《传热传质学》课程教学大纲.doc

传热传质学课程教学大纲（Heat and Mass Transfer Curriculum Outline）课程编号：10122007总 学 时：32学时总 学 分：2学分 其中实验学分：0课程性质：学科基础课适用专业：机械设计制造及其自动化、材料成型与控制工程、农业机械及其自动化先修课程：高等数学、线性代数、大学物理后续课程：其它专业课程、课程设计、毕业设计主讲教师：程宏辉博士、讲师，研究方向为材料加工工程，金朝阳博士、讲师，研究方向为材料加工工程，张敬尧硕士、讲师，研究方向为材料加工工程，一、教学目的与要求传热传质学是机械设计制造及其自动化、材料成型与控制工程、农业机械及自动化专业的学习基础课程。通过传热传质学的学习，学生应对工业生产实际和日常生活中常见的传热现象有较深刻的理解，应能计算绝大多数稳态传导、对流和辐射及其组合情况下的换热问题,并对生产中常见的非稳态传热过程有一定分析计算能力。对传质学的相关内容有一定初步了解。设置本课程的具体要求是：使学习者掌握传热传质学的基本知识和理论，包括稳态导热、非稳态导热、对流换热、热辐射、对流传质、质扩散等基本概念和主要内容，能够分析工业和生活中一些复合传热过程，并能够计算热流量，总换热量、温度场等。初步掌握传热传质学数值计算方法和实际应用。了解传热传质学的发展过程和研究方法。二、课程内容与学时安排序号章目名称学时分配序号章目名称学时分配讲授实验讲授实验1第一章 绪论26第六章 对流换热42第二章 导热基本原理227第七章 辐射换热53第三章 稳态导热38第八章 复合换热与传热34第四章 非稳态导热429第九章 传质学简介25第五章 导热问题的数值解法3第一章 绪论目的要求 了解传热学的基本概念、研究对象及其在生产实践中的应用。教学内容 导热、对流、热辐射的基本概念，气体、液体、固体的导热是如何实现的，对流换热的分类，物体的热辐射是如何实现的，液体的对流换热是如何实现的，傅里叶定律、牛顿冷却公式、Stefan-Boltzmann定律。重点难点 传热传质学研究的连续性假设前提，三种基本的热量传递方式，导热、对流、热辐射的热量传递机理，传热计算过程的单位换算。教学方法 课堂讲授、观看影像资料。课 时 2学时第二章 导热基本原理目的要求 了解导热的基本原理，导热微分方程，边界条件和初始条件。教学内容 温度场、稳态温度场、非稳态温度场、等温面、等温线、导热系数、热扩散率、初始条件、边界条件、第一类边界条件、第二类边界条件、第三类边界条件的基本概念，导热微分方程的完整形式及稳态、无内热源条件下的简化形式，影响导热系数的因素，不同坐标下导热微分方程的稳态无内热源的简化形式。重点难点 等温面与等温线的特点，固体、气体和液体的导热系数基本表现规律，导热微分方程推导的前提假设及推导过程，直角坐标系下非稳态、有内热源的变导热系数导热微分方程式，圆柱坐标系，球坐标系下导热微分方程的形式，导热微分方程各部分所代表的含义。教学方法 课堂讲授、观看影像资料。课 时 2学时第三章 稳态导热目的要求 了解平壁导热、圆筒壁和球壳导热、表面有散热的长杠的导热的基本概念、计算方法和应用。教学内容 温压、热阻、总面积热阻、接触热阻、形状因子的基本概念，导热系数为常数的平壁导热过程的温度场和热流密度计算推导过程，多层平壁热流密度计算推导过程，表面有散热的长杠导热换热计算推导过程。平壁、圆筒和球壳的形状因子。重点难点 导热系数是温度的线性函数的情况下，在计算中如何处理导热系数。多层平壁的导热计算公式的推导，变导热系数的导热公式，圆筒壁和球壁的导热计算公式的推导，平壁、圆筒壁和球壁在实际导热计算中的步骤。表面有散热的长杆导热换热计算的推导过程，求解思路。接触热阻的组成以及减小接触热阻的方法。教学方法 课堂讲授、观看影像资料。课 时 3学时第四章 非稳态导热目的要求 了解第一类边界，伴有相变边界，和第三类边界条件下的一维非稳态导热的基本概念、计算方法和应用。集总参数法进行非稳态导热计算的方法和应用。教学内容 蓄热系数、凝固系数、时间常数、半无限大物体，无限大平板，相似准则，傅里叶准则，毕渥准则的基本概念，第一类边界条件下的一维非稳态导热，伴有相变边界的一维非稳态导热，第三类边界条件下的一维非稳态导热，二维及三维非稳态导热，集总参数法的应用条件和方法，集中热源作用下的非稳态导热。重点难点 非稳态导热的应用场合，使用诺模图进行温度场、瞬时热流密度、累计热量的求解，毕渥准则和傅里叶准则的物理意义，集总参数法的适用条件，及如何利用集总参数法进行导热计算，不同形状物体加热或冷却速度的比较，集中热源作用下的非稳态导热，对于多个热源如何利用叠加原理进行温度计算的步骤。教学方法 课堂讲授、观看影像资料。课 时 4学时第五章 导热问题的数值解法目的要求 了解稳态导热、非稳态导热、边界条件有限差分方程以及差分方程组的求解、相关概念和应用。 教学内容 中心差分格式，向前差分格式，向后差分格式的基本概念；边界上给定热流密度的边界条件（第二类边界条件）的有限差分方程，第三类边界条件的有限差分方程，无内热源的稳态二维导热微分方程的中心差分格式的有限差分方程，一维非稳态无内热源的导热微分方程的显式和隐式有限差分方程，显式格式差分方程的解的收敛条件。重点难点 求解导热问题的三种基本方法以及基本的求解过程，和各自的特点，导热问题数值求解过程的基本思想，稳态导热方程有限差分方程的推导过程，一维非稳态无内热源的导热微分方程的有限差分方程的推导过程。差分方程组的求解方法，高斯-赛德尔迭代的求解原理，控制迭代运算终止的两种方法。教学方法 课堂讲授、观看影像资料。课 时 3学时第六章 对流换热目的要求 了解自然对流换热、强制对流换热的相关概念、计算求解方法和应用。 教学内容 对流换热、自然对流、强制对流、湍流（紊流）、层流、贴壁处热量传递机理、粘性流体、边界层、理想流体、雷诺准则、普朗特准则、努赛尔准则、格拉晓夫准则、定性温度和特性尺度、无滑移边界条件、边界层厚度、临界距离、外掠平板临界雷诺数的基本概念。影响对流换热的主要因素、对流换热微分方程组的推导、自然对流和强制对流换热的计算，以及在不同条件下的相关修正方法。求解对流换热系数的基本途径。重点难点 稳态强制对流换热的准则关系式，稳态自然对流换热的准则关系式，竖壁附近自然对流的温度分布和速度分布，大空间自然对流换热问题，三种典型的强制对流换热的流场和温度场的特点对流换热方程组包含的内容，换热微分方程式，能量微分方程，x、y、z三个方向的动量微分方程及连续性微分方程，能量微分方程和动量微分方程各部分代表的含义，外掠平板的对流换热系数的计算步骤，横掠圆柱（圆管）和管内流动的流场和温度场的特点。教学方法 课堂讲授、观看影像资料。课 时 4学时第七章 辐射换热目的要求 了解辐射换热的相关概念、计算求解方法和应用。 教学内容 热辐射、吸收比、反射比、透射比、镜面反射、漫反射、真实物体的反射、绝对黑体、镜体、白体、透明体、辐射力、单色辐射力、角系数、有效辐射、发光火焰的基本概念。普朗克定律，维恩位移定律，基尔霍夫定律，两个黑体间的辐射换热，灰体间的辐射换热，气体辐射和火焰辐射。重点难点 角系数的相对性、完整性，确定角系数的方法，代数法计算角系数的步骤，两个灰体和三个灰体间的辐射换热网络，具有重辐射面的封闭腔的辐射换热，气体辐射的特点、水蒸气、二氧化碳以及混合气体的发射率的计算方法、火焰辐射计算的简化假设。教学方法 课堂讲授、观看影像资料。课 时 5学时第八章 复合换热与传热目的要求 了解复合换热与传热的相关概念、计算求解方法和应用。 教学内容 复合换热、辐射换热表面传热系数、复合换热表面传热系数、多层平壁的传热系数、传热过程的基本概念。通过平壁和圆筒壁的传热，各种换热器的结构特点及应用，换热器传热的平均温差的计算方法，热管的工作原理、结构、分类及应用。重点难点 传热过程包括哪三个环节，气隙的复合换热的处理，通过圆筒壁的传热。教学方法 课堂讲授、观看影像资料。课 时 3学时第九章 传质学简介目的要求 了解传质学的相关概念、计算求解方法和应用。 教学内容 传质、质扩散系数、表面传质系数、对流传质的基本概念。混合物浓度的表示方法，质扩散菲克定律及相关应用计算。重点难点 质扩散过程和导热过程的比较，两种典型的质扩散过程，对流传热与传质的对比，质量与热量同时存在的传递过程。教学方法 课堂讲授、观看影像资料。课 时 2学时三、实践性教学内容1 储氢材料的导热系数的测定(2学时) 2 储氢材料的热扩散率的测定(2学时) 注：实验大纲另附四、主要参考书目1. 传热学基础（第2版），杨世铭主编，北京：高等教育出版社，2003.122. 传热学（第4版），杨世铭、陶文铨主编，北京：高等教育出版社，2006.83. 传热学（第2版），戴锅生主编，北京：高等教育出版社，1999.9 4. 传热和传质基础原理（原著第六版），美英