传热学课程教学大纲

《传热学》课程教学大纲课程名称：传热学HeatTransfer课程编号：020060120课程性质：R必修□选修课程类别：□通识课程R专业课程£实践教学适用专业：新能源科学与工程课程学时：总学时40，其中：理论36、实验4课程学分：2.5应开课学期：第四学期先修课程：大学物理学、工程热力学、流体力学任课学院、系部：能源科学与工程学院新能源科学与工程系一、课程简介本课程为新能源科学与工程专业的一门专业核心课，课程性质为必修。本课程主要讲授热量传递的基本规律及控制和优化热量传递过程的基本方法。通过本课程的学生，学生能够理解和掌握热量传递的基本方式及机理，掌握热量传递基本方式情况下的传热量计算以及部分情况下下的温度分布计算，对换热器有初步的认识，能进行换热器简单的热设计，能理解传热增强与削弱的原理及应用方法。该课程的学生将为后续专业课程的学习以及日后从事与能源动力、新能源科学与工程等有关的研究、设计与管理工作等打下必要的基础。二、课程教学的目标及与毕业要求的关系（一）课程目标课程总目标：培养学生获得较全面的热量传递规律基础知识，具备发现、分析和解决工程传热基本问题的基本能力，掌握计算工程传热问题的基本方法，具有相应的计算能力和实验技能。课程目标1：掌握导热、对流和热辐射三种热量传递方式的基本理论规律、掌握传热的理论分析和计算方法，能综合应用传热学基础知识正确分析工程实际中的传热问题。课程目标2：掌握强化和削弱热量传递过程的方法，能提出工程实际中切实可行的强化或削弱传热的措施。（二）课程目标与毕业要求的对应关系本课程目标支持的主要毕业要求如下表：课程目标毕业要求1．掌握导热、对流和热辐射三种热量传递方式的基本理论规律、掌握传热的理论分析和计算方法，能综合应用传热学基础知识正确分析工程实际中的传热问题。毕业要求1：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决新能源勘查、开发与综合利用中的工程问题，具备工程科学思维和工程管理意识。毕业要求2：能够应用新能源科学与工程理论与技术，并结合数学、自然科学等基本原理，通过理论分析和文献研究，对新能源勘查、开发、利用过程中遇到的问题进行综合分析。具备独立思考、善于发现和提出问题并独立分析工程问题的能力，掌握基本的分析问题和总结归纳的方法。2．掌握强化和削弱热量传递过程的方法，能提出工程实际中切实可行的强化或削弱传热的措施。毕业要求1：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决新能源勘查、开发与综合利用中的工程问题，具备工程科学思维和工程管理意识。毕业要求2：能够应用新能源科学与工程理论与技术，并结合数学、自然科学等基本原理，通过理论分析和文献研究，对新能源勘查、开发、利用过程中遇到的问题进行综合分析。具备独立思考、善于发现和提出问题并独立分析工程问题的能力，掌握基本的分析问题和总结归纳的方法。三、课程教学的基本内容及教学安排（一）课程教学的内容及学时安排知识单元知识点学时数课程目标线下授课线上授课实验/实践1.绪论知识点1.1：热量传递的三种基本方式；知识点1.2：传热过程和传热系数；知识点1.3：传热学的研究方法。4课程目标12.稳态热传导知识点2.1：导热基本定律-傅里叶定律；知识点2.2：导热问题的数学描述；知识点2.3：典型一维稳态导热问题的分析解知识点2.4：具有肋片的导热。82课程目标1,23.非稳态热传导知识点3.1：非稳态导热的基本概念；知识点3.2：零维问题的分析方法；知识点3.3：典型一维物体非稳态导热的分析解。4课程目标1,24.对流传热的理论基础知识点4.1：对流传热概述；知识点4.2：对流传热问题的数学描述；知识点4.3：边界层型对流传热问题的数学描述；知识点4.4：流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论。5课程目标1,25.单相对流传热的实验关联式知识点5.1：相似原理与量纲分析；知识点5.2：相似原理的应用；知识点5.3：内部强制对流传热的实验关联式；知识点5.4：外部强制对流传热知识点5.5：大空间与有限空间内自然对流传热的实验关联式72课程目标1,26.热辐射基本定律和辐射特性知识点6.1：热辐射现象的基本概念；知识点6.2：黑体热辐射的基本定律；知识点6.3：固体和液体的辐射特性；知识点6.4：实际物体对辐射能的吸收与辐射的关系。4课程目标1,27.辐射换热的计算知识点7.1：辐射传热的角系数；知识点7.2：两表面封闭系统的辐射换热；知识点7.3：气体辐射的特点及计算；知识点7.4：辐射换热的控制（强化与削弱）4课程目标1,2合计364（二）课堂实验/实践教学内容及要求序号项目名称内容、要求学时实验/实践类别实验/实践类型每组人数必做/选做课程目标1非稳态法测试固体类材料的导热系数和比热实验采用非稳态法测试固体类材料导热系数和比热容，确定导热系数随温度的变化关系。2专业综合型7必做课程目标1,22空气纵掠单管强迫对流换热实验测定空气纵掠单管强迫对流换热热时的平均对流换热系数。2专业综合型7必做课程目标1,2基本要求1．严格按辅导教师及实验指导书上所讲的操作步骤进行实验；2．每次实验前，学生应认真预习有关的实验内容；3．学生完成实验后须撰写实验报告。注：实验/实践类别：专业、上机等实验/实践类型：操作型、验证型、演示型、综合型等。四、本课程与其他课程的联系本课程的预修课程为《高等数学》、《大学物理》、《工程热力学》和《流体力学》，这些课为本课程的学习提供了必须的数学、力学和流动的基础知识。本课程是新能源科学与工程专业学生学习地热能开发、风力发电和光伏发电等相关专业课的基础。五、教材与其他教学资源（含教学参考书或在线资源）（一）建议教材（建议选用新出版的国家级规划教材）[1]陶文铨.传热学[M].高等教育出版社,2019.[2]弗兰克P.英克鲁佩勒,大卫P.德维特,狄奥多尔L.伯格曼,艾德丽安S.拉维恩著.葛新石,叶宏,译.传热和传质基本原理[M].化学工业出版社,2021.（二）其他教学资源[1]Dr.YunusA.Cengel.传热与传质[M].高等教育出版社,2020.[2]圆山重直,编.王世学,张信荣,等译.传热学[M].北京大学出版社,2011.[3]邓元望.传热学[M].机械工业出版社,2021.[4]中国大学MOOC:传热学/course/HRBEU-1464023181[5]中国大学MOOC:传热学/course/XJTU-1003741001六、教学方法与学习建议授课方式：教学过程中采用多媒体课件、自学与讨论等相结合的启发式、互动式、讨论式和研究式相结合的教学方式，可以充分发挥学生在学习中的主体作用，充分调动学生的主动性、积极性，让学生能在课堂中主动参与，使课堂成为积极互动的、高质高效的课堂，使学生和教师一道成为课堂的主人。多媒体课件主要用于课程要点、难点的讲解，图形图像资料和模拟演示等。自学与讨论通过网络课堂、资料阅读、习题练习、课堂讨论等形式来完成非重点难点和描述性内容的学习；鼓励学生通过阅读参考文献、撰写课程论文、开展课堂讨论来调动主动学习的积极性。课程教学中强调基本理论、基本方法的教授与实践能力培养并举，且注重素质教育，培养创新型人才。重点：热传递的三种基本方式、传热过程、传热系数、导热基本定律、导热微分方程、平板及圆筒壁导热、肋片的计算、非稳态导热过程、集总参数法；一维非稳态问题、边界层理论、边界层分离、单管换热规律、内部流动及换热特征、流动及换热随流体温度的变化、自然对流驱动力、黑体辐射、黑体和吸收比的定义及其影响因素、基尔霍夫定律、角系数、表面辐射换热计算、气体辐射换热计算难点：导热微分方程、肋片导热的计算、一维非稳态问题、边界层分离、边界层分离、内部流动及换热特征、表面辐射换热计算后续自主学习建议：传热问题的数值计算、相变对流传热、传热过程与热交换器、传热学在新能源科学与工程专业其他学科的应用、传热学在新能源开发与利用中的重要作用及其发展趋势。七、课程考核及成绩评定方式（一）课程考核本课程成绩评定包括平时考核（课堂出勤率）、过程考核（随堂问答、课堂测验、课后作业和实验报告）和终结性评价（期末考试）三部分，其中平时成绩占课程总成绩的10％，过程成绩占课程总成绩的30％，终结性评价成绩占课程总成绩的60％。具体要求及评分方法如下：平时成绩：出勤成绩采用扣分制，每缺勤一次扣平时成绩1分，每迟到或早退一次扣平时成绩0.5分，无故旷课4次以上者取消本次课程成绩，占总成绩的10%。过程成绩：课堂测验、课后作业要求学生必须独立完成，未按时提交作业或作业有抄袭（雷同）现象的，该次作业成绩按零分计，占总成绩的10%。课程回答问题与课堂讨论采用鼓励方式进行，积极主动回答问题且回答正确的一次加4分、积极主动回答问题但回答错误的一次加2分、不积极主动回答问题的0分，占总成绩的10%。未按时完成实验并提交实验报告或实验报告有抄袭（雷同）现象的，该次实验成绩按零分计，占总成绩的10%。终结性评价：形式为闭卷考试，其成绩占总成绩的60%。（二）课程目标与考核内容的关系课程具体目标与知识单元和考试内容的关系如下：课程目标知识单元考试内容1．掌握导热、对流和热辐射三种热量传递方式的基本理论规律、掌握传热的理论分析和计算方法，能综合应用传热学基础知识正确分析工程实际中的传热问题。1.热量传递的三种基本方式2.传热过程和传热系数3.传热学的研究方法考核知识点：热传递的三种基本方式、传热过程与传热系数考核要求：掌握三种基本传热方式及特点；掌握传热过程的定义及传热系数的概念。2．掌握强化和削弱热量传递过程的方法，能提出工程实际中切实可行的强化或削弱传热的措施。1.稳态热传导2.非稳态热传导3.对流传热的理论基础4.单相对流传热的实验关联式5.热辐射基本定律和辐射特性6.辐射换热的计算考核知识点：导热基本定律、导热微分方程、平板及圆筒壁导热、肋片的计算；非稳态导热过程、集总参数法；一维非稳态问题；边界层理论、边界层分离、单管换热规律