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《有限时间热力学》教学大纲
课程编号：100706
英文名称：Finite Time Thermodynamics
一、课程说明
1. 课程类别
非学位选修课
2. 适应专业及课程性质
化工过程机械专业、动力工程领域，选修
3. 课程目的
通过本课程的学习，使学生初步掌握有限时间热力学的研究方法。对于给定的热系统或热过程，具有建立相应数学物理模型的能力。能够选择合适的目标函数，对较为复杂的实际热装置或热系统进行性能优化。
4. 学分与学时
学分2，学时36
5. 建议先修课程
高等流体力学及传热学
6. 推荐教材或参考书目
推荐教材：
（1）有限时间热力学. 陈林根主编（待出版）
参考书目：
（1）斯特林机有限时间热力学优化（第1版）. 吴 锋等著. 化学工业出版社，2008，北京
（2）不可逆过程和循环的有限时间热力学分析. 陈林根著. 高等教育出版社，2005，北京
（3）Thermodynamic optimization of finite-time processes. R.S. Berry， et al. John Wiley & Sons Ltd. 1999， New York
7. 教学方法与手段
课堂讲授、讨论、自学等
8. 考核及成绩评定
考核方式：考查
成绩评定：考查课：根据期末测验成绩评定。
9. 课外自学要求
（1）完成课外作业
（2）完成相关“论文”
二、课程教学基本内容及要求
第一章 有限时间热力学概述
基本内容：
（1）有限时间热力学发展史；
（2）有限时间热力学的研究内容、两类极值问题、常用求极值方法与最优控制算法；
（3）有限时间热力学理论研究方法的特点和发展趋势。
基本要求
（1）了解“有限时间热力学”诞生的背景和发展概况和趋势；
（2）了解“有限时间热力学”研究的范围、内容和基本方法以及常用的数学工具；
教学重点：有限时间热力学的研究方法；
教学难点：“有限时间热力学” 中的“最优控制算法”。
第二章 内可逆循环研究方法
基本内容：
（1）内可逆系统、热库、热机、内可逆系统的性能；
（2）传热定律的对内可逆热机影响。
基本要求：
（1）掌握“有限时间热力学”建模的一般方法；
（2）掌握“内可逆循环”的概念和一般研究方法；
教学重点：
（1）“有限时间热力学”建模的一般方法；
（2）内可逆循环的基本概念。
教学难点：各种传热模型在“有限时间热力学”中的应用。
第三章 不可逆循环研究方法
基本内容：
（1）具有内不可逆性的热机；
（2）热漏的影响。
基本要求：
（1）掌握不可逆循环的一般研究方法；
（2）理解热漏对热机性能的影响。
教学重点：内不可逆循环的有限时间热力学模型；
教学难点：内不可逆程度因子的引人和定义。
第四章 给定最优目标时最优热力过程的研究
基本内容：
（1）最优控制问题的模型；
（2）固定压比时最大功率输出的最佳循环；
（3） 给定周期内最小熵产目标下的最佳循环；
（4）最大利润（收益）时的最佳循环、阶梯（分级）卡诺循环的最优化
基本要求：
（1）理解最优控制问题的建模的一般方法；
（2）掌握各类最优性能评价标准或最优控制目标。
教学重点：给定最优目标时最优热力过程。
教学难点：最优控制问题的模型
第五章 损失模型和热源模型研究
基本内容：
（1）热阻模型的影响、三角循环的概念及其对内外不可逆性处理、内不可逆损失模型的研究；
（2）有限热源影响的研究、外部加热泵入热流热源影响的研究。
基本要求：
（1）掌握热阻模型和内不可逆损失模型的一般方法；
（2）了解有限热源、外部加热泵入热流热源的循环性能的影响。
教学重点：热阻模型和内不可逆损失模型。
教学难点：有限热源、外部加热泵入热流热源的循环性能的影响。
第六章 制冷循环的研究
基本内容：内可逆制冷循环、内可逆卡诺制冷循环的最优性能；
基本要求：掌握制冷循环的有限时间热力学建模方法。
教学重点：内可逆卡诺制冷循环的最优性能。
教学难点：不可逆诺制冷循环的建模。
第七章 斯特林循环的研究
基本内容：
（1）内可逆斯特林循环理论研究；
（2）不可逆斯特林循环理论研究。
基本要求：掌握斯特林循环研究的有限时间热力学方法。
教学重点：斯特林循环的有限时间热力学建模。
教学难点：不可逆斯特林循环。
三、课程学时分配
本课程计划36学时，其中课堂讲授36学时。课程主要内容和学时分配见课程学时分配表：
课程学时分配表
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教学环节
时数
课程内容
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讲课
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实验
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习题
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讨论
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小计
|
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第一章 有限时间热力学概述
|
3
|
|
|
|
3
|
|
第二章 内可逆循环研究方法
|
6
|
|
3
|
|
9
|
|
第三章 不可逆循环研究方法
|
6
|
|
3
|
3
|
12
|
|
第四章 给定最优目标时最优热力过程的研究
|
6
|
|
|
3
|
9
|
|
第五章 损失模型和热源模型研究
|
6
|
|
3
|
3
|
12
|
|
第六章 制冷循环的研究
|
3
|
|
3
|
|
6
|
|
第七章 斯特林循环的研究
|
6
|
|
|
3
|
9
|
|
总计
|
36
|
|
12
|
12
|
60
|
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