《熱流體工程學(xué)I》課程教學(xué)大綱

課程編碼：412502

課程名稱：熱流體工程學(xué)I

英文名稱：Thcrmofluids1

開(kāi)課學(xué)期：4

學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/2（其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：5學(xué)時(shí)）

課程類(lèi)型：學(xué)科基礎(chǔ)必修課

開(kāi)課專(zhuān)業(yè)：機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生

選用教材：楊世銘.傳熱學(xué)基礎(chǔ)（第二版）.北京：高等教育出版社,2003.12.

主要參考書(shū)：

1、J.P.Holman,HeatTransfer（10'hedition）,NewYork:McGraw-Hill,2009.2.

2、T.L.Bergman,A.S.Lavine,FundamentalsofHeatandMassTransfer（7,hedition）,New

York:JohnWiley&Sons,2011.

3、陶文鏗.數(shù)值傳熱學(xué)（第2版）.西安：西安交通大學(xué)出版社,2001.5.

4、M.Kaviany.PrinciplesofHeatTransfer.NewYorkJohnWiley&Sons,2001.6.

一、課程簡(jiǎn)介

【課程名稱】《熱流體工程學(xué)I》（32學(xué)時(shí)/2學(xué)分，春季）

[CourseName]Thermofluids1（32studyhours/2credits,SpringSemester）

【教學(xué)目的】熱流體工程學(xué)I依托機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)為背景，主要研究機(jī)械工程設(shè)計(jì)、制造和

應(yīng)用中熱量傳遞的機(jī)理、觀律、分析、計(jì)算和測(cè)試方法等基礎(chǔ)理論知識(shí)。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技

術(shù)的發(fā)展，傳熱學(xué)的研究和應(yīng)用深入到各個(gè)機(jī)械工業(yè)和科研領(lǐng)域，是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展最重

要的技術(shù)基礎(chǔ)之一，因此傳熱學(xué)課程成為了工學(xué)類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是國(guó)內(nèi)外高等學(xué)

校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)高度重視的主干專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課和平臺(tái)課。本門(mén)課程可為學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)機(jī)械工

程后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程打下良好的基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)所涉及的傳熱學(xué)問(wèn)題具有一定的分析和計(jì)

算能力，并為學(xué)生獲取和拓展本專(zhuān)業(yè)發(fā)展理論和應(yīng)用實(shí)踐打卜.基礎(chǔ)。

[CourseObjects]Thiscourseisintendedtoteachheattransfertheory.Heattransfertheoryisa

kindofsciencewhichfocusesonthetransferrulesofheatandisderivedfromfluidmechanics

andphysics.Theresearchandapplicationofheattransferhaspenetratedintoallfieldsofincustry

andscience.Soheattransfertheoryisacompulsoryandbasiccourseofallmajorsreferredto

mechanicalengineering.Theenforcementofbasictheoryofheattransferanditsapplicationin

engineeringfieldsisthemaingoalofthiscourse.Itaimsatteachingthebasicrulesofheat

transferprocess,namelylieatconduction,heatconvectionandheatradiation,andtheirbasic

theories,mathematicalexpressions,computationalmethodsandexperiments.Meanwhilethe

researchstatusandtendencyofheattransfertheoryanditsapplicationsinengineeringfieldsboth

domesticandabroadwillbeintroducedtostudents.Thus(heabilityforstudentstodealwith

practicalproblemsrefenedtoheattransferiscultivatedandabasicknowledgetoworkfurtheron

researchactivityisbuilt.

【教學(xué)內(nèi)容】本課程共7章理論內(nèi)容及4個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要介紹了導(dǎo)熱、對(duì)流換熱和輜射換

熱三種換熱方式的基本概念及其相關(guān)問(wèn)題的計(jì)算方法。理論內(nèi)容包括緒論、導(dǎo)熱基本原理、

穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、輻射換熱以及復(fù)合換熱與傳熱；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括材料導(dǎo)熱

系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)、復(fù)合換熱傳熱系數(shù)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)、中溫福射物體黑度的測(cè)定和復(fù)合傳熱性能

實(shí)驗(yàn)(蒸汽冷凝)。

(TeachingContent]Thiscourseintroducesthebasicconceptsofthreekindsofheattransfer

methods,suchasconduction,convectionandradiationhcaitransfer.Thecalculationmethodsof

relatedproblemsalsoincluded.Thetheoreticalcontentsincludetheintroduction,thebasic

principleofconduction,steady-stateconduction,unsteady-stateconduction,principlesof

convection,radiationheattransferandcomplexheatexchanges.Theexperimentalcontents

includeexperimentofthermalconductivityofmaterials,experimentofheattransfercoefficientof

compoundheattransfer,experimentofemissivityofintermediatetemperatureobjectand

experimentofcompoundheattransferperformance(steamcondensation).

【授課對(duì)象】本課程的授課對(duì)象為機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)本科生。

[TargetStudents]Thetargetstudentsofthiscoursemainlyaretheundergraduatesinmechanical

engineering.

二、課程目標(biāo)

1、了解熱量傳遞的導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射三種基本方式及其相關(guān)基本概念。(支撐畢業(yè)要

求指標(biāo)點(diǎn)2-1)

Understandthefundamentalconceptsofheattransfer,withconsiderationofthe

mechanismofconduction,convectionandradiation.

2、掌握溫度場(chǎng)、傳熱后的基本分析方法和計(jì)算方法。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2-1）

Computebasicparametersfortemperaturefieldandheattransfer,includinganalysisand

calculation.

3、應(yīng)用熱流體工程學(xué)知識(shí)對(duì)機(jī)械工程中的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行抽象、建模、分析并給出解決

方案。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)3-1、3-2、3-3）

Identify,model,analyzeandsolvethermofluidsproblemsinmechanicalengineering

using（heconceptsofconduction,convectionandradiation.

4、掌握常用熱工測(cè)試儀器的使用方法與基本熱工參數(shù)的測(cè)試技術(shù)。（支撐畢業(yè)要求指

標(biāo)點(diǎn)3-3）

Testbasicthermalparametersusingthecommonlythermaltestequipmentand

technology.

三、各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配

第一章緒論（2學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的與要求

通過(guò)本章節(jié)的講授，使學(xué)生了解傳熱學(xué)的意義和任務(wù)，理解熱量傳遞的三種基本形式:

熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射；掌握傳熱過(guò)程的基本計(jì)算方法和單位制。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)傳熱學(xué)的研究對(duì)象及其在熱加工工藝中的應(yīng)用

第二節(jié)熱量傳遞的三種基本方式

第三節(jié)單位制

考核要求

了解：傳熱學(xué)的意義和任務(wù)。

理解：熱量傳遞的三種基本形式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱幅射。

掌握：傳熱過(guò)程的基本計(jì)算方法和單位制。

第二章導(dǎo)熱基本原理（2學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的與要求

通過(guò)本章節(jié)的講授，使學(xué)生認(rèn)知傅立葉定律和導(dǎo)熱微分方程，求解導(dǎo)熱微分方程的定解

條件。第一類(lèi)邊界條件：表面恒溫或等速加熱的情況。第二類(lèi)邊界條件：恒熱流加熱。第三

類(lèi)邊界條件：恒溫對(duì)流加熱。要求掌握溫度場(chǎng)、溫度梯度、熱流密度、熱流和熱最等基本概

念。掌握傅立葉定律的基本條件、物理意義及計(jì)算方法，了解影響熱導(dǎo)率的主要因素，能以

導(dǎo)熱微分方程和定解條件描述導(dǎo)熱過(guò)程。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)傅里葉定律

第二節(jié)導(dǎo)熱微分方程式

第三節(jié)初始條件及邊界條件

考核要求

了解：各種金屬和非金屬材料的導(dǎo)熱特性。

理解：導(dǎo)熱微分方程的推導(dǎo)過(guò)程。

掌握：傅立葉定律，導(dǎo)熱微分方程式的各種表達(dá)形式及其初始和邊界條件。

第三章穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（4學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的與要求

通過(guò)講授平壁、圓筒、球壁、長(zhǎng)桿等導(dǎo)熱問(wèn)題實(shí)例，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)熱基本概念的深入

理解?，進(jìn)?步從工程實(shí)際出發(fā)，認(rèn)知接觸熱阻和形狀因子的定義和表達(dá)式，了解不同條件下

接觸熱阻和形狀因子的基本特性。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)通過(guò)平壁的導(dǎo)熱

第二節(jié)通過(guò)圓筒壁和球壁的導(dǎo)熱

第三節(jié)表面有散熱的長(zhǎng)桿的導(dǎo)熱

第四節(jié)接觸熱阻

第五節(jié)形狀因子

考核要求

了解：不同條件下接觸熱阻和形狀因子的基本特性。

理解：接觸熱阻和形狀因子的定義和表達(dá)式。

掌握：平壁、圓簡(jiǎn)、球壁、長(zhǎng)桿等導(dǎo)熱問(wèn)題的計(jì)算方法。

第四章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（6學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的與要求

通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本分析方法，掌握非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的特點(diǎn)

及應(yīng)用、集總參數(shù)法分析豐穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，掌握集總參數(shù)法的應(yīng)用條件及其解決問(wèn)題的基本思想,

了解無(wú)限大平板、半無(wú)限大平板、有限大物體導(dǎo)熱的數(shù)學(xué)模型、分析思路及方法，理解不同

形狀物體加熱或冷卻速度以及機(jī)械加工中集中熱源作用下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱特性。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念

第二節(jié)第一類(lèi)邊界條件下的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

第三節(jié)伴有相變邊界的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

第四節(jié)第三類(lèi)邊界條件下的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

第五節(jié)二維及三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

第六節(jié)集總參數(shù)法

第七節(jié)不同形狀物體加熱或冷卻速度的比較

第八節(jié)集中熱源作用下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

考核要求

了解：無(wú)限大平板、半無(wú)限大平板、有限大物體導(dǎo)熱的數(shù)學(xué)模型、分析思路及方法，不

同形狀物體加熱或冷卻速度的比較。

理解：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念，集總參數(shù)法的應(yīng)用條件及其解決問(wèn)題的基本思想，集中

熱源作用下的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題計(jì)算方法。

掌握；非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的特點(diǎn)及應(yīng)用集總參數(shù)法分析非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題。

第五章對(duì)流換熱（6學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的與要求

通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解對(duì)流換熱的特點(diǎn)，了解流體外掠平板傳熱層流分析解及比

擬理論，掌握影響對(duì)流換熱的主要因素。了解對(duì)流換熱微分方程，了解幾個(gè)典型對(duì)流換熱現(xiàn)

象的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式及其應(yīng)用方法。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)牛頓冷卻公式和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

第二節(jié)影響對(duì)流換熱的主要因素

第三節(jié)對(duì)流換熱微分方程組

第四節(jié)對(duì)流換熱的無(wú)最綱準(zhǔn)則

第五節(jié)自然對(duì)流換熱的計(jì)算

第六節(jié)強(qiáng)制對(duì)流換熱的計(jì)算

考核要求

了解：流體外掠平板傳熱層流分析解及比擬理論，對(duì)流換熱微分方程、幾個(gè)典型對(duì)流換

熱現(xiàn)象的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式及其應(yīng)用方法。

理解：對(duì)流傳熱問(wèn)題和邊界層型對(duì)流傳熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫(xiě)，理解相似原理與量綱分析。

掌握：對(duì)流換熱的特點(diǎn)、邊界層中換熱的特點(diǎn)，自然對(duì)流換熱和強(qiáng)制對(duì)流換熱的計(jì)算方

法。

第六章輻射換熱（6學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的與要求

通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握輻射換熱的基本概念，理解黑體間輻射換熱基本性質(zhì)及實(shí)

際物體的輻射和吸收的基本規(guī)律，掌握黑體間輻射換熱的計(jì)算和角系數(shù)的概念和計(jì)算，掌握

灰體輻射換熱的計(jì)算方法。了解影響實(shí)際物體表面輻射特性的因素，理解角系數(shù)的基本性質(zhì)。

掌握黑體間輻射換熱的計(jì)算和角系數(shù)的概念和計(jì)算，掌握灰體輻射換熱的計(jì)算方法。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)熱輻射的基本概念

第二節(jié)熱輻射的基本定律

第三節(jié)兩個(gè)黑體間的輻射換熱

第四節(jié)角系數(shù)

第五節(jié)灰體間的輻射換熱

第六節(jié)氣體輻射

第七節(jié)火焰輻射

考核要求

了解：實(shí)際物體對(duì)輻射能的吸收與輻射的關(guān)系，影響實(shí)際物體表面輻射特性的因素。

理解：黑體間幅射換熱基本性質(zhì)及實(shí)際物體的輻射和吸收的基本規(guī)律，角系數(shù)的基本性

質(zhì)。

掌握：輻射換熱的基本概念，黑體間輻射換熱的計(jì)算和角系數(shù)的概念和計(jì)算，掌握灰體

輻射換熱的計(jì)算方法，以及氣體輻射和火焰輻射特點(diǎn)和計(jì)算分析方法。

第七章復(fù)合換熱與傳熱（2學(xué)時(shí)）

教學(xué)目的與要求

通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解復(fù)合換熱與傳熱過(guò)程及總傳熱系數(shù)，掌握傳熱晶的計(jì)算方

法及強(qiáng)化和削弱熱量傳遞過(guò)程的原理和手段，能應(yīng)用熱風(fēng)概念綜合分析熱量傳遞過(guò)程。了解

常見(jiàn)換熱器的類(lèi)型。能用對(duì)數(shù)平均溫差法及傳熱單元數(shù)法計(jì)算間壁式換熱器。

教學(xué)內(nèi)容

第一節(jié)復(fù)合換熱

第二節(jié)傳熱過(guò)程及其計(jì)算

第三節(jié)換熱器傳熱的平均溫差

考核要求

了解：常見(jiàn)換熱器的類(lèi)型。

理解：復(fù)合傳熱過(guò)程及總傳熱系數(shù)。

掌握：傳熱量的計(jì)算方法及強(qiáng)化和削弱熱量傳遞過(guò)程的原理和手段，能應(yīng)用熱阻概念綜

合分析熱量傳遞過(guò)程；能用對(duì)數(shù)平均溫差法及傳熱單元數(shù)法計(jì)算間壁式換熱器。

四、實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)傳熱學(xué)基本原理的理解，掌握相關(guān)的測(cè)定方法：學(xué)會(huì)熱工儀表的

使用方法，培養(yǎng)使用熱工測(cè)試儀器進(jìn)行傳熱測(cè)試的能力；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的多人協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)

生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本要求

要求學(xué)生掌握每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、方法和步驟；要求學(xué)生在認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,

對(duì)實(shí)驗(yàn)所得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理和誤差分析，并按要求提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告；要求對(duì)實(shí)驗(yàn)

指導(dǎo)書(shū)中所提出的問(wèn)題加以討論和研究，開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

3.實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)：

楊永海，裝永