樱花下的交大梦-报考西安交通大学能动学院的经验和感想

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附3　传热学教学大纲

　　说明：这个大纲是针对第三版的，有些内容在第四版中已不再是重点，甚至被删去。对照课本看就可以了。

　　一、课程的性质、目的及任务

　　传热学是研究热量传递规律及其应用的工程技术学科。是我校能源与动力工程学院、化学工程学院各有关专业的一门必修的主干技术基础课程。本课程不仅为学生学习有关的工程技术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、开发研究等方面的工作打下必要的基础。
　　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，掌握计算工程传热问题的基本方法，并具有相应的计算能力（包括具有初步上机计算的能力）及一定的实验技能。

　　二、教学基本要求

　　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。

　　三、教学内容及要求

　　（一）绪论
　　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。
　　教学要求：了解传热学与工程热力学在研究内容和方法上的异同。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。
　　（二）导热基本定律和导热微分方程
　　教学内容：傅立叶定律和导热微分方程；导热系数；定解条件--初始条件和边界条件。
　　教学要求：重点掌握傅立叶定律和导热微分方程。着重理解推导各向同性材料、具有内热源的导热微分方程的理论依据和思路，以及导热微分方程中各项的物理意义。了解影响导热系数的主要因素。定解条件—初始条件和边界条件，重点为常见的三类边界条件。
　　（三）导热问题的分析解
　　教学内容：平壁、圆筒壁、球壁和等截面直肋片的求解；具有内热源的单层平壁导热问题的求解；变导热系数问题；肋片导热的分析计算；热阻及接触热阻；形状因子；非稳态导热过程的特点；热扩散率；集总参数法；一维非稳态导热问题的分析解；多维非稳态导热问题的乘积解法；半无限大物体的非稳态导热问题。
　　教学要求：能应用傅立叶定律或导热微分方程对常物性、无内热源的一维稳态导热问题（平壁、圆筒壁、球壁和等截面直肋片）进行分析求解，得出温度场及导热量的计算公式。并能对具有内热源的单层平壁导热问题进行求解。了解变导热系数的处理方法。了解肋片在工程中的应用场合。能应用肋效率的曲线来计算直肋和环肋问题。加深理解热阻概念及其在分析导热问题时的重要性。了解接触热阻及用形状因子的方法求解多维稳态导热问题的方法。了解非稳态导热过程的特点及热扩散率。掌握集总参数法的分析求解方法，了解其限制条件。能列出一维非稳态导热问题的微分方程及定解条件，应用诺谟图或近似计算公式进行工程计算，简单形状物体的二维、三维问题的乘积解法；了解半无限大物体非稳态导热问题的基本概念。了解周期性非稳态导热的基本概念。
　　（四）导热问题的数值解
　　教学内容：数值解法求解导热问题的思路；节点离散方程；非稳态导热问题的离散格式及稳定性条件。
教学要求：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，应通过上机计算二维稳态导热物体中的温度分布及导热量。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。
　　（五）对流换热原理
　　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。
　　教学要求：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。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。了解近似模化和自模化在实验技术中的作用。
　　（六）单相流体对流换热
　　教学内容：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。
　　教学要求：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，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。
　　（七）凝结换热与沸腾换热
　　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。
　　教学要求：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。
　　（八）热辐射的基本定律及实际物体的辐射特性
　　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。
　　教学要求：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。
　　（九）辐射换热的计算
　　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。
　　教学要求：理解角系数的定义和性质（相对性、完整性和可加性）。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。
　　（十）传热过程分析与换热器热计算
　　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。
　　教学要求：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1～2个传热问题进行综合分析。了解污垢热阻及其工程确定方法。
　　（十一）专题简介
　　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。
　　教学要求：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。
　　四、实践环节（略）
　　五、学时分配（略）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大纲制定者：王秋旺 李妩 执笔
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大纲审定者：陈钟颀 陶文铨
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大纲批准者：何雅玲 （室主任）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　二零零零年六月

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