绿色船舶动力系统ⅠSJTU · GREEN MARINE POWER SYSTEMS

COURSE SYLLABUS · NAOE3327

工程热力学
与传热学基础。

《绿色船舶动力系统Ⅰ》
以船舶动力系统的需求为背景，学习能量转换、热力循环与热量传递。

01

课程基本信息

课程代码
NAOE3327
学时与学分
48 学时 · 3.0 学分
课程名称
绿色船舶动力系统-Ⅰ
英文名称
Marine engineering of green ships -Ⅰ
课程类型
必修课 · 专业主干基础课
课程负责人
陈俐
主讲教师
教学班1：张小卿 陈俐
教学班2：依平
授课对象
船舶与海洋工程学院本科生
授课语言
中文
开课院系
船舶与海洋工程学院船舶与海洋工程系
先修课程
高等数学、普通物理学、工程学导论
后续课程
绿色船舶动力系统-Ⅱ、船舶主机、船舶辅机、轮机自动化、热工测试技术等
02

课程定位

本课程为适应绿色船舶的发展趋势而开设，是一门船舶与海洋工程专业的主干基础课，它为学生提供学习后续专业课程以及开展相关研究提供必需的工程热力学与传热学的基础理论、基本定律和研究问题的基本方法，使学生能够以船舶动力系统的需求为背景，充分理解热力学第一、第二定律，能建立动力循环的能量平衡方程，开展基本热力过程和循环的计算，分析热量流动的原因、路径，量化计算温度的变化规律，并能够分析动力循环热效率的影响因素以及提高循环效率方法。

03

课程目标

  1. 能定性分析绿色船舶动力系统能量转换方式的合理性、可行性，热量传递的动因、过程与结果，能将工程热力学和传热学基本理论用于工程中热力循环、温度场变化问题的表述；（C1，B3）
  2. 能推导能量平衡方程、熵方程，推导简单传热问题的解析解，定量求解其温度场和热流量，理解公式的适用假设与适用范围，能针对工程中具体的对象进行合理假设建立数学模型并求解；（B4）
  3. 能从绿色船舶动力系统实际工程对象中提炼出热力过程问题、传热问题，能给出提高能量利用效率、增强/削弱/控制传热的初步方案，开展初步数值计算，并有逻辑地进行定性和定量分析；（C2，B4）
课程目标与毕业要求指标点
课程目标 1 · 指标点 1.1
能将数学、自然科学、工程科学的语言工具用于船舶与海洋工程中热力过程、温度场变化问题的表述。
课程目标 2 · 指标点 1.2
掌握数学、计算机应用、程序设计及相关基础知识，能针对具体对象建立数学模型并求解。
课程目标 3 · 指标点 1.3、5.3、9.2、10.1
运用工程热力学、传热学和数学模型分析复杂工程问题；检索文献，选择现代工具开展模拟与预测并分析其局限性；独立或合作完成团队工作；以口头、文稿、图表等方式有效沟通。
04

教学内容与进度安排

按大纲顺序列出 23 个教学单元，每个单元 2 学时。展开条目可查看教学目标、作业要求与对应指标点。

大纲标明总学时 48 学时；以下教学安排表所列学时合计 46 学时，两者相差 2 学时。具体安排以授课教师通知为准。

  1. 01 绪论与基本概念 · 工程热力学发展史、研究内容与研究方法；工程热力学基本概念和定义 2 学时
    教学内容
    工程热力学发展史、研究内容与研究方法；工程热力学基本概念和定义
    教学目标
    能归纳阐述工程热力学的发展史；能利用工程热力学研究方法去解决实际问题；能解释热力学基本概念的内涵与外延
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    资料学习与习题
    课程思政融入点
    培养科学兴趣和科研创新精神
    对应指标点（原表）
    1.1，5.3
  2. 02 热力学第一定律 · 热力学第一定律表述、能量方程和应用 2 学时
    教学内容
    热力学第一定律表述、能量方程和应用
    教学目标
    能解释热力学第一定律的定义；能推导热力学第一定律能量方程式；能利用热力学第一定律解决工程问题
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1， 1.2， 1.3
  3. 03 理想气体性质 · 理想气体概念、比热容、热力学能、焓与熵 2 学时
    教学内容
    理想气体概念、比热容、热力学能、焓与熵
    教学目标
    能解释理想气体模型的含义；能推导理想气体比热容、热力学能、焓与熵的计算表达式
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1, 1.2
  4. 04 理想气体热力过程 · 理想气体的多变过程、基本热力过程、等熵过程 2 学时
    教学内容
    理想气体的多变过程、基本热力过程、等熵过程
    教学目标
    能解释理想气体热力过程的定义；能推导热力过程基本方程式；能利用理想气体性质分析热力过程的能量转换关系
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1, 1.2，1.3
  5. 05 水蒸气性质 · 水的定压加热汽化过程；水和水蒸气状态参数 2 学时
    教学内容
    水的定压加热汽化过程；水和水蒸气状态参数
    教学目标
    能解释说明水蒸气状态的特征和属性
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1, 1.2, 1.3
  6. 06 水蒸气的热力过程 · 水蒸气图表和图；水蒸气基本热力过程 2 学时
    教学内容
    水蒸气图表和图；水蒸气基本热力过程
    教学目标
    能利用热力性质表、 图表等确定水蒸气状态参数；能利用水蒸气热力性质分析计算水蒸气基本热力过程的热量和功
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1, 1.2, 1.3
  7. 07 热力学第二定律（1） · 热力学第二定律表述、卡诺循环、卡诺定理 2 学时
    教学内容
    热力学第二定律表述、卡诺循环、卡诺定理
    教学目标
    能阐述热力学第二定律两种经典表述方式； 能推导卡诺循环与卡诺定理表达式
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1, 1.2
  8. 08 热力学第二定律（2） · 熵的定义、热力学第二定律数学表达式 2 学时
    教学内容
    熵的定义、热力学第二定律数学表达式
    教学目标
    能推导熵的定义表达式；能推导热力学第二定律的数学表达式
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1, 1.2
  9. 09 热力学第二定律（3） · 熵方程、孤立系统熵增原理与㶲 2 学时
    教学内容
    熵方程、孤立系统熵增原理与㶲
    教学目标
    能推导熵方程；能利用孤立系统熵增原理进行热力过程分析与辨别；能推导㶲的定义表达式并利用㶲进行热力过程分析
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养科学兴趣与严谨科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1, 1.2, 1.3
  10. 10 气体动力循环 · 活塞式内燃机理想循环与燃气轮机理想循环 2 学时
    教学内容
    活塞式内燃机理想循环与燃气轮机理想循环
    教学目标
    能解释活塞式内燃机理想加热循环及特性参数；能画出循环的 p - v 图和 T - s 图；能利用热力学基础知识进行循环及热效率计算；能综合分析与归纳提高循环的措施
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1, 1.2, 1.3
  11. 11 蒸汽动力循环 · 蒸汽动力理想循环 2 学时
    教学内容
    蒸汽动力理想循环
    教学目标
    能解释蒸汽动力循环的理想加热循环及特性参数；能画出循环的 p - v 图和 T - s 图；能利用热力学基础知识进行循环及热效率计算；能综合分析与归纳提高循环的措施
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1, 1.2, 1.3
  12. 12 传热学概述（1） 2 学时
    教学内容
    概述
    教学目标
    能比较传热学与工程热力学的研究内容区别，能举例说明绿色船舶动力系统中的典型应用
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养使命感，立志于解决对动力系统领域“卡脖子”问题；
    对应指标点（原表）
    1.1，5.3
  13. 13 热传导 · 稳态热传导 2 学时
    教学内容
    稳态热传导
    教学目标
    能独立推导导热微分方程
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2
  14. 14 热传导 · 稳态热传导 2 学时
    教学内容
    稳态热传导
    教学目标
    能求解典型一维导热问题的分析解、求解多维稳态导热的分析解
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2
  15. 15 热传导 · 非稳态导热 2 学时
    教学内容
    非稳态导热
    教学目标
    能判断集中参数法的适用范围并求解适用问题的温度场分析解、能应用集总参数法求解零维问题温度场
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2
  16. 16 对流换热 · 对流传热理论（1） 2 学时
    教学内容
    对流传热理论（1）
    教学目标
    能推导对流传热理论的数学描写、边界层型问题的数学描写、
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2
  17. 17 对流换热 · 对流传热理论（2） 2 学时
    教学内容
    对流传热理论（2）
    教学目标
    能应用相似原理和量纲分析方法推导处努塞尔数和普朗特数，能应用实验关联式进行对流换热系数的估算
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2
  18. 18 对流换热 · 典型对流换热特征数关联式 2 学时
    教学内容
    典型对流换热特征数关联式
    教学目标
    管内强迫对流传热、外部强迫对流传热的特征数关联式及其应用
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2
  19. 19 热辐射 · 热辐射的基本概念，黑体辐射的基本定律 2 学时
    教学内容
    热辐射的基本概念，黑体辐射的基本定律
    教学目标
    能解释黑体热辐射的规律、黑体假设的意义、能应用黑体辐射规律计算实际物体的辐射力和吸收比
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2
  20. 20 热辐射 · 角系数的计算方法 2 学时
    教学内容
    角系数的计算方法
    教学目标
    角系数的性质，封闭空腔中两个表面间角系数的计算
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2
  21. 21 热辐射 · 辐射传热的计算 2 学时
    教学内容
    辐射传热的计算
    教学目标
    有效辐射的概念，漫灰表面构成的封闭空腔中的辐射换热
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2
  22. 22 传热过程 · 传热过程综合 2 学时
    教学内容
    传热过程综合
    教学目标
    能应用热阻法对传热过程进行分析和计算，能对热量传递过程的强化或削弱进行建议和分析
    教学形式
    授课
    作业及考核要求
    习题
    课程思政融入点
    培养严谨的科学精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2，1.3
  23. 23 课程项目汇报 2 学时
    教学内容
    课程项目汇报
    教学目标
    学生归纳、总结、汇报课程项目情况，并获得反馈
    教学形式
    汇报、交流、互动
    作业及考核要求
    汇报文档
    课程思政融入点
    恪守实事求是的科学精神，培养坚持不懈寻求真理的精神
    对应指标点（原表）
    1.1，1.2，5.3，9.2，10.1
05

考核方式

课程考核总分为 100 分，由以下三部分组成。

20分

平时表现

含作业

50分

随堂小测

课堂学习与理解

30分

项目作业

课程项目与汇报

课程目标达成度评价的考核分配
各考核方式对课程目标的分配比例
课程目标 平时表现
20 分		 随堂小测
50 分		 项目作业
30 分		 目标权重
目标 1 60% 30% 50% 50%
目标 2 40% 30% 50% 25%
目标 3 — 40% — 25%

“—”表示原表未填写。以上为大纲中的课程目标评价分配，具体成绩与评价以教学班记录为准。

06

教材与学习资源

COURSE TEXTBOOK

热工基础

童钧耕、王平阳、叶强
上海交通大学出版社 · 2023 年 · 第四版
ISBN 978-7-313-28592-8

课件、作业与具体教学安排请进入 Canvas 教学班 94312 ↗。

07

传热交互演示

本站的 11 个演示配合传热学部分学习，按导热、对流、辐射和综合传热组织。可用于观察参数变化对热流量、传热系数与温度的影响。

  • 热传导：平板、多层平壁、圆筒壁与集总参数冷却。
  • 对流换热：电机水套管内对流、横掠单管风冷。
  • 热辐射：空腔角系数、平行表面与设备对舱壁的辐射。
  • 传热过程综合：对流与辐射共同散热、复合热阻与肋片。
打开全部 11 个传热演示 ↗
08

English overview

This course is designed to adapt to the development trend of green ships. As a core foundational course in the field of ship and ocean engineering, this course can provide students with the necessary basic theories, laws and methods for studying engineering thermodynamics and heat transfer. The students are required to apply the first and second law of thermodynamics to the marine engineering system, build energy balance equations for power cycles, conduct qualitative analysis and quantitative calculation for temperature field distribution caused by heat transfer, moreover, propose effective ways to improve efficiency of the marine engineering system.

内容依据本次提供的《绿色船舶动力系统 1 课程教学大纲 20260912》整理；原文标题标注“2020版”。英文简介修正了 thermodynamics 与 heat transfer 的拼写。

课件、作业及具体教学安排以 Canvas 教学班与授课教师通知为准。