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傳熱學(xué)教學(xué)大綱 （適用于熱能動力工程專業(yè) ） （70學(xué)時） 華北電力大學(xué) 一． 本課程的目的和任務(wù) 傳熱學(xué)是熱能動力工程專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。它應(yīng)該使學(xué)生獲得比較寬廣的和鞏固的有關(guān)熱能傳遞的基本理論知識、相應(yīng)的分析計算能力以及一定實驗技能的訓(xùn)練。它不僅為學(xué)習(xí)專業(yè)知識提供必要的理論基礎(chǔ)，也是培養(yǎng)提高學(xué)生分析和解決工程實際問題能力的重要環(huán)節(jié)之一。 二． 本課程的基本要求 學(xué)生在學(xué)完本課程后，應(yīng)達(dá)到以下基本要求; 1． 掌握熱量傳遞的三種基本方式及傳熱過程所遵循的基本定律，學(xué)會對傳熱過程進(jìn)行解剖處理和分析計算。 2． 掌握導(dǎo)熱的基本定律，能對無內(nèi)熱源的簡單幾何形狀物體在常物性條件下的導(dǎo)熱進(jìn)行熟練的分析計算，并對較復(fù)雜導(dǎo)熱問題的數(shù)值求解途徑有所了解。 3． 較深刻地了解各種因素對對流換熱的影響，對強(qiáng)制對流換熱、自然對流換熱的有關(guān)準(zhǔn)則有正確的理解，并能熟練地運(yùn)用各種實驗關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計算。了解凝結(jié)和沸騰換熱現(xiàn)象的分類、特點(diǎn)及影響因素。 4． 理解有關(guān)熱輻射的基本概念，掌握熱輻射的基本定律，能熟練地對被透明介質(zhì)隔開的兩固體表面間的輻射換熱進(jìn)行計算。了解氣體輻射的特點(diǎn)。 5． 會利用平均溫差法和效能—單元數(shù)法對換熱器進(jìn)行熱計算，了解強(qiáng)化傳熱的原則、手段和常用的隔熱保溫技術(shù)。 6． 通過實驗，初步掌握溫度測量、熱量測量、流量測量等的基本方法和技能，對安排實驗、選擇測量儀表、正確進(jìn)行測量、處理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結(jié)果和書寫實驗報告等能力進(jìn)行初步訓(xùn)練。 三． 本課程與其它課程的聯(lián)系與分工 本課程以高等數(shù)學(xué)、普通物理學(xué)、工程熱力學(xué)和流體力學(xué)為先修課程。為使課程的內(nèi)容相互銜接，高等數(shù)學(xué)中應(yīng)包括：泰勒級數(shù)在近似計算中的應(yīng)用、場論、傅立葉級數(shù)、線性方程組的解及偏微分方程的數(shù)值解法。在流體力學(xué)中，應(yīng)對層流邊界層理論進(jìn)行講述。 四． 本課程的基本內(nèi)容及相應(yīng)的教學(xué)方法、手段及要求 緒論 講清楚傳熱學(xué)的研究對象及其在科學(xué)、生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。應(yīng)使學(xué)生明確：本課程是一門研究熱量傳遞基本規(guī)律的課程，應(yīng)用這些基本規(guī)律，可以為熱力設(shè)備的技術(shù)改造、能源的節(jié)約與開發(fā)服務(wù)。對熱量傳遞的三種基本方式，可分別引出傅立葉公式、牛頓公式和斯蒂芬-玻爾茲曼公式，然后說明工程實際問題的熱量傳遞過程往往不是按單一的方式進(jìn)行的，而是復(fù)雜的組合，從而引出傳熱過程的概念，為后面依此討論導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱提供整體觀念。 導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 重點(diǎn)說明傅立葉定律和導(dǎo)熱微分方程。扼要介紹導(dǎo)熱過程的微觀機(jī)理。指出傅立葉定律和導(dǎo)熱微分方程對穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題是共同適用的?？梢詮母盗⑷~定律或?qū)嵛⒎址匠坛霭l(fā)，推導(dǎo)通過平壁、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計算公式，說明兩者獲得的結(jié)果是完全相同的。肋壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱作為一種典型問題，要講清楚微分方程的建立，計算公式的推演，并指出其在工程上的多種應(yīng)用場合。對于具有內(nèi)熱源的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的分析解法，重點(diǎn)是講清楚它們的特點(diǎn)和求解思路。 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 重點(diǎn)解釋非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的特點(diǎn)，指出非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程存在非正規(guī)狀況階段、正規(guī)狀況階段。講清楚集總參數(shù)法的簡化分析過程及使用條件。對一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析解，主要是通過分析解得到準(zhǔn)則間的關(guān)系式，并表示成諾謨圖，使學(xué)生能應(yīng)用諾謨圖進(jìn)行工程計算。對于特殊形狀的二維和三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的求解，只要求能應(yīng)用諾謨圖進(jìn)行工程計算，而不必進(jìn)行推導(dǎo)。對半無限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，主要使學(xué)生了解其對應(yīng)的物理問題和分析解的特點(diǎn)。 導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法 講清楚導(dǎo)熱問題數(shù)值求解的基本思想及步驟。利用泰勒級數(shù)展開法和能量守恒法來推導(dǎo)內(nèi)節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)差分方程式，介紹采用高斯—塞德爾迭代法求解代數(shù)方程組的過程。對非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法，主要是讓學(xué)生了解非穩(wěn)態(tài)項的差分格式及相應(yīng)的特點(diǎn)。本部分內(nèi)容，還可選擇實際計算例題，讓同學(xué)進(jìn)行計算機(jī)編程求解。 對流換熱 講清楚邊界層的基本概念和影響對流換熱的因素。對流換熱的微分方程組應(yīng)包括換熱微分方程、能量方程、動量方程及連續(xù)性方程。后兩個方程可以引用流體力學(xué)的知識，不一定進(jìn)行推導(dǎo)。對流換熱原理部分，重點(diǎn)講清沿平板流動的層流邊界層積分方程組及其求解?？刹捎孟嗨品治龇ɑ蛄烤V分析法分析對流換熱過程中所包含的有關(guān)無量綱量。 重點(diǎn)講解各種典型對流換熱過程的物理圖解。介紹圓管內(nèi)、非圓形通道內(nèi)、橫掠單管及管束換熱的實驗關(guān)聯(lián)式。介紹大空間和有限空間情況下自然對流換熱的實驗關(guān)聯(lián)式。通過學(xué)習(xí)，要使學(xué)生能正確和熟練運(yùn)用這些實驗關(guān)系式進(jìn)行一般工程的計算。 凝結(jié)與沸騰換熱 介紹珠狀凝結(jié)與膜狀凝結(jié)換熱現(xiàn)象，講述膜狀凝結(jié)換熱的計算公式，討論影響凝結(jié)換熱的主要因素。講清楚大容器飽和沸騰曲線上核態(tài)沸騰與膜態(tài)沸騰及臨界熱負(fù)荷。介紹大容器飽和核態(tài)沸騰與臨界熱流密度的計算公式，討論影響沸騰換熱的主要因素。 熱輻射基本定律及物體的輻射特性 對于熱輻射的本質(zhì)、基本特征和基本定律的講解，應(yīng)與物理學(xué)的知識有所銜接，已學(xué)過的內(nèi)容只須作適當(dāng)?shù)膹?fù)習(xí)即可，但對基爾霍夫定律應(yīng)指出其對單色輻射也是正確的。講清楚選擇性表面的概念。在輻射換熱部分，應(yīng)著重講述在簡單幾何條件下灰體間的輻射換熱計算方法。介紹系統(tǒng)黑度的概念和確定角系數(shù)的方法。講清楚應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法求解多灰體表面系統(tǒng)的輻射換熱問題。氣體輻射部分，著重講述氣體輻射的特點(diǎn)及工程計算的方法。 傳熱過程分析與換熱器計算 應(yīng)當(dāng)再次強(qiáng)調(diào)熱量傳遞的三種基本方式常常不是單獨(dú)存在，而是組合起作用的。講述既有對流換熱又有輻射換熱的復(fù)合換熱的計算方法。講清楚傳熱系數(shù)的組成，并應(yīng)用熱阻概念分析傳熱過程，使學(xué)生學(xué)會管道熱絕緣計算的基本方法。 介紹工程上典型的換熱器型式，要求學(xué)生會用平均溫差法及效能—單元數(shù)法進(jìn)行換熱器的熱力計算，懂得強(qiáng)化傳熱的基本原則、基本手段及常用的隔熱保溫技術(shù)。 傳熱專題講座 可選擇2~3個有關(guān)傳熱問題的專題進(jìn)行介紹，以開闊學(xué)生的知識面，部分內(nèi)容也可采用與學(xué)生討論的方式進(jìn)行。 五． 課外習(xí)題及課程討論 六． 實驗和上機(jī)，寫明實驗和上機(jī)的內(nèi)容及要求 實驗內(nèi)容 根據(jù)具體情況可在以下實驗中選做二個 1． 表面溫度測量與導(dǎo)熱系數(shù)的測定。 2． 空氣外掠單管管外放熱系數(shù)的測定。 3． 空氣沿橫管表面自由流動的放熱。 4． 固體表面黑度的測定。 5． 換熱器實驗 上機(jī)內(nèi)容 1． 導(dǎo)熱問題數(shù)值解法的計算機(jī)求解 七．學(xué)時分配的建議 課程內(nèi)容 講課 實驗 上機(jī) 緒論 3 導(dǎo)熱基本定律和穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 7 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 6 導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法 4 4 對流換熱 12 2 凝結(jié)與沸騰換熱 4 熱輻射基本定律和物體的輻射特性 6 輻射換熱的計算 6 傳熱過程分析與換熱器的熱計算 8 傳熱問題的專題講座 4 總計 60 4 4 八． 考核方式 閉卷考試 九． 推薦教材及教學(xué)參考書 1. 楊世銘、陶文銓編著：《傳熱學(xué)》（第三版），高等教育出版社，1998年。 2. 屠傳經(jīng)、沈珞嬋、吳子靜編：《熱傳導(dǎo)》，高等教育出版社，1989年。 3. 任澤濡編著：《對流換熱》，高等教育出版社，1998年。 4. 余其錚編著：《輻射換熱基礎(chǔ)》，高等教育出版社，1990年。 5. 李斌主編：《傳熱學(xué)自學(xué)指導(dǎo)》，高等教育出版社，1990年。 6. 陳鐘頎主編：《傳熱學(xué)專題講座》，高等教育出版社，1989年