《传热学2》课程教学大纲

《传热学2》教学大纲一、课程基本信息课程名称传热学HeatTransfer课程编码CNE210311031开课院部石大山能新能源学院课程团队传热学学分3.0课内学时48讲授48实验0上机0实践0课外学时48适用专业新能源科学与工程授课语言中文先修课程高等数学（2-1）、线性代数、大学物理（2-1）、高等数学（2-2）、大学物理实验（2-1）、大学物理（2-2）、大学物理实验（2-2）课程简介（必修）传热学是研究温差作用下热能传递规律的一门学科。本课程为新能源科学与工程专业的学科基础课程，是专业核心课程，为学生分析和解决新能源科学与工程领域内与热量传递有关的问题提供理论基础。课程的主要内容有导热的基本理论、稳态导热与非稳态导热的分析与计算、导热问题的数值方法、对流传热的理论基础、单相对流传热的实验关联式、相变传热的原理与计算、热辐射的基本定律及辐射特性、辐射传热的计算、传热过程分析与换热器热计算等。通过学习，使学生掌握热能传递的基本概念和基本原理，具备对复杂工程传热问题进行分析和计算能力，并能够判断结果的合理性。同时通过课程学习，培养学生的家国情怀和诚实守则的职业规范、工程意识和素养。Heattransferisadisciplinethatstudiesthelawofheattransferundertheactionoftemperaturedifference.ThiscourseisabasicsubjectcourseforthemajorofNewEnergyScienceandEngineering,andisaprofessionalCoreCourse,whichprovidesatheoreticalbasisforstudentstoanalyzeandsolveproblemsrelatedtoheattransferinthefieldofnewenergyscienceandengineering.Themaincontentsofthecourseincludethebasictheoryofheatconduction,theanalysisandcalculationofsteadyandunsteadyheatconduction,thenumericalmethodofheatconduction,thetheoreticalbasisofconvectiveheattransfer,theexperimentalcorrelationofsingle-phaseconvectiveheattransfer,theprincipleandcalculationofphasechangeheattransfer,theBasicLawandradiationcharacteristicsofthermalradiation,thecalculationofradiationheattransfer,theanalysisofheattransferprocessandthethermalcalculationofheatexchanger,etc.Throughlearning,studentscanmasterthebasicconceptsandprinciplesofheattransfer,havetheabilitytoanalyzeandcalculateheattransferproblemsincomplexprojects,andbeabletojudgetherationalityoftheresults.Atthesametime,throughcurriculumlearning,students'familyandcountryfeelingsandprofessionalnorms,engineeringawarenessandaccomplishmentofhonestyruleswillbecultivated.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1理解热传导、热对流、热辐射三种基本热量传递方式和综合传热过程的基本概念、基本原理和规律以及工程计算方法，掌握一定的传热学实验技能，理解热传导、对流传热和热辐射中典型热量传递过程的特征。是1.22M2针对工程中的复杂传热问题，能够基于过程特点做出合理的简化假设，建立物理模型和数学模型，并能够采用恰当的方法进行计算，同时能够分析和判断计算结果的准确性和合理性。是2.23M3培养学生的家国情怀和诚实守则的职业规范，培养学生的工程意识和素养是8.18.1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节11.11.1绪论传热学的研究内容，连续介质假定，传热学与工程热力学的关系，传热学的应用。M11讲授0.5/21.21.2热能传递的三种方式热传导，热对流，热辐射。M11讲授0.5作业31.31.3传热过程和传热系数传热方程式，热阻，传热热阻M11讲授1作业41.41.4传热学中的能量守恒原理（补充内容）控制容积的能量守恒原理，控制表面的能量守恒，例题。M11讲授1作业，单元测试52.12.1导热基本定律-傅里叶定律各类物质的导热机理，温度场，导热基本定律，导热系数，工程导热材料的一般分类。M11讲授0.5/62.22.2导热问题的数学描述导热微分方程，定解条件，热扩散率的物理意义，傅里叶定律及导热微分方程的适用范围。M11讲授0.5/72.32.3典型一维稳态导热的分析解通过平壁的导热，通过圆筒壁的导热，通过球壳的导热，带第二类、第三类边界条件的一维导热问题，变截面或变导热系数的一维问题，具有内热源的一维稳态导热。M22案例式教学2作业82.42.4通过肋片的导热通过等截面直肋的导热，肋效率与肋面总效率，接触热阻。M22案例式教学2作业93.13.1非稳态导热的基本概念非稳态过程的特点及类型，第三类边界条件下Bi数对平板中温度分布的影响。M11讲授//103.23.2零维问题的分析法—集中参数法集中参数法温度场的分析解，导热量计算式，时间常数与傅里叶数，集中参数法的适用范围。实验1：Bi＜0.1物体在空气中自然冷却规律实验。M23案例教学，实验/作业，实验报告113.33.3典型一维非稳态导热的分析解三种几何形状物体的温度场分析解，非稳态导热正规状况阶段分析解的简化，非稳态导热正规状况阶段的工程计算方法，分析解使用范围的推广及Fo、Bi对过程影响的讨论，简单几何形状多维非稳态导热的分析解。M22案例讲授1作业123.43.4半无限大物体的非稳态导热三种边界条件下半无限大物体温度场的分析解，导热量的计算公式，分析解的讨论。M21讲授2作业，单元测验134.14.1导热问题数值求解的基本思想基本思想，导热问题数值求解基本步骤。M21讲授0/144.24.2离散方程的建立方法泰勒级数展开法，热平衡法，边界节点离散方程的建立，求解代数方程的迭代法M21讲授0/154.34.3非稳态导热的数值方法时间-空间区域的离散化，非稳态导热的隐式格式，边界节点的离散方程。M21讲授6研究性大作业165.15.1对流传热概说对流传热的影响因素，对流传热现象的分类，对流传热的研究方法，如何从解得的温度场计算表面传热系数M11讲授0/175.25.2对流传热问题的数学描写运动流体能量方程的推导，对流传热问题完整的数学描写。M21讲授1/185.35.3边界层型对流传热问题的数学描写流动边界层及边界层动量方程，热边界层及热边界层能量方程，二维稳态边界层型对流传热问题的数学描述。M11讲授1/195.45.4流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论流体外掠等温平板传热的层流分析解，特征数方程，普朗特数的物理意义，外掠平板对流传热的工程计算。M21讲授1作业205.55.5相似原理与量纲分析物理现象相似的定义，相似原理的基本内容，导出相似特征数的两种方法。M11讲授1作业215.65.6相似原理的应用应用相似原理指导实验的安排及实验数据的整理，应用相似原理指导模化实验，应用相似特征数应注意之点，对实验关联式准确性的正确认识。M11讲授1作业，单元测试226.16.1内部强制对流传热的实验关联式内部流动强制对流传热的特点，管槽内湍流强制对流传热的关联式，层流强制对流传热关联式。M21讲授1作业236.26.2外部强制对流传热流体横掠单管的实验结果，流体外掠球体的实验结果，流体横掠管束的实验结果。M21讲授1作业246.36.3射流冲击的实验关联式单个圆喷嘴射流的流场结构及局部换热强度的分布特点，单个圆喷嘴射流平均传热特性的实验关联式，单个狭缝喷嘴射流平均传热特性的实验关联式。M20自主学习1/256.46.4大空间及有限空间内自然对流传热的实验关联式自然对流传热现象的特点，自然对流传热的控制方程与相似特征数，大空间自然对流传热的实验关联式，有限空间自然对流传热的实验关联式，混和对流简介。实验2：空气横掠单管的自然对流传热。M23.5案例教学，实验1作业266.56.5微细通道内的流动与传热及纳米流体传热简介微通道内气体的流动与传热，微通道内液体的流动与传热，纳米流体的流动与传热。M21讲授1/276.66.6强化单相对流传热的技术、机理及性能评价强化传热概说，强化对流传热的常用技术M21讨论1作业，单元测试287.17.1凝结传热珠状凝结与膜状凝结，凝结液构成了蒸汽与壁面间的主要热阻，膜状凝结是工程设计的主要依据，努赛尔蒸汽层流膜状凝结的分析解，竖直管与水平管的比较与实验验证，湍流膜状凝结，膜状凝结的影响因素。M21.5讲授，自主学习3作业297.27.2沸腾传热大容器饱和沸腾曲线，临界热流密度及其工程意义，气泡动力学简介，大容器沸腾传热的实验关联式，影响沸腾传热的因素。M21.5讲授，自主学习2作业，单元测试307.37.3热管简介热管的工作原理，热管壳体材料与工质之间的相容性，热管中各个传递环节的热阻分析，热管的应用。M20自主学习1/318.18.1热辐射基本概念热辐射定义及区别于导热对流的特点，从电磁波的角度描述热辐射的特性，黑体模型及重要性。M11讲授0/328.28.2黑体辐射的基本定律斯蒂藩-玻耳兹曼定律，普朗克定律，兰贝特定律。M11讲授0作业338.38.3固体和液体的辐射特性实际物体的辐射力，实际物体的光谱辐射力，实际物体的定向辐射强度，定向发射率，影响物体发射率的因素。M11讲授1/348.48.4气体的辐射特性及计算气体辐射的特点，光谱辐射能在气层中的定向传递，平均射线程长的计算，水蒸气、二氧化碳发射率、吸收比的经验确定曲线。M10.2讲授0.5/358.58.5实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系实际物体的吸收比，光谱吸收比，实际物体的吸收具有选择性，灰体的概念及其应用，基尔霍夫定律，温室效应。M10.8讲授，自主学习1.5作业368.68.6太阳与环境辐射太阳常数，太阳能穿过大气层的削弱，环境辐射，部分物体对太阳能的吸收比。M10自主学习1单元测试379.19.1辐射传热的角系数角系数的定义及计算假定，角系数的性质，相对性，完整性，可加性，角系数的计算方法，代数分析法。M11讲授/作业389.29.2两表面封闭系统的辐射传热封闭腔模型，两黑体表面组成的封闭腔，有效辐射和投射辐射，两个漫灰表面组成的封闭腔辐射传热。M21讲授/作业399.39.3多表面系统辐射传热两表面换热系统的辐射网络，多表面封闭系统网络法求解的实施步骤，三表面封闭系统的两种特殊情形，多表面封闭系统传热计算的几点说明，遮热板的原理及工程应用。M21.5讲授2作业409.49.4有气体参与的辐射传热的计算气体与黑体包壳间的辐射传热计算。M21讲授1/419.59.5辐射传热的控制（强化与削弱）控制物体间表面辐射传热的方法，遮热板的原理及应用，遮热罩抽气式热电偶为什么能减少气体温度测量的误差。M21讲授，自主学习2作业，单元测试4210.110.1传热过程的分析与计算通过平壁传热过程的计算，通过圆筒壁传热过程的计算，通过肋壁传热过程的计算，临界热绝缘直径。M21讲授/作业4310.210.2换热器的类型换热器的分类，间壁式换热器的主要形式，套管式换热器，管壳式换热器，交叉流换热器，提高换热器紧凑性的途径，管壳式换热器的近期发展。M11讲授/作业4410.210.3换热器传热过程平均温差的计算简单顺、逆流换热器平均温差的计算，对数平均温差，其他复杂流时平均温差的计算，不同流动布置形式的比较。M21讲授1作业4510.410.4间壁式换热器的热设计两种类型的设计与两种设计方法，换热器热设计的平均温差法，换热器热设计的效能-单元数法，换热器的效能及计算，采用ε-NTU法计算换热器的步骤，换热器的污垢热阻。M21.5讲授，自主学习2作业4610.510.5热量传递过程的控制强化传热过程要抓住主要环节，强化对流传热技术的分类，隔热保温技术。M21讲授，讨论2作业，单元测试四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1、每周有作业：每周3~5道题目，约60道题目以上，根据支撑的课程目标分类布置。2、成绩采用百分制，根据评分标准评价。3、考核学生对传热学基本知识和原理的理解，运用原理分析复杂传热问题的能力。20%2实验1、本课程4学时实验，共两次实验。2、成绩采用百分制，根据评分标准评分。3、考核学生的动手实践能力，运用实验原理研究问题的能力。5%3研究性作业1、利用数值方法通过编程求解实际工程中的导热问题，提交研究论文。2、根据论文的完整性和计算结果的准确性评分。5%4课堂表现1、课堂上采用雨课堂技术进行随堂测验或讨论，考查学生对知识点的理解情况。2、根据所有课堂的总分，折算成百分制，按10%计入总成绩。10%5单元测试1、在云课堂上设置在线测试模块，每章讲完后在规定的时间内要求学生登陆作答。2、取所有章节单元测试的平均分，按15%计入总成绩。20%6期末考试1、闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2、考核学生运用传热学原理分析问题、解决问题的能力，题型主要是简答分析题和计算题。3、课程目标1的题目约占30-40%，课程目标2的题目占60%-70%。40%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业20%90-100：独立思考、按时完成，格式规范；解题思路、公式运用和计算结果均正确。作业整洁、字迹工整、美观；75-89：独立完成、按时上交，格式规范；解题思路、公式运用和计算结果均正确；60-74：