《傳熱學》課程教學大綱

1、PAGE PAGE - 9 -本科生課程大綱課程名稱傳熱學Heat Transfer課程代碼082102101279課程屬性學科基礎課時/學分48/3課程性質必修實踐學時4責任教師 課外學時課程屬性：公共基礎/通識教育/學科基礎/專業(yè)知識/工作技能，課程性質：必修、選修課程介紹課程描述：傳熱學是研究熱量傳遞過程規(guī)律的一門科學，是輪機工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課程。傳熱學內容的實質是三大守衡，即質量守衡，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)。本課程包括傳熱學的基本概念、基本理論和基本計算方法，培養(yǎng)和建立學生的工程觀點和理論聯(lián)系實際解決工程實際問題的初步能力，并為學習后續(xù)的

2、專業(yè)課程提供必要的理論基礎支撐2.設計思路： 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，學會對傳熱過程進行分析處理和計算的基本方法，能運用這些規(guī)律提出增強傳熱、提高熱經濟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，并基本掌握換熱設備的兩種基本計算方法；結合熱工實驗課，使學生掌握一定的傳熱實驗的技能。課程內容包括以下模塊：1.緒論 講清楚傳熱學的研究對象及其在科學、生產技術領域中的應用。應使學生明確：本課程是一門研究熱量傳遞基本規(guī)律的課程，應用這些基本規(guī)律，可以

3、為熱力設備的技術改造、能源的節(jié)約與開發(fā)服務。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，然后說明工程實際問題的熱量傳遞過程往往不是按單一的方式進行的，而是復雜的組合，從而引出傳熱過程的概念，為后面依此討論導熱、對流換熱和輻射換熱提供整體觀念。 2.導熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導熱 重點說明傅立葉定律和導熱微分方程。扼要介紹導熱過程的微觀機理。指出傅立葉定律和導熱微分方程對穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導熱問題是共同適用的?？梢詮母盗⑷~定律或導熱微分方程出發(fā)，推導通過平壁、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導熱計算公式，說明兩者獲得的結果是完全相同的。肋壁的穩(wěn)態(tài)導熱作為一種典型問題，要講清楚微分方程的建立，計

4、算公式的推演，并指出其在工程上的多種應用場合。對于具有內熱源的穩(wěn)態(tài)導熱，二維穩(wěn)態(tài)導熱問題的分析解法，重點是講清楚它們的特點和求解思路。3.非穩(wěn)態(tài)導熱 重點解釋非穩(wěn)態(tài)導熱的特點，指出非穩(wěn)態(tài)導熱過程存在非正規(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)導熱的分析解，主要是通過分析解得到準則間的關系式，并表示成諾謨圖，使學生能應用諾謨圖進行工程計算。對于特殊形狀的二維和三維非穩(wěn)態(tài)導熱問題的求解，只要求能應用諾謨圖進行工程計算，而不必進行推導。對半無限大物體的非穩(wěn)態(tài)導熱問題，主要使學生了解其對應的物理問題和分析解的特點。 4.導熱問題的數(shù)值解法 講清楚導熱問題數(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內節(jié)點和邊界節(jié)點差分方程式，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)導熱問題的數(shù)值解法，主要是讓學生了解非穩(wěn)態(tài)項的差分格式及相應的特點。本部分內容，還可選擇實際計算例題，讓同學進行計算機編程求解。 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的知識，不一定進行推導。對流換熱原理部分，重點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無量綱量。 重點講解各種典型

6、對流換熱過程的物理圖解。介紹圓管內、非圓形通道內、橫掠單管及管束換熱的實驗關聯(lián)式。介紹大空間和有限空間情況下自然對流換熱的實驗關聯(lián)式。通過學習，要使學生能正確和熟練運用這些實驗關系式進行一般工程的計算。 6.凝結與沸騰換熱 介紹珠狀凝結與膜狀凝結換熱現(xiàn)象，講述膜狀凝結換熱的計算公式，討論影響凝結換熱的主要因素。講清楚大容器飽和沸騰曲線上核態(tài)沸騰與膜態(tài)沸騰及臨界熱負荷。介紹大容器飽和核態(tài)沸騰與臨界熱流密度的計算公式，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、基本特征和基本定律的講解，應與物理學的知識有所銜接，已學過的內容只須作適當?shù)膹土暭纯?，但對基爾霍?/p>

7、定律應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，應著重講述在簡單幾何條件下灰體間的輻射換熱計算方法。介紹系統(tǒng)黑度的概念和確定角系數(shù)的方法。講清楚應用網(wǎng)絡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算 應當再次強調熱量傳遞的三種基本方式常常不是單獨存在，而是組合起作用的。講述既有對流換熱又有輻射換熱的復合換熱的計算方法。講清楚傳熱系數(shù)的組成，并應用熱阻概念分析傳熱過程，使學生學會管道熱絕緣計算的基本方法。介紹工程上典型的換熱器型式，要求學生會用平均溫差法及效能單元數(shù)法進行換熱器的熱力計算，懂得強化傳熱的基本原則、基本手段及常用的隔熱保溫技術。 9.傳

8、熱專題講座 可選擇2-3個有關傳熱問題的專題進行介紹，以開闊學生的知識面，部分內容也可采用與學生討論的方式進行。3. 課程與其他課程的關系：課程以高等數(shù)學、普通物理學、工程熱力學和流體力學為先修課程。為使課程的內容相互銜接，高等數(shù)學中應包括：泰勒級數(shù)在近似計算中的應用、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。在流體力學中，應對層流邊界層理論進行講述。二、課程目標傳熱學是熱能動力工程專業(yè)的一門重要技術基礎課程。它應該使學生獲得比較寬廣的和鞏固的有關熱能傳遞的基本理論知識、相應的分析計算能力以及一定實驗技能的訓練。它不僅為學習專業(yè)知識提供必要的理論基礎，也是培養(yǎng)提高學生分析和解決工

9、程實際問題能力的重要環(huán)節(jié)之一。學生在學完本課程后，應達到以下基本要求; 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，學會對傳熱過程進行解剖處理和分析計算。 2掌握導熱的基本定律，能對無內熱源的簡單幾何形狀物體在常物性條件下的導熱進行熟練的分析計算，并對較復雜導熱問題的數(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，對強制對流換熱、自然對流換熱的有關準則有正確的理解，并能熟練地運用各種實驗關聯(lián)式進行計算。了解凝結和沸騰換熱現(xiàn)象的分類、特點及影響因素。 4理解有關熱輻射的基本概念，掌握熱輻射的基本定律，能熟練地對被透明介質隔開的兩固體表面間的輻射換熱進行計算。了解氣體輻

10、射的特點。 5會利用平均溫差法和效能單元數(shù)法對換熱器進行熱計算，了解強化傳熱的原則、手段和常用的隔熱保溫技術。 6通過實驗，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，對安排實驗、選擇測量儀表、正確進行測量、處理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結果和書寫實驗報告等能力進行初步訓練三、學習要求傳熱學是一門涉及到能源、經濟、工程和技術等諸多學科綜合性的專業(yè)基礎課程。作為輪機工程師，在校期間要有扎實的理論知識和運用專業(yè)知識解決實際工程問題的能力。要達到以上學習任務，學生必須：1.按時上課，上課認真聽講，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.認真參與實驗活動。獨立完成實驗報告。 四、教學進度序號專題或主題計劃課時主要內容概述實驗實踐內容或課外練習等1緒論21.傳熱學的研究對象及其在科學、生產技術領域中的應用。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。分析工程實際問題的熱量傳遞過程案例2導熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導熱6+21.傅立葉定律和導熱微分方程。導熱過程的微觀機理。2.平壁、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導熱計算公式3.肋壁的穩(wěn)態(tài)導熱4.具有內熱源的穩(wěn)態(tài)導熱，5.二維穩(wěn)態(tài)導熱問題.相應內容的課外練習，液體導熱系數(shù)的測定實驗3非穩(wěn)態(tài)導熱61.非穩(wěn)態(tài)導熱的特點，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)導熱的分析解應用諾謨圖進行工程計算。3.特殊形狀的二維和三維非穩(wěn)態(tài)導熱問題的求解相應內容的課外練習4導熱問題的數(shù)值解法41.導熱問題數(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內節(jié)點和邊界節(jié)點差分方程式，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)導熱問題的數(shù)值解法。本部分內容，還可選擇實際計算例題，讓同學進行計算機編程求解。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、非圓形通道內、橫掠單管及管束換熱的實驗關聯(lián)式。5.大空間和有限空間情況下自然對流換熱的實驗關聯(lián)式。 相應內容的

13、課外練習，強迫對流換熱實驗6凝結與沸騰換熱41.珠狀凝結與膜狀凝結換熱現(xiàn)象，膜狀凝結換熱的計算公式，影響凝結換熱的主要因素。2.大容器飽和沸騰曲線上核態(tài)沸騰與膜態(tài)沸騰及臨界熱負荷。影響沸騰換熱的主要因素。相應內容的課外練習7熱輻射基本定律及物體的輻射特性81.熱輻射的本質、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)絡法求解多灰體表面系統(tǒng)的輻射換熱問題。相應內容的課外練習8傳熱過程分析與換熱器計算 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)法進行換熱器的熱力計算。 相應內容的課外練習，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(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(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