《热流体工程学I》课程教学大纲

《热流体工程学I》课程教学大纲

课程编码：412502

课程名称：热流体工程学I

英文名称：Thcrmofluids1

开课学期：4

学时/学分：32/2（其中实验学时：5学时）

课程类型：学科基础必修课

开课专业：机械类专业本科生

选用教材：杨世铭.传热学基础（第二版）.北京：高等教育出版社,2003.12.

主要参考书：

1、J.P.Holman,HeatTransfer（10'hedition）,NewYork:McGraw-Hill,2009.2.

2、T.L.Bergman,A.S.Lavine,FundamentalsofHeatandMassTransfer（7,hedition）,New

York:JohnWiley&Sons,2011.

3、陶文铿.数值传热学（第2版）.西安：西安交通大学出版社,2001.5.

4、M.Kaviany.PrinciplesofHeatTransfer.NewYorkJohnWiley&Sons,2001.6.

一、课程简介

【课程名称】《热流体工程学I》（32学时/2学分，春季）

[CourseName]Thermofluids1（32studyhours/2credits,SpringSemester）

【教学目的】热流体工程学I依托机械工程专业为背景，主要研究机械工程设计、制造和

应用中热量传递的机理、观律、分析、计算和测试方法等基础理论知识。随着生产和科学技

术的发展，传热学的研究和应用深入到各个机械工业和科研领域，是当今科学技术发展最重

要的技术基础之一，因此传热学课程成为了工学类相关专业的技术基础课，是国内外高等学

校机械类专业高度重视的主干专业基础必修课和平台课。本门课程可为学生学习有关机械工

程后续专业课程打下良好的基础，培养学生对专业所涉及的传热学问题具有一定的分析和计

算能力，并为学生获取和拓展本专业发展理论和应用实践打卜.基础。

[CourseObjects]Thiscourseisintendedtoteachheattransfertheory.Heattransfertheoryisa

kindofsciencewhichfocusesonthetransferrulesofheatandisderivedfromfluidmechanics

andphysics.Theresearchandapplicationofheattransferhaspenetratedintoallfieldsofincustry

andscience.Soheattransfertheoryisacompulsoryandbasiccourseofallmajorsreferredto

mechanicalengineering.Theenforcementofbasictheoryofheattransferanditsapplicationin

engineeringfieldsisthemaingoalofthiscourse.Itaimsatteachingthebasicrulesofheat

transferprocess,namelylieatconduction,heatconvectionandheatradiation,andtheirbasic

theories,mathematicalexpressions,computationalmethodsandexperiments.Meanwhilethe

researchstatusandtendencyofheattransfertheoryanditsapplicationsinengineeringfieldsboth

domesticandabroadwillbeintroducedtostudents.Thus(heabilityforstudentstodealwith

practicalproblemsrefenedtoheattransferiscultivatedandabasicknowledgetoworkfurtheron

researchactivityisbuilt.

【教学内容】本课程共7章理论内容及4个实验内容，主要介绍了导热、对流换热和辎射换

热三种换热方式的基本概念及其相关问题的计算方法。理论内容包括绪论、导热基本原理、

稳态导热、非稳态导热、对流换热、辐射换热以及复合换热与传热；实验内容包括材料导热

系数的测定实验、复合换热传热系数的测试实验、中温福射物体黑度的测定和复合传热性能

实验(蒸汽冷凝)。

(TeachingContent]Thiscourseintroducesthebasicconceptsofthreekindsofheattransfer

methods,suchasconduction,convectionandradiationhcaitransfer.Thecalculationmethodsof

relatedproblemsalsoincluded.Thetheoreticalcontentsincludetheintroduction,thebasic

principleofconduction,steady-stateconduction,unsteady-stateconduction,principlesof

convection,radiationheattransferandcomplexheatexchanges.Theexperimentalcontents

includeexperimentofthermalconductivityofmaterials,experimentofheattransfercoefficientof

compoundheattransfer,experimentofemissivityofintermediatetemperatureobjectand

experimentofcompoundheattransferperformance(steamcondensation).

【授课对象】本课程的授课对象为机械工程专业本科生。

[TargetStudents]Thetargetstudentsofthiscoursemainlyaretheundergraduatesinmechanical

engineering.

二、课程目标

1、了解热量传递的导热、对流、辐射三种基本方式及其相关基本概念。(支撑毕业要

求指标点2-1)

Understandthefundamentalconceptsofheattransfer,withconsiderationofthe

mechanismofconduction,convectionandradiation.

2、掌握温度场、传热后的基本分析方法和计算方法。（支撑毕业要求指标点2-1）

Computebasicparametersfortemperaturefieldandheattransfer,includinganalysisand

calculation.

3、应用热流体工程学知识对机械工程中的相关问题进行抽象、建模、分析并给出解决

方案。（支撑毕业要求指标点3-1、3-2、3-3）

Identify,model,analyzeandsolvethermofluidsproblemsinmechanicalengineering

using（heconceptsofconduction,convectionandradiation.

4、掌握常用热工测试仪器的使用方法与基本热工参数的测试技术。（支撑毕业要求指

标点3-3）

Testbasicthermalparametersusingthecommonlythermaltestequipmentand

technology.

三、各章节内容及学时分配

第一章绪论（2学时）

教学目的与要求

通过本章节的讲授，使学生了解传热学的意义和任务，理解热量传递的三种基本形式:

热传导、热对流、热辐射；掌握传热过程的基本计算方法和单位制。

教学内容

第一节传热学的研究对象及其在热加工工艺中的应用

第二节热量传递的三种基本方式

第三节单位制

考核要求

了解：传热学的意义和任务。

理解：热量传递的三种基本形式：热传导、热对流、热幅射。

掌握：传热过程的基本计算方法和单位制。

第二章导热基本原理（2学时）

教学目的与要求

通过本章节的讲授，使学生认知傅立叶定律和导热微分方程，求解导热微分方程的定解

条件。第一类边界条件：表面恒温或等速加热的情况。第二类边界条件：恒热流加热。第三

类边界条件：恒温对流加热。要求掌握温度场、温度梯度、热流密度、热流和热最等基本概

念。掌握傅立叶定律的基本条件、物理意义及计算方法，了解影响热导率的主要因素，能以

导热微分方程和定解条件描述导热过程。

教学内容

第一节傅里叶定律

第二节导热微分方程式

第三节初始条件及边界条件

考核要求

了解：各种金属和非金属材料的导热特性。

理解：导热微分方程的推导过程。

掌握：傅立叶定律，导热微分方程式的各种表达形式及其初始和边界条件。

第三章稳态导热（4学时）

教学目的与要求

通过讲授平壁、圆筒、球壁、长杆等导热问题实例，使学生加强对导热基本概念的深入

理解・，进•步从工程实际出发，认知接触热阻和形状因子的定义和表达式，了解不同条件下

接触热阻和形状因子的基本特性。

教学内容

第一节通过平壁的导热

第二节通过圆筒壁和球壁的导热

第三节表面有散热的长杆的导热

第四节接触热阻

第五节形状因子

考核要求

了解：不同条件下接触热阻和形状因子的基本特性。

理解：接触热阻和形状因子的定义和表达式。

掌握：平壁、圆简、球壁、长杆等导热问题的计算方法。

第四章非稳态导热（6学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，使学生理解非稳态导热的基本分析方法，掌握非稳态导热问题的特点

及应用、集总参数法分析丰稳态问题，掌握集总参数法的应用条件及其解决问题的基本思想,

了解无限大平板、半无限大平板、有限大物体导热的数学模型、分析思路及方法，理解不同

形状物体加热或冷却速度以及机械加工中集中热源作用下的非稳态导热特性。

教学内容

第一节非稳态导热的基本概念

第二节第一类边界条件下的一维非稳态导热

第三节伴有相变边界的一维非稳态导热

第四节第三类边界条件下的一维非稳态导热

第五节二维及三维非稳态导热

第六节集总参数法

第七节不同形状物体加热或冷却速度的比较

第八节集中热源作用下的非稳态导热

考核要求

了解：无限大平板、半无限大平板、有限大物体导热的数学模型、分析思路及方法，不

同形状物体加热或冷却速度的比较。

理解：非稳态导热的基本概念，集总参数法的应用条件及其解决问题的基本思想，集中

热源作用下的非稳态导热问题计算方法。

掌握；非稳态导热问题的特点及应用集总参数法分析非稳态问题。

第五章对流换热（6学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，使学生理解对流换热的特点，了解流体外掠平板传热层流分析解及比

拟理论，掌握影响对流换热的主要因素。了解对流换热微分方程，了解几个典型对流换热现

象的试验关联式及其应用方法。

教学内容

第一节牛顿冷却公式和表面传热系数

第二节影响对流换热的主要因素

第三节对流换热微分方程组

第四节对流换热的无最纲准则

第五节自然对流换热的计算

第六节强制对流换热的计算

考核要求

了解：流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论，对流换热微分方程、几个典型对流换

热现象的试验关联式及其应用方法。

理解：对流传热问题和边界层型对流传热问题的数学描写，理解相似原理与量纲分析。

掌握：对流换热的特点、边界层中换热的特点，自然对流换热和强制对流换热的计算方

法。

第六章辐射换热（6学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，使学生掌握辐射换热的基本概念，理解黑体间辐射换热基本性质及实

际物体的辐射和吸收的基本规律，掌握黑体间辐射换热的计算和角系数的概念和计算，掌握

灰体辐射换热的计算方法。了解影响实际物体表面辐射特性的因素，理解角系数的基本性质。

掌握黑体间辐射换热的计算和角系数的概念和计算，掌握灰体辐射换热的计算方法。

教学内容

第一节热辐射的基本概念

第二节热辐射的基本定律

第三节两个黑体间的辐射换热

第四节角系数

第五节灰体间的辐射换热

第六节气体辐射

第七节火焰辐射

考核要求

了解：实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系，影响实际物体表面辐射特性的因素。

理解：黑体间幅射换热基本性质及实际物体的辐射和吸收的基本规律，角系数的基本性

质。

掌握：辐射换热的基本概念，黑体间辐射换热的计算和角系数的概念和计算，掌握灰体

辐射换热的计算方法，以及气体辐射和火焰辐射特点和计算分析方法。

第七章复合换热与传热（2学时）

教学目的与要求

通过本章的学习，使学生理解复合换热与传热过程及总传热系数，掌握传热晶的计算方

法及强化和削弱热量传递过程的原理和手段，能应用热风概念综合分析热量传递过程。了解

常见换热器的类型。能用对数平均温差法及传热单元数法计算间壁式换热器。

教学内容

第一节复合换热

第二节传热过程及其计算

第三节换热器传热的平均温差

考核要求

了解：常见换热器的类型。

理解：复合传热过程及总传热系数。

掌握：传热量的计算方法及强化和削弱热量传递过程的原理和手段，能应用热阻概念综

合分析热量传递过程；能用对数平均温差法及传热单元数法计算间壁式换热器。

四、实验

1.实验目的与任务

通过实验，加深学生对传热学基本原理的理解，掌握相关的测定方法：学会热工仪表的

使用方法，培养使用热工测试仪器进行传热测试的能力；在实验过程中的多人协作，培养学

生的团队协作能力。

2.实验教学基本要求

要求学生掌握每一个实验的实验原理、方法和步骤；要求学生在认真完成实验的基础上,

对实验所得到的试验数据进行相应的处理和误差分析，并按要求提交实验报告；要求对实验

指导书中所提出的问题加以讨论和研究，开发学生的创造性思维。

3.实验指导书：

杨永海，装永