传热学课程教学大纲.doc

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《传热学》教学大纲

课程名称：

传热学课程编码：

20511019

学时：

58学分：

4

开课学期：

第五学期

课程类别：

必修

课程性质：

专业基础课

适用专业：

建筑环境与设备工程专业本科生

先修课程：

高等数学、大学物理、流体力学、工程热力学

一、课程的性质、目的与任务：

传热学是建筑环境与设备工程专业四年制本科的主要专业基础课。

该课在该专业的知识结构中是至关重要的。

建筑环境与设备专业所研究解决的问题很大一部分是建筑物的温度、湿度问题。

气候在变化，建筑物构件每时每刻都在传热；用以改变室内温湿度条件的技术手段中，采暖、空调，热源、冷源等等，大都以传热为主要的物理过程。

因此学生传热学学得好坏，直接地影响学生的专业水平。

每门课一般都有丰富的内容和自己的体系。

传热学作为有百年历史的老学科，内容极其丰富，也早已自成体系。

但在课程建设中，如果每门课都片面、过份地强调把自己的课有科学的、系统的、完整的、严密的体系。

则势必引起整个专业学时的不适当膨胀。

正确的出发点应着力把整个专业知识结构设计成为一个科学的、系统的、完整的、严密的体系，所涉及的课程应服从整个体系的需要，在专业知识结构中起到恰如其分的作用。

传热学是建筑环境与设备工程专业四年制本科的主要专业基础课。

二、课程的基本要求：

传热学内容的实质是三大守衡，即质量守衡，动量守衡与能量守衡；是自然界最基本的定律在热传递现象中的体现。

用三大守衡的思想贯穿全篇，使学生掌握温度场与热流密度场的概念和三种基本传热方式的计算方法；使学生能够应用质量，动量与能量平衡的概念将研究对象的传热问题转化为数学模型，列出方程（含微分方程），对部分简单边界条件问题能够求出解析解；并能够应用运用有限差分法在计算机上求解一般的传热问题。

第一章一维稳态导热

平壁（含多层）、圆筒壁（含多层）、肋壁等一维稳态导热热阻公式，复合平壁按一维导热计算的近似热阻公式。

第二章导热理论基础

1、付立叶定律及与之相关的温度梯度、热流密度、导热系数的基本概念及其矢量与分量表达方式

2、用微元体热平衡的概念推导导热微分方程。

对简单的规则形状物体建立导热问题的数学模型，正确列出导热微分方程和单值性条件。

第三章非稳态导热

1、对流边界条件下非稳态导热解析解的分析与应用（不含求解过程）。

第三类边界条件的定向点，Bi、Fo准则的物理意义，正常情况阶段，集总参数法。

2、周期性变化边界条件下非稳态导热解析解的分析与应用（不含求解过程）。

温度波的衰减与延迟。

第四章有限差分法

1、用有限差分法求解一、二维简单几何形状物体的稳态导热问题。

中间节点与各种边界节点的有限差分热平衡方程，有关线性方程组的建立与叠代求解方法。

2、用有限差分法求解一维非稳态导热问题，中间节点与各种边界节点的有限差分热平衡方程。

第五章对流换热理论基础

1、流场中微元体的质、动、能量平衡，微分方程组。

2、边界层的基本概念，厚度、速度梯度、在各种边界上的发生与发展；

3、边界层微分方程组的产生；微分方程解的主要结论（不含求解过程），速度曲线的相似性，厚度公式；

4、用幂级数逼近速度分布时，边界层厚度、摩擦阻力与换热的近似理论解；

5、边界层理论的重大意义。

6、动量传递与热量传递的类比。

第六章对流换热准则关联式

1、速度场、温度场相似的基本概念；相似准则的导出及物理现象相似的充分必要条件；定型尺寸、定性速度与定性温度的定义问题，前两者理论上的任意性及描述实际上广泛存在的近似相似现象时对三者正确定义的重要性；准则关联式的高度概括性与广泛适用性；准则关联式的得出方法。

2、管内强制对流换热时的管内平均速度，断面平均温度；成熟发展区与入口区；

3、非圆断面管道流动阻力与换热，水力直径作为当量直径的适用范围、缺欠与修正。

第七章热辐射的基本定律

1、热辐射量的描述：

辐射力、辐射强度，单色、定向，全波、半球等一系列概念组合的物理意义与表达。

2、普郎克定率，斯蒂芬-玻尔兹曼定率，维恩定率，兰贝特定律与基尔霍夫定律，发射率与灰体，漫辐射表面。

第八章辐射换热计算

1、角系数。

2、空间热阻。

3、有效辐射与表面热阻。

4、辐射换热的网络图。

5、气体辐射：

特点，发射率与吸收率，气体与外壳间的辐射换热。

6、太阳辐射的基本概念。

第九章传热与换热器

1、对数平均温差法

2、对流换热器计算的效能-传热单元数法。

三、课程的讲授内容及学时分配：

绪论（2学时）

传热学的内容与意义，传热学与专业的关系，单位制

第一章导热理论基础（4学时）

第一节付立叶定律与导热系数

第二节导热微分方程与单值性条件

第二章一维稳态导热（10学时）

第一节通过平壁的导热

第二节通过复合平壁的导热

第三节通过圆筒壁的导热

第四节通过肋壁的导热

第五节二维稳态导热的形状系数法

第三章非稳态导热（10学时）

第一节对流边界条件下的非稳态导热

第二节常热流边界条件下的非稳态导热

第三节周期变化边界条件下的非稳态导热

第四章有限差分法（6学时）

第一节有限差分法基础

第二节稳态导热问题的有限差分解法

第三节非稳态导热问题的有限差分解法

第五章对流换热理论基础（8学时）

第一节对流换热微分方程组

第二节边界层理论概述及其微分方程组

第三节边界层摩擦阻力与换热的近似积分解

第四节动量传递与热量传递的类比

第六章对流换热准则关联式（6学时）

第一节相似理论基础

第二节管内受迫流动与换热

第三节其他几何形状边界受迫流动与换热

第四节自然对流换热

第七章热辐射的基本定律（6学时）

第一节辐射换热概述

第二节辐射力与辐射强度

第三节热辐射的基本定律

第八章辐射换热计算（8学时）

第一节两黑表面间的辐射换热

第二节角系数的确定方法

第三节两灰表面间的辐射换热

第四节多表面间辐射换热的网络法

第五节气体辐射

第六节太阳辐射

第九章传热与换热器（8学时）

第一节复合传热

第二节传热的增强与削弱

第三节换热器的型式与基本构造

第四节对流换热器计算的对数平均温差法

第五节对流换热器计算的效率－传热单元数法

第六节换热器性能评价及优化方法概述

四、课程的作业与实验：

（一）习题

做习题是巩固学得理论知识的重要手段，本课教学安排大量习题。

总计约40题。

习题的2/3来自教材，教材中有大量习题可供选择。

1/3来自主讲教师自编，都是主讲教师认为更能反映理论本质，更有练习价值的。

全部习题均做出标准解。

各章节习题量安排具体见学时分配表。

（二）实验

本课安排三个教学实验，每个两学时。

1、基于常热流边界条件下非稳态导热理论用动态法测定材料的导热系数；

实验内容及要求：

（1）测定材料（不良导热体）的导热系数和比热‘

（2）学习非稳态（准稳态）法测定材料导热性能的实验原理和方法。

2、强迫对流实验；

实验内容：

（1）了解试验装置、熟悉空气流速及管壁温度的测量方法，掌握测量仪表的使用方法；

（2）测定空气横掠单管平均表面传热系数，并将结果整理成准则关系式；

（3）掌握强制对流换热试验数据的处理及误差分析方法。

3、自然对流换热实验。

实验内容及要求：

（1）测定空气与水平圆柱体之间发生自然对流换热时的表面传热系数，并将结果整理成准则关系室；

（2）学习本实验中的测试技术（热电偶测壁温、测量热量）及试验数据的整理方法；

（3）学习对试验结果进行误差分析的方法。

传热学的理论都是经典的，上述实验的目的不是验证理论，而仍然是对学生实验技能的训练，包括温度与热流的测量等等。

整个建筑环境与设备专业对学生实验技能的训练是从总体上安排的。

实际上教学计划中许多其他课，特别是专业课实验的安排都包含传热的内容。

所以提高实验质量不单是这门课的问题，而是整个专业的学科建设问题。

鉴于目前传热学的实验课质量不高，主要是设备台套数不足，学生实验中观察多余动手，拟结合学科建设加强实验室建设，做到让学生在试验中人人动手，切实掌握传热方面的实验技能与方法。

五、课程的学时分配及说明：

学时分配表

章 节

课内讲授

教学各环节

其它

实验

上机

设计

作业

辅导答疑

绪论

2

2

每周

第一章导热理论基础

4

3

每周

第二章一维稳态导热

8

6

每周

第三章非稳态导热

6

2

每周

第四章有限差分

4

2

2

每周

第五章对流换热理论基础

8

5

每周

第六章对流换热准则关联式

4

4

6

每周

第七章热辐射的基本定律

6

3

每周

第八章辐射换热计算

8

6

每周

第九章传热与换热器

8

5

每周

总 计

58

6

39

六、课程主要参考书：

《传热学》第四版章熙民、任泽霈等中国建筑工业出版社2002年高等学校建筑环境设备工程学科专业指导委员会推荐教材

《传热学》第三版杨世铭、陶文铨高等教育出版社1998面向21世纪课程教材

《传热学》第二版杨世铭高等教育出版社1987

HolmanJP.HeatTransfer.7thed.McGraw-Hill1990

《传热学》第一版程尚谟高等教育出版社1990

制定人：

审定人：

批准人：

年月日

6