《传热传质学》课程教学大纲 - 上海交通大学-机械与动力

《传热传质学》课程教学大纲

课程名称：传热传质学

课程代码：PO306

学分/学时：3学分/51学时

开课学期：秋季学期

适用专业：机械工程及自动化、热能与动力工程、建筑环境与设备、核工程与科学及相关专业

先修课程：流体力学、工程热力学、高等数学、大学物理

后续课程：无

开课单位：机械与动力工程学院

一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表）

课程性质：传热传质学是机械类专业的一门重要专业基础课，是机械、能源动力和相关专业的必修主干课。

教学目标：传热传质学是研究由温差引起的热量传递规律的科学。本课程不仅为学生学习有关专业课程提供必要的基础理论知识，也为从事相关专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。（A5.2，A5.3，A5.4，B2，B3，B4，C1，C2，C4）

本课程由基本概念、热传导、热对流、热辐射及应综合用五部分组成。通过本课程教学，不仅使学生在热量传递过程的特点和规律、实际传热过程的综合分析等方面树立正确的概念，同时培养学生科学抽象、逻辑思维能力，进一步强化实践是检验理论的唯一标准的认识观。具体来说：

（1）掌握热传导、热对流和热辐射三种传热方式的基本规律、基本概念和相关能量守恒方程，并能用于实际传热问题的分析。（B2、C1、C2）

（2）初步掌握数值计算的基本分析过程、特点和实际应用能力以及商业数值分析软件。（A5.2、B2）（3）初步掌握采用实验手段解决实际传热问题的技能，直观地认识传热过程的特点、测量传热参数的基本仪器。（A5.2、A5.3、A5.4、B4）

（4）能运用常用工质物性表、诺谟图、以及其他一些相关图表（如角系数图等）。（A5.2）

（5）初步具有综合分析实际传热问题的能力、从实际问题抽象为理论，并运用理论分析解决实际问题能力。（B2、B3、C4）

（6）强化理论来源于实践，实践是检验理论的唯一标准的认识观。（A5.2，B4, C2）

二、课程教学内容及学时分配（含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求）

1、绪论（2学时）：（B4, C2）

本课程概论，并介绍热传导、热对流和热辐射的基本定义、基本计算公式、传热过程简单介绍以及热阻分析法。

2、热传导及稳态和非稳态传热过程（12学时/课堂教学）：（A5.2、A5.3）

导热基本定律、导热问题的数学描写、典型稳态导热问题的分析解（包括一维导热、肋片、具有内热源的一维导热）、非稳态导热的基本概念、集中参数法、典型非稳态导热问题的分析解（包括一维、半无限大物体）

3、热传导问题的数值解法（4学时/课堂教学）：（A5.2、A5.3、A5.

4、B4）

导热问题求解方法介绍、数值解法的基本思想、热平衡法建立离散方程、线性方程组的求解方法及稳定性判定、非稳态导热问题的数值求解过程、显示格式和隐式格式的特点及其稳定性判定。

大作业：利用本章学习的数值解法，编制计算程序或采用商业CFD软件求解给定条件下的导热问题，并给出结果和分析；

讨论：数值解法在传热学中的应用、局限性以及与其它求解方法的相互关系；

4、期中考试（2学时/课外）：（B2、B3、C4）

针对前面四章内容，进行期中考试；

5、无相变对流传热（12学时/课堂教学+2学时/讨论）：（A5.2, B2, B4, C2）

对流传热概说、对流换热问题的数学描写、边界层型对流传热问题的数学描写、流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论、相似原理与量纲分析、相似原理的应用、内部强制对流传热和自然对流传热的实验关联式、射流冲击传热的介绍。

自学及要求：解释课堂上给出的多种生活中常见的传热例子；

6、相变对流传热（4学时/课堂教学+1学时/讨论）：（A5.2, B2, B4, C2）

（1）看一些相变传热问题的录像，从而引出相变传热问题

（2）凝结模式、膜状凝结分析解及计算关联式、膜状凝结的影响因素及强化措施；

（3）沸腾传热模式、大容器沸腾传热的实验关联式介绍、沸腾传热的影响因素及强化措施。

自学及要求：收集实际工程或生活中的相变传热例子；

团组大作业及要求：选择上述中的一例进行传热过程分析、给出强化或削弱传热的措施和依据（1千字）。

7、热辐射基本定律和辐射传热（10学时/课堂教学）：（A5.2, B2，B4, C2）

热辐射在实际生活中的例子，尤其在航天中的应用；热辐射现象的基本概念和特点；黑体、热辐射能量表示方式、普朗克定律、斯蒂芬-波尔兹曼定律、韦恩位移定律、兰贝特定律、黑体辐射函数、立体角及其计算、黑度、实际物体、定向辐射强度、光谱辐射强度、漫射体、灰表面、光谱吸收比、选择性吸收、基尔霍夫定律、温室效应、太阳与环境辐射、角系数的定义和性质以及计算、固体表面间辐射传热的计算、热网络法、表面辐射热阻、空间辐射热阻、投入辐射、有效辐射、重辐射面、大空间内的小辐射面等。

团组大作业及要求：分析蔬菜大棚之所以能保温的原理，并据此给出菜农冬天防冻的有效措施（1-2千字）。

8、综合传热过程分析和换热器热计算（6学时/实验）：（B2、B3、C4）

综合传热过程及其分析、表面总传热系数的计算、临界绝缘直径、换热器的定义和类型介绍、对数平均温差、传热基本方程式和热平衡方程式、换热器的设计计算和校核计算、效能、传热单元数、污垢热阻、热量传递过程的控制（强化和削弱）。

9、实验（9学时/课外实验）：（A5.3）

（1）伸展体导热；

（2）单管对流换热

（3）大容器水沸腾放热实验

（4）换热器性能实验

三、教学方法

课程教学以课堂讲学为主，综合讨论、实验、团队大作业、平时作业、网络、录像以及授课教师的科研等共同实施。

达到课程教学目标的核心保证是教材，本课程采用的《传热学》第四版内容贯穿能量传递的三种主要方式、能量守恒和实际应用为主线，体现了学科本质，把传热学的基本理论、热量传递规律、综合传热分析等主要内容循序渐进地展现出来。传统传热内容与工程实践及新兴传热领域较好地结合。在重点、难点阐述上通过反复加强，引导学生思考的方式、在逐步深入的过程中使学生思考、掌握。教材十分注意利用思考题、习题等开拓学生的思维，教材每章的思考题和习题不仅仅只是简单巩固已有内容，有些是加深内容的理解，有些是内容的延伸。传热学精品课程网站提供的大量虚拟实验、物性查询软件、问答栏、最新消息栏、传热学相关讲座视频等都大大丰富了教学手段，为初学者和工程技术人员自主学习提供了配套的教学资源。

课堂教学中对难点内容可前面预设伏笔，以后反复加强，前后呼应，引导学生充分利用聪明才智去海阔天空地思考和讨论，尤其加强综合传热问题的分析，以使学生掌握解决实际