《內燃機熱負荷與熱強度》課程教學大綱（本科）

1、內燃機熱負荷與熱強度Thermal loads and Strength of Internal Combustion Engine課程代碼：04410096學分：2學時：32 （其中：課堂教學學時：28 實驗學時：4 上機學時：0 課程實踐學時:0 ） 先修課程：熱力發(fā)動機構造、傳熱學、內燃機學、熱能與動力工程測試技術 適用專業(yè)：能源與動力工程（動力機械工程及自動化）教材：內燃機熱負荷與熱強度、肖永寧、機械工業(yè)出版社、1988年出版。一、課程性質與課程目標（一）課程性質（需說明課程對人才培養(yǎng)方面的貢獻）內燃機熱負荷與熱強度是動力機械工程及自動化專業(yè)本科生的一門理論性與實踐性很強的 專業(yè)選修課

2、，應在修完專業(yè)課后講授，它建立在發(fā)動機構造、大學物理、內燃機學、傳熱學等課程 的基礎之上。通過本課程教學使動力機械及自動化專業(yè)及相關專業(yè)的本科生掌握內燃機中傳熱與溫 度分布的基本規(guī)律，本課程重視理論與實踐的結合，培養(yǎng)學生分析內燃機熱負荷故障、提高內燃機 可靠性及綜合性能指標的能力；同時，可為學生畢業(yè)就業(yè)于汽車相關行業(yè)進行設計、動力機械應用、 工程問題解決方案等提供先期條件，也可為進一步深造提供一定的科研基礎。（二）課程目標（根據(jù)課程特點和對畢業(yè)要求的貢獻，確定課程目標。應包括知識目標和能力 目標。）課程目標1:掌握內燃機中傳熱現(xiàn)象的基本規(guī)律，熟悉內燃機受熱零件溫度場分布特征。課程目標2： 了解

3、內燃機結構因素及運轉因素對內燃機熱負荷的影響規(guī)律。課程目標3：掌握內燃機受熱零件穩(wěn)態(tài)溫度和瞬態(tài)溫度的測量方法。課程目標4：掌握內燃機傳熱與熱負荷的試驗方法、測試技術及數(shù)值模擬理論與技術。課程目標5：培養(yǎng)學生分析內燃機熱負荷故障、提高內燃機可靠性及綜合性能指標的能力。注：工程類專業(yè)通識課程的課程目標應覆蓋相應的工程教育認證畢業(yè)要求通用標準；（三）課程目標與專業(yè)畢業(yè)要求指標點的對應關系（認證專業(yè)專業(yè)必修課程填寫）2017年09月22 日.畢業(yè)要求1-1:具有系統(tǒng)的能源與動力工程專業(yè)知識，能夠將數(shù)學、自然科學、工程基 礎和專業(yè)知識用于解決能源與動力工程領域的復雜工程問題，了解能源與動力工程專業(yè)的前沿

4、發(fā)展 現(xiàn)狀和趨勢。.畢業(yè)要求2-1:掌握文獻檢索、資料查詢及運用現(xiàn)代信息技術獲取相關信息的基本方法, 能夠應用數(shù)學、自然科學基本原理，通過文獻研究，識別、分析相關工程問題，獲得有效結論。.畢業(yè)要求3-1:能夠設計滿足特定需求的動力機械系統(tǒng)、部件或工藝流程，在設計環(huán)節(jié) 中能體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。.畢業(yè)要求4-1:具有一定的科學研究能力，能對動力機械相關工程的設計方案和試驗數(shù) 據(jù)進行分析，并通過信息綜合獲得合理有效的結論。.畢業(yè)要求9-1:具有團隊合作和在多學科背景環(huán)境中發(fā)揮作用的能力，理解個體、團隊 成員以及負責人的角色。程目標 畢業(yè)要求指蔡課程目標1課程

5、目標2課程目標3課程目標4課程目標5畢業(yè)要求1-1畢業(yè)要求2-1畢業(yè)要求3-1畢業(yè)要求4-1畢業(yè)要求9-1注：課程目標與畢業(yè)要求指標點對接的單元格中可輸入也可標注“H、M、L-o二、課程內容與教學要求（按章撰寫）第一章傳熱基礎（一）課程內容（1）熱傳導（2）對流換熱（3）熱輻射（二）教學要求（1）理解導熱基本定律，能夠求解多層平壁導熱和多層圓柱壁導熱。（2）理解對流換熱的基本概念、特點和分類，掌握熱邊界層厚度與流動邊界層厚度的區(qū)別和聯(lián) 系，了解對流換熱微分方程組的邊界單值性條件。（3）掌握熱輻射在機理上與導熱和對流的區(qū)別，理解普朗克定律、維恩（位移）定律和斯忒芬 波爾茲曼定律，并能夠靈活應用它

6、們解釋一些輻射規(guī)律。（三）重點與難點.重點傳熱學的基礎概念：熱傳導、溫度場、對流換熱、熱輻射、黑體、鏡反射、漫反射、全反射、 輻射力和輻射強度；傳熱學的基本定律：傅里葉定律、普朗克定律、維恩（位移）定律和斯忒芬- 波爾茲曼定律；對流換熱過程的邊界條件；熱輻射與導熱、對流在機理上的區(qū)別。.難點維恩（位移）定律的理解與應用。第二章內燃機氣缸內的傳熱（一）課程內容（1）氣缸內的熱流（2）瞬時放熱系數(shù)a基本公式的現(xiàn)狀和研究（3）各種參數(shù)對放熱系數(shù)的影響（二）教學要求（1） 了解氣缸內的傳熱過程，理解氣缸內熱流的求解方法。（2）理解瞬時放熱系數(shù)&的兩類基本公式，掌握各個公式的優(yōu)點和缺點，知道其適用范圍。

7、（3）掌握放熱系數(shù)的影響因素，能根據(jù)具體情況進行選用公式。（4）掌握兩類放熱系數(shù)公式的型式、形成、實驗條件和適用范圍，了解其局限性，對影響因素 綜合分析比較，能夠更好地研究發(fā)展。（三）重點與難點.重點氣缸內熱流的求解方法：根據(jù)傅里葉定律、實測燃燒室中壓力法、熱力損耗角法；努塞爾特 （Nusselt）公式、Overbye公式和Sitkey公式的特點；燃燒方式對放熱系數(shù)的影響，氣體溫度和壓 力對放熱系數(shù)的影響；零件不同位置的放熱系數(shù)。.難點燃燒方式對放熱系數(shù)的影響，由于內燃機燃燒組織方式對傳熱過程有重要影響。第三章活塞的熱狀態(tài)(一)課程內容(1)活塞熱狀態(tài)概述(2)活塞溫度的估算(3)活塞溫度場的

8、分析計算(4)有限單元法的理論與應用(5)設計和運轉參數(shù)對活塞熱狀態(tài)的影響(二)教學要求(1) 了解活塞的工作狀態(tài)，掌握活塞熱狀態(tài)的評價標準。(2)理解活塞溫度估算的三種基本方法，掌握各個方法的優(yōu)點和缺點，能夠運用圖表估算活塞 溫度。了解活塞溫度場分析計算的步驟，掌握活塞設計和運轉參數(shù)對活塞熱狀態(tài)的影響規(guī)律。(4)掌握有限單元法的基本概念和單元劃分規(guī)則，了解通用有限元軟件的邏輯順序。(三)重點與難點.重點活塞出現(xiàn)熱點的區(qū)域和局部溫度過高的破壞；冷卻方式對活塞散熱的影響；活塞溫度的估算方 法：傳熱平衡，經(jīng)驗公式，用圖表來估算；不同燃燒室的活塞頂/活塞裙溫度分布規(guī)律；采用噴油冷 卻和強制冷卻對活塞

9、溫度的影響；有限元的基本概念：有限元模型，自由度，節(jié)點，單元；單元劃 分規(guī)則，有限元軟件邏輯模塊。.難點冷卻方式對活塞溫度的影響，由于涉及油孔位置、大小及冷卻油流量等因素。第四章氣缸蓋和氣缸套的熱狀態(tài)(一)課程內容(1)氣缸蓋的熱狀態(tài)(2)渦流室和預燃室的熱狀態(tài)(3)排氣門的熱狀態(tài)(4)氣缸套的熱狀態(tài)(二)教學要求了解氣缸蓋工作狀態(tài)和評定缸蓋熱負荷的標志，掌握缸蓋火力面溫度分布規(guī)律和產(chǎn)生裂紋原因。(2)理解沸騰換熱的基本概念、特點和分類，了解大容器沸騰和強制對流沸騰的區(qū)別，理解飽 和沸騰曲線。(3)掌握設計因素對氣缸蓋熱狀態(tài)的影響，了解渦流室和預燃室的溫度分布及隨供油定時變化 規(guī)律。(4)掌握

10、排氣門損壞和故障常見的類型，并理解產(chǎn)生這些損壞和故障的原因；了解排氣門溫度 分布和傳熱過程。(5)掌握氣缸套的壁面溫度及其分布，了解缸套熱流量的經(jīng)驗公式。(三)重點與難點.重點缸蓋熱負荷的評定標志；缸蓋火力面產(chǎn)生裂紋的原因；缸蓋火力面溫度分布的主要影響因素； 沸騰換熱的基礎概念：過冷沸騰、飽和沸騰、大容器沸騰、管內沸騰；飽和沸騰曲線的特點；排氣 門損壞和故障常見的類型，產(chǎn)生原因；排氣門冷卻方案；氣缸套的溫度分布。.難點缸蓋火力面產(chǎn)生裂紋的原因和演變過程。第五章內燃機受熱零件的溫度測量技術(-)課程內容(1)測量零件穩(wěn)態(tài)溫度的方法(2)活塞溫度測量技術(3)缸蓋和缸套溫度的測量(4)氣門溫度的測

11、量(5)測量中的有關誤差問題(6)貫穿式熱電偶(7)壁面溫度波動的測量(二)教學要求(1)了解內燃機受熱零件溫度測量的意義，掌握零件穩(wěn)態(tài)測溫的要求，理解穩(wěn)態(tài)溫度測量的5 種方法的原理、特點和優(yōu)缺點，了解熱電偶材料的特點。了解活塞溫度測量方法和機構特點，理解氣缸蓋和氣缸套等固定零件溫度熱電偶測量，了 解氣門溫度測量方法。(3)掌握熱電偶測量零件溫度的誤差及特點，知道消除這些誤差的措施，掌握貫穿式熱電偶的 構造、安裝和使用，能夠使用其測量某一局部位置的溫度梯度，理解薄膜熱電偶的結構，動態(tài)測量 壁面溫度的波動。(三)重點與難點.重點內燃機零件測溫要求；穩(wěn)態(tài)溫度測量5種方法的原理與特點；標準化熱電偶材

12、料；活塞溫度測 量方法：氣缸蓋上引出熱電偶線的方法；氣門溫度測量采用熱電偶法；熱電偶測量零件溫度的誤差 和消除方法；貫穿式熱電偶的構造和原理；薄膜熱電偶的構造和原理。.難點貫穿式熱電偶的構造、安裝和使用。第六章內燃機的熱負荷(-)課程內容(1)內燃機的熱平衡(2)內燃機熱流量的實際測量和計算(3)各種運轉因素對受熱零件溫度的影響(4)結構因素對零件溫度的影響(5)絕熱發(fā)動機(二)教學要求了解表征內燃機熱負荷的參數(shù)，理解內燃機熱負荷研究的意義。(2)理解氣缸中燃料燃燒放出的熱量分配情況，了解零件局部熱流量的求解方法。(3)掌握發(fā)動機工況、供油參數(shù)等運轉因素對受熱零件溫度的影響規(guī)律，理解壓縮比、噴

13、油器 特點等因素對零件溫度的影響規(guī)律。了解絕熱發(fā)動機的熱力學意義和發(fā)展過程，掌握絕熱發(fā)動機的材料要求和面臨的問題。(三)重點與難點.重點內燃機熱負荷的含義：燃料燃燒放出熱量分配情況；廢氣溫度變化規(guī)律；冷卻水帶走熱量的經(jīng) 驗公式；局部熱流量的3種求解方法；平均有效壓力和轉速對受熱零件溫度的影響；噴油器孔數(shù)和 噴孔直徑對零件溫度的影響；絕熱發(fā)動機面臨的問題。2,難點絕熱發(fā)動機面臨的問題，由于受到高溫摩擦、高溫潤滑和成本等影響。第七章內燃機受熱零件的熱應力(-)課程內容(1)熱應力概念(2)熱彈性理論的基本關系式(3)熱應力問題中的幾種分析解法(4)平面熱應力問題(二)教學要求了解物體中產(chǎn)生熱應力的

14、原因，理解熱應力概念。(2)掌握三論結合解決熱彈性體力學問題，了解熱應變的基本關系式和熱彈性應變協(xié)調方程。(3)掌握用分析法解熱彈性問題，了解熱彈性位移勢。了解熱彈性力學平面問題的特點，知道平面熱應力的工程實際意義。(三)重點與難點.重點熱應力的概念：物體中產(chǎn)生熱應力的三個原因；解決熱彈性體力學問題的三論；廣義胡克定律 的內容；熱彈性應變協(xié)調方程的特點和邊界條件；熱應力問題的分析解法；平面熱應力問題的特點; 平面熱應力的意義；平面應變問題的概念；平面熱應力函數(shù)。.難點物體中產(chǎn)生熱應力的原因，物體可能是均勻的也可能是不均勻的，內燃機受熱零件的熱應力通常大于機械應力。三、本課程開設的實驗項目(如課

15、程不含實驗，該項可不填)注：L “類型”填驗證性、綜合性、設計性等;編號實驗項目名稱學時類型要求支撐的課程目標1熱電偶測量原理及制備2綜合性必做課程目標32發(fā)動機零件的溫度場測量2驗證性必做課程目標4. “要求”填必做、選做。實驗1:熱電偶測量原理及制備（-）實驗目標（1）掌握熱電偶測溫的基本原理；（2）掌握熱電偶的制備方法；3） 了解熱電偶的校驗方法，理解深對熱電偶性能特點。（二）實驗要求（1）學習并掌握熱電偶的工作原理；（2）能夠自行制備出熱電偶溫度計（銅-康銅）；（3）自制熱電偶的分度方法的掌握。實驗2：發(fā)動機零件的溫度場測量寫明實驗目標及要求。（-）實驗目標（1）掌握熱電偶測量發(fā)動機零

16、件表面的溫度場；了解發(fā)動機零件的溫度場隨發(fā)動機工況的變化規(guī)律。（二）實驗要求（1）搭建好發(fā)動機臺架實驗平臺，確保測功機控制系統(tǒng)正常運轉；（2）將熱電偶布置到待測零部件的不同區(qū)域；（3）恒定轉速變負荷測量零件溫度場分布，表格記錄結果并繪制圖;（4）恒定扭矩變轉速測量零件溫度場分布，表格記錄表格并繪制圖。四、學時分配及教學方法章（按序填寫）教學形式及學時分配主要教學方法支撐的課程目標課堂 教學實驗上 機課程 實踐小 計第一早40004講授法課程目標1第二章40004講授法+討論法課程目標2第三章40004講授法+討論法課程目標2第四章40004講授法課程目標5第五章44008討論法+演示法課程目標

17、3、4第六章40004講授法+討論法課程目標5第七章40004講授法課程目標1合計2840032注：1 .課程實踐學時按相關專業(yè)培養(yǎng)計劃列入表格；.主要教學方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學方法（基于問題、項目、案例 等教學方法）等。五、課程考核考核形式考核要求考核權重備注課堂表現(xiàn)按時上課，課堂討論10%實驗成績實驗操作，實驗報告10%期末考試開卷80%注：1,分學期設置和考核的課程應按學期分別填寫上表。.考核形式主要包括課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、階段測試、期中考試、期末考試、大作業(yè)、小 論文、項目設計和作品等。.考核要求包括作業(yè)次數(shù)、考試方式（開卷、閉卷）、項目設計要求等。.考核權重指該考核方