SPOC学校专有课程
传热学
分享
spContent=传热学是研究温差驱动下热量传递规律的科学,与流体力学、工程热力学并称能源动力类三大支柱,同时也是机械制造、航空航天、化工、材料加工、冶金、电子与电气、建筑工程等专业主干技术基础课。随着高新技术的发展,传热控制成为微电子器件、高功率激光、航天技术等多个领域不可回避的关键问题。
—— 课程团队
课程概述

传热学与流体力学、工程热力学并称能源动力类三大支柱,这三门课程与空气动力学、燃烧学,同为动力工程类专业四年制本科最主要的五门专业基础课。在热能动力、机械制造、航空航天、化工、材料加工、冶金、电子与电气、建筑工程等生产技术领域中存在大量的传热问题,随着高新技术的发展,传热控制成为微电子器件、高功率激光、航天技术等多个领域不可回避的关键问题。传热学是相关各学科专业的一门重要技术基础课,通过本门课程的学习,使学生对热量传递这一普遍存在的物理现象有理性的认识,掌握传热学的基本理论、基本定律及基本计算,为解决以后课程学习或工作中涉及到的热问题,打下坚实的理论基础。

传热学作为有百年历史的老学科,内容极其丰富,也早己自成体系。传热学是研究温差驱动下热量传递规律的科学,温差现象广泛存在于自然界、生产和日常生活的方方面面,因此热量传递及传热学知识无处不在。热量传递的基本方式包括:导热、对流换热和辐射换热三种。导热依靠微观粒子热运动传递能量;对流换热通过流体宏观运动传递能量;辐射换热则通过电磁波传递能量,相比于其他两种换热方式,辐射换热有其特殊性:1)不需媒介,2)有能量形式的转化。通常并不是只有一种换热方式,而是多种换热方式并存,我们称为复合换热。特别的,我们将冷热流体通过固体间壁进行的换热称为传热过程,该过程与换热器的设计计算及校核计算密切相关。

传热学课程自始至终贯穿三传(质量传递、动量传递、能量传递)和三守恒(质量守恒、动量守恒、能量守恒)原则。传热学的研究方法主要分为解析法、数值解法和实验研究方法,相关的传热学知识也围绕这三种方法展开。解析法是用数学方法求解传热问题的方法,是传热学研究的基础可以得到解析式,由于实际问题的复杂性,只有少数传热问题能够获得解析解。 数值解法将研究区域离散,最终得到离散节点上的温度及其它所需物理量。由于工程实际问题的复杂性,虽然上述两种方法都已有很大的进展,但实验研究法仍是目前传热学的基本研究方法,在本课程中,对目前工程计算中常用的实验经验公式作出必要的介绍。


授课目标
通过本门课程的学习,使学生理性认识热量传递现象,掌握传热学的基本理论、基本定律及基本计算,为解决后续课程学习或实际工作中涉及到的热问题,打下坚实的理论基础。
成绩要求

课程成绩包括:课程结束后考试成绩(占70%);课堂小测验(占10%);作业(A类)完成(占10%);实验情况(占10%)。



课程大纲
预备知识

大学物理、工程流体力学、工程热力学

参考资料

教材:

杨世铭,陶文铨,传热学,第四版,高等教育出版社,2006

主要参考书

    J.P. Holman,传热学(英文版)(原书第10版),机械工业出版社,2010

    王秋旺,传热学重点难点及典型题精解,西安交通大学出版社,2001


常见问题

传热学是一门有百年以上历史、发展比较完善、理论比较完备的科学。传热现象与日常生活结合紧密,比较容易理解,但传热学作为一门科学,其基本物理量、基本概念、基本定律、基本过程比较多,除了上课听老师讲解外,需要在课后花费一些时间和精力通过学习书上的例题和亲自做习题去理解、掌握其中的含义。

  • 牢固地掌握基本概念,能用自己的语言简明扼要地叙述这些基本概念;

  • 明确基本定律所阐述的物理问题和数学表达,能够将其用于解决课后习题

  • 掌握基本热过程的物理表述、数学描写以及必要的数学推导过程,明确求解结果得出的规律和特征、应用意义及适用范围等。

  • 在此基础上达到灵活运用基本知识解决工程实际问题的学习目的。

如果说,寻找分析解方法主要是数学家的任务,则物理模型及其数学描写的建立则是工程技术工作者的责任。传热学的研究方法主要分为分析解法、数值解法和实验研究方法,相关的传热学知识也围绕这三种方法展开。学生在学习时首先要明确是那种方法?然后明确该方法需要掌握哪些内容?

(1) 解析法  解析法是用数学方法求解传热问题的方法,是传热学研究的基础。首先对实际传热问题作一定的简化假设,建立物理模型,然后写出与物理模型相适应的数学描述,并用解析的方法求解获得解析式。由于实际问题的复杂性,只有少数传热问题能够获得解析解。在本课程中,要求掌握几个简单问题分析解的求解方法。

(2) 数值解    采用数值计算方法,将研究区域离散,用一组代数方程代替解析法中的微分方程(组),求解该代数方程组就可以得到所研究区域内离散节点上的温度及其它所需物理量。在本课程中,要求掌握热传导的数值解法。

(3) 实验研究方法    由于工程实际问题的复杂性,虽然上述两种方法都已有很大的进展,但实验研究法仍是目前传热学的基本研究方法。在本课程中,对目前工程计算中常用的实验经验公式作出必要的介绍,要求学生掌握经验公式的适用条件。