《传热学》课程教学大纲-蔡琦琳.docx

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1、传热学课程教学大纲一、课程基本信息英文名称HeatTransfer课程代码UMEC1003课程性质大类基础课程授课对象建筑环境与能源应用工程专业本科生学分4学时72主讲教师赵威风蔡琦琳修订日期2023.05.22指定教材杨世铭、陶文铿合编，传热学，高等教育出版社，2006年8月第四版二、课程目标(-)总体目标：传热学是研究由温差引起的热能传递规律的科学，是建筑环境与能源应用工程专业的一门基础课程和学位课程。在制冷、热能动力、机械制造、航空航天、化工、材料加工、冶金、电子与电气和建筑工程等生产技术领域中存在大量的传热问题，课程旨在使学生掌握传热的基本概念、基本原理和计算方法，使学生对热量传递这一

2、普遍存在的现象有理性的认识，并能熟练运用基础知识来思考、分析和解决实际传热问题。(二)课程目标：本课程旨在使学生掌握热量传递的三种基本方式及其物理机制，掌握传热基础理论与计算方法；掌握传热学的基本实验，具备分析工程传热问题的能力，能够解决增强传热、削弱传热和温度控制等工程传热问题；了解传热学的前沿知识及其在科学技术领域的应用，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及团队合作意识。课程目标1：系统深入学习，掌握传热基础理论与计算方法。1.1 掌握传热的基本概念、理论、机理及影响因素；1.2 掌握热传导、热对流和热辐射三种传热模式的基本公式，能够进行各种工况下传热量的计算，并能对工程传热问题进行描述

3、和分析。课程目标2：掌握传热实验，应用传热学知识，解决工程传热问题。2.1 掌握传热学中的实验研究方法，使学生对热量传递这一普遍存在的现象有理性的认识。2.2 根据所学传热理论和实验知识，熟练掌握增强或削弱热能传递过程的方法，能够在工程应用中对热能有效利用、热力设备效率的提高、节能降耗技术等问题从传热学角度进行思考、分析和解决问题。课程目标3：培养学生的自主学习意识、团队合作能力、口头和书面表达能力，探索传热学前沿科学知识。3.1 通过课堂分组讨论等方式培养团队合作意识、沟通交流能力和对工程问题进行清清晰表达的能力；3.2 通过课外文献调研并撰写课程报告，提升文献查阅能力和书面表达能力。(H)

4、课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标课程子目标对应课程内容对应毕业要求课程目标11.1第一章绪论；第二章稳态热传导；第五章对流传热的理论基础；第六章单相对流传热的实验关联式；第七章相变对流传热；第八章热辐射基本定律和辐射特性。毕业要求：1-1,1-2,131-4,2-1,2-2o1.2第二章稳态热传导；第三章非稳态热传导；第四章热传导问题的数值解法：第五章对流传热的理论基础；第六章单相对流传热的实验关联式：第七章相变对流传热；第九章辐射传热的计算；第十章传热过程分析与换热器的热计算毕业要求：1-1,1-2,1-3,1-4,2-1,2-2o

5、课程目标22.1第二章稳态热传导；第六章单相对流传热的实验关联式；第七章相变对流传热毕业要求：4-1,4-2,4-3,4-4o2.2第七章相变对流传热；第九章辐射传热的计算：第十章传热过程分析与换热器的热计算毕业要求：4-4,5-1o课程目标33.1在多个教学环节设置课堂分组讨论，培养学生团队合作意识和表达能力。毕业要求：9-1,IO-K3.2查阅与传热学相关的科研文献，并进行归纳总结，了解前毕业要求：2-3,2-4,10-2o沿科学知识及学科未来的发展趋势，培养学生的创新能力和对科研的兴趣。三、教学内容第一章结论1 .教学目标（1） 了解传热的定义；了解传热学的研究内容及其在生活和工程中的应

6、用；（2）掌握热量传递的三种基本方式及其物理机理；（3）掌握傅里叶定律、牛顿冷却定律及斯忒藩定律，并能应用这三个定律分析基础传热问题；（4） 了解传热过程的特点以及电.热模拟的作用和意义；（5）掌握热流密度、热阻和综合传热系数的计算方法。2 .教学重难点（1）重点：理解导热、对流和辐射三种传热方式的基本概念、物理机理和它们之间的区别；（2）难点：理解热阻的概念，并能应用热阻进行传热问题分析。3 .教学内容3.1 传热学的研究内容及其在科学技术和工程中的应用3.2 热量传递的三种基本方式3.3 传热过程和传热系数4 .教学方法（1）自主学习：进行课前预习；（2）讲授法：相关概念和物理原理；（3）

7、案例法：通过大量的工程案例介绍传热学的广泛应用；（4）讨论法：课堂围绕“身边的传热现象”进行讨论。5 .教学评价回答以下问题：（1）试用简练的语言说明导热、对流及热辐射三种热传递方式之间的区别与联系？（2）什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，讨论有哪些情况可能使热流传递方向上不同截面的热流量不相等。(3)用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热，请分析其中原因。(4)人体同在25摄氏度的房间中，为什么夏天仍然感觉热，而冬天感觉冷？完成计算题：1-2、1-7、1-9、1-10、1-11、1-20。第二章稳态热传导1 .教学目标(

8、1) 了解傅里叶定律的起源、数学表达形式和适用条件；(2)掌握导热微分方程的推导过程和定解条件；(3)掌握平壁、圆简壁和球壳等简单一维形状物体的稳态导热求解过程及结果；(4) 了解肋片强化传热的原理，掌握肋片导热问题的求解方法；(5) 掌握具有内热源的一维稳态导热问题的求解方法；(6) 了解形状因子法在简单形状多维稳态导热问题的求解应用。2 .教学重难点(1)重点：导热微分方程推导；(2)难点：肋片效率计算。3 .教学内容3.1 导热基本定律-傅里叶定律3.2 导热问题的数学描写3.3 典型一维稳态导热问题的分析解3.4 通过肋片的导热3.5 具有内热源的一维导热问题3.6 多维稳态导热的求解

9、4 .教学方法(1)自主学习：课前预习；(2)讲授法：相关定律和数学推导；(3)启发法：由生活中的常见现象，如“用手触摸同温度的铁和木头，为什么感觉铁更冷”等问题启发学生从传热学的角度展开思考，找寻其中的共同点，引出导热系数的概念。5 .教学评价PI答以下问题：(1)发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情况下可以按一维导热问题来处理？(2)已知导热物体中某点在x、y、Z三个方向上的热流密度分别为傲、的、仇，如何获得该点的热流密度矢量？(3)试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。(4)扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是什么？有人认为，只要扩展表面细长，就可以按照一维问题处理，你是

10、否同意这种观点？(5)完成计算题：2-8、2-10、2-142-18、2-482-50、2-51。第三章非稳态热传导1 .教学目标(1) 了解非稳态导热过程及物理特点；(2)掌握毕沃数的表达式及物理意义；(3)掌握集中参数法的适用条件及其在零维导热温度的求解应用；(4)熟悉典型一维物体的非稳态导热正规状况阶段分析解的简化方式，并掌握图线法和近似拟合公式法等工程计算方法；(5) 了解简单形状多维非稳态导热问题的求解方法。2 .教学重难点(1)重点：集中参数法在求解零维问题中的应用及适用条件。(2)难点：非稳态导热的求解方法。3 .教学内容3.1 非稳态导热的基本概念3.2 零维问题的分析法一集中

11、参数法3.3 典型一维物体非稳态导热的分析解3.4 简单几何形状物体多维非稳态导热的分析解4 .教学方法(1)自主学习：课前预习；(2)讲授法：相关定律和理论的数学推导；5 .教学评价PI答以下问题：(1)什么叫非稳态导热的正规状况阶段或充分发展阶段？这一阶段在物理过程及数学处理上有什么特点。(2)什么是“半无限大”的物体？它的非稳态导热存在正规状况阶段吗？(3)说明Bi数的物理意义Bi-O及Bi-无穷大各代表什么样的换热条件？(4)完成计算题：3-10、3-12、3-13、3-15、3-21、3-24。第四章热传导问题的数值解法1 .教学目标(1) 了解热传导问题数值解法的起源及其作用；(2

12、)掌握数值解法的基本思想和基本步骤；(3)掌握建立节点离散方程的热平衡法；(4)掌握求解离散方程的各种迭代法，以及迭代过程的收敛判据。2 .教学重难点重点：用热平衡法建立节点的离散方程；难点：求解离散方程。3 .教学内容3.1 导热问题数值求解的基本思想3.2 内节点离散方程的建立方法3.3 边界节点离散方程的建立及代数方程的求解4 .教学方法(1)自主学习：课前预习；(2)讲授法：相关定律和数学推导；(3)课堂演示：利用MAT1AB软件编程求解离散方程。5 .教学评价PI答以下问题：(1)什么是非稳态导热的显式格式？什么是显式格式中的稳定性问题？(2)简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的

13、基本思想与步骤。(3)用高斯-赛德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛的解？不能得到收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？(4)完成计算题：4-2、4-3、4-6、4-7、4-9、4-10、4-19。第五章对流传热的理论基础1.教学目标(1) 了解对流传热的影响因素；(2)掌握对流传热问题的数学描写；(3)熟悉热边界的概念，掌握边界层型对流传热问题的数学描写；(4)掌握普朗特数物理意义；(5)掌握流体外掠平板的层流对流传热问题的求解方式。2 .教学重难点(1)重点：对流传热的机理及影响因素；(2)难点：对流传热微分方程组推导及合理简化。3 .教学内容3.1 对流传热概说3.2 对流传

14、热问题的数学描写3.3 边界层型对流传热问题的数学描写3.4 流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论4 .教学方法(1)自主学习：课前预习；(2)讲授法：相关定律和数学推导；(3)讨论法：举例生活中常见的热对流现象。5 .教学评价PI答以下问题：(1)请说明什么是热边界层？与速度边界层有何关联？(2)对流换热问题完整的数学描写应包括什么内容？既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数学描写有什么意义？(3)式(5-4)表明，在边界上垂直于壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流传热过程中流体的流动起什么作用？完成计算题：5-2、5-3、5-6、5-9、5-11、5-1

15、6、5-19,第六章单相对流传热的实验关联式1 .教学目标(1)了解物理现象相似的定义以及导出相似特征数的相似分析法和量纲分析法；(2) 了解相似原理指导实验简化的应用；(3)掌握内部强制对流传热的实验关联式及适用条件，并掌握大温差、短管效应和盘管形状的修正方法：(4)掌握流体横掠单管、管束的对流换热实验关联式及适用条件；(5)掌握自然对流传热的物理机制；(6)熟悉自然对流边界层动量方程和能量方程简化形式，掌握格拉晓夫数的导出方法及其在自然对流传热问题分析中的应用；(7)掌握大空间和有限空间自然对流的实验关联式及适用条件。2 .教学重难点(1)重点：相似原理应用及对流换热准则数确定；(2)难点：正确应用各实验关联式求解实际对流传热问题。3 .教学内容3.1 相似原理与量纲分析3.2 相似原理的应用3.3 内部强