《传热学》课程教学大纲.docx

1、传热学课程教学大纲、课程基本信息英文名称Heat Transfer课程代码UMEC1003课程性质大类基础课程授课对象建筑环境与能源应用工程专 业本科生学分4学时72主讲教师修订日期2021.05.22指定教材杨世铭、陶文铃合编，传热学，高等教育出版社，2006年8月第四版二、课程目标（一）总体目标：传热学是研究由温差引起的热能传递规律的科学，是建筑环境与能源应用工程专业 的一门基础课程和学位课程。在制冷、热能动力、机械制造、航空航天、化工、材料加工、 冶金、电子与电气和建筑工程等生产技术领域中存在大量的传热问题，课程旨在使学生掌握 传热的基本概念、基本原理和计算方法，使学生对热量传递这一普遍

2、存在的现象有理性的认 识，并能熟练运用基础知识来思考、分析和解决实际传热问题。（二）课程目标：本课程旨在使学生掌握热量传递的三种基本方式及其物理机制，掌握传热基础理论与计 算方法；掌握传热学的基本实验，具备分析工程传热问题的能力，能够解决增强传热、削弱 传热和温度控制等工程传热问题；了解传热学的前沿知识及其在科学技术领域的应用，培养 学生分析问题和解决问题的能力，以及团队合作意识。课程目标1:系统深入学习，掌握传热基础理论与计算方法。1.1掌握传热的基本概念、理论、机理及影响因素；1.2掌握热传导、热对流和热辐射三种传热模式的基本公式，能够进行各种工况下传热 量的计算，并能对工程传热问题进行描

3、述和分析。课程目标2：掌握传热实验，应用传热学知识，解决工程传热问题。2.1掌握传热学中的实验研究方法，使学生对热量传递这一普遍存在的现象有理性的认 识。2.2根据所学传热理论和实验知识，熟练掌握增强或削弱热能传递过程的方法，能够在 工程应用中对热能有效利用、热力设备效率的提高、节能降耗技术等问题从传热学角度进行1. 教学目标（1）掌握黑体、漫射体和灰体的基本概念；（2）掌握黑体辐射的斯忒藩-玻尔兹曼、普朗克、维恩位移和兰贝特定律；（3）掌握固体和液体的辐射特性；（4）掌握基尔霍夫定律，理解实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系；（5）了解太阳与环境辐射，以及它们在生活中的应用。2. 教学重难点（

4、1）重点：黑体辐射的基本定律，实际物体选择性吸收和发射特性。（2）难点：基尔霍夫定律的适用条件。3. 教学内容8.1热辐射现象的基本概念8.2黑体热辐射的基本定律8.3固体和液体的辐射特性8.4实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系8.5太阳与环境辐射4. 教学方法（1）自主学习：课前预习；（2）讲授法：相关定律和理论的数学推导：（3）案例法：阐述“温室效应的产生原理、拓展到蔬菜大棚的应用说明选择性吸收在生 活中的应用。（4）讨论法：课堂围绕“太阳能集热器的涂层表面应具有什么样的吸收与辐射特性？ ”、 辐射致冷等问题进行讨论。5. 教学评价回答以下问题：（1）在定义辐射力时为什么要加上“半球空间及

5、“全部波长的说明？（2）热辐射的木质是电磁波，我们主要研究哪一波段？（3）黑体的辐射能按空间方向是怎样分布的？定向辐射强度与空间方向无关是否意味 着黑体的辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的？（4）为什么在定义物体辐射力时需要加上“半球空间”和“全部波长”的说明。（5）基尔霍夫定律三个层次的适用条件是什么？（6）说明灰体的定义以及引入灰体的简化对工程辐射传热计算的意义。（7）完成计算题:8-6、8-11、8-13、8-17、8-22、8-23。第九章辐射传热的计算1. 教学目标（1）理解角系数的定义和基本性质：（2）掌握角系数的推导和计算方法：（3）掌握两封闭表面系统的辐射传热计算方法；（4）

6、理解空间辐射热阻和表面辐射热阻的基本概念，掌握辐射网络法及其在多表面系统辐射传热的应用；（5）了解气体辐射的过程特点；（6）掌握强化与削弱辐射传热的方法。2. 教学重难点（1）重点：角系数的概念及辐射网络法在辐射传热计算中的应用。（2）难点：辐射传热的强化与削弱。3. 教学内容9.1辐射传热的角系数9.2两表面封闭系统的辐射传热9.3多表面系统的辐射传热9.4气体辐射的特点及计算9.5辐射传热的控制（强化与削弱）4. 教学方法（1）自主学习：课前预习；（2）讲授法：相关定律和理论的数学推导；（3）讨论法：课堂围绕“遮热板在生活中的应用等问题进行讨论。5. 教学评价回答以下问题：（1）角系数有哪

7、些性质？ “角系数是一个纯几何因子的结论是在什么前提下得出的？（2）实际表面系统与黑体系统相比，辐射换热计算增加了哪些复杂性？（3）什么是有效辐射？有效辐射的引入对于表面系统辐射换热的计算有什么作用？（4）何为表面辐射热阻、空间辐射热阻？辐射网络法的实际作用你是怎样认识的？（5）完成计算题：9-2、9-8、9-20、9-25、9-29、9-31、9-34。第十章传热过程分析与换热器的热计算1. 教学目标（1）了解换热器主要型式及在工程技术中的应用；（2）掌握总传热系数和平均温差的计算方法；（3）掌握间壁式换热器的设计计算和校核计算；（4）掌握换热器传热过程强化与削弱的方法。2. 教学重难点（1

8、）重:点：换热器传热过程强化与削弱的方法。（2）难点：换热器的设计和校核计算。3. 教学内容10.1传热过程的分析和计算10.2换热器的类型10.3换热器中传热过程平均温差的计算10.4间壁式换热器的热设计10.5热量传递过程的控制（强化与削弱）4. 教学方法（1）自主学习：课前预习；（2）讲授法：相关定律和理论的数学推导；（3）讨论法：课堂围绕“强化传热技术在工业和生活中的应用”等问题进行讨论。5. 教学评价回答以下问题：（1）对于M 2命2。2，微1 0次2及=命2。2三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与相对大小的关系（2）在圆管外敷设保温层与在圆

9、管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什 么情况下加保温层反而会强化其传热，而加肋片反而会削弱其传热？（3）什么叫换热器的设计计算？什么叫换热器的校核计算？（4）在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数平均温差时提出的四 个假定？（5）完成计算题：10-2、10-6、10-11、10-15、10-17、10-20。四、学时分配表2：各章节的具体内容和学时分配表章节章节内容学时分配第一章绪论4第二章稳态热传导8第三章非稳态热传导8第四章热传导问题的数值解法6第五章对流传热的理论基础6第六章单相对流传热的实验关联式8第七章相变对流传热8第八章热辐射基本定律及物体的辐 射特性8第九

10、章辐射传热的计算8第十章传热过程分析换热器热计 算8五、教学进度表3：教学进度表周次日期章节名称内容提要授课 时数作业及要求备注1第一章绪论1.1传热学的研究内容 及其在科学技术和工程 中的应用1.2热能传递的三种基 本方式1.3传热过程和传热系 数4作业：完成教学评价 问题。要求：1、理解三种传 热方式的机理：2、能熟练应用1.4传热学的发展简史 和研究方法傅里叶定律、牛 顿冷却公式、斯 特藩-玻尔兹曼 定律进行简单 的传热量计算。2-3第二章 稳态热 传导2.1导热基本定律-傅里 叶定律2.2导热问题的数学描 写2.3典型一维稳态导热 问题的分析解2.4通过肋片的导热2.5具有内热源的一维

11、 稳态导热2.6多维稳态导热的求 解8作业：完成教学评价 问题。要求：1、掌握 导热微分方程 的推导和应用：2、掌握一维稳 态导热问题的 求解和分析。4-5第三章非稳态热传导3.1非稳态导热的基本 概念3.2零维问题的分析法 集中参数法3.3典型一维物体非稳 态导热的分析解3.5简单几何形状物体 多维非稳态导热的分析 解8作业：完成教学评价 问题。要求：1、掌握集中参 数法的物理概 念及适用条件：2、掌握零维非 稳态导热问题 的求解和分析。5-6第四章 热传导 问题的 数值解法4.1导热问题数值求解 的基本思想4.2内节点离散方程的 建立方法4.3边界节点离散方程 的建立及代数方程的求 解6作

12、业：完成教学评价 问题。要求：建立和求解离 散方程。6-7第五章 对流传5.1对流传热概说5.2对流传热问题的数6作业：完成教学评价热的理 论基础学描写5.3边界层型对流传热 问题的数学描写5.4流体外掠平板传热 层流分析解及1比拟理 论问题要求：1、掌握热边界 层的概念；2、 掌握比拟理论；3、外掠平板层 流传热计算分 析。8-9第六章 单相对 流传热 的实验 美联式6.1相似原理与量纲分 析6.2相似原理的应用6.3内部强制对流传热 的实验关联式6.4外部强制对流传热 一流体横掠单管、球体及 管束的实验关联式6.5大空间与有限空间 自然对流传热的实验关 联式8作业：完成教学评价 问题。要求

13、：1、运动相似原 理推导对流传 热问题的相似 准则数；2、熟 练应实验关联 式计算对流传 热问题。10-11第七章 相变对 流传热7.1凝结传热的模式7.2膜状凝结分析解及 计算关联式7.3膜状凝结的影响因 素及其传热强化7.4沸腾传热的模式7.5大容器沸腾传热的 实验关联式7.6沸腾传热的影响因 素及其强化8作业：完成教学评价 问题。要求：1、掌握凝结传 热与沸腾传热 模式：2、理解 热管的传热原 理。12-13第八章 热辐射 基本定 律和辐 射特性8.1热辐射现象的基本 概念8.2黑体热辐射的基本 定律8.3固体和液体的辐射8作业：完成教学评价 问题。要求：特性8.4实际物体对辐射能 的吸

14、收与辐射的关系8.5太阳与环境辐射1、掌握黑体的 基本辐射定律；2、掌握基尔霍 夫定律。14-15第九章辐射传 热的计算9.1辐射传热的角系数9.2两表面封闭系统的 辐射传热9.3多表面系统的辐射 传热9.4气体辐射的特点9.5辐射传热的控制（强 化与削弱）8作业：完成教学评价 问题。要求：1、掌握角系数 的概念；2、熟 练应用辐射网 络法进行多表 面系统的辐射 传热计算；3、 掌握辐射传热 的强化与削弱 措施；4.阅读文 献了解辐射传 热的最新动态。16-17第十章 传热过 程分析 与换热 器的热 计算10.1传热过程的分析和 计算10.2换热器的类型10.3换热器中传热过程 平均温差的计算

15、10.4间壁式换热器的热 设计10.5热量传递过程的控 制（强化与削弱）8作业：完成教学评价 问题。要求：1、掌握换热器 的设计计算和 校核计算；2掌 握换热器的强 化换热措施。六、本课程开设的实验表4：本课程开设的实验编号实践项目名称学时类型要求备注1稳态平板法测定绝热材料导热系数实验1验证性必做2具有对流换热表面的伸展体传热特性试 验1综合性必做3空气绕水平圆管自然对流换热实验1综合性必做4角系数测定实验1验证性必做5液体导热系数测量1验证性必做6空气横掠单管时平均换热系数的测定1综合性必做实验项目1：稳态平板法测定绝热材料导热系数实验1. 教学内容巩固导热理论知识，并通过本实验掌握平板状

16、工程材料导热系数测定技术。2. 教学目标（1）了解稳态平板法测量板状固体材料的导热系数的基本原理。（2）熟悉恒温水浴温度调节，电加热器功率调节以及热电偶测温数据读取。（3）掌握平板状工程材料导热系数测定方法。实验项目2：具有对流换热表面的伸展体传热特性试验。1. 教学内容通过实验手段测出沿伸展体表面的过余温度分布，并通过对实验数据的处理，求出换热 系数的分布规律。2. 教学目标（1）了解伸展体表面过余温度分布特性。（2）熟悉风机风速调整，热电偶测温数据读取与分析。（3）掌握伸展体表面换热系数的分布规律。实验项目3：空气绕水平圆管自然对流换热实验1. 教学内容选定合适的电流，分别给四根直径不同的

17、水平圆管加热，达到热稳定以后，测出圆管的 壁温同时记录密封房内空气的温度，将实验数据通过图解法或平均值或线性回归法，整理成 关于圆管的自然对流换热系数准则方程。2. 教学目标（1）了解自然对流换热系数测量的基本原理。（2）熟悉电加热功率调整，热电偶测温数据读取与处理，以及准则方程的拟合。（3）掌握空气绕水平圆管自然对流换热系数的测量方法。实验项目4：角系数测定实验1. 教学内容将角系数测量仪按定位环定位，并水平放置在底板上。通过镜筒仔细瞄准被测表面的轮 廓线，使记录笔在底面方格纸上画出封闭图形。计算方格纸上图形的面积。量出镜筒长度, 即半径，比值即为角系数。对每一种图形测量5次，求平均值及方差

18、。测量被测表面的儿何 尺寸及相对于仪器的位置，按理论公式计算角系数，并与实测值相比较。2. 教学目标（1）了解角系数的物理意义。（2）熟悉角系数测量仪（机械积分仪）的原理及操作使用方法。（3）掌握角系数的测量方法。实验项目5：液体导热系数测量1. 教学内容将被测液体缓慢地注入液槽中，直至淹没垫片约0.5 mm为止。将上热面加热器轻轻放在 垫片上，连接热电偶插头及电位差计。接通循环冷却水槽上的进出水管，并调节水量。接通 电源，调整输入电压（VI）达到其预定值（注意热面温度不得高于被测液体的闪点温度）。 按下电流转换开关，并记录测量部位电压V及通过的电流I。每隔5分钟左右从温度读数显 示器记下被测

19、液体冷、热面的温度值（C）。将它们记入记录表中，并标出各次的温差AThTI -T2。最后经由傅里叶公式得出液体导热系数。2. 教学目标（1）了解稳态法测量液体导热系数的原理。（2）熟悉电加热器功率调整、热电偶温度数据读取和分析。（3）掌握液体导热系数的测量方法。实验项目6：空气横掠单管时平均换热系数的测定1. 教学内容将不同管径的试件分别置于风道中，以合适的电流加热，改变空气流速，测出试件的电 流，电压，壁温以及空气的动压和环境温度。对获得的数据进行计算处理，求出反映空气横 掠单管时换热规律的准则方程。2. 教学目标（1）了解空气横掠单管时平均换热系数的测定的基本原理。（2）熟悉实验装置的使用

20、。（3）掌握测量空气流速和管壁温度的方法，通过对数据的处理获得反映空气横掠单管 时换热规律的准则方程。七、教材及参考书目1弗兰克P.英克鲁佩勒，F.P.Incropera,英克鲁佩勒，等.传热和传质基本原理M.化学工业 出版社,2007.2章熙民，任泽需，梅飞鸣.传热学M。新2版.北京：中国建筑工业出版社，1993.3刘静.微米、纳米尺度传热学M.北京：科学出版社，20014如卡乌卡斯A A.换热器内的对流换热M.马昌文，居滋泉，肖宏才译.北京：科学出版 社，1986.5顾维藻，神家锐，马重芳，等.强化传热|M.北京：科学出版社，1990.6 葛绍岩，那鸿悦.热辐射性质及其测量M.北京：科学出

21、版社，1989.71史美中，王中铮.换热器原理与设计M.2版.南京：东南大学出版社，1996.八、教学方法本课程部分教学采用翻转课堂模式进行，增加课堂互动，并充分利用APP互动软件进 行课前和课后的线上交流。课堂教学以教师教授、师生研讨为主，包含讲授法、讨论法、案 例教学法、启发式教学法和互动教学法等。1. 讲授法：介绍传热基本过程和原理，采用板书进行各传热过程数学表达式的推导，使学生 理解和掌握传热的基础理论和基础知识。2. 讨论法：围绕现实生活和实际工程中的传热问题组织学生进行分组讨论，并点评讨论结果, 培养学生学以致用的能力和对科研的兴趣，同时培养学生的团队合作意识和提升他们的语言 表达

22、能力。3. 案例教学法：以工程应用中的实际案例贯穿课堂教学，加深学生对传热问题的认识和理解, 同时培养他们发现问题和解决问题的能力。4. 启发式教学法：探索传热学未来的发展和应用趋势，例如“同学们使用的手机经常出现发 烫而使得手机出现卡顿，手机硬件性能逐年提升，但始终采用被动式散热模式，请问大家有 什么好的方式解决手机未来的散热难题”，通过学生每天使用的手机引发他们对传热问题的 思考，学会查阅文献，激发他们的学习兴趣和提升问题探索的能力。5. 互动教学法：利用雨课堂平台进行线上与线下相融合的教学模式，动态反馈学生的学习效 果并进行调整，从而提升教学效果。九、考核方式及评定方法（-）课程考核与课

23、程目标的对应关系表4：课程考核与课程目标的对应关系表课程目标考核要点考核方式课程目标1是否熟练掌握传热基础理论 与基础知识平时互动、实验、期末考试课程目标2是否熟悉传热实验，以及能否 学以致用解决工程传热问题平时互动、实验、期末考试课程目标3是否具有自主学习意识、团队 合作意识以及一定的口头和平时互动、实验、期末考试思考、分析和解决问题。课程目标3：培养学生的自主学习意识、团队合作能力、口头和书面表达能力，探索传 热学前沿科学知识。3.1通过课堂分组讨论等方式培养团队合作意识、沟通交流能力和对工程问题进行清清 晰表达的能力；3.2通过课外文献调研并撰写课程报告，提升文献查阅能力和书面表达能力。

24、（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标课程子目标对应课程内容对应毕业要求课程目标11.1第一章绪论；第二章稳态热传 导；第五章对流传热的理论基 础；第六章单相对流传热的实验 关联式；第七章相变对流传热； 第八章热辐射基本定律和辐射 特性。毕业要求：1-1, 1-2, 1-3,1-4,2-1, 2-2。1.2第二章稳态热传导；第三章非稳 态热传导；第四章热传导问题的 数值解法；第五章对流传热的理 论基础；第六章单相对流传热的 实验关联式；第七章相变对流传 热；第九章辐射传热的计算；第 十章传热过程分析与换热器的 热计算毕业要求：1-1,

25、 1-2, 1-3J-4,2-1, 2-2o课程目标22.1第二章稳态热传导；第六章单相 对流传热的实验关联式；第七章 相变对流传热毕业要求：4-1,4-2,4-3,4-4。2.2第七章相变对流传热；第九章辐 射传热的计算；第十章传热过程分析与换热器的热计算毕业要求：4-4, 5-1。课程目标33.1在多个教学环节设置课堂分组 讨论，培养学生团队合作意识和 表达能力。毕业要求：9-1, 10-U3.2查阅与传热学相关的科研文献， 并进行归纳总结，了解前沿科学 知识及学科未来的发展趋势，培毕业要求：2-3, 2-4, 10-2。书面表达能力（-）评定方法1. 评定方法平时成绩：10% （出勤+平

26、时作业+分组讨论）期中考试：20% （理论考试）实验项目：10% （实验报告）期末考试：60% （理论考试）2. 课程目标的考核占比与达成度分析表5：课程目标的考核占比与达成度分析表课程赢、平时期中期末总评达成度课程目标120%20%60%课程分目标达成度=0.1x 平时分目标成绩+0.2x期中 分目标成绩+0.1 x实验分目 标成绩+0.6x期末分目标成 绩/分目标总分课程目标220%50%20%课程目标360%30%20%（三）评分标准课程目标评分标准90-10080-8970-7960-6960优良中合格不合格ABCDF课程目标1熟练掌握传热学的 基础理论和基础知 识。较熟练掌握传热学

27、的基础理论和基础 知识。基本掌握传热学 的基础理论和基 础知识。传热学的基础理 论和基础知识掌 握得不全面。传热学的基础理 论和基础知识很 欠缺。课程目标2能够熟练应用传热 学理论知识思考、 分析、解决实际问 题，并能提出创新 性见解。能够较熟练应用传 热学理论知识思 考、分析、解决实 际问题，在老师的 引导下能提出一定 的创新性见解。基本能应用传热 学理论知识思考、 分析、解决实际问 题，不能提出创新 性见解。应用传热学理论 知识思考、分析、 解决实际问题的 能力不足，不能 提出创新性见 解。应用传热学理论 知识思考、分析、 解决实际问题的 能力非常欠缺， 不能提出创新性 见解。课程目标评分

28、标准90-10080-8970-7960-690及Bi-无穷大各代表什么样的换热条件？（4）完成计算题：3-10、3-12、3-13、3-15、3-21、3-24。第四章热传导问题的数值解法1. 教学目标（1）了解热传导问题数值解法的起源及其作用；（2）掌握数值解法的某本思想和基本步骤；（3）掌握建立节点离散方程的热平衡法；（4）掌握求解离散方程的各种迭代法，以及迭代过程的收敛判据。2. 教学重难点重点：用热平衡法建立节点的离散方程：难点：求解离散方程。3. 教学内容4.1导热问题数值求解的基本思想4.2内节点离散方程的建立方法4.3边界节点离散方程的建立及代数方程的求解4. 教学方法（1）自

29、主学习：课前预习；（2）讲授法：相关定律和数学推导；（3）课堂演示：利用MATLAB软件编程求解离散方程。5. 教学评价回答以下问题：（1）什么是非稳态导热的显式格式？什么是显式格式中的稳定性问题？（2）简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。（3）用高斯-赛德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛的解？不能得到收敛 的解时是否因为初场的假设不合适而造成？（4）完成计算题：4-2、4-3、4-6、4-7、4-9、4-10、4-19。第五章对流传热的理论基础1. 教学目标（1）了解对流传热的影响因素；（2）掌握对流传热问题的数学描写；（3）熟悉热边界的概念，掌握边界层型对流传

30、热问题的数学描写；（4）掌握普朗特数物理意义；（5）掌握流体外掠平板的层流对流传热问题的求解方式。2. 教学重难点（1）重点：对流传热的机理及影响因素；（2）难点：对流传热微分方程组推导及合理简化。3. 教学内容5.1对流传热概说5.2对流传热问题的数学描写5.3边界层型对流传热问题的数学描写5.4流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论4. 教学方法（1）自主学习：课前预习；（2）讲授法：相关定律和数学推导；（3）讨论法：举例生活中常见的热对流现象。5. 教学评价回答以下问题：（1）请说明什么是热边界层？与速度边界层有何关联？（2）对流换热问题完整的数学描写应包括什么内容？既然对大多数实际对流传

31、热问题 尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数学描写有什么意义？（3）式（54）表明，在边界上垂直于壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流传热 过程中流体的流动起什么作用？完成计算题:5-2、5-3、5-6、5-9、5-11、5-16、5-19。第六章单相对流传热的实验关联式1. 教学目标（1）了解物理现象相似的定义以及导出相似特征数的相似分析法和最纲分析法；（2）了解相似原理指导实验简化的应用：（3）掌握内部强制对流传热的实验关联式及适用条件，并掌握大温差、短管效应和盘管形状的修正方法；（4）掌握流体横掠单管、管束的对流换热实验关联式及适用条件；（5）掌握白然对流传热的物理机制；（6）熟悉自然对流边界层动量方程和能量方程简化形式，掌握格拉晓夫数的导出方法 及其在自然对流传热问题分析中的应用；（7）掌握大空间和有限空间自然对流的实验关联式及适用条件。2. 教学重难点（1）重点：相似原理应用及对流换热准则数确定；（2）难