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傳熱學熱工實訓教學設備教學大綱

課程名稱:傳熱學              課程編碼:20511019
學    時:58                        學    分:4
開課學期:第五學期
課程類別:必修
課程性質:專業基礎課
適用專業:建筑環境與設備工程專業本科生
先修課程:高等數學、大學物理、流體力學、工程熱力學
一、熱工實訓裝置,熱工教學設備,熱工實驗臺,熱工教學儀器設備課程的性質、目的與任務:
    傳熱學是建筑環境與設備工程專業四年制本科的主要專業基礎課。
    該課在該專業的知識結構中是至關重要的。建筑環境與設備專業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,建筑物構件每時每刻都在傳熱;用以改變室內溫濕度條件的技術手段中,采暖、空調,熱源、冷源等等,大都以傳熱為主要的物理過程。因此學生傳熱學學得好壞,直接地影響學生的專業水平。
    每門課一般都有豐富的內容和自己的體系。傳熱學作為有百年歷史的老學科,內容極其豐富,也早已自成體系。但在課程建設中,如果每門課都片面、過份地強調把自己的課有科學的、系統的、完整的、嚴密的體系。則勢必引起整個專業學時的不適當膨脹。正確的出 發點應著力把整個專業知識結構設計成為一個科學的、系統的、完整的、嚴密的體系,所涉及的課程應服從整個體系的需要,在專業知識結構中起到恰如其分的作用。傳熱學是建筑環境與設備工程專業四年制本科的主要專業基礎課。
二、熱工實訓裝置,熱工教學設備,熱工實驗臺,熱工教學儀器設備課程的基本要求:
    傳熱學內容的實質是三大守衡,即質量守衡,動量守衡與能量守衡;是自然界最基本的定律在熱傳遞現象中的體現。用三大守衡的思想貫穿全篇,使學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;使學生能夠應用質量,動量與能量平衡的概念將研究對象的傳熱問題轉化為數學模型,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  一維穩態導熱 
    平壁(含多層)、圓筒壁(含多層)、肋壁等一維穩態導熱熱阻公式,復合平壁按一維導熱計算的近似熱阻公式。
第二章 導熱理論基礎
    1、付立葉定律及與之相關的溫度梯度、熱流密度、導熱系數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導熱微分方程。 對簡單的規則形狀物體建立導熱問題的數學模型,正確列出導熱微分方程和單值性條件。
第三章  非穩態導熱
    1、對流邊界條件下非穩態導熱解析解的分析與應用(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,集總參數法。
    2、周期性變化邊界條件下非穩態導熱解析解的分析與應用(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態導熱問題。中間節點與各種邊界節點的有限差分熱平衡方程,有關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態導熱問題,中間節點與各種邊界節點的有限差分熱平衡方程。
第五章  對流換熱理論基礎  
    1、流場中微元體的質、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、在各種邊界上的發生與發展;           
    3、邊界層 微分方程組的產生;微分方程解的主要結論(不含求解過程),速度曲線的相似性,厚度公式;
    4、用冪級數逼近速度分布時,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  對流換熱準則關聯式 
    1、速度場、溫度場相似的基本概念;相似準則的導出及物理現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象時對三者正確定義的重要性;準則關聯式的高度概括性與廣泛適用性;準則關聯式的得出方法。
    2、管內強制對流換熱時的管內平均速度,斷面平均溫度;成熟發展區與入口區;
    3、非圓斷面管道流動阻力與換熱,水力直徑作為當量直徑的適用范圍、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,發射率與灰體,漫輻射表面。
第八章  輻射換熱計算  
    1、角系數。
    2、空間熱阻。
    3、有效輻射與表面熱阻。
    4、輻射換熱的網絡圖。
    5、氣體輻射:特點,發射率與吸收率,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、對數平均溫差法
    2、對流換熱器計算的效能-傳熱單元數法 。
三、熱工實訓裝置,熱工教學設備,熱工實驗臺,熱工教學儀器設備課程的講授內容及學時分配:
緒論  (2學時)
    傳熱學的內容與意義,傳熱學與專業的關系,單位制 
第一章  導熱理論基礎(4學時)
    第一節  付立葉定律與導熱系數
    第二節  導熱微分方程與單值性條件
第二章  一維穩態導熱  (10學時)
    第一節  通過平壁的導熱
    第二節  通過復合平壁的導熱
    第三節  通過圓筒壁的導熱
    第四節  通過肋壁的導熱 
    第五節  二維穩態導熱的形狀系數法
第三章  非穩態導熱 (10學時)
    第一節  對流邊界條件下的非穩態導熱
    第二節  常熱流 邊界條件下的非穩態導熱
    第三節  周期變化邊界條件下的非穩態導熱
第四章  有限差分法 (6學時)
    第一節  有限差分法基礎
    第二節  穩態導熱問題的有限差分解法
    第三節  非穩態導熱問題的有限差分解法
第五章  對流換熱理論基礎  (8學時)
    第一節  對流換熱微分方程組
    第二節  邊界層理論概述及其微分方程組
    第三節  邊界層摩擦阻力與換熱的近似積分解
    第四節  動量傳遞與熱量傳遞的類比
第六章  對流換熱準則關聯式   (6學時)
    第一節  相似理論基礎
    第二節  管內受迫流動與換熱
    第三節  其他幾何形狀邊界受迫流動與換熱
    第四節  自然對流換熱
第七章  熱輻射的基本定律   (6學時)
    第一節  輻射換熱概述
    第二節  輻射力與輻射強度
    第三節  熱輻射的基本定律 
第八章  輻射換熱計算   (8學時)
    第一節  兩黑表面間的輻射換熱
    第二節  角系數的確定方法
    第三節  兩灰表面間的輻射換熱
    第四節  多表面間輻射換熱的網絡法
    第五節  氣體輻射
    第六節  太陽輻射 
第九章  傳熱與換熱器   (8學時) 
    第一節  復合傳熱 
    第二節  傳熱的增強與削弱
    第三節  換熱器的型式與基本構造
    第四節  對流換熱器計算的 對數平均溫差法
    第五節  對流換熱器計算的 效率-傳熱單元數法
    第六節  換熱器性能評價及優化方法概述

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