《傳熱學(xué)》教學(xué)大綱

1、“傳熱學(xué)”課程教學(xué)大綱英文名稱：Heat Transfer課程編碼：ENPO3417 學(xué)時(shí)：66（課堂授課學(xué)時(shí)：56；上機(jī)學(xué)時(shí)：10；實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：8，單獨(dú)開課，不計(jì)入課程總學(xué)時(shí)）學(xué)分：3.5適用對(duì)象：能動(dòng)學(xué)院、人居學(xué)院、航天學(xué)院、化工學(xué)院下屬相關(guān)專業(yè)先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、計(jì)算方法、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)使用教材及參考書：1 楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)（第四版）.北京：高等教育出版社，2006.2 王秋旺, 曾敏.傳熱學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)及典型題精解.西安：西安交通大學(xué)出版社，2006.3 Cengel Y A, Ghajar Afshin J, Heat and Mass Transfer, Funda

2、mentals and Applications. Fourth edition, New York: McGraw-Hill, 2011.4 Holman J P. Heat Transfer, 10th edition, Boston: McGraw-Hill (Higher Education), 2010.5 Bergman Theordore L, Lavine Adrienne S, Incropera Frank P, DeWitt David P, Introduction to Heat Transfer (Sixth ed.), New York：John Wiley &

3、Sons, 2011.課程性質(zhì)和目的性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課目的：通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生獲得比較寬廣和鞏固的熱量傳遞規(guī)律的基礎(chǔ)知識(shí)，具備分析工程傳熱問題的基本能力，掌握計(jì)算工程傳熱問題的基本方法，并具有相應(yīng)的計(jì)算（包括理論分析和數(shù)值計(jì)算）能力。課程內(nèi)容簡(jiǎn)介傳熱學(xué)主要內(nèi)容包括：導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射三種熱量傳遞方式的物理概念、特點(diǎn)和基本規(guī)律，綜合應(yīng)用這些基礎(chǔ)知識(shí)正確分析工程實(shí)際傳熱問題的方法，計(jì)算各類熱量傳遞過程的基本方法，典型的工程傳熱問題計(jì)算方法，間壁式換熱器進(jìn)行原理性的熱力設(shè)計(jì)方法；強(qiáng)化或削弱熱量傳遞過程的方法，切實(shí)可行的強(qiáng)化或削弱傳熱的措施。教學(xué)基本要求1. 緒論了解傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)在研究?jī)?nèi)容

4、和方法上的區(qū)別，認(rèn)清傳熱學(xué)的研究對(duì)象及其在工程和科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。本課程是一門研究熱量傳遞基本規(guī)律及其應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)目的在于掌握一般工程技術(shù)中熱量傳遞的基本規(guī)律和處理傳熱問題的基本方法；能夠應(yīng)用這些知識(shí)來解決遇到的實(shí)際問題；并為學(xué)習(xí)有關(guān)的工程技術(shù)課程提供必要的理論基礎(chǔ)。能量守恒定律是分析傳熱問題的一個(gè)基本定律。傳熱的強(qiáng)化與削弱與節(jié)約能源密切相關(guān)，“節(jié)能優(yōu)先”應(yīng)作為主要線索貫穿于本門課程的始終。掌握熱量傳遞的基本方式：導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射的概念和所傳遞熱量的計(jì)算公式。認(rèn)識(shí)到工程實(shí)際問題的熱量傳遞過程往往不是單一的方式而是多種形式的組合，以加深傳熱過程的概念及傳熱方程式，為后面依次討論導(dǎo)熱、

5、對(duì)流傳熱和輻射傳熱提供整體概念。初步理解熱阻在分析傳熱問題中的重要地位。2. 導(dǎo)熱基本定律和導(dǎo)熱微分方程重點(diǎn)掌握傅里葉定律和導(dǎo)熱微分方程。著重理解推導(dǎo)各向同性材料、具有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱微分方程的理論依據(jù)和思路，以及導(dǎo)熱微分方程中各項(xiàng)的物理意義。了解影響導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素及常用工程材料與介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)量級(jí)，了解保溫材料的工作原理及其在節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用。理解定解條件（包括初始條件和邊界條件），重點(diǎn)掌握常見的三類邊界條件。3. 導(dǎo)熱問題的分析解能應(yīng)用傅里葉定律或?qū)嵛⒎址匠虒?duì)常物性、無(wú)內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題（平壁、圓筒壁、球壁和等截面直肋片）進(jìn)行分析求解，得出溫度場(chǎng)及導(dǎo)熱量的計(jì)算公式。并能對(duì)具有內(nèi)

6、熱源的單層平壁導(dǎo)熱問題進(jìn)行求解。了解變導(dǎo)熱系數(shù)的處理方法。了解肋片在工程中的應(yīng)用場(chǎng)合，能應(yīng)用肋效率的曲線來計(jì)算直肋和環(huán)肋問題。加深理解熱阻概念及其在分析導(dǎo)熱問題時(shí)的重要性。了解接觸熱阻及用形狀因子的方法求解多維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的方法。了解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的特點(diǎn)及熱擴(kuò)散率。掌握集總參數(shù)法的分析求解方法，了解其限制條件。能列出一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的微分方程及定解條件，能應(yīng)用諾謨圖及近似計(jì)算公式進(jìn)行工程計(jì)算，了解簡(jiǎn)單形狀物體的二維、三維問題的乘積解法。掌握半無(wú)限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。4. 導(dǎo)熱問題的數(shù)值解掌握導(dǎo)熱問題數(shù)值求解的基本步驟、思路。重點(diǎn)是能用熱平衡法導(dǎo)出二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題內(nèi)部節(jié)點(diǎn)及常見邊界條件下邊界節(jié)

7、點(diǎn)的離散方程。了解用迭代法求解離散方程的方法，通過上機(jī)計(jì)算二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱物體中的溫度分布及導(dǎo)熱量。對(duì)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題重點(diǎn)應(yīng)放在非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)的離散以及擴(kuò)散項(xiàng)離散時(shí)所取時(shí)間層不同對(duì)計(jì)算帶來的影響。能用熱平衡方法導(dǎo)出一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的顯式離散方程。從物理概念上了解穩(wěn)定性條件。5. 對(duì)流傳熱的理論基礎(chǔ)牛頓冷卻公式是對(duì)流傳熱計(jì)算的基礎(chǔ)，其中的對(duì)流傳熱系數(shù)是對(duì)流傳熱部分的主要教學(xué)內(nèi)容。掌握流動(dòng)邊界層和溫度邊界層概念。理解影響對(duì)流傳熱的因素。理解局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的不同含義和作用以及它們之間的關(guān)系。理解描寫常物性流體對(duì)流傳熱的微分方程組，了解其定解條件。著重理解流體層流流動(dòng)時(shí)能量微分方程的邊界層簡(jiǎn)

8、化方法及這一簡(jiǎn)化的物理和數(shù)學(xué)意義。了解積分方程求解外掠等壁溫平板層流傳熱問題的方法。理解相似原理或量綱分析在指導(dǎo)對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)中的作用，了解相似特征數(shù)的導(dǎo)出方法。掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理方法。了解近似?；妥阅；趯?shí)驗(yàn)技術(shù)中的作用。6. 單相流體對(duì)流傳熱重點(diǎn)理解各種典型對(duì)流傳熱過程的流動(dòng)圖象，并能從流動(dòng)圖象定性地判斷局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的變化。掌握管內(nèi)傳熱入口段與充分發(fā)展段的概念。能正確和熟練地運(yùn)用相似特征數(shù)方程（準(zhǔn)則方程，實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式）計(jì)算下列情形下的對(duì)流傳熱：圓管及非圓形通道內(nèi)（層流和湍流）強(qiáng)制對(duì)流傳熱，外掠單管及管束強(qiáng)制對(duì)流傳熱，簡(jiǎn)單形狀物體的大空間自然對(duì)流傳熱。了解有限空間自然對(duì)流傳熱的概念。了解單

9、相微細(xì)尺度流動(dòng)與傳熱問題。7. 凝結(jié)傳熱與沸騰傳熱了解珠狀凝結(jié)和膜狀凝結(jié)的現(xiàn)象，理解推導(dǎo)豎壁上純凈蒸汽層流膜狀凝結(jié)傳熱的分析解。能正確和熟練應(yīng)用豎管外和豎壁上與水平管和管束外凝結(jié)傳熱的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，了解影響凝結(jié)傳熱的主要因素及強(qiáng)化途徑。掌握大容器飽和沸騰曲線上的核態(tài)沸騰區(qū)，臨界點(diǎn)和過渡沸騰、穩(wěn)定膜態(tài)沸騰區(qū)。理解確定臨界熱流密度的工程意義。能夠計(jì)算大容器的飽和核態(tài)沸騰傳熱、臨界熱流密度。了解影響沸騰傳熱的主要因素及強(qiáng)化途徑。8. 熱輻射的基本定律及實(shí)際物體的輻射特性理解熱輻射的本質(zhì)、基本特征，掌握熱輻射的基本定律。重點(diǎn)掌握斯忒藩玻耳茲曼定律及基爾霍夫定律、黑體輻射函數(shù)表的應(yīng)用。了解影響實(shí)際物

10、體表面輻射特性的因素，表面輻射特性的重點(diǎn)是總吸收比和發(fā)射率。掌握漫射表面和灰體的概念，黑體和灰體表面輻射特性的異同。理解漫灰表面概念對(duì)簡(jiǎn)化輻射傳熱工程計(jì)算的重要意義。理解大多數(shù)工程材料可作為漫灰體處理的依據(jù)及意義。9. 輻射傳熱的計(jì)算充分理解角系數(shù)的定義和性質(zhì)（相對(duì)性、完整性和可加性）。了解角系數(shù)是純幾何因子及其成立條件。能用代數(shù)分析法及圖線法計(jì)算常見幾何結(jié)構(gòu)的角系數(shù)。重點(diǎn)掌握有效輻射的概念，了解封閉腔的意義。掌握簡(jiǎn)單幾何條件下，被透明介質(zhì)隔開的漫灰表面間輻射傳熱的計(jì)算。能用有效輻射概念或網(wǎng)絡(luò)法對(duì)二個(gè)和三個(gè)表面之間的輻射傳熱的計(jì)算。掌握輻射傳熱的強(qiáng)化與削弱的途徑。理解氣體輻射特點(diǎn)，了解影響氣體輻射發(fā)射率的因素，能應(yīng)用圖表計(jì)算二氧化碳、水蒸氣混合物的發(fā)射率、吸收比。了解溫室效應(yīng)原理。10. 傳熱過程分析與換熱器熱計(jì)算進(jìn)一步理解熱量傳遞三種基本方式常常不是單獨(dú)存在，而是綜合起作用的。了解復(fù)合傳熱過程的計(jì)算方法，了解輻射傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的概念。牢固掌握傳熱過程的概念。掌握總傳熱系數(shù)及其核算面積以及傳熱量的計(jì)算方法。理解傳熱系