《傳熱學(xué)》教學(xué)大綱

《傳熱學(xué)》教學(xué)大綱英文名稱：HeatTransfer學(xué)時(shí)：48 學(xué)分：4課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課課程類別：理論課先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)開課學(xué)期：第五學(xué)期適用專業(yè)：機(jī)械類一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)：《傳熱學(xué)》主要研究熱量傳遞的機(jī)理、規(guī)律、計(jì)算和測(cè)試方法等基礎(chǔ)理論知識(shí)，是能源動(dòng)力、機(jī)械及建環(huán)類院系本科生的基礎(chǔ)課，也是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的最重要技術(shù)基礎(chǔ)之一。該課程立足于清華大學(xué)建設(shè)世界一流大學(xué)的目標(biāo)，課程建設(shè)的指導(dǎo)思想是力求將本課程的基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和前瞻性等特點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來，并體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容的安排和教學(xué)方法的實(shí)現(xiàn)中；以訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新性思維、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為出發(fā)點(diǎn)，調(diào)整課程內(nèi)容、進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法、注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生具備一定的理論聯(lián)系實(shí)際、分析和解決實(shí)際熱工問題的能力及創(chuàng)新能力；擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，為以后研究生階段的學(xué)習(xí)和研究以及今后解決國民經(jīng)濟(jì)及高新科技發(fā)展中的熱工問題打下一定的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，加強(qiáng)高水平教材建設(shè)。課程建設(shè)的總體目標(biāo)是建設(shè)與世界一流大學(xué)同類課程水平相當(dāng)?shù)?、具有中國特色的精品課程；建設(shè)一支包括外籍教師在內(nèi)的7～8人的結(jié)構(gòu)合理、學(xué)術(shù)水平高、熱心本科生教學(xué)、學(xué)術(shù)思想活躍、能熟練地進(jìn)行雙語教學(xué)的教師隊(duì)伍。二、課程的基本要求：傳熱學(xué)內(nèi)容的實(shí)質(zhì)是三大守衡，即質(zhì)量守衡，動(dòng)量守衡與能量守衡；是自然界最基本的定律在熱傳遞現(xiàn)象中的體現(xiàn)。用三大守衡的思想貫穿全篇，使學(xué)生掌握溫度場(chǎng)與熱流密度場(chǎng)的概念和三種基本傳熱方式的計(jì)算方法；使學(xué)生能夠應(yīng)用質(zhì)量，動(dòng)量與能量平衡的概念將研究對(duì)象的傳熱問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，列出方程（含微分方程），對(duì)部分簡(jiǎn)單邊界條件問題能夠求出解析解；并能夠應(yīng)用運(yùn)用有限差分法在計(jì)算機(jī)上求解一般的傳熱問題。緒論基本概念：導(dǎo)熱、熱對(duì)流、對(duì)流換熱、熱輻射、輻射換熱、傳熱、熱阻、導(dǎo)熱系數(shù)、換熱系數(shù)。第一章導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)（1）導(dǎo)熱的基本概念及傅里葉定律：溫度場(chǎng)、等溫面、等溫線、溫度梯度、傅里葉定律；（2）導(dǎo)熱系數(shù)；（3）導(dǎo)熱微分方程式：直角坐標(biāo)系和圓柱坐標(biāo)系一維導(dǎo)熱微分方程式；單值性條件。第二章穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（1）通過平壁的導(dǎo)熱：熱流密度、溫度分布；（2）通過復(fù)合平壁的導(dǎo)熱；（3）通過圓筒壁的導(dǎo)熱：臨界熱絕緣直徑；（4）通過肋壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：能量方程式、肋壁溫度分布、肋片效率；（5）通過接觸面的導(dǎo)熱：接觸熱阻及影響因素；（6）二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題：形狀因子。第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（1）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念：瞬態(tài)導(dǎo)熱、周期性非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；（2）無限大平壁的加熱與冷卻：分析解法、Fo及Bi對(duì)溫度分布的影響、集總參數(shù)法；（3）半無限大物體的瞬態(tài)導(dǎo)熱（4）其他形狀物體的瞬態(tài)導(dǎo)熱第四章導(dǎo)熱問題數(shù)值解法基礎(chǔ)（1）建立離散方程的方法：有限差分、熱平衡法；（2）穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的數(shù)值計(jì)算；（3）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的數(shù)值計(jì)算；第五章對(duì)流換熱分析（1）對(duì)流換熱基本概念、特點(diǎn)及分類；（2）對(duì)流換熱過程的微分方程組；（3）邊界層概念、邊界層換熱微分方程組及求解；（4）動(dòng)量傳遞和熱量傳遞的類比；（5）相似理論在對(duì)流換熱中的應(yīng)用：相似原理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法、實(shí)驗(yàn)方法。第六章單相流體對(duì)流換熱（1）管內(nèi)受迫對(duì)流換熱：進(jìn)口段、流態(tài)、計(jì)算；（2）外掠圓管對(duì)流換熱：?jiǎn)喂?、管束；?）自然對(duì)流換熱與混合對(duì)流換熱：基本概念。第七章凝結(jié)與沸騰換熱（1）凝結(jié)換熱：基本概念、計(jì)算；（2）沸騰換熱：基本概念、計(jì)算；（3）熱管。第八章熱輻射的基本定律（1）熱輻射的基本概念；（2）黑體的輻射特性及幾個(gè)基本定律；（3）實(shí)際物體的輻射特性、灰體。第九章輻射換熱計(jì)算（1）黑表面間的輻射換熱；（2）角系數(shù)及確定方法；（3）灰表面間的輻射換熱；（4）氣體輻射、太陽輻射（基本概念）。第十章傳熱過程與換熱器（1）傳熱過程：通過肋壁的傳熱；（2）有復(fù)合換熱時(shí)的傳熱計(jì)算；（3）傳熱的增強(qiáng)和削弱；（4）換熱器的型式和基本構(gòu)造；（5）平均溫度差；（6）換熱器計(jì)算。三、課程的講授內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配：一、緒論（3學(xué)時(shí)）1.概述2.熱量傳遞的基本方式3.傳熱過程簡(jiǎn)介二、導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)（3學(xué)時(shí)）1.導(dǎo)熱的基本概念及傅里葉定律2.導(dǎo)熱系數(shù)3.導(dǎo)熱微分方程式4.導(dǎo)熱過程的單值性條件三、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（4學(xué)時(shí)）1.通過平壁的導(dǎo)熱2.通過復(fù)合平壁的導(dǎo)熱3.通過圓筒壁的導(dǎo)熱4.通過肋壁的導(dǎo)熱5.通過接觸面的導(dǎo)熱6.二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題四、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（4學(xué)時(shí)）1.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念2.無限大平壁的瞬態(tài)導(dǎo)熱3.半無限大物體的瞬態(tài)導(dǎo)熱4.其他形狀物體的瞬態(tài)導(dǎo)熱5.周期性變化邊界條件下非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱五、導(dǎo)熱問題數(shù)值解法基礎(chǔ)（3學(xué)時(shí)）1.建立離散方程的方法2.穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的數(shù)值計(jì)算3.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的數(shù)值計(jì)算4.控制容積積分法簡(jiǎn)介導(dǎo)熱部分小結(jié)、二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱理論解及作業(yè)講評(píng)、課堂討論與習(xí)題課（2學(xué)時(shí)）六、對(duì)流換熱分析（6學(xué)時(shí)）1.對(duì)流換熱概述2.對(duì)流換熱微分方程組3.邊界層換熱微分方程組的解4.邊界層換熱積分方程組及求解5.動(dòng)量傳遞和熱量傳遞的類比（湍流）6.相似理論基礎(chǔ)七、單相流體對(duì)流換熱及準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式（4學(xué)時(shí)）1.管內(nèi)受迫對(duì)流換熱2.外掠圓管流動(dòng)換熱3.自然對(duì)流與混合對(duì)流換熱八、凝結(jié)與沸騰換熱（3學(xué)時(shí)）1.凝結(jié)換熱2.沸騰換熱3.熱管對(duì)流換熱部分小結(jié)、最新研究工作介紹及作業(yè)講評(píng)、課堂討論與習(xí)題課（2學(xué)時(shí)/2學(xué)時(shí)）九、熱輻射的基本定律（3學(xué)時(shí)）1.熱輻射的基本概念2.黑體的輻射特性3.實(shí)際物體的輻射特性、灰體十、輻射換熱計(jì)算（4學(xué)時(shí)）1.黑表面間的輻射換熱2.角系數(shù)的確定方法3.灰表面間的輻射換熱4.氣體輻射5.太陽輻射熱輻射與輻射換熱部分小結(jié)、輻射換熱實(shí)例及作業(yè)講評(píng)與習(xí)題課（2學(xué)時(shí)）十一、傳熱和換熱器（4學(xué)時(shí)）1.通過肋壁的傳熱2.有復(fù)合換熱時(shí)的傳熱計(jì)算3.傳熱的增強(qiáng)和削弱4.換熱器的型式和基本構(gòu)造5.平均溫度差6.換熱器計(jì)算7.換熱器性能評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述總結(jié)（1學(xué)時(shí)）四、課程的作業(yè)與實(shí)驗(yàn)：（一）習(xí)題做習(xí)題是鞏固學(xué)得理論知識(shí)的重要手段，本課教學(xué)安排大量習(xí)題。每章約有5道題目，總計(jì)約70題。各章節(jié)習(xí)題量安排具體見學(xué)時(shí)分配表。（二）實(shí)驗(yàn)本課安排四個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)兩學(xué)時(shí)。圓球法測(cè)定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)要求：鞏固穩(wěn)定導(dǎo)熱的基本理論，學(xué)習(xí)用圓球法測(cè)定材料導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)會(huì)利用標(biāo)準(zhǔn)電阻精密測(cè)量電功率的方法以及用熱電偶測(cè)溫的技術(shù)；測(cè)量試材的導(dǎo)熱系數(shù)，以及隨溫度變化的規(guī)律。2、常功率平面熱源法同時(shí)測(cè)定絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ和導(dǎo)溫系數(shù)實(shí)驗(yàn)要求：測(cè)定材料（不良導(dǎo)熱體）的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱；學(xué)習(xí)非穩(wěn)態(tài)（準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)）法測(cè)定材料導(dǎo)熱性能的實(shí)驗(yàn)原理和方法。3、空氣橫掠單圓管時(shí)強(qiáng)迫對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：了解試驗(yàn)裝置、熟悉空氣流速及管壁溫度的測(cè)量方法，掌握測(cè)量?jī)x表的使用方法；測(cè)定空氣橫掠單管平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并將結(jié)果整理成準(zhǔn)則關(guān)系式；掌握強(qiáng)制對(duì)流換熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差分析方法。4、水平圓管外表面空氣自然對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求：測(cè)定空氣與水平圓柱體之間發(fā)生自然對(duì)流換熱時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并將結(jié)果整理成準(zhǔn)則關(guān)系式；學(xué)習(xí)本實(shí)驗(yàn)中的測(cè)試技術(shù)（熱電偶測(cè)壁溫、測(cè)量熱量）及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理方法；學(xué)習(xí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析的方法。五、課程的學(xué)時(shí)分配及說明：學(xué)時(shí)分配表課內(nèi)講授教學(xué)各環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)上機(jī)設(shè)計(jì)作業(yè)緒論35第一章導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)35第二章穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱49第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱49第四章導(dǎo)熱數(shù)值解法基礎(chǔ)34導(dǎo)熱部分小結(jié)2第五章對(duì)流換熱分析6210第六章單相流體對(duì)流換熱412第七章凝結(jié)于沸騰換熱34對(duì)流換熱部分小結(jié)2第八章熱輻射的基本定律36第九章輻射換熱計(jì)算448輻射部分小結(jié)2第十章傳熱與換熱器44課程總結(jié)1總

計(jì)48676六、課程主要參考書：本課程的教材選用章熙民、任澤霈等編著的《傳熱學(xué)》（第五版），該書第二版于1988年獲全國高等學(xué)校優(yōu)秀教材獎(jiǎng)，是普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材。參考資料的目錄如下：《傳熱學(xué)》（第四版）楊世銘、陶文銓主編（該書獲2001年國家級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)，2001年中國高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)）《FundamentalsofHeatandMassTransfer》，F(xiàn).P.Incropera,D.P.DeW