《傳熱學4》課程教學大綱

《傳熱學4》教學大綱一、課程基本信息課程名稱傳熱學HeatTransfer課程編碼CNE210311032開課院部石大山能新能源學院課程團隊傳熱學學分3.0課內學時50講授46實驗4上機0實踐0課外學時50適用專業(yè)建筑環(huán)境與能源應用工程授課語言中文先修課程高等數學（2-1）、大學物理（2-1）、線性代數、高等數學（2-2）、大學物理（2-2）、大學物理實驗（2-1）、大學物理實驗（2-2）課程簡介（必修）傳熱學是研究溫差作用下熱能傳遞規(guī)律的一門學科。本課程為建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)的學科基礎課程，是專業(yè)核心課程，為學生分析和解決筑環(huán)境與能源應用工程領域內與熱量傳遞有關的問題提供理論基礎。課程的主要內容有導熱的基本理論、穩(wěn)態(tài)導熱與非穩(wěn)態(tài)導熱的分析與計算、導熱問題的數值方法、對流傳熱的理論基礎、單相對流傳熱的實驗關聯式、相變傳熱的原理與計算、熱輻射的基本定律及輻射特性、輻射傳熱的計算、傳熱過程分析與換熱器熱計算等。通過學習，使學生掌握熱能傳遞的基本概念和基本原理，具備對復雜工程傳熱問題進行分析和計算能力，并能夠判斷結果的合理性。同時通過課程學習，培養(yǎng)學生的家國情懷和誠實守則的職業(yè)規(guī)范、工程意識和素養(yǎng)。Heattransferisadisciplinethatstudiesthelawofheattransferundertheactionoftemperaturedifference.Thiscourseisabasiccourseforthemajorofarchitecturalenvironmentandenergyapplicationengineering,andisaprofessionalcorecourse,itprovidesatheoreticalbasisforstudentstoanalyzeandsolveproblemsrelatedtoheattransferinthefieldofbuildingenvironmentandenergyapplicationengineering.Themaincontentsofthecourseincludethebasictheoryofheatconduction,theanalysisandcalculationofsteadyandunsteadyheatconduction,thenumericalmethodofheatconduction,thetheoreticalbasisofconvectiveheattransfer,theexperimentalcorrelationofsingle-phaseconvectiveheattransfer,theprincipleandcalculationofphasechangeheattransfer,theBasicLawandradiationcharacteristicsofthermalradiation,thecalculationofradiationheattransfer,theanalysisofheattransferprocessandthethermalcalculationofheatexchanger,etc.Throughlearning,studentscanmasterthebasicconceptsandprinciplesofheattransfer,havetheabilitytoanalyzeandcalculateheattransferproblemsincomplexprojects,andbeabletojudgetherationalityoftheresults.Atthesametime,throughcurriculumlearning,students'familyandcountryfeelingsandprofessionalnorms,engineeringawarenessandaccomplishmentofhonestyruleswillbecultivated.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務自選1M1理解熱傳導、熱對流、熱輻射三種基本熱量傳遞方式和綜合傳熱過程的基本概念、基本原理和規(guī)律以及工程計算方法，掌握一定的傳熱學實驗技能，理解熱傳導、對流傳熱和熱輻射中典型熱量傳遞過程的特征。是1.22M2針對工程中的復雜傳熱問題，能夠基于過程特點做出合理的簡化假設，建立物理模型和數學模型，并能夠采用恰當的方法進行計算，同時能夠分析和判斷計算結果的準確性和合理性。是2.23M3培養(yǎng)學生的家國情懷和誠實守則的職業(yè)規(guī)范，培養(yǎng)學生的工程意識和素養(yǎng)是8.18.1三、課程內容序號章節(jié)號標題課程內容/重難點支撐課程目標課內學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)11.11.1緒論傳熱學的研究內容，連續(xù)介質假定，傳熱學與工程熱力學的關系，傳熱學的應用。M11講授0.5/21.21.2熱能傳遞的三種方式熱傳導，熱對流，熱輻射。M11講授0.5作業(yè)31.31.3傳熱過程和傳熱系數傳熱方程式，熱阻，傳熱熱阻M11講授1作業(yè)41.41.4傳熱學中的能量守恒原理（補充內容）控制容積的能量守恒原理，控制表面的能量守恒，例題。M11講授1作業(yè)，單元測試52.12.1導熱基本定律-傅里葉定律各類物質的導熱機理，溫度場，導熱基本定律，導熱系數，工程導熱材料的一般分類。M11講授0.5/62.22.2導熱問題的數學描述導熱微分方程，定解條件，熱擴散率的物理意義，傅里葉定律及導熱微分方程的適用范圍。M11講授0.5/72.32.3典型一維穩(wěn)態(tài)導熱的分析解通過平壁的導熱，通過圓筒壁的導熱，通過球殼的導熱，帶第二類、第三類邊界條件的一維導熱問題，變截面或變導熱系數的一維問題，具有內熱源的一維穩(wěn)態(tài)導熱。M22案例式教學2作業(yè)82.42.4通過肋片的導熱通過等截面直肋的導熱，肋效率與肋面總效率，接觸熱阻。M22案例式教學2作業(yè)93.13.1非穩(wěn)態(tài)導熱的基本概念非穩(wěn)態(tài)過程的特點及類型，第三類邊界條件下Bi數對平板中溫度分布的影響。M11講授//103.23.2零維問題的分析法—集中參數法集中參數法溫度場的分析解，導熱量計算式，時間常數與傅里葉數，集中參數法的適用范圍。實驗1：Bi＜0.1物體在空氣中自然冷卻規(guī)律實驗。M23案例教學，實驗/作業(yè)，實驗報告113.33.3典型一維非穩(wěn)態(tài)導熱的分析解三種幾何形狀物體的溫度場分析解，非穩(wěn)態(tài)導熱正規(guī)狀況階段分析解的簡化，非穩(wěn)態(tài)導熱正規(guī)狀況階段的工程計算方法，分析解使用范圍的推廣及Fo、Bi對過程影響的討論，簡單幾何形狀多維非穩(wěn)態(tài)導熱的分析解。M22案例講授1作業(yè)123.43.4半無限大物體的非穩(wěn)態(tài)導熱三種邊界條件下半無限大物體溫度場的分析解，導熱量的計算公式，分析解的討論。M21講授2作業(yè)，單元測驗134.14.1導熱問題數值求解的基本思想基本思想，導熱問題數值求解基本步驟。M21講授0/144.24.2離散方程的建立方法泰勒級數展開法，熱平衡法，邊界節(jié)點離散方程的建立，求解代數方程的迭代法M21講授0/154.34.3非穩(wěn)態(tài)導熱的數值方法時間-空間區(qū)域的離散化，非穩(wěn)態(tài)導熱的隱式格式，邊界節(jié)點的離散方程。M21講授6研究性大作業(yè)165.15.1對流傳熱概說對流傳熱的影響因素，對流傳熱現象的分類，對流傳熱的研究方法，如何從解得的溫度場計算表面?zhèn)鳠嵯禂礛11講授0/175.25.2對流傳熱問題的數學描寫運動流體能量方程的推導，對流傳熱問題完整的數學描寫。M21講授1/185.35.3邊界層型對流傳熱問題的數學描寫流動邊界層及邊界層動量方程，熱邊界層及熱邊界層能量方程，二維穩(wěn)態(tài)邊界層型對流傳熱問題的數學描述。M11講授1/195.45.4流體外掠平板傳熱層流分析解及比擬理論流體外掠等溫平板傳熱的層流分析解，特征數方程，普朗特數的物理意義，外掠平板對流傳熱的工程計算。M21講授1作業(yè)205.55.5相似原理與量綱分析物理現象相似的定義，相似原理的基本內容，導出相似特征數的兩種方法。M11講授1作業(yè)215.65.6相似原理的應用應用相似原理指導實驗的安排及實驗數據的整理，應用相似原理指導模化實驗，應用相似特征數應注意之點，對實驗關聯式準確性的正確認識。M11講授1作業(yè)，單元測試226.16.1內部強制對流傳熱的實驗關聯式內部流動強制對流傳熱的特點，管槽內湍流強制對流傳熱的關聯式，層流強制對流傳熱關聯式。M21講授1作業(yè)236.26.2外部強制對流傳熱流體橫掠單管的實驗結果，流體外掠球體的實驗結果，流體橫掠管束的實驗結果。M21講授1作業(yè)246.36.3射流沖擊的實驗關聯式單個圓噴嘴射流的流場結構及局部換熱強度的分布特點，單個圓噴嘴射流平均傳熱特性的實驗關聯式，單個狹縫噴嘴射流平均傳熱特性的實驗關聯式。M20自主學習1/256.46.4大空間及有限空間內自然對流傳熱的實驗關聯式自然對流傳熱現象的特點，自然對流傳熱的控制方程與相似特征數，大空間自然對流傳熱的實驗關聯式，有限空間自然對流傳熱的實驗關聯式，混和對流簡介。實驗2：空氣橫掠單管的自然對流傳熱。M23.5案例教學，實驗1作業(yè)266.56.5微細通道內的流動與傳熱及納米流體傳熱簡介微通道內氣體的流動與傳熱，微通道內液體的流動與傳熱，納米流體的流動與傳熱。M20.5講授1/276.66.6強化單相對流傳熱的技術、機理及性能評價強化傳熱概說，強化對流傳熱的常用技術M21討論1作業(yè)，單元測試287.17.1凝結傳熱珠狀凝結與膜狀凝結，凝結液構成了蒸汽與壁面間的主要熱阻，膜狀凝結是工程設計的主要依據，努賽爾蒸汽層流膜狀凝結的分析解，豎直管與水平管的比較與實驗驗證，湍流膜狀凝結，膜狀凝結的影響因素。M21.5講授，自主學習3作業(yè)297.27.2沸騰傳熱大容器飽和沸騰曲線，臨界熱流密度及其工程意義，氣泡動力學簡介，大容器沸騰傳熱的實驗關聯式，影響沸騰傳熱的因素。M21.5講授，自主學習2作業(yè)，單元測試307.37.3熱管簡介熱管的工作原理，熱管殼體材料與工質之間的相容性，熱管中各個傳遞環(huán)節(jié)的熱阻分析，熱管的應用。M20自主學習1/318.18.1熱輻射基本概念熱輻射定義及區(qū)別于導熱對流的特點，從電磁波的角度描述熱輻射的特性，黑體模型及重要性。M11講授0/328.28.2黑體輻射的基本定律斯蒂藩-玻耳茲曼定律，普朗克定律，蘭貝特定律。M11講授0作業(yè)338.38.3固體和液體的輻射特性實際物體的輻射力，實際物體的光譜輻射力，實際物體的定向輻射強度，定向發(fā)射率，影響物體發(fā)射率的因素。M11講授1/348.48.4氣體的輻射特性及計算氣體輻射的特點，光譜輻射能在氣層中的定向傳遞，平均射線程長的計算，水蒸氣、二氧化碳發(fā)射率、吸收比的經驗確定曲線。M10.2講授0.5/358.58.5實際物體對輻射能的吸收與輻射的關系實際物體的吸收比，光譜吸收比，實際物體的吸收具有選擇性，灰體的概念及其應用，基爾霍夫定律，溫室效應。M10.8講授，自主學習1.5作業(yè)368.68.6太陽與環(huán)境輻射太陽常數，太陽能穿過大氣層的削弱，環(huán)境輻射，部分物體對太陽能的吸收比。M10自主學習1單元測試379.19.1輻射傳熱的角系數角系數的定義及計算假定，角系數的性質，相對性，完整性，可加性，角系數的計算方法，代數分析法。M11講授/作業(yè)389.29.2兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱封閉腔模型，兩黑體表面組成的封閉腔，有效輻射和投射輻射，兩個漫灰表面組成的封閉腔輻射傳熱。M21講授/作業(yè)399.39.3多表面系統(tǒng)輻射傳熱兩表面換熱系統(tǒng)的輻射網絡，多表面封閉系統(tǒng)網絡法求解的實施步驟，三表面封閉系統(tǒng)的兩種特殊情形，多表面封閉系統(tǒng)傳熱計算的幾點說明，遮熱板的原理及工程應用。M21.5講授2作業(yè)409.49.4有氣體參與的輻射傳熱的計算氣體與黑體包殼間的輻射傳熱計算。M20.5講授1/419.59.5輻射傳熱的控制（強化與削弱）控制物體間表面輻射傳熱的方法，遮熱板的原理及應用，遮熱罩抽氣式熱電偶為什么能減少氣體溫度測量的誤差。M21講授，自主學習2作業(yè)，單元測試4210.110.1傳熱過程的分析與計算通過平壁傳熱過程的計算，通過圓筒壁傳熱過程的計算，通過肋壁傳熱過程的計算，臨界熱絕緣直徑。M21講授/作業(yè)4310.210.2換熱器的類型換熱器的分類，間壁式換熱器的主要形式，套管式換熱器，管殼式換熱器，交叉流換熱器，提高換熱器緊湊性的途徑，管殼式換熱器的近期發(fā)展。M11講授/作業(yè)4410.210.3換熱器傳熱過程平均溫差的計算簡單順、逆流換熱器平均溫差的計算，對數平均溫差，其他復雜流時平均溫差的計算，不同流動布置形式的比較。M21講授1作業(yè)4510.410.4間壁式換熱器的熱設計兩種類型的設計與兩種設計方法，換熱器熱設計的平均溫差法，換熱器熱設計的效能-單元數法，換熱器的效能及計算，采用ε-NTU法計算換熱器的步驟，換熱器的污垢熱阻。M21.5講授，自主學習2作業(yè)4610.510.5熱量傳遞過程的控制強化傳熱過程要抓住主要環(huán)節(jié)，強化對流傳熱技術的分類，隔熱保溫技術。M20.5講授，討論2作業(yè)，單元測試四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1、每周有作業(yè)：每周3~5道題目，約60道題目以上，根據支撐的課程目標分類布置。2、成績采用百分制，根據評分標準評價。3、考核學生對傳熱學基本知識和原理的理解，運用原理分析復雜傳熱問題的能力。20%2實驗1、本課程4學時實驗，共兩次實驗。2、成績采用百分制，根據評分標準評分。3、考核學生的動手實踐能力，運用實驗原理研究問題的能力。5%3研究性作業(yè)1、利用數值方法通過編程求解實際工程中的導熱問題，提交研究論文。2、根據論文的完整性和計算結果的準確性評分。5%4課堂表現1、課堂上采用雨課堂技術進行隨堂測驗或討論，考查學生對知識點的理解情況。2、根據所有課堂的總分，折算成百分制，按10%計入總成績。10%5單元測試1、在云課堂上設置在線測試模塊，每章講完后在規(guī)定的時間內要求學生登陸作答。2、取所有章節(jié)單元測試的平均分，按15%計入總成績。20%6期末考試1、閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2、考核學生運用傳熱學原理分析問題、解決問題的能力，題型主要是簡答分析題和計算題。3、課程目標1的題目約占30-40%，課程目標2的題目占60%-70%。40%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)20%90-100：獨立思考、按時完成，格式規(guī)范；解題思路、公式運用和計算結果均正確。作業(yè)整潔、字跡工整、美觀；75-89：獨立完成、按時上交，格式規(guī)范；解題思路、公式運用和計算結果均正確；60-74：獨立完成、按時上交，格式較為規(guī)范；解題思路和公式運用正確，但是計算結果錯誤；<60：作業(yè)未按格式要求、未能按時上交、解題思路混亂，計算過程和結果均不正確。其中抄襲作業(yè)者，抄與被抄均按零分計。2M1課堂表現25%3M1單元測試25%4M1期末考試30%5M2平時作業(yè)20%90-100：獨立思考、按時完成，格式規(guī)范；解題思路、公式運用和計算結果均正確。作業(yè)整潔、字跡工整、美觀；75-89：獨立完成、按時上交，格式規(guī)范；解題思路、公式運用和計算結果均正確；60-74：獨立完成、按時上交，格式較為規(guī)范；解題思路和公式運用正確，但是計算結果錯誤；<60：作業(yè)未按格式要求、未能按時上交、解題思路混亂，計算過程和結果均不正確。其中