热力学范文10篇

摘要:案例教学法是一种注重创新精神培养的创新型教育教学方法，具有鲜活性、多样性等特点。在化工热力学教学过程中引入案例，既有助于激发学生学习兴趣，活跃课堂气氛，提高学习积极性，又能够拓宽学生视野，提高教学效果。本文主要从案例教学法在化工热力学课堂应用过程中出现的问题，如典型案例少、设计不规范等出发。通过探索研究，发现问题根源，从案例筛选、课堂教学设计等方面寻找解决路径，以期达到预期教学效果。

关键词:案例库;课堂设计;案例筛选;考核评价

案例教学法由来已久，在辩证哲学、法学、医学、管理学等领域被广泛应用，并取得了很好的教学效果。最早苏格拉底的教学过程被编辑成书，成为众人的学习范本，奠定了西方案例教学的先河。现代案例教学法是由哈佛大学最早提出，在医学和法学教学中摸索总结出的有效教学方法，如现在为大家所熟知的临床实践、模拟法庭等都是案例教学法的成功应用。我国案例教学法自1979年从哈佛大学引入后，也得到了较好的应用，尤其是在管理学领域［1－3］。案例教学法除了知识、理论传授以外，在提高学生推理能力和解决问题的能力等方面相较于传统教学方法具有非常明显的优势。这与大学生最终培养目标相一致，因此受到各高校、各专业的重视。传统化工热力学教学主要以灌输的方式向学生传授知识，对学生学习潜能、思维能力的开发和培养极其不利。尤其化工热力学课程内容抽象而繁杂，很难激起学生学习兴趣。为改善化工热力学教学情况，提高教学效果，很多高校的很多老师都在教学方式方法等方面做了大量的研究、尝试和探索。关于案例教学法在化工热力学教学中应用的研究很多。如冯新等［4－6］将生活中常见的液化气、天然气的液化压缩和贮存、轮胎充气、高原反应等问题引入化工热力学教学，有效引导学生透过现象看本质，极大的提高了学生的学习兴趣。高光华等［7］将工程研究实例三元体系高压液液平衡测定与关联等引入化工热力学本科教学，对培养学生解决问题的能力和科学研究精神有很大帮助。张军、胡琳娜、张存等［8－11］都将案例运用到了实际的化工热力学教学中，并对教学效果进行了评价和分析，具有代表性的案例在教学中的应用，使得教学内容具象化，教学过程更加生动，对激发学生学习热情，培养学生实践精神和创新意识，提高教学质量确实有很大的作用。但在教学实践过程中也不可避免的出现了很多问题，教学效果与预期不符。本文针对教学过程中发现的问题，进行探索和分析，结合我校实际情况，尝试调整优化案例教学法的执行效果，使其尽可能发挥其应有的作用。

1案例教学法在化工热力学教学应用中存在的问题

1．1案例数量少，新颖性不足。目前在热力学教学过程中使用的案例多数都是经过几十年应用验证的，虽然相对来说内容和问题设计较为严谨，但因为内容涉及的很多领域区域性和时代性明显，并不适合各地区院校普遍化使用。尤其是对很多现代大学生来说，很多传统化工行业，如石油化工、合成氨等并没有什么吸引力，而新兴的化工行业，如新能源开发、新材料新工艺等相关案例又几乎难以看到。案例数量少，可选择空间小，案例内容新鲜度不够都不利于案例教学法在课堂教学中有效运用。1．2案例内容设计过于专业化。化工热力学课程本身内容就比较抽象，专业性较强，对于基础不太好的同学来说学习起来非常吃力，也因此很难激发学生的学习兴趣。我们在课堂上采用案例教学法的其中最重要的一个目的就是增加趣味性，提高学生学习热情。如果案例内容专业性太强，学生没有什么工程实践经验，很难有切身体会，要运用对他们来说本就抽象艰涩的知识来解决高度专业化的问题，反而进一步增加了学习难度，难以达到教学目的。1．3案例教学组织不合理。案例教学法是培养学生发现问题、分析问题和解决问题能力的有效方法，但要想达到这样的效果，其具体实施过程的设计就至关重要。每门课程都具有自己独特的个性，根据课程内容特点，有针对性的设计课堂教学组织形式是案例教学法顺利开展的关键。化工热力学学习关键在于原理的理解、模型的构建及其二者在解决实际问题上的应用。需要将抽象理论与实际工程问题有机结合，如果粗放的将各种案例通过问题设置、小组讨论、教师总结的形式组织开展，教学效果将大打折扣。1．4总结不到位，后继乏力。案例教学由于案例本身的设计、过程控制等问题的存在，其执行结果本来就很难预测，到最后通常又以教师对案例中涉及到的理论、原理等知识的总结延伸，讨论过程中出现的问题、学生表现的总体评价等为结束。学生撰写的总结报告良莠不齐，如果不能进行针对性的考核评价，引起学生的足够重视，以个别案例讨论的小结为相关内容全部结束，学生能力培养只能是空谈。

2有效提高案例教学效果的建议

摘要:论文介绍了基于能源工程系实施“能源类招生、平台培养”的状况，“工程热力学”课程组制定了一流本科课程建设方案，其中“青年教师高效培养模式”“PPT课件+翻转课堂的教学模式”“课程教学内容取舍的探索研究”“制作多个专题的多媒体课件”等具有一定创新性和可操作性，实践环节也取得了一定教学效果。

关键词:工程热力学;课程建设;课堂;多媒体课件

1绪论

根据《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》和《河北省教育厅关于开展一流本科课程建设的通知》，河北建筑工程学院制定了一流本科课程建设实施方案，组织申报了一流本科课程建设项目。2019年能源工程系实施能源类专业大类招生、平台培养的教学改革举措，成立“工程热力学”课程组，获批了校级线下一流课程建设项目。“工程热力学”课程组结合普通高校学生学习状况及特质，确定课程建设目标和实施方案，以提高青年教师教学水平为契机，改善目前课堂“学生沉默状态”，焕发课堂生机活力;以提升学生综合能力为重点，重塑课程内容，创新教学方法及手段，较好发挥课堂教学主阵地、主渠道、主战场作用。对于非一流高校，作为多年学校重点建设课程，“工程热力学”课程组先期做了一些教学教改工作，主讲教师除优化课堂教学外，在教学方法、教学内容和教学手段上都在努力探索与实践，比如:“启发式”“互动式”等教学模式;研制工程热力学多媒体课件;研制出开闭卷题型的试题库等;同时积极申报教研项目、发表教研论文，编写教材，并取得成果如下:(1):《热工基础课程教学的探讨》《工程热力学典型题的教学探讨》。(2)完成教研项目:《分析方法研究填埋气供暖技术应用》(省级);《工程热力学优秀课程建设》(校级);《专业基础课教学中提高学生专业素质的研究与实践》(校级)。(3)教材及获奖:能源工程系教师合编教材《热工基础》，普通高等教育“十一五”国家级规划教材，中国电力出版社出版，获得河北建筑工程学院优秀教材一等奖;课程组制作《朗肯循环》微视频获学校第一届微课大赛三等奖。

2结合目前教学中存在的问题，围绕学校一流本科课程

建设目标和建设内容，制定课程建设方案并实施由于“工程热力学”理论性强、难点内容较多、概念抽象等，学生钻研精神不足，个别学生基础薄弱，存在不及格率较高、难点内容学不透彻、课堂积极性调动不起来等问题，课程组从以下几方面做了课程建设探索与改革。2．1以培养培训为关键点提升教师教学能力，使教师队伍真正强起来“工程热力学”课程组成员5人，职称、年龄结构匹配合理、学历层次也较高。目前存在主要问题:2个近三年入职的教师，对课程难点内容的理解不够深入;面对基础课程理论性强、概念抽象的特点，如何引导学生深入浅出，激发课堂兴趣等还存在很大问题;教学多年的教师也面临“课程难点内容是否讲解透彻”“学生对难点内容理解效果如何”等问题。课程组针对问题采用如下措施:(1)采取“一对一培养模式”“高效培养模式”，发挥好“传帮带”作用。一名老教师对应培养一名青年教师，二者共同承担教学任务，青年教师多上讲台，从教学内容、教学环节“全程”指导，改变过去青年教师助课一轮，二轮就直接上讲台的现象。听课信息及时反馈，对上课中存在严重问题，课程组集体讨论。培养计划可以指定3～5年，改变青年教师“自我成长”“自我成熟”的现状，形成卓有成效的培养模式。(2)强化教学研究，定期集体备课、研讨课程“重点、难点内容”。课程组制定教学研究课题，比如“及损”“溴化锂吸收式制冷循环”等，申报教研项目，其中省教育厅项目《分析方法研究填埋气供暖技术应用》。课程组有业务能力强、丰富经验的主讲教师，也有新手需要培养，定期集体备课，共同研讨“重点、难点”教学内容及教学方法。考虑“大类招生、平台培养”的模式，课程组教师资源共享，统一选取教材，教学内容选取、习题选取等需要讨论。(3)青年教师培养与培训相结合，推动教师培训常态化。除了采取“一对一培养模式”“高效培养模式”外，课题组定期组织“课堂观摩课”，对重点、难点内容进行“讨论课”“培训课”，推动教师培训常态化。另外，创造条件和机会去参加省内外的教学研讨、一流课程建设培训，比如慕课培训等。2．2以提升教学效果为目的创新教学方法，采用翻转课堂式教学模式，使课堂活起来课程组基于如下思想:强化课堂设计，解决好怎么讲好课的问题，杜绝单纯知识传递、忽视能力素质培养的现象，采用翻转课堂式教学模式，具体做法如下:(1)对每一章内容进行“指导性学习”“讨论性学习”划分，“翻转课堂”讨论内容多选有工程应用背景等，其教学效果:强化师生互动、生生互动，杜绝教师满堂灌、学生被动听的现象。(2)对“翻转课堂”讨论内容的组织实施，将班级分设讨论小组，课外讨论、自学，每人写出讨论总结，课上进行汇总，将问题细化、透彻化，优化了“传统+翻转课堂”教学模式。通过“翻转课堂”互相讨论，可以培养学生多角度、批判性思维的能力。2．3采用“PPT课件+传统板书”的教学手段，课堂教学信息量大作为公式多，推导过程多的基础课程，大多数教师习惯板书表达，其中一位主讲教师曾在能源与动力工程专业的教学中采用“PPT课件+板书”，课堂教学内容丰富、信息量大，教学效果良好。课程组要求任课教师采用“PPT课件+传统板书”的教学手段，而且对PPT制作提出了一定要求，具体要求如下:(1)PPT课件制作要求与教材相匹配，可以插入动画、动态图、图片等，制作质量要求精良，保证图片清晰美观，如教材图片需要用CAD绘制等。(2)PPT课件制作中采用“超链接”，将公式推导过程完整的表达在“超链接”页面，清晰条理性好，与板书相比，节省了一些时间。(3)对PPT课件的教学内容也做了一定要求，基础课程具有“内容太细化，公式多、推导多”的特点，要求对“重点、难点内容”课件中描述完整、表达清楚。2．4作为能源大类招生的平台课，课程教学内容“取舍”探索研究能源工程系三个专业“建筑环境与设备工程”“能源与动力工程”“新能源工程”的平台课“工程热力学”，课程为56学时(6学时实验、50学时理论课)，工程热力学基本理论部分包括:基本概念、热力学第一定律、理想气体的热力性质及热力过程、水蒸气的热力性质及热力过程、热力学第二定律;应用部分主要包括:湿空气、气体与蒸汽流动(喷管)、蒸汽动力循环、制冷循环。对于三个专业的平台培养，若学时足够，应用部分全部细讲比较好，但目前学时偏少，如何对教学内容作取舍，总思路:应用部分内容要求满足应知应会的基本要求;对后续课程学习所用较少的难点知识，采取“舍”，采取指导性学习方式;对工程应用较多的重点知识，采用“多取”，重点讲解、讨论等方式强化。大致教学内容上做如下调整:(1)基本理论部分:“基本概念”学时量减少，重点概念“可逆过程”“热力循环”学生写学结;“热力学第一定律”精讲，概念、推导及应用，做重点讲解;“理想气体性质及过程”学时量减少，有些内容只讲“枝干”，“细节”内容安排自学;“水蒸气性质及过程”精讲，重点“水蒸气热力性质表、图”“水蒸气热力性质软件”重点介绍;““热力学第二定律”是教学难点，是高等工程热力学的基础、考研必考内容，后续课程及工程应用很少，处理方法:框架讲解，考研学生在线辅导、在线讲解。(2)应用部分:基于三个专业的平台教学，应用部分内容的选取更难，“湿空气、制冷循环”是“建筑环境与设备工程”的教学重点，“气体与蒸汽流动(喷管)、蒸汽动力循环”是“能源与动力工程”的教学重点，相对“新能源工程”内容分量差别不大。在课程学时偏少情况下如何平衡选取?课程组作如下考虑:由于基本理论部分教学内容、教学手段作了调整，学时上有结余，应用部分的内容全部选取，重点、难点内容做精讲，其他部分采用指导、讨论、自学的方式。2．5激发学习动力和培养专业志趣，制作多个专题的多媒体课件对某些专题做课件，包括热力发电循环、磁流体发电、太阳能热利用、热管、燃料电池、半导体制冷、热泵等技术专题。对制作专题的多媒体课件的内容及形式说明:(1)“热力发电循环、热泵”专题内容，能量转换基本原理学生已掌握，需要对实际循环与理论循环简介，对工程实际应用及国内外技术发展前沿介绍，采取插入视频、著名学者学术研讨报告等。获得实践的教学效果:学生深入理解重点知识、培养分析解决综合问题的能力。(2)“磁流体发电、太阳能热利用、热管、燃料电池、半导体制冷”专题内容，作为新能源、新技术介绍给大家，了解该课程应用方面的新能源技术，提高学生综合专业素质，也采取插入视频、著名学者学术研讨报告等方式，专题课件报告在学生开设课程中穿插，培养了学生学习课程的兴趣，开阔了学科领域视野。2．6以激发学习动力和专业志趣为着力点，完善学习过程的评价，使学生忙起来基础课程枯燥难懂，对重点难点分组讨论学习，讨论过程及评价的实施可以课堂内外、线上线下;讨论学习内容分为“深入研究型”“问题探究型”等，提升课程学习的深度;讨论学习成绩评定形式采用“论文式”“报告答辩式”等;具体做法如下:(1)对每一章的“知识节点”进行“深入研究型”“问题探究型”等划分，分配给讨论学习小组;教师需写出讨论提纲、提出问题等。该内容可以课堂内外、线上线下实施。(2)对“翻转课堂”讨论的内容，实施过程进行量化打分，作为学生综合成绩评定。

一、采用激励启发方式组织课堂教学

工程热力学课程的特点是理论性强、概念抽象，教学难度大。在缺少专业工程背景的情况下，学生在学习过程中普遍感觉较为困难，甚至茫然不知所云。如何使学生能够较好地掌握教学内容及热力学基本内容，是工程热力学课程教学的根本所在。在多年的教学过程中，我们发现在课堂教学中，除了需要借助优美的PPT多媒体课件来展示热力学过程，更需要激发学生学习热力学的兴趣，在引入一些工程实例的基础上，激励学生去思考，及时地与学生就教学内容进行讨论，促进学生对知识点的掌握和领悟。与常规教学方法相比，课堂教学不再是文字、公式的罗列，PPT动画的简单演示，而是把教学的核心放在启迪学生对热力学概念、原理的思考及把握上，使学生在学习课程内容的同时，熟悉热力学的系统内容、章节间的逻辑关系、基本原理等，形成对热力学的一种系统的总体的认识和把握，而不是零散地去背诵记忆一些片段。通过这种激励启发式的教学，使学生做到理论和实际工程案例的结合，从而使热力学知识很好地固化在学生的大脑中，并且达到灵活应用的目的。激励启发式教学，需要教师在课堂教学前充分准备，精心设计课堂教学内容的每个环节，围绕章节内容中的重点知识内容，设计问题及启发实例，并完成课堂互动讨论的教学组织，在此过程中需要教师饱含激情和较好的耐心，使学生在严肃活泼的氛围中掌握热力学的相关知识。

二、改进课堂教学PPT，增加工程实例

工程热力学作为一门专业基础课，与工程实际密切相关。在教学过程中，需要有很多的工程问题作为背景。以教科书为单一内容的PPT演示，并不能满足课堂学生学习的需要。为了提高学生学习热力学的兴趣及深入掌握热力学知识，迫切需要在传统课件中加入工程实例，利用多媒体技术全面展示热力学的工程应用，使学生在工程案例的演示中发现并体会工程热力学的重要性及美感。通过工程案例的学习，使课堂教学内容图文并茂，声像结合，使学生在多方位、立体化地形成认知并达到对热力学知识的理解、分析、记忆、掌握和应用。对于热力学工程案例，我们选取了真空做功、制冷循环，内燃机等工程机械作为实例，进行详细分析和讲授。工程案例的引入，将实际生活中与热力学相关的问题引入到教学中，用所学知识来解释工程问题，在讲解中让学生明白热力学知识可以解决本专业涉及的实际专业问题，从而实现“从理论中来，到实践中去”，实现对创新型人才的培养。

三、将工程热力学的学习融入大学生创新项目中

在创新型人才培养中，需要提升学生运用基础理论进行学术研究的能力和具有工程应用背景的有关开发、设计的能力。大学生创新项目的实施，有利于促进高校培养具有创新意识和能力的新型人才，促进高校探索并建立以科研活动为中心的教学模式，倡导以学生为主体的本科人才培养和研究性学习教学改革，充分调动学生主动学习的积极性、创新思维和创新意识，同时在项目实施中使学生逐渐掌握思考问题、解决问题的能力。结合大学生创新项目，结合建筑环境与能源应用工程的专业特点，在指导学生大创项目时，将热力学第一定律、热力学第二定律和卡诺定律应用其中，使学生明白能源利用的守恒性，以及如何提高热力循环的效率，减少不可逆损失，这些都成为学生应用所学知识来解决实际问题的一种锻炼。学生在科研项目中，深化了对热力学知识的认识，同时提高了自己思考问题、解决问题的能力。同时，鼓励学生积极参加各类挑战杯、建筑节能比赛、机械创新设计大赛等，通过这些竞赛活动进一步提升自己的创新能力。

一、关于化学平衡常数及其推导的讨论

标准平衡常数与△G

气体反应：aA+dDgG+hH

等温等压下，热力学推导证明：

△G=△+RTln

上式称为化学反应的等温方程式。

一、关于化学平衡常数及其推导的讨论

标准平衡常数与△G

气体反应：aA+dDgG+hH

等温等压下，热力学推导证明：

△G=△+RTln

上式称为化学反应的等温方程式。

1工程热力学课程教学改革与实践的相关概述

工程热力学是动力工程、机械工程、能源工程等专业的一门传统的技术基础课程，是资源利用率最大化的一种技术，是我们国家高等教育的重要组成版块。目前，我们国家对能源利用率的要求越来越高，对环境保护质量也相对提高，工程热力学课程教学改革对提高能源的利用效率起着至关重要的影响作用。尤其是面对未来生产的发展对能源动力需求迅速增加的趋势,许多相关联的热力工程技术、环境保护技术都需要工程热力学作为其研究的理论基础。工程热力学是一门综合性比较强的学科，并且在实际的生产与生活中其应用价值极高。在课程教学与实践过程中教师不容易清晰明了的讲授清楚工程热力学的相关理论知识，学生也不易掌握基本的公式、概念与相关方面的条件。不仅如此，在实践活动中学生不能够灵活的运用所学的课堂教学知识进行实验，这就大大降低了工程热力学的实际运用价值，削弱了工程热力学的课程教学质量。工程热力学是一门比较基础的课程，也是建筑环境与设备工程等相关专业学生应当掌握的基础学科，同时也是学生进行研究创新的基本前提。工程热力学是研究动能、机械能与热能的基本学科，也是研究三者之间关系的重要理论知识，主要讲述三者之间能量的转换趋势与规律。

建筑、机械与其他工业产业利用工程热力学来提高生产效率，提高资源利用率，以此实现降低成本得目标，这也是经济可持续发展的重要保证。目前我们国家的工程热力学的教学质量亟待提高，教学方式与课程教学内容急需改革，并且其实践过程中的运用效率偏低，这就需要我们针对工程热力学的特征与现状进行课程教学改革，提高其实践效率。课程教学改革是指在教育体制改革的背景下，课程内容与课程教学方式也应当发生相应的变化。课程改革的重点应当放在课程实施工作之上，课程的实施依赖课程的教学质量，因此我们必须充分重视课程教学改革的重要性。随着我国新一轮基础教育课程改革的推进，如何在新课程理念的指导下改革工程热力学课堂教学，把先进的教学理念融入到日常的教学行为之中，已日益成为工程热力学教师和教学研究人员关注和探讨的热点问题。工程热力学课程教学实践是指教师在讲授工程热力学知识的时候应当充分的结合其实际情况，将实践活动与课堂理论知识讲授充分的融合，这样才能够提高学生的课程学习质量，帮助学生掌握更加丰富的工程热力学知识。课程教学实践是提高学生实际操作能力的平台，也是提高工程热力学课程教学质量的重要基础，关系到教学质量与国民经济的发展速度。实践是检验真理的唯一标准，因此在工程热力学课程教学改革过程中应当将其改革的内容付诸实践，这有这样才能够检验其改革的内容是否符合教育体制改革发展的总目标。在实际的课程教学过程中，教师、研究者与学生应当提高实践活动的强度，改善当前的现状，为提高工程热力学课程教学改革质量奠定基础。

2工程热力学课程教学改革与实践的过程中存在的主要问题

当前我们国家的高等院校和高职院校对工程热力学课程教学的重要性认识不足，没有充分的认识到工程热力学教学质量与工业生产、环境保护、资源利用率提高等之间的关系。工程热力学对学生综合能力的提高有着不可或缺的作用，因此我们必须充分的探析在工程热力学课程教学改革与实践过程中存在的主要问题，这样才能够详细的了解其改革现状，为提高课程改革质量奠定良好的基础。

（1）国家教育部门与高等院校、高职院校等教育机构对工程热力学课程教学改革与实践工作的重视程度偏低，没有充分的认识到工程热力学课程教学改革与实践对提高教学质量、促进教育体制改革进程、提高经济发展质量与速度之间的关系。工程热力学是一门综合性比较强的学科，并且也是建筑专业、环境保护与机械设计等专业的基础课程，关系到这些工程热力学相关专业的发展前景。相关的教育部门与组织在资金投入、技术支持、人才引进等方面相对短缺，严重的影响了工程热力学课程教学改革与实践的进程，没有投入更多的基础设备让学生参与实践。这样下去就会严重的泯灭学生的学习积极性和创新性，不利于提高工程热力学课程教学改革的质量与效率。

教学目标

知识目标

1．知道温度表示物体的冷热程度．

2．知道温度计的构造、原理以及摄氏温度的规定．

3．常识性了解摄氏温度和热力学温度的关系．

能力目标

摘要物理空间是热力学平衡的能量系统，可以在激发条件下相变并产生量子化能量。自由量子与空间的结合使之以光速运动。自由能量与空间的作用是最基本的物理相互作用，也是其他物理相互作用的基础，是热力学、量子力学、相对论三者统一的基础。时间的方向就是能量运动的方向。黑洞内部空间可能正是自由物理空间。

关键词空间热力学平衡相变量子自由能相对论时间熵场黑洞宇宙统一场

微观物质运动与宏观宇宙运动的自然逻辑关系是不言而喻的，但是作为这两个物理领域的主导理论体系，量子理论与相对论的统一却至今未能实现（1、2）。注意到普遍的物质运动遵从热力学规律，如果相对论和量子理论分别与热力学互洽，它们之间必定统一。

设计一个理想的热力学平衡系统，该系统应当满足以下条件：1、允许在系统内（包括系统边界）随机选择任意多的检测点，点的大小是检测手段可能实现的最小范围（点区域）。2、允许以任何可能方式对“点区域”的能量状态进行检测。3、任意两个不同点的检测结果差异都在检测水平之下。如果检测在任意精细的水平上进行，满足上述三个条件的热力学系统是检测意义上的热力学绝对平衡系统。

因为热力学第二定律要求封闭系统的熵随时间增大，所以同时设计检测意义上的热力学绝对平衡系统在相当长的时间跨度上的熵增也在检测水平之下，该系统即时间意义上的热力学绝对平衡系统。一个检测意义与时间意义上的热力学绝对平衡系统理论上拥有最大的系统熵，系统在获得最大无序程度的同时在大跨度时间内也拥有最大的系统稳定程度。一个长时间保持系统状态不变的、封闭系统的热力学性质接近上述热力学绝对平衡系统。

如果给这个系统输入一个量子的能量，会发生什么？

[摘要]对热寂说的历史进行了较系统的考察，并对其产生的社会影响及批判作了较系统的探讨和阐述。全文分四部分：一、全面回顾了在科学史上热寂说是怎样提出的，以及一经提出后引发的各种争论及争论的焦点；二、分析了热寂说提出后产生的重大社会影响；三、着重介绍及评述了对热寂说进行的各种批判，重点是对后世影响较大的两个代表性说法恩格斯对热寂说的批判及较流行的各种观点；四、阐述和探讨了“大爆炸”的宇宙理论及其三个强有力的直接论据，以及引力对宇宙膨胀的作用，从而最终证明宇宙热寂说是不可实现的。

[关键词]热寂说；熵增加原理；近代宇宙论

“热寂说”是热力学第二定律的宇宙学推论，它既是哲学上的一个原则问题，也是物理学上无法直接验证的问题，它的意义关系到包括生命物质在内的万物生长、发展和消亡的普遍规律以及人类和宇宙的未来等问题。所以一经提出，就一直受到科学界和哲学界的广泛关注并引起激烈的争论，但尚缺乏较全面的专论。本文试图对热寂说提出的历史进行较系统的考察，并对其产生的社会影响及批判作进一步的探讨和阐述。

一热寂说的提出

一般的热学和物理学史教科书都认为最早提出热寂说的物理学家是威廉·汤姆孙和克劳修斯。其实早在威廉·汤姆孙(W.Thomson)和克劳修斯(R.Clausius)一百多年前牛顿就已看出了他们后来提出的热寂说(heatdeath)。牛顿在其《光学》一书的疑问31(problems31)中描述了后人在一百多年后描述的可怕的宇宙毁灭景象：地球、行星、彗星和太阳这些物体，以及它们上面所有的一切，均将冷却和凝冻，变为非活性的物体。并且所有腐烂、生长、繁殖和所有生命现象，均将停止。所有的行星、彗星将不再能留在它们的轨道上运动。这就是说，牛顿在建立自己力学体系之初，就已意识到它的体系不能解释非弹性碰撞过程(实际上就是牵涉到热交换的过程)的不可逆性与宇宙稳定性的矛盾。为了解决这一矛盾，牛顿提出了“主动原理保持和补偿运动”的物理思想。他指出：“所以，有一种按照主动保持和补偿运动的必要性，这就是重力的原因。行星和彗星由这个原理保持在轨道上，降落时物体获得大的运动，由发酵的原因，动物的心脏和血液保持永恒的运动和热量。地球内的部分持续生热，某些部分变得很热……太阳保持剧热并可见，以其光使万物变热。除去归之于这些主动原理之外，我们在宇宙间遇到的运动很少。”从这段话可以看出，虽然牛顿带有过分强烈的思辨性，但他在设法超脱机械论的局限性，希望用非机械论的解释摆脱力学带来的困难。然而在他那个时代，当能量、能量守恒定律以及各种运动形态均未出笼时，他的设想是很难有什么积极的成果的。为此，他只好求助于上帝的存在，希望上帝给以支援。他在同一书中又指出：“上帝既是宇宙的创造者，又是宇宙的持续的保持者。”“没有他的治理和监督，就会一事无成。说宇宙是一架大机器，无需神的干预即可以运转下去，就如同一个时钟不需要钟表匠的帮助而继续运转那样，这种观念实际上是以把上帝说成是超凡的神灵为借口，想把天意和上帝对现实的统治排除掉。”

随后，欧勒、拉格朗日、拉普拉斯和泊松等一批物理学家和数学家从数学分析方面发展了力学，他们证明，太阳系中所有的变动都是周期性的，这种变动不仅在某一有限范围内进行，而且其增强或减弱的变化也是周期性的。因此，他们得出结论，认为太阳系具有一种稳定性，而且在无限长的时期里，这种稳定性是永远不会改变的。从而他们从物理思想中排除了上帝，这当然是一个了不起的进步，但他们却由此而忽视了牛顿对于不可逆过程的担心，并想彻底抛弃这种忧虑，而宣布太阳系(乃至整个宇宙)将永远稳定，应该说这也是物理思想史上的一次后退。

摘要：逆流换热器的热力学优化方法通常分为两类：熵产分析和火用效率方法。本文分析传热单元数和换热流体热容量变化情况下，应用过增元提出的温差场均匀性原则，对两种热力学优化方法进行比较。结果表明：在热容量恒定，传热单元数变化时，两种优化方法得出相反的结论，火用效率变化和温差场均匀性变化相一致，而熵产生数的变化在某些情况下却不然。由此从反映物理机制的角度建议选用火用效率作为换热器热力学优化的判据。

关键词：逆流换热器热力学优化温差场均匀性因子火用效率熵产

1．引言

换热器作为一种各工业领域广泛使用的设备，它的研究倍受重视。目前关于换热器的研究大致有两个方向，一是研究换热器传热强化，主要目的是提高换热器流体和固壁间的对流换热系数，进而提高换热器的效能。二是从可用能的角度研究换热器的热力学优化，包括换热器的熵产分析、火用效率分析等，从使换热过程不可逆性最小的角度来优化换热器。其中过增元提出的换热器温差场均匀性原则，一方面可以指导新的提高换热器效能的方法，另一方面也可以对换热器热力学优化做分析。本文是从温差场均匀性原则出发，将其应用于逆流换热器的优化过程，并对各种优化方法进行分析比较。

2．换热器温差场均匀性原则

过增元在1992年《热流体学》[1]一书中定义了温差场不均匀因子，应用于顺流、逆流和叉流换热器，发现在相同的传热单元数NTU、热容量比W和流体进口温度的条件下，逆流换热器温差场最均匀，效能也最高，熵产也最小。进而在1996[2]年定义温差场均匀性因子，提出了换热器热性能的温差场均匀性原则：在NTU和W一定时，换热器的温差场越均匀，其效能越高。并采用数值方法对13种换热器的温差场和效能进行了分析，验证此原则的正确性。通过熵产分析指出此原则是以热力学第二定律为理论依据的。同时针对叉流换热器，提出了分配换热面积来改善换热器性能的新方法。过先生又在2002[3]年给出了简单顺流、逆流、叉流换热器温差场均匀性因子的解析表达式，同时通过实验的方法对此原则进行了验证，针对多流程叉流换热器，举例说明用改变管路连接的方法来改变温差场均匀因子，进而改变换热器的效能。在2003[4]年提出基于温差场均匀的场协同原则，同时将此原则应用于多股流换热器中，提出换热器传热性能的高低取决于冷热流体温度场的协同程度，而不是流动方式。