热工专业传热学教学大纲.doc

传热学课程教学大纲课程名称（英文）：Heat Transfer适用专业：热能与动力工程专业（本科）课程学时：56学时，其中实验8学时课程学分：3.5学分课程性质：必修（专业教育基础课）先修课程：大学物理、高等数学、流体力学一、课程在人才培养中的地位和作用传热学是研究热量传递规律的科学，广泛应用于能源、动力、化工、电工、机械能领域，是现代技术科学的主要技术基础学科之一。热能与动力工程专业是培养具备热能动力工程领域扎实理论基础、了解和掌握热能动力工程领域相关专业知识、具有创新精神和较强实践能力的高级工程技术人才，本课程是热能与动力工程专业的主要的专业基础必修课之一。传热学在为学生构筑合理的专业知识结构、培养学生的工程综合素质方面，在人才培养中起着重要的作用。传热学课程的设置和学习，学生能够获得有关热量传递规律的理论知识和传热问题的分析解决能力。传热学不仅是学习专业课程也是今后从事热能动力工程及相关方面的研究、教学、开发、制造、企业经营管理等工作的必备知识。传热学知识的掌握有利于的学生工程素质的培养和获取应用知识能力的提高，使学生能分析解决热能与动力工程专业领域的工程传热实际问题，能深入了解热能与动力工程专业领域的技术发展动态及国内外研究现状，为学生分析工程中的热能合理有效利用、热力设备效率的提高、热工设备节能降耗等提供有力工具。传热学课程还有利于学生创新意识的培养和创新能力的提高，为在本专业或其它相关专业继续深造打下必要的基础。二、课程教学目标传热学教学的目标是使学生掌握传热学的基本概念、基本原理和基本计算，具备一定的实验技能，培养学生本专业领域中分析问题的能力。热能与动力工程专业的传热学教学应达到以下基本要求：（一）知识目标传热学教学是为热能与动力工程专业学生提供较为宽扩和坚实的传热规律的基础知识，侧重传热基础知识的理解掌握和传热基本计算。掌握导热的基本定律，能对无内热源的简单几何体在常物性条件下的稳态导热进行熟练计算。较深刻地了解物体在加热或冷却以及受到周期性作用的温度场及热流随时间的变化规律，会用诺谟图计算简单几何形状物体的加热和冷却过程，掌握导热问题的数值解法的基本原理。较深刻地了解各种因素对对流换热的影响，正确理解常见的各种对流换热的过程的特征，并能熟练地运用一般准则公式进行计算。掌握热辐射的基本规律。会用线图确定系数。掌握透热介质隔开的物体表面的辐射计算。能进行一般的换热器的传热计算，对常见换热器的传热系数的数值范围做出正确的定性判断。了解掌握温度、热流量、导热系数、传热系数测量的基本方法。 （二）能力目标（1）分析问题和解决问题的能力熟悉传热规律、各类传热机理及影响因素；熟悉增强或减弱热量传递过程的方法和对传热现象进行实验研究的方法；（2）相当的计算与分析能力掌握导热、对流换热和辐射换热的基本公式，可进行各种传热情况下的温度和传热量的计算，了解换热器的热工计算。（3）传热实验技能通过实验，初步掌握温度、热流量、导热系数、传热系数测量的基本方法和技能，有一定测量仪表选用、处理实验数据、实验结果分析等能力。（4）获取知识的能力和创新意识和能力利用所掌握的传热学知识，获取热能与动力工程专业领域的性知识，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方法进行思考分析问题，并提出自己的见解，在不同专业领域、不同学科上有所创新和发展。（三）素质目标通过传热学教学，培养学生良好的热能工程素养和能效与节能意识，使学生能深入了解热能与动力工程专业领域的技术发展动态及国内外研究现状，面向应用，重视实践，使学生能分析和解决热能与动力工程专业领域的工程传热实际问题。三、课程教学内容（一）课程提纲1. 传热学绪论 2. 导热的基本定律及稳态导热3. 非稳态导热4. 导热问题的数值分析解法5. 对流换热6. 凝结与沸腾7. 热辐射基本定律及物体辐射特性8. 辐射换热的计算9. 传热过程与换热器（二）课程的知识体系知识领域1：传热学绪论（1）知识单元1.1、传热学绪论（2学时）知识领域2：导热（2）知识单元2.1、导热基本定律及稳态导热（11学时，其中实验3学时）知识单元2.2、非稳态导热（5学时）知识单元2.3、导热问题的数值分析解法（4学时）知识领域3：对流换热（3）知识单元3.1、对流换热（13学时，其中实验3学时）知识单元3.2、凝结与沸腾（4学时）知识领域4：热辐射（4）知识单元4.1、热辐射基本定律及物体辐射特性（6学时，其中实验2学时）知识单元4.2、辐射换热的计算（7学时）知识领域5：传热过程与换热器（5）知识单元5.1、传热过程的分析与换热器（4学时）（三）课程涵盖的知识单元序号知识领域核心知识单元（参考学时）选修知识单元（参考学时）1传热学绪论1.1（2）2导热2.1（11）、2.2（5）2.3（4）3对流换热3.1（13）、 3.2（4）4热辐射4.1（6）、4.2（7）5传热过程与换热器5.1（4）（四）知识单元的描述知识单元1.1、传热学绪论(核心) 参考学时：2学时知识点：传热学概念；传热学的研究方法；热量传递的三种基本方式；传热系数；传热学的发展简史。学习目标：通过对绪论单元的学习，学生能够达到以下目标：1.了解传热学的概念和研究方法；2.掌握导热、热对流和热辐射三种基本传热方式及特点，能分析实际传热问题的各个传热环节；3.掌握传热过程的定义以及传热系数的概念；4.理解串并、联热阻叠加原则；5.了解传热学的发展简史。知识单元2.1、导热基本定律及稳态导热（核心）参考学时：11学时（实验3学时）知识点：温度梯度，傅里叶定律，导热系数；导热微分方程及定解条件；导热过程常见的三类边界条件；通过平壁、圆筒壁、球壳的导热的计算；肋片的型式、肋片强化传热的原理，肋效率；具有内热源的导热及多维导热；多维导热形状因子。学习目标：通过对导热基本定律及稳态导热单元的学习，学生能够达到以下目标：1、掌握导热系数概念；2、熟悉傅里叶定律； 3、熟悉导热微分方程及常见的三类边界条件；4、掌握一维导热计算：平壁、复合平壁、圆筒壁、单层球壳的导热计算；5、了解等截面直肋的导热，肋片强化传热的原理，掌握肋效率的定义；6、掌握简单具有内热源的导热计算；7、了解多维导热的形状因子法。知识单元2.2、非稳态导热（核心）参考学时：5学时知识点：瞬态非稳态导热；周期性非稳态导热；毕渥数，傅里叶数、时间常数；集总参数法的简化分析；非稳态导热的计算线图。学习目标：通过对非稳态导热单元的学习，学生能够达到以下目标：1、了解非稳态导热过程与特点；2、熟悉集总参数法的分析求解方法及简化条件；3、掌握毕渥数、傅里叶数的物理意义；4、了解毕渥数、傅里叶数对平板温度场变化的影响；5、掌握非稳态导热的计算线图。知识单元2.3、导热问题的数值分析解法（4学时）参考学时：4学时知识点：导热问题数值求解的基本思想；节点、离散方程、热平衡法；边界节点离散方程的建立，高斯-赛德尔迭代法；学习目标：通过对导热问题的数值分析解法单元的学习，学生能够达到以下目标：1、了解导热问题数值求解的基本思想及求解步骤；2、熟悉建立节点方程的方法；3、掌握利用热平衡方法建立节点的离散方程。知识单元3.1、对流换热(核心) 参考学时：13学时（实验3学时）知识点：对流换热的影响因素，对流换热的分类；对流换热微分方程组及定解条件；边界层理论；相似原理，相似分析法，量纲分析法；特征数方程，特征长度，定性温度；常见的相似准则数的物理意义；内部流动强制对流换热，管内换热的实验关联式； 外部流动强制对流换热；管束的顺排、叉排，横掠单管、横掠管束换热实验关联式；自然对流，格拉晓夫数，自然对流换热准则方程式。学习目标：通过对对流换热单元的学习，学生能够达到以下目标：1、了解对流换热分类及数学描写；2、熟悉对流换热的影响因素；3、掌握流动边界层和热边界层的概念；4、了解对流换热微分方程组及定解条件；5、理解相似分析法及相似原理应用；6、了解管内流动、外掠横管、自然对流的流动和换热特征； 9、熟悉典型的对流换热准则数的定义式及物理意义；7、熟练地运用准则方程（实验关联式）计算下列情形下的对流换热：有限空间自然对流换热、管强制对流换热，外掠单管及管束强制对流换热。 知识单元3.2、凝结与沸腾(核心) 参考学时：4学时知识点：膜状凝结，珠状凝结；膜状凝结分析解及实验关联式；纯净饱和蒸气层流膜状凝结分析的简化条件，膜层雷诺数；影响膜状凝结的因素；大容器饱和沸腾曲线，汽化核心、临界热流密度；大容器饱和核态沸腾的计算，大容器沸腾临界热流密度的计算；影响沸腾换热的因素。学习目标：通过对凝结与沸腾单元的学习，学生能够达到以下目标：1、熟悉凝结与沸腾换热现象的定义及分类；2、了解膜状凝结分析解及实验关联式；3、掌握大容器饱和沸腾曲线；4、了解沸腾换热实验关联式；5、掌握影响膜状凝结及沸腾换热的因素及强化换热的方法。知识单元4.1、热辐射基本定律及物体辐射特性(核心) 参考学时：6学时（实验2学时）知识点：热辐射，吸收比，反射比，穿透比，黑体，白体，透明体；辐射力，光谱辐射力，黑体辐射函数，定向辐射强度；发射率，光谱发射率，定向发射率，漫射表面；普朗克、斯忒潘-波耳兹曼、兰贝特、基尔霍夫定律；投入辐射，光谱吸收比，灰体。学习目标：通过对热辐射基本定律及物体辐射特性单元的学习，学生能够达到以下目标：1、了解热辐射的特点；2、熟悉热辐射、辐射力、黑体、发射率、光谱辐射力、光谱发射率、定向发射率、定向辐射强度、灰体和光谱吸收比等基本概念；3、掌握黑体辐射三个基本定律，基尔霍夫定律。知识单元4.2、辐射换热的计算(核心) 参考学时：7学时知识点：角系数，角系数的性质；有效辐射，系统发射率；表面辐射热阻，空间辐射热阻，网络法，重辐射面；遮热板，复合换热。学习目标：通过对辐射换热的计算单元的学习，学生能够达到以下目标：1、了解角系数的几种求解方法，多表面辐射换热的计算方法，遮热板的应用领域；2、掌握角系数的定义、性质；3、熟悉表面辐射热阻及空间辐射热阻的概念；掌握辐射换热等效网络分析法； 4、掌握熟悉两固体漫灰表面间的辐射换热计算方法及三种简化情形的计算公式及应用；5、掌握辐射换热的强化与削弱的途径。知识单元5.1、传热过程的分析与换热器(核心) 参考学时：4学时知识点：传热系数，肋面总效率，肋化系数，临界热绝缘直径；间壁式换热器，对数平均温差；平均温差法，效能，传热单元数，污垢热阻；无源技术，有源技术，隔热保温技术；学习目标：通过对传热过程的分析与换热器单元的学习，学生能够达到以下目标：1、掌握通过平壁、圆管及肋壁的传热系数计算方法； 2、熟悉临界绝热直径定义及求解方法；3、了解间壁式换热器的主要型式；4、掌握简单顺流及逆流换热器的对数平均温差的计算方法；5、了解传热的强化及隔热保温技术；换热器的热计算。四、教材和主要参考书（一）、教材1. 杨世铭.传热学（第四版）.北京：高等教育出版社，2003 （二）、主要参考书1. 俞佐平.北京：传热学（第二版）.高等教育出版社，19912. J.P.Holman. Heat Transfer(Ninth Edition). Beijing: China Machine Process, 20053. 王秋旺. 传热学重点难点及典型题精解.西安交通大学出版社,20014景德镇陶瓷学院精品课程传热学： /5. 上海交通大学 传热学 精品课程：2/五、课程主要教学方式和基本要求传热学课程的教学坚持以“学生为中心”的原则，遵循学生的认知规律，激发学习兴趣，理论联系实际，通过工程实例的传热分析激发学生的学习兴趣，不断研究和改革教学方法和手段，注重实践教学和能力培养，努力使课程的教学适应21世纪人才培养的需要。（一）课程主要教学方式的学时分配时学容内学教方式教学环学时讲 授讨论课习题课实 验传热学绪论 22导热的基本定律及稳态导热116113非稳态导热55导热问题的数值分析解法44对流换热138113凝结与沸腾44热辐射定律及物体辐射特性642辐射换热的计算7511传热过程与换热器44合计5642338（二）课堂讲授1.课堂讲授内容（1）绪 论（涵盖知识单元1.1）（2）导热的基本定律及稳态导热（涵盖知识单元2.1）（3）非稳态导热（涵盖知识单元2.2）（4）导热问题的数值分析解法（涵盖知识单元2.1）（5）对流换热（涵盖知识单元3.1）（6）凝结与沸腾（涵盖知识单元3.2）（7）热辐射定律及物体辐射特性（涵盖知识单元4.1）（8）辐射换热的计算（涵盖知识单元4.2）（9）传热过程与换热器（涵盖知识单元2.1）2.教学方法课堂讲授是一种基本教学方法，以理论和知识性内容为主，讲原理讲方法，重在知识点的教学。采用启发式教学，与学生互动，让学生参与，发挥学生的思维和想象能力。理论联系实际，通过工程实例的传热分析激发学生的学习兴趣，要求学生在教材的基础上，广泛阅读相关参考书籍，为以后专业课学习打下坚实基础。3.教学手段采用多媒体教学手段，选用高水平的电子课件，把文字、声音、图像动画和视频集于一体，丰富多彩，生动形象。教師可以边演示边讲解，學生很容易理解和接受，提高教学效果。（三）讨论课为提高学生分析问题、解决问题的能力，我们在课间和实验课中会布置一些讨论题目，让学生充分参与讨论，加强师生之间、学生之间的交流，借此来调动学生学习的积极性。讨论课1：水银温度计测量流体温度为什么需旋转足够长时间，并与热电偶温度计作对比。参考学时：1学时涵盖知识单元：2.1 、2.2、3.1讨论课2：地球温室效应参考学时：1学时涵盖知识单元：3.1、4.1、4.2 讨论课3：窑炉的传热问题和隔热保温参考学时：1学时涵盖知识单元：2.1 、2.2、3.1、4.1、4.2（四）习题课针对课程教学内容的重点和难点，有针对性地讲解每章的典型例题，并结合学生习题中反映的情况，集中辅导答疑。 （五）实验课共四个实验项目,其中实验一和实验二任选一项(8学时)：实验1 球体法测粒状材料的导热系数的测定参考学时：3学时涵盖知识单元：2.1、导热基本定律及稳态导热学习目标： 1. 巩固稳定导热的基本理论；2. 了解球体法测定物质的导热系数的实验方法；3. 理解导热系数与温度t的关系。实验2. 平板法导热系数的测定参考学时：3学时涵盖知识单元：2.1、导热基本定律及稳态导热学习目标： 1. 巩固稳定导热的基本理论；2. 了解平板法测定物质的导热系数的实验方法；3. 理解导热系数与温度t的关系。实验3. 套管换热器液-液换热实验参考学时：3学时涵盖知识单元：3.1、对流换热学习目标： 1. 巩固对流换热系数概念和对流换热理论；2. 测定在套管换热器中的液液热交换的传热总系数，管内强制湍流的传热系数；3. 验证求算传热膜系数的关联式；4. 测定套管换热器对流换热系数，整理对流换热实验准数方程。实验4. 中温辐射黑度的测定参考学时：2学时涵盖知识单元： 4.1、热辐射基本定律及物体辐射特性知识单元4.2、辐射换热的计算学习目标： 1. 巩固黑度的概念和辐射理论知识；2. 掌握用比较法测定中温辐射时物体的黑度。实验是培养学生基本技能的主要环节。实验前要求学生预习，教师要进行检查。