热能与动力机械基础

一、课程介绍

《热能与动力机械基础》是能源与动力工程专业本科生的学科基础选修课。本课程的目的和任务是使学生系统地学习关于能源及其利用方面的基础知识，并了解能源利用技术的发展历史、现状及趋势以及对社会环境的影响，掌握内燃机、涡轮机等典型动力机械设备以及锅炉及换热器等热能利用设备的结构特点、能量转换的基本原理及其性能评价方法，了解本专业领域所需的主要基础理论知识，为后续学科基础课和专业课的学习奠定基础。

Introduction

This course is a basic elective course for the students majored in Energy & Power Engineering. This course mainly focuses on the basic knowledge of energy and its development history, present situation and development trend of energy utilization technology and effects on the society environment. Meanwhile, this course enables students to master the structural characteristics, energy conversion principles and performance evaluation methods of typical power machinery equipments and thermal energy conversion devices such as internal combustion engine and turbine, etc, further understand professional basic knowledge and lay the foundation for subsequent professional course study.

课程基本信息

1. 教学大纲

   1、教学目的

   本课程是能源与动力工程专业本科生的学科基础选修课，是本专业学生全面了解专业领域及特色、扩大专业知识面，并学习后续专业课的理论基础。通过本课程的学习，使学生全面、系统地了解专业领域及其涉及的知识面，掌握关于能源方面的基础知识和能量转换的基本原理及特点，了解典型的动力机械装置及热能利用设备的结构特点及工作原理，为后续专业课的学习或选修奠定基础。

   2、教学要求

   本课程的教学方式以课堂讲授为主，以能源及利用以及能量转换原理为主线，着重介绍能源的分类、特点及利用方法；重点讲解典型动力装置及热能利用设备的结构特点及其能源利用方式和能量转换原理，使学生了解能源与动力工程专业所涉及的领域及其在国民经济建设中的重要地位；掌握热能利用与转换的基本规律，热功转换效率及能源利用的基本方法以及与环境的关系；掌握内燃机、涡轮机以及喷气式发动机等动力装置的基本构造、工作原理、性能评价指标和运行特性；了解锅炉、换热器等热能利用装置的基本结构特点和工作原理以及性能评价方法，并了解等新能源及其特点和利用方法。

   3、预备知识或先修课程要求

   本课程所需先修课程为《工程热力学》和《能源与动力工程导论》，对于热力学定律与热力机械有基本常识对本课程的学习有所帮助。

   4、教学方式

   课程由讲授和讨论组成，一律采用多媒体动画教学。理论授课32学时，教师讲授与课堂讨论相结合。

   5、课程教学内容及学时分配

第1章 基本概念（2学时）

通过学习使学生了解自然界中能源的种类、存在形式以及分类方法，理解能源的有效利用途径及对环境污染等的评价方法，掌握能量转换及利用的基本定律在能源利用中的具体应用及其方法。

1. 导论（0.5学时，了解）

   1.1.1人类历史社会的三代能源文明

   1.1.2 热能及动力机械概述

   1.2 热能及其利用（0.5学时，掌握）

   1.2.1能量的存在形式

   1.2.2能源及其分类

   1.2.3热能的发生

   1.2.4不同能源能量转换特点

1.3 能量转换的基本定律（0.5学时，掌握）

1. 热力循环

2. 热力学第一定律

   1.4 能源的利用及评价（0.5学时，理解）

   1.4.1 有效利用能源的途径

   1.4.2 利用能源的评价指标

第2章  内燃动力系统与装置（4学时）

本章节的重点是内燃机中能量转换的特点及评价方法，理解内燃机的各种机构及系统的作用以及内燃机的基本工作原理。

2.1 内燃机的发展历史（0.5学时，了解）

2.2 内燃动力装置中能量转换特点（1学时，掌握）

2.2.1 内燃机能量转换特点

2.2.2内燃机的热力循环及性能指标

2.3 内燃机的总体结构（0.5学时，理解）

2.4 汽油机、柴油机工作原理特点（2学时，掌握）

第3章  涡轮机及喷气发动机（6学时）

通过本章节的学习，使学生了解压气机和涡轮机的基本构造、工作原理和性能以及火箭、喷气式发动机的基本构造和工作原理，理解这种涡轮机械装置的能量转换特点多级涡轮机械在能量转换过程中的各种损失，涡轮机喷气式发动机能量转换或有效利用能源的评价方法以及改进性能的途径。

3.1 概述（0.5学时，了解）

3.1.1涡轮机械结构特点

3.1.2 涡轮机的用途

3.1.3涡轮机的机构及分类

3.2 涡轮级的基本理论（0.5学时，掌握）

3.2.1透平级

3.2.2 级内能量转换原理

3.3 涡轮机级的损失和效率（1学时，掌握）

3.3.1动叶上的轮轴功

3.3.2级的轮周效率

3.3.3级内损失和级的效率

3.4 多级涡轮机（2学时，理解）

3.4.1多级涡轮机的热力过程

3.4.2多级涡轮机的损失

3.4.3 汽轮机装置的效率

3.4.4汽轮机的配气方式及特点

3.5 火箭及喷气式发动机（2学时，了解）

3.5.1火箭发动机的基本工作原理

3.5.2火箭发动机的构造及能量转换过程

3.5.3 火箭发动机的性能评价指标

第4章  锅炉及换热器（10学时）

通过本章节的学习，使学生了解锅炉的基本构造、种类、锅炉的热平衡以及换热器的结构特点和换热原理，理解不同锅炉的燃烧方式及其特点，掌握锅炉中能源利用的基本方法及性能评价方法，掌握换热器的基本换热原理。

4.1 锅炉概述（1学时，掌握）

4.1.1锅炉的基本结构

4.1.2 锅炉的工作原理

4.1.3锅炉的分类及其污染控制

4.2 锅炉燃料与热平衡（2学时，了解）

4.2.1燃料的特性

4.2.2 煤的燃烧与热平衡

4.3 锅炉燃烧设备（3学时，了解）

4.3.1火床燃烧设备及特点

4.3.2火室燃烧设备及其特点。

4.4 锅炉的受热面积（2学时，了解）

4.4.1锅炉蒸发受热面结构与布置

4.4.2过热器和再热器的结构特点

4.4.3省煤器及空气预热器的结构特点

4.5 换热器（2学时，掌握）

4.5.1换热器的分类

4.5.2间壁式换热器及其基本结构

4.5.3换热器传热量计算的基本公式

第5章 热力发电原理与系统（4学时）

通过本章节的学习，使学生了解热力发电系统的基本组成、工作循环、性能指标以及核能发电系统的基本结构特点，理解热力发电站总体布置，掌握热力发电装置的基本工作循环。

5.1 热力发电基本循环（1学时，掌握）

5.1.1蒸汽动力装置的基本循环

5.1.2燃气轮机的基本循环

5.2 现代热力发电循环（2学时，理解）

5.2.1回热循环

5.2.2再热循环

5.2.3热电联产循环

5.5 核能发电（1学时，了解）

5.5.1核能发电的基本原理

5.5.2核发电站的经济性与安全性

第6章  制冷与空调（4学时）

通过本章节的学习，使学生了解制冷循环的基本原理、压缩式和吸收式制冷系统的基本组成；理解热泵、空调系统以及制冷压缩机的基本工作原理，掌握制冷设备和空调设备的基本工作原理及性能评价方法。

6.1 制冷循环（1学时，掌握）

6.1.1制冷循环及其评价指标

6.1.2吸收式制冷系统

6.2制冷压缩机功能（1学时，理解）

6.2.1制冷压缩机的类型及特点

6.2.2活塞是压缩机的工作原理

6.2.3活塞式压缩机的性能

6.3 热泵（1学时，了解）

6.4空调系统（1学时，理解）

6.4.1 空调系统的组成与分类

6.4.2热湿负荷及新风量的确定原则

6.4.3空气的处理方法

第7章  新能源利用（2学时）

通过本章节的学习，使学生了解太阳能、地热能、风能新型能源的基本特点和利用方法。

7.1 太阳能的利用（1学时，了解）

7.2 地热能的利用（0.5学时，了解）

7.3 其它新能源（0.5学时，了解）

8、考核要求、考核方式及成绩评定标准

(1) 课程考核成绩由课后习题（80%）、课堂作业（20%）。

(2) 平时作业和课后习题效果评价，分优秀、良好、一般、合格及不合格5个等级记载，以加权累计的方法计分。

(3) 最终课程考核成绩采用百分制，满分100分，60分为及格。