传热学Ⅱ课程教学大纲

1、传热学课程教学大纲课程名称：传热学英文名称：Heat Transfer课程编号：x2010371学时数：56学时 其中实验学时数：8学时 课外学时数：20学分数：3适用专业：热能与动力工程B课程的性质、目的和任务1、性质及目的传热学是研究热量传递规律的工程技术学科，是热能与动力工程专业的一门重要专业基础课。本课程不仅为学生学习有关的专业课程提供基本的理论知识，而且也为学生以后从事热能的合理利用，热工设备效能的提高及换热器的设计等方面的工作打下必要的理论基础。任务通过本课程的学习，应使学生获得比较宽广和巩固的热量传递规律的基础知识，具备分析工程传热问题的基本能力，掌握工程传热问题计算的基本方法，

2、并具备相应的计算能力。要求学生熟练掌握导热、对流和热辐射三种热量传递方式的物理概念、特点和基本规律，并能综合应用这些基础知识正确分析工程实际中的传热问题。掌握计算各类热量传递过程的基本方法，能对典型的工程传热问题进行计算，能对间壁式换热器进行原理性的热力设计。了解强化或削弱热量传递过程的方法，并能提出工程实际中切实可行的强化或削弱传热的措施。二、课程教学内容的基本要求、重点和难点（一）绪 论（4学时）1、教学内容：传热学的研究内容和方法;传热学的研究对象及其应用;热量传递的基本方式：导热、对流和热辐射;热量传递的计算公式;传热过程及热阻概念。2、基本要求：了解传热学与工程热力学在研究内容和方法

3、上的异同。认清传热学的研究对象及其在工程和科学技术中的应用，本课程是一门研究热量传递基本规律及其应用的技术基础课。能量守恒定律是一个基本定律，在传热学中应用甚广，应作为主要线索贯穿于本门课程的始终。掌握热量传递的基本方式：导热、对流和热辐射的概念和所传递热量的计算公式。认识到工程实际问题的热量传递过程往往不是单一的方式而是多种形式的组合，以加深传热过程的概念及传热方程，为后面依次讨论导热、对流换热和辐射换热提供整体概念。初步理解热阻在分析传热问题中的重要地位3、重点、难点重点：热量传递的三种基本方式及实例难点：机理、三种基本方式对比、区别。(二)稳态热传导（6学时）1、教学内容：导热基本定律（

4、傅立叶定律）、导热微分方程式、通过平壁和圆筒壁的导热（第一，第三类边界条件）的分析及计算、通过肋片导热的分析及计算、导热问题数值法求解原理。2、基本要求：重点掌握傅立叶定律及分析，熟悉导热系数的定义、意义，影响因素及不同物质的导热系数和导热机理，掌握导热问题的三类边界条件，会用导热微分方程和边界条件求解通过平壁和圆筒壁的导热问题，掌握有关肋片导热的基本概念，会求解内部节点及边界节点的节点温度有限差分基本方程式，了解导热微分方程的推导过程。 3、重点、难点重点：傅立叶定律及分析、导热系数的定义难点：肋片导热、内部节点及边界节点的节点温度有限差分基本方程式、导热微分方程的推导过程。(三)非稳态热传

5、导（8学时）1、教学内容：非稳态导热的基本概念、一维非稳态导热问题的求解及诺谟图、集总热容系统的分析及求解、二维、三维非稳态导热问题的求解。2、基本要求：重点掌握集总热容系统的分析及相应计算，掌握毕渥准数、傅立叶准数，熟悉非稳态导热的原因、特点、数学描述，了解一维、二维、三维非稳态导热问题的求解。其中了解对简单物体的二维、三维导热问题用分离变量求解方法，会对不稳态导热问题进行数值计算，并掌握显式、隐式两种差分格式。3、重点、难点重点：集总热容系统的分析及相应计算、非稳态导热难点：一维非稳态导热问题的求解及诺谟图、显式、隐式两种差分格式。(四)导热问题的数值解（6学时）1、教学内容：数值解法求解

6、导热问题的思路;节点离散方程;非稳态导热问题的离散格式及稳定性条件。2、基本要求：了解数值解法求解导热问题的基本方法与思路。重点是用热平衡法导出二维稳态导热问题的内部节点及常见边界条件下边界节点的离散方程。了解用迭代法求解离散方程的方法。对非稳态导热问题重点放在非稳态项的离散以及扩散项离散时所取时间层不同对计算带来的影响。能用热平衡方法导出一维非稳态导热问题的显式离散方程。从物理概念上了解稳定性条件。重点：二维稳态导热问题的内部节点及常见边界条件下边界节点的离散方程难点：显式、隐式两种差分格式。(五)对流传热的理论基础（4学时）1、教学内容：牛顿冷却公式;流动边界层和温度边界层;影响对流换热的

7、因素;局部表面传热系数与平均表面传热系数;常物性流体对流换热的微分方程组及其定解条件;流体流动时的边界层能量微分方程;边界层能量积分方程;相似原理及准则方程;实验数据的整理方法。2、基本要求：牛顿冷却公式是对流换热计算的基础，要求重点掌握。掌握流动边界层和温度边界层概念。理解影响对流换热的因素。了解局部表面传热系数与平均表面传热系数的不同含义和作用，以及它们之间的关系。理解描写常物性流体对流换热的微分方程组及其定解条件。着重理解流体层流流动时能量微分方程的边界层简化方法及这一简化的物理和数学意义。了解积分方程求解外掠等壁温平板层流换热问题的方法。3、重点、难点 重点：对流换热系数的定义、影响因

8、素、求解方法难点：边界层微分方程组和边界层积分方程组及求解(六)单相对流传热的实验关联式（6学时）1、教学内容：理解相似原理或量纲分析在指导对流换热实验中的作用，准则方程的导出。掌握实验数据的整理方法。圆管及非圆形通道内(层流和湍流)强制对流换热;外掠单管及管束强制对流换热;简单形状物体的大空间自然对流换热;有限空间自然对流换热。2、基本要求：重点理解各种典型对流换热过程的流动图像，并能从流动图像定性地判断局部表面传热系数的变化。掌握管内换热入口段与充分发展段的概念。掌握定型尺寸和定性温度的概念。能正确和熟练地运用准则方程(实验关联式)计算下列情形下的对流换热：圆管及非圆形通道内强制对流换热，

9、外掠单管及管束强制对流换热，简单形状物体的大空间自然对流换热。了解有限空间自然对流换热的概念。掌握强化单相流体对流换热的途径。3、重点、难点 重点：膜状凝结换热现象计算式 难点：沸腾曲线上各状态间的区别(七)相变对流传热（4学时）1、教学内容：珠状凝结和膜状凝结;竖壁层流膜状凝结换热分析解;竖管外和竖壁上与水平管和管束外凝结换热的计算;凝结换热的影响因素及强化;大容器饱和沸腾曲线;临界热流密度;大容器饱和核态沸腾换热、临界热流密度的计算;沸腾换热的影响因素及强化。2、基本要求：了解珠状凝结和膜状凝结的现象，推导竖壁上纯净蒸汽层流膜状凝结换热的分析解。能正确和熟练应用竖管外和竖壁上与水平管和管束

10、外凝结换热的计算公式进行计算，了解影响凝结换热的主要因素及强化途径。重点掌握大容器饱和沸腾曲线上的核态沸腾区，临界点和过渡沸腾、稳定膜态沸腾区。理解确定临界热流密度的工程意义。能够计算大容器的饱和核态沸腾换热、临界热流密度。了解影响沸腾换热的主要因素及强化途径。3、重点、难点 重点：膜状凝结换热现象计算式 难点：沸腾曲线上各状态间的区别(八)热辐射的基本定律及实际物体的辐射特性（4学时）1、教学内容：热辐射的本质及特征;黑体热辐射的基本定律;黑体辐射函数;实际物体表面辐射特性;漫射表面和灰体;基尔霍夫定律。2、基本要求：理解热辐射的本质、基本特征，掌握热辐射的基本定律。重点掌握斯忒藩-玻耳兹曼

11、定律及基尔霍夫定律、黑体辐射函数表的应用。了解影响实际物体表面辐射特性的因素，表面辐射特性的重点是总吸收比和发射率。掌握漫射表面和灰体的概念，黑体和灰体表面辐射特性的异同。理解漫灰表面概念对简化辐射换热工程计算的重要意义。理解大多数工程材料在表面温差不很大时可作为漫灰体处理。3、重点、难点重点：黑体热辐射的基本定律难点：黑体辐射函数（九）辐射换热的计算（6学时）1、教学内容：角系数的定义和性质;角系数的计算;代数分析法;有效辐射;被透明介质隔开的漫灰表面间辐射换热的计算;辐射换热的强化与削弱;气体辐射特点和影响气体辐射发射率的因素2、基本要求：理解角系数的定义和性质(相对性、完整性和可加性)。

12、了解角系数是纯几何因子，与表面温度及发射率无关，是在假设所研究的表面是漫射的以及在所研究表面的不同地点上向外发射的辐射热流密度均匀的条件下才成立。能应用工程图表查取角系数。学会角系数的代数分析法。重点掌握有效辐射的概念，了解封闭腔的意义。掌握简单几何条件下，被透明介质隔开的漫灰表面间辐射换热的计算。能用有效辐射概念和网络法对二个和三个表面之间的辐射换热进行计算。掌握辐射换热的强化与削弱的途径。了解气体辐射特点和影响气体辐射发射率的因素，能应用图表计算二氧化碳、水蒸气混合物的发射率、吸收比。 3、重点、难点 重点：黑体间和灰体间的辐射换热计算及辐射网络图 难点：单色辐射力、定向辐射强度（十）传热

13、过程分析与换热器计算（6学时）1、教学内容：传热过程与传热系数;临界热绝缘直径;对数平均温差;换热器型式;换热器的热计算;传热的强化与削弱;传热问题综合分析;污垢热阻及其确定方法。2、基本要求：再次理解热量传递三种基本方式常常不是单独存在，而是综合起作用的。了解复合换热过程的计算方法，了解辐射换热表面传热系数的概念。了解何时会出现临界热绝缘直径问题。理解传热系数的组成，能利用热阻概念分析传热过程。掌握强化与削弱传热的原则和手段。对数平均温差的推导和计算。了解工程中典型换热器的型式。要求学会用平均温差法和效能-传热单元数法进行换热器的热计算。能对12个传热问题进行综合分析。了解污垢热阻及其工程确

14、定方法。3、重点、难点 重点：换热器的形式及平均温压的概念、换热器的设计计算步骤难点：传热单元数法（十一）传质学简介（2学时）1、教学内容：传质简介;热管原理及应用;太阳辐射及太阳能利用。2、基本要求：理解在一定条件下传质与传热的类似性。能分析几个简单的传质过程，能用对流传质的准则方程式进行传质计算。了解热管的原理及应用。了解太阳辐射的特点及太阳能利用。3、重点、难点重点：掌握费克定律难点：传质与对流传热的对比。三、教学方式及学时安排教学方式主要采用教师授课方式，在涉及到基本概念较多时当考虑采用CAI教学，以提高学生学习兴趣，如参考东南大学的传热学基本概念对话教学软件。同时根据学时的多少，对于

15、应用部分中的过程分析，采用让学生分析、讲述的方式。序号主要内容主要教学方式学时分配辅导答疑比例一绪论授课42：1二稳态热传导授课62：1三非稳态热传导授课82：1四热传导问题的数值解法授课62：1五对流传热的理论基础授课42：1六单相对流传热的实验关联式授课62：1七相变对流传热授课42：1八热辐射基本定律和辐射特性授课42：1九辐射传热的计算授课62：1十传热过程分析与换热器的热计算授课62：1十一传质学简介授课22：1四、课程各教学环节的要求实验环节共8学时，要求学生积极准备、认真参加，并及时上交实验报告。主要内容：二维墙角导热的水电模拟水平圆管自然对流换热实验翅片管强制对流换热实验（4）物体黑度