechanics, materials science, and measurement and control technology. Through interdisciplinary cases (such as hydrogen energy thermal management, chip heat dissipation processes, and aero-engines), it helps students develop systematic thinking for solving complex engineering problems, laying a solid foundation for future scientific research and engineering practices in energy, power, refrigeration, aerospace, and other fields.

通过本课程的学习，使学生获得比较宽广和巩固的工程热力学和热量传递规律的基础知识，掌握热力学基本概念和基本定律及典型热力过程的分析方法，理解工质的热力性质、掌握状态方程，熟悉典型热力循环。掌握导热、对流和热辐射三种热量传递方式的物理概念、特点和基本规律，掌握计算工程传热问题的基本方法，并具有相应的计算（包括理论分析和数值计算）能力。通过本课程的学习，获得综合应用这些基础知识正确分析工程实际热转功和传热问题的方法。

大学物理、流体力学

以工程热力学、传热学为主要讲授内容。具体内容如下：

第一章 热力学基本概念与定义

1. 热力系统

2. 热力平衡状态

3. 工质的基本状态参数

4. 热力过程

5. 功和热量，膨胀功与压缩功

6. 熵和温熵图

第二章 热力学第一定律

1．能量守衡及转换定律

2. 内能、闭口系统的热力学第一定律表达式

3. 焓、稳定流动能量方程式及其应用

4. 典型过程分析

第三章 理想气体的热力性质和热力过程

1．理想气体状态方程

2. 理想气体的比热容和热容

3. 理想气体的内能、焓、熵

4. 理想气体定容、定压定温定熵和多变过程

第四章 热力学第二定律

1. 热力循环和热效率；热力学第二定律；

2.卡诺循环与卡诺效率

3. 克劳修斯、开尔文表述，熵增原理与能量品质分析

4. 孤立系统熵变

5. 能量品位

第五章 动力装置循环

1. 蒸汽朗肯循环

2.活塞式内燃机循环

3.燃气轮机装置循环

4.空气压缩制冷循环

5. 蒸气压缩制冷循环

第六章 传热学及其研究内容

1.热量传递的三种方式

2.传热过程与传热系数

3.传热学研究方法

第七章 热传导

1.稳态导热和导热基本定律——傅里叶定律

2.导热过程的数学描写

3.典型稳态导热问题的分析解

4.通过肋片的导热

5.非稳态导热的基本概念

6.非稳态导热的集总参数法

7.热传导问题的数值解法

第八章 对流传热的理论基础

1.对流传热概说

2.对流传热问题的数学描写

3.边界层型对流传热问题的数学描写

4.流体外掠平板传热层流分析解

5.相似原理及量纲分析

6.内部强制对流传热的实验关联式

7.外部强制对流传热的实验关联式

8.自然对流传热控制方程及实验关联式

第九章 热辐射基本定律和辐射传热的计算

1.热辐射现象和黑体热辐射

2.固体液体气体的辐射特性

3.实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系

4.太阳能利用中的传热问题

5.辐射传热的角系数

6.两表面封闭系统的辐射传热

7.多表面系统的辐射传热及辐射传热的网络法

第十章 传热过程分析与换热器的热计算

1.传热过程的分析与计算

2.换热器的平均温差

3.热量传递过程的强化与削弱

学时分配：

章节/学时分配	讲课	习题课	实验课	上机课	讨论课	其它
第一章	2
第二章	3
第三章	4
第四章	5
第五章	6
第六章	2
第七章	5
第八章	6
第九章	5
第十章	2
合计	40

2020年9月我国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。“双碳”战略倡导绿色、环保、低碳的生活方式。加快降低碳排放步伐，有利于引导绿色技术创新，提高产业和经济的全球竞争力。中国持续推进产业结构和能源结构调整，大力发展可再生能源，在沙漠、戈壁、荒漠地区加快规划建设大型风电光伏基地项目，努力兼顾经济发展和绿色转型同步进行。实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。自我国宣布碳达峰碳中和目标以来，中国构建了全球最大、发展最快的可再生能源体系，建成了全球最大、最完整的新能源产业链。目前，距离2030年实现碳达峰目标还有5年，这也是“十五五”时期必须完成的重要任务。我们要深刻理解“双碳”国家战略中发展与安全的关系，通过学习科学知识体系积极稳妥推进“双碳”目标实现。
结合国家 “双碳” 战略目标，在热力循环章节中，引入我国自主研发的超超临界燃煤机组技术突破案例，讲述我国热转功的世界领先技术，展现我国在能源领域从跟跑到领跑的跨越，激发学生投身国家重大工程建设的责任感。在热力学定律讲解中，追溯卡诺、克劳修斯等科学家的研究历程，剖析他们如何从实践中提炼理论，突破传统思维局限，培养学生严谨治学、勇于探索的科学态度。传热学章节中，以我国太阳能热发电发展为案例，阐释传热技术在保障国家重大基础设施建设中的关键作用，增强学生对 “国之大者” 的认知与担当。

张学学编，《热工基础》，北京：高等教育出版社，2015 年，第三版
陶文铨编著，传热学（第五版），高等教育出版社，2019，ISBN 978-7-04-051422-3.

童钧耕编，《热工基础》，上海交通大学出版社，2016年，第三版
王修彦 张晓东 编，热工基础，中国电力出版社，2013，ISBN 978-7-5123

洪慧，中国科学院大学柔性全职引进教授，中国科学院工程热物理研究所研究员，曾荣获中国科学院优秀导师、中国科学院大学朱李月华优秀教师奖，中国专利优秀奖等奖励。主要从事多能融合能量系统梯级利用优化理论与方法、太阳能热化学制燃料、数据中心的综合能源系统优化。可再生能源学会太阳能热发电专委会、动力工程专委会、IEEE碳中和专委会等社会性职务，承担和主持国家自然科学基金委重大研究计划项目、国家重点研发计划项目课题、中科院知识创新项目等。
王增辉，中国科学院大学教授，曾获中国科学院朱李月华优秀教师奖，现为滨州魏桥国科高等技术研究院兼职教授，国家自然科学基金评审专家，国家磁约束核聚变能发展研究专项评审专家。主要从事聚变堆中液态金属的流动传热研究，物理储能和化学储能、强磁场下的多相流流动传热传质、多物理场多尺度强化优化传热和技术、碳补集碳中和等方面的研究。探索和研究磁场、电场、温度场、流场等多场耦合下的新物理现象和新规律，服务国民经济建设。主持多项国家自然科学基金面上项目《强磁场大电流作用下液态金属自由表面飞溅和传热研究》、《强磁场下金属熔化熔体飞溅和凝固的多场耦合流动传热机理研究》和国家磁约束核聚变能发展研究专项子项目等项目。