《傳熱學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE - 9 -本科生課程大綱課程名稱傳熱學(xué)Heat Transfer課程代碼082102101279課程屬性學(xué)科基礎(chǔ)課時/學(xué)分48/3課程性質(zhì)必修實(shí)踐學(xué)時4責(zé)任教師 課外學(xué)時課程屬性：公共基礎(chǔ)/通識教育/學(xué)科基礎(chǔ)/專業(yè)知識/工作技能，課程性質(zhì)：必修、選修課程介紹課程描述：傳熱學(xué)是研究熱量傳遞過程規(guī)律的一門科學(xué)，是輪機(jī)工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。傳熱學(xué)內(nèi)容的實(shí)質(zhì)是三大守衡，即質(zhì)量守衡，動量守衡與能量守衡；是自然界最基本的定律在熱傳遞現(xiàn)象中的體現(xiàn)。本課程包括傳熱學(xué)的基本概念、基本理論和基本計(jì)算方法，培養(yǎng)和建立學(xué)生的工程觀點(diǎn)和理論聯(lián)系實(shí)際解決工程實(shí)際問題的初步能力，并為學(xué)習(xí)后續(xù)的

2、專業(yè)課程提供必要的理論基礎(chǔ)支撐2.設(shè)計(jì)思路： 開課依據(jù)：對畢業(yè)要求的能力支撐矩陣1.1、2.2、2.3、4.1、4.2、4.3起到支撐作用。本課程使學(xué)生掌握熱量傳遞的三種基本方式及綜合傳熱過程所遵循的基本規(guī)律，學(xué)會對傳熱過程進(jìn)行分析處理和計(jì)算的基本方法，能運(yùn)用這些規(guī)律提出增強(qiáng)傳熱、提高熱經(jīng)濟(jì)性和削弱傳熱減少熱損失的途徑，具備分析工程傳熱問題的能力，并基本掌握換熱設(shè)備的兩種基本計(jì)算方法；結(jié)合熱工實(shí)驗(yàn)課，使學(xué)生掌握一定的傳熱實(shí)驗(yàn)的技能。課程內(nèi)容包括以下模塊：1.緒論 講清楚傳熱學(xué)的研究對象及其在科學(xué)、生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。應(yīng)使學(xué)生明確：本課程是一門研究熱量傳遞基本規(guī)律的課程，應(yīng)用這些基本規(guī)律，可以

3、為熱力設(shè)備的技術(shù)改造、能源的節(jié)約與開發(fā)服務(wù)。對熱量傳遞的三種基本方式，可分別引出傅立葉公式、牛頓公式和斯蒂芬-玻爾茲曼公式，然后說明工程實(shí)際問題的熱量傳遞過程往往不是按單一的方式進(jìn)行的，而是復(fù)雜的組合，從而引出傳熱過程的概念，為后面依此討論導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱提供整體觀念。 2.導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 重點(diǎn)說明傅立葉定律和導(dǎo)熱微分方程。扼要介紹導(dǎo)熱過程的微觀機(jī)理。指出傅立葉定律和導(dǎo)熱微分方程對穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題是共同適用的?？梢詮母盗⑷~定律或?qū)嵛⒎址匠坛霭l(fā)，推導(dǎo)通過平壁、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算公式，說明兩者獲得的結(jié)果是完全相同的。肋壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱作為一種典型問題，要講清楚微分方程的建立，計(jì)

4、算公式的推演，并指出其在工程上的多種應(yīng)用場合。對于具有內(nèi)熱源的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的分析解法，重點(diǎn)是講清楚它們的特點(diǎn)和求解思路。3.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 重點(diǎn)解釋非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的特點(diǎn)，指出非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程存在非正規(guī)狀況階段、正規(guī)狀況階段。講清楚集總參數(shù)法的簡化分析過程及使用條件。對一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析解，主要是通過分析解得到準(zhǔn)則間的關(guān)系式，并表示成諾謨圖，使學(xué)生能應(yīng)用諾謨圖進(jìn)行工程計(jì)算。對于特殊形狀的二維和三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的求解，只要求能應(yīng)用諾謨圖進(jìn)行工程計(jì)算，而不必進(jìn)行推導(dǎo)。對半無限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，主要使學(xué)生了解其對應(yīng)的物理問題和分析解的特點(diǎn)。 4.導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法 講清楚導(dǎo)熱問題數(shù)值求解

5、的基本思想及步驟。利用泰勒級數(shù)展開法和能量守恒法來推導(dǎo)內(nèi)節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)差分方程式，介紹采用高斯塞德爾迭代法求解代數(shù)方程組的過程。對非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法，主要是讓學(xué)生了解非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)的差分格式及相應(yīng)的特點(diǎn)。本部分內(nèi)容，還可選擇實(shí)際計(jì)算例題，讓同學(xué)進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程求解。 5.對流換熱 講清楚邊界層的基本概念和影響對流換熱的因素。對流換熱的微分方程組應(yīng)包括換熱微分方程、能量方程、動量方程及連續(xù)性方程。后兩個方程可以引用流體力學(xué)的知識，不一定進(jìn)行推導(dǎo)。對流換熱原理部分，重點(diǎn)講清沿平板流動的層流邊界層積分方程組及其求解?？刹捎孟嗨品治龇ɑ蛄烤V分析法分析對流換熱過程中所包含的有關(guān)無量綱量。 重點(diǎn)講解各種典型

6、對流換熱過程的物理圖解。介紹圓管內(nèi)、非圓形通道內(nèi)、橫掠單管及管束換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。介紹大空間和有限空間情況下自然對流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。通過學(xué)習(xí)，要使學(xué)生能正確和熟練運(yùn)用這些實(shí)驗(yàn)關(guān)系式進(jìn)行一般工程的計(jì)算。 6.凝結(jié)與沸騰換熱 介紹珠狀凝結(jié)與膜狀凝結(jié)換熱現(xiàn)象，講述膜狀凝結(jié)換熱的計(jì)算公式，討論影響凝結(jié)換熱的主要因素。講清楚大容器飽和沸騰曲線上核態(tài)沸騰與膜態(tài)沸騰及臨界熱負(fù)荷。介紹大容器飽和核態(tài)沸騰與臨界熱流密度的計(jì)算公式，討論影響沸騰換熱的主要因素。 7.熱輻射基本定律及物體的輻射特性 對于熱輻射的本質(zhì)、基本特征和基本定律的講解，應(yīng)與物理學(xué)的知識有所銜接，已學(xué)過的內(nèi)容只須作適當(dāng)?shù)膹?fù)習(xí)即可，但對基爾霍夫

7、定律應(yīng)指出其對單色輻射也是正確的。講清楚選擇性表面的概念。在輻射換熱部分，應(yīng)著重講述在簡單幾何條件下灰體間的輻射換熱計(jì)算方法。介紹系統(tǒng)黑度的概念和確定角系數(shù)的方法。講清楚應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法求解多灰體表面系統(tǒng)的輻射換熱問題。 8.傳熱過程分析與換熱器計(jì)算 應(yīng)當(dāng)再次強(qiáng)調(diào)熱量傳遞的三種基本方式常常不是單獨(dú)存在，而是組合起作用的。講述既有對流換熱又有輻射換熱的復(fù)合換熱的計(jì)算方法。講清楚傳熱系數(shù)的組成，并應(yīng)用熱阻概念分析傳熱過程，使學(xué)生學(xué)會管道熱絕緣計(jì)算的基本方法。介紹工程上典型的換熱器型式，要求學(xué)生會用平均溫差法及效能單元數(shù)法進(jìn)行換熱器的熱力計(jì)算，懂得強(qiáng)化傳熱的基本原則、基本手段及常用的隔熱保溫技術(shù)。 9.傳

8、熱專題講座 可選擇2-3個有關(guān)傳熱問題的專題進(jìn)行介紹，以開闊學(xué)生的知識面，部分內(nèi)容也可采用與學(xué)生討論的方式進(jìn)行。3. 課程與其他課程的關(guān)系：課程以高等數(shù)學(xué)、普通物理學(xué)、工程熱力學(xué)和流體力學(xué)為先修課程。為使課程的內(nèi)容相互銜接，高等數(shù)學(xué)中應(yīng)包括：泰勒級數(shù)在近似計(jì)算中的應(yīng)用、場論、傅立葉級數(shù)、線性方程組的解及偏微分方程的數(shù)值解法。在流體力學(xué)中，應(yīng)對層流邊界層理論進(jìn)行講述。二、課程目標(biāo)傳熱學(xué)是熱能動力工程專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。它應(yīng)該使學(xué)生獲得比較寬廣的和鞏固的有關(guān)熱能傳遞的基本理論知識、相應(yīng)的分析計(jì)算能力以及一定實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。它不僅為學(xué)習(xí)專業(yè)知識提供必要的理論基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)提高學(xué)生分析和解決工

9、程實(shí)際問題能力的重要環(huán)節(jié)之一。學(xué)生在學(xué)完本課程后，應(yīng)達(dá)到以下基本要求; 1掌握熱量傳遞的三種基本方式及傳熱過程所遵循的基本定律，學(xué)會對傳熱過程進(jìn)行解剖處理和分析計(jì)算。 2掌握導(dǎo)熱的基本定律，能對無內(nèi)熱源的簡單幾何形狀物體在常物性條件下的導(dǎo)熱進(jìn)行熟練的分析計(jì)算，并對較復(fù)雜導(dǎo)熱問題的數(shù)值求解途徑有所了解。 3較深刻地了解各種因素對對流換熱的影響，對強(qiáng)制對流換熱、自然對流換熱的有關(guān)準(zhǔn)則有正確的理解，并能熟練地運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算。了解凝結(jié)和沸騰換熱現(xiàn)象的分類、特點(diǎn)及影響因素。 4理解有關(guān)熱輻射的基本概念，掌握熱輻射的基本定律，能熟練地對被透明介質(zhì)隔開的兩固體表面間的輻射換熱進(jìn)行計(jì)算。了解氣體輻

10、射的特點(diǎn)。 5會利用平均溫差法和效能單元數(shù)法對換熱器進(jìn)行熱計(jì)算，了解強(qiáng)化傳熱的原則、手段和常用的隔熱保溫技術(shù)。 6通過實(shí)驗(yàn)，初步掌握溫度測量、熱量測量、流量測量等的基本方法和技能，對安排實(shí)驗(yàn)、選擇測量儀表、正確進(jìn)行測量、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和書寫實(shí)驗(yàn)報告等能力進(jìn)行初步訓(xùn)練三、學(xué)習(xí)要求傳熱學(xué)是一門涉及到能源、經(jīng)濟(jì)、工程和技術(shù)等諸多學(xué)科綜合性的專業(yè)基礎(chǔ)課程。作為輪機(jī)工程師，在校期間要有扎實(shí)的理論知識和運(yùn)用專業(yè)知識解決實(shí)際工程問題的能力。要達(dá)到以上學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生必須：1.按時上課，上課認(rèn)真聽講，積極參與課堂討論、作業(yè)典型案例分析。2.保證保量的按時完成課下作業(yè)。本課程將包含較多的課后作業(yè)、討論

11、、小組作業(yè)等課堂活動。3.認(rèn)真參與實(shí)驗(yàn)活動。獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報告。 四、教學(xué)進(jìn)度序號專題或主題計(jì)劃課時主要內(nèi)容概述實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容或課外練習(xí)等1緒論21.傳熱學(xué)的研究對象及其在科學(xué)、生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。2.對熱量傳遞的三種基本方式，可分別引出傅立葉公式、牛頓公式和斯蒂芬-玻爾茲曼公式。分析工程實(shí)際問題的熱量傳遞過程案例2導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱6+21.傅立葉定律和導(dǎo)熱微分方程。導(dǎo)熱過程的微觀機(jī)理。2.平壁、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算公式3.肋壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱4.具有內(nèi)熱源的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，5.二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題.相應(yīng)內(nèi)容的課外練習(xí)，液體導(dǎo)熱系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)3非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱61.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的特點(diǎn)，集總參數(shù)法的簡化分析過程及使

12、用條件。2.一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析解應(yīng)用諾謨圖進(jìn)行工程計(jì)算。3.特殊形狀的二維和三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的求解相應(yīng)內(nèi)容的課外練習(xí)4導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法41.導(dǎo)熱問題數(shù)值求解的基本思想及步驟。2.泰勒級數(shù)展開法和能量守恒法來推導(dǎo)內(nèi)節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)差分方程式，采用高斯塞德爾迭代法求解代數(shù)方程組的過程。3.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法。本部分內(nèi)容，還可選擇實(shí)際計(jì)算例題，讓同學(xué)進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程求解。5對流換熱10+21.邊界層的基本概念和影響對流換熱的因素。2.對流換熱的微分方程組。3.對流換熱原理4.圓管內(nèi)、非圓形通道內(nèi)、橫掠單管及管束換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。5.大空間和有限空間情況下自然對流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。 相應(yīng)內(nèi)容的

13、課外練習(xí)，強(qiáng)迫對流換熱實(shí)驗(yàn)6凝結(jié)與沸騰換熱41.珠狀凝結(jié)與膜狀凝結(jié)換熱現(xiàn)象，膜狀凝結(jié)換熱的計(jì)算公式，影響凝結(jié)換熱的主要因素。2.大容器飽和沸騰曲線上核態(tài)沸騰與膜態(tài)沸騰及臨界熱負(fù)荷。影響沸騰換熱的主要因素。相應(yīng)內(nèi)容的課外練習(xí)7熱輻射基本定律及物體的輻射特性81.熱輻射的本質(zhì)、基本特征和基本定律2.基爾霍夫定律3.簡單幾何條件下灰體間的輻射換熱計(jì)算方法。4.系統(tǒng)黑度的概念和確定角系數(shù)的方法。5網(wǎng)絡(luò)法求解多灰體表面系統(tǒng)的輻射換熱問題。相應(yīng)內(nèi)容的課外練習(xí)8傳熱過程分析與換熱器計(jì)算 41. 工程上典型的換熱器型式。2.平均溫差法及效能單元數(shù)法進(jìn)行換熱器的熱力計(jì)算。 相應(yīng)內(nèi)容的課外練習(xí)，案例專題分析五、參考教材與主要參考書1、選用教材： 1 楊世銘、陶文銓. 傳熱學(xué)(第四版)M. 北京：高等教育出版社. 20062、主要參考書： 1 Holman J. P. Heat TransferM. New York：McGraw Hill Book Company. 2002 2 章熙銘. 傳熱學(xué)(第四版)M. 北京:中國建筑工業(yè)出版社. 2001六、成績評定（一）考核方式 A ：A.閉卷考試