傳熱學(xué)教學(xué)大綱課程名稱：傳熱學(xué) 課程編碼：20511019學(xué) 時：58 學(xué) 分：4開課學(xué)期：第五學(xué)期課程類別：必修課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課適用專業(yè)：建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)本科生先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、流體力學(xué)、工程熱力學(xué)一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)：傳熱學(xué)是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)四年制本科的主要專業(yè)基礎(chǔ)課。該課在該專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)中是至關(guān)重要的。建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)所研究解決的問題很大一部分是建筑物的溫度、濕度問題。氣候在變化，建筑物構(gòu)件每時每刻都在傳熱；用以改變室內(nèi)溫濕度條件的技術(shù)手段中，采暖、空調(diào)，熱源、冷源等等，大都以傳熱為主要的物理過程。因此學(xué)生傳熱學(xué)學(xué)得好壞，直接地影響學(xué)生的專業(yè)水平。每門課一般都有豐富的內(nèi)容和自己的體系。傳熱學(xué)作為有百年歷史的老學(xué)科，內(nèi)容極其豐富，也早已自成體系。但在課程建設(shè)中，如果每門課都片面、過份地強調(diào)把自己的課有科學(xué)的、系統(tǒng)的、完整的、嚴密的體系。則勢必引起整個專業(yè)學(xué)時的不適當(dāng)膨脹。正確的出 發(fā)點應(yīng)著力把整個專業(yè)知識結(jié)構(gòu)設(shè)計成為一個科學(xué)的、系統(tǒng)的、完整的、嚴密的體系，所涉及的課程應(yīng)服從整個體系的需要，在專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中起到恰如其分的作用。傳熱學(xué)是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)四年制本科的主要專業(yè)基礎(chǔ)課。二、課程的基本要求：傳熱學(xué)內(nèi)容的實質(zhì)是三大守衡，即質(zhì)量守衡，動量守衡與能量守衡；是自然界最基本的定律在熱傳遞現(xiàn)象中的體現(xiàn)。用三大守衡的思想貫穿全篇，使學(xué)生掌握溫度場與熱流密度場的概念和三種基本傳熱方式的計算方法；使學(xué)生能夠應(yīng)用質(zhì)量，動量與能量平衡的概念將研究對象的傳熱問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，列出方程（含微分方程），對部分簡單邊界條件問題能夠求出解析解；并能夠應(yīng)用運用有限差分法在計算機上求解一般的傳熱問題。第一章 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 平壁（含多層）、圓筒壁（含多層）、肋壁等一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱熱阻公式，復(fù)合平壁按一維導(dǎo)熱計算的近似熱阻公式。第二章 導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)1、付立葉定律及與之相關(guān)的溫度梯度、熱流密度、導(dǎo)熱系數(shù)的基本概念及其矢量與分量表達方式 2、用微元體熱平衡的概念推導(dǎo)導(dǎo)熱微分方程。 對簡單的規(guī)則形狀物體建立導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)模型，正確列出導(dǎo)熱微分方程和單值性條件。第三章 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1、對流邊界條件下非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱解析解的分析與應(yīng)用（不含求解過程）。第三類邊界條件的定向點，Bi、Fo 準則的物理意義，正常情況階段，集總參數(shù)法。2、周期性變化邊界條件下非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱解析解的分析與應(yīng)用（不含求解過程）。溫度波的衰減與延遲。 第四章 有限差分法 1、用有限差分法求解一、二維簡單幾何形狀物體的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。中間節(jié)點與各種邊界節(jié)點的有限差分熱平衡方程，有關(guān)線性方程組的建立與疊代求解方法。 2、用有限差分法求解一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，中間節(jié)點與各種邊界節(jié)點的有限差分熱平衡方程。第五章 對流換熱理論基礎(chǔ) 1、流場中微元體的質(zhì)、動、能量平衡，微分方程組。2、邊界層的基本概念，厚度、速度梯度、在各種邊界上的發(fā)生與發(fā)展； 3、邊界層 微分方程組的產(chǎn)生；微分方程解的主要結(jié)論（不含求解過程），速度曲線的相似性，厚度公式； 4、用冪級數(shù)逼近速度分布時，邊界層厚度、摩擦阻力與換熱的近似理論解； 5、邊界層理論的重大意義。 6、動量傳遞與熱量傳遞的類比。第六章 對流換熱準則關(guān)聯(lián)式 1、速度場、溫度場相似的基本概念；相似準則的導(dǎo)出及物理現(xiàn)象相似的充分必要條件；定型尺寸、定性速度與定性溫度的定義問題，前兩者理論上的任意性及描述實際上廣泛存在的近似相似現(xiàn)象時對三者正確定義的重要性；準則關(guān)聯(lián)式的高度概括性與廣泛適用性；準則關(guān)聯(lián)式的得出方法。 2、管內(nèi)強制對流換熱時的管內(nèi)平均速度，斷面平均溫度；成熟發(fā)展區(qū)與入口區(qū)； 3、非圓斷面管道流動阻力與換熱，水力直徑作為當(dāng)量直徑的適用范圍、缺欠與修正。第七章 熱輻射的基本定律 1、熱輻射量的描述：輻射力、輻射強度，單色、定向，全波、半球等一系列概念組合的物理意義與表達。2、普郎克定率，斯蒂芬-玻爾茲曼定率，維恩定率，蘭貝特定律與基爾霍夫定律，發(fā)射率與灰體，漫輻射表面。第八章 輻射換熱計算 1、角系數(shù)。 2、空間熱阻。 3、有效輻射與表面熱阻。 4、輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)圖。 5、氣體輻射：特點，發(fā)射率與吸收率，氣體與外殼間的輻射換熱。6、太陽輻射的基本概念。第九章 傳熱與換熱器1、對數(shù)平均溫差法2、對流換熱器計算的效能-傳熱單元數(shù)法 。三、課程的講授內(nèi)容及學(xué)時分配：緒論 （2學(xué)時）傳熱學(xué)的內(nèi)容與意義，傳熱學(xué)與專業(yè)的關(guān)系，單位制 第一章 導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)（4學(xué)時）第一節(jié) 付立葉定律與導(dǎo)熱系數(shù)第二節(jié) 導(dǎo)熱微分方程與單值性條件第二章 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 （10學(xué)時）第一節(jié) 通過平壁的導(dǎo)熱第二節(jié) 通過復(fù)合平壁的導(dǎo)熱第三節(jié) 通過圓筒壁的導(dǎo)熱第四節(jié) 通過肋壁的導(dǎo)熱 第五節(jié) 二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的形狀系數(shù)法第三章 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 （10學(xué)時）第一節(jié) 對流邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱第二節(jié) 常熱流 邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱第三節(jié) 周期變化邊界條件下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱第四章 有限差分法 （6學(xué)時）第一節(jié) 有限差分法基礎(chǔ)第二節(jié) 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的有限差分解法第三節(jié) 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的有限差分解法第五章 對流換熱理論基礎(chǔ) （8學(xué)時）第一節(jié) 對流換熱微分方程組第二節(jié) 邊界層理論概述及其微分方程組第三節(jié) 邊界層摩擦阻力與換熱的近似積分解第四節(jié) 動量傳遞與熱量傳遞的類比第六章 對流換熱準則關(guān)聯(lián)式 (6學(xué)時)第一節(jié) 相似理論基礎(chǔ)第二節(jié) 管內(nèi)受迫流動與換熱第三節(jié) 其他幾何形狀邊界受迫流動與換熱第四節(jié) 自然對流換熱第七章 熱輻射的基本定律 (6學(xué)時)第一節(jié) 輻射換熱概述第二節(jié) 輻射力與輻射強度第三節(jié) 熱輻射的基本定律 第八章 輻射換熱計算 (8學(xué)時)第一節(jié) 兩黑表面間的輻射換熱第二節(jié) 角系數(shù)的確定方法第三節(jié) 兩灰表面間的輻射換熱第四節(jié) 多表面間輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)法第五節(jié) 氣體輻射第六節(jié) 太陽輻射 第九章 傳熱與換熱器 (8學(xué)時) 第一節(jié) 復(fù)合傳熱 第二節(jié) 傳熱的增強與削弱第三節(jié) 換熱器的型式與基本構(gòu)造第四節(jié) 對流換熱器計算的 對數(shù)平均溫差法第五節(jié) 對流換熱器計算的 效率傳熱單元數(shù)法第六節(jié) 換熱器性能評價及優(yōu)化方法概述四、課程的作業(yè)與實驗：（一） 習(xí)題 做習(xí)題是鞏固學(xué)得理論知識的重要手段，本課教學(xué)安排大量習(xí)題。總計約40題。習(xí)題的2/3來自教材，教材中有大量習(xí)題可供選擇。1/3來自主講教師自編，都是主講教師認為更能反映理論本質(zhì)，更有練習(xí)價值的。全部習(xí)題均做出標準解。各章節(jié)習(xí)題量安排具體見學(xué)時分配表。（二） 實驗本課安排三個教學(xué)實驗，每個兩學(xué)時。1、 基于常熱流邊界條件下非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱理論用動態(tài)法測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)；實驗內(nèi)容及要求：（1） 測定材料（不良導(dǎo)熱體）的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱（2） 學(xué)習(xí)非穩(wěn)態(tài)（準穩(wěn)態(tài)）法測定材料導(dǎo)熱性能的實驗原理和方法。2、強迫對流實驗；實驗內(nèi)容：（1） 了解試驗裝置、熟悉空氣流速及管壁溫度的測量方法，掌握測量儀表的使用方法；（2） 測定空氣橫掠單管平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并將結(jié)果整理成準則關(guān)系式；（3） 掌握強制對流換熱試驗數(shù)據(jù)的處理及誤差分析方法。3、自然對流換熱實驗。實驗內(nèi)容及要求：（1） 測定空氣與水平圓柱體之間發(fā)生自然對流換熱時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，并將結(jié)果整理成準則關(guān)系室；（2） 學(xué)習(xí)本實驗中的測試技術(shù)（熱電偶測壁溫、測量熱量）及試驗數(shù)據(jù)的整理方法；（3） 學(xué)習(xí)對試驗結(jié)果進行誤差分析的方法。傳熱學(xué)的理論都是經(jīng)典的，上述實驗的目的不是驗證理論，而仍然是對學(xué)生實驗技能的訓(xùn)練，包括溫度與熱流的測量等等。整個建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)對學(xué)生實驗技能的訓(xùn)練是從總體上安排的。實際上教學(xué)計劃中許多其他課，特別是專業(yè)課實驗的安排都包含傳熱的內(nèi)容。所以提高實驗質(zhì)量不單是這門課的問題，而是整個專業(yè)的學(xué)科建設(shè)問題。鑒于目前傳熱學(xué)的實驗課質(zhì)量不高，主要是設(shè)備臺套數(shù)不足，學(xué)生實驗中觀察多余動手，擬結(jié)合學(xué)科建設(shè)加強實驗室建設(shè)，做到讓學(xué)生在試驗中人人動手，切實掌握傳熱方面的實驗技能與方法。五、課程的學(xué)時分配及說明：學(xué)時分配表章 節(jié)課內(nèi)講授教學(xué)各環(huán)節(jié)其它實驗上機設(shè)計作業(yè)輔導(dǎo)答疑緒論22每周第一章 導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)43每周第二章 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱86每周第三章 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱62每周第四章 有限差分422每周第五章 對流換熱理論基礎(chǔ)85每周第六章 對流換熱準則關(guān)聯(lián)式446每周第七章 熱輻射的基本定律63每周第八章 輻射換熱計算86每周第九章 傳熱與換熱器85每周總 計58639六、課程主要參考書：傳熱學(xué)第四版 章熙民、任澤霈等 中國建筑工業(yè)出版社 2002年