高等传热学教学大纲

高等传热学教学大纲课程编号:13603学分:2~3课程名称:高等传热学英文译名:AdvancedHeatTransfer开课学期:秋季总学时:34~51开课单位:机械与能源工程学院热工教研室先修课程:传热学本教学大纲适用于能源动力与工程热物理类专业的硕士研究生，作为硕士学位的学位课程。授课课时每周2—3个学时，共16～18周。课程内容与基本要求:本课程以大学本科传热学为起点,针对传热的三种基本方式:导热、对流、辐射,深入论述传热学的基本理论,同时加强物理概念的阐述,拓宽解决问题的思路和方法,增加总体深度和广度,以适应动力工程和工程热物理专业研究生培养的需要。教学内容分成导热、对流和辐射三部分。第一部分导热。要求掌握FOURIER定律矢量形式的意义，适用条件。掌握考虑温度传递时FOURIER定律的修正方法及适用条件，它与FOURIER定律的关系，了解物质驰豫时间的物理意义。掌握不同正交坐标系下导热微分方程的的表达式，各种边界条件的物理意义，了解线性和非线性边界条件的区别和对解的影响。掌握目前求解导热问题的各种思路和方法并了解它们的优缺点。掌握导热系数张量的物理意义。了解各种物质形态的导热机理及对导热系数和导温系数的影响。能解释温度对不同物体导热系数的影响机理。掌握保温材料及非均质材料的保温原理和导热机理，当量导热系数的概念和影响因素。掌握一维肋片的传热计算（对称肋的导热微分方程通式及若干分析解法），使用肋片的条件。Schmidit肋优化理论。了解最佳肋片形状和最佳肋片结构。了解现代优化理论在传热学中的应用。掌握稳态导热中无内热源导热的热阻分析法，一维无内热源导热的通式及变导热系数的分析（基尔霍夫函数法），一维有内热源导热的通式及分析。了解非稳态问题的薄壁系统与厚壁系统。掌握适用薄壁系统的各种判据及特点。了解不同加热热源的薄壁系统分析解，掌握周期流体温度、等速升温流体温度的薄壁系统导热模型及解的特征（延迟性、衰减性与系统时间常数的数学关系）。掌握测量动态温度系统的原理和提高测量精度的方法。了解半无限大空间导热问题的相似解法和周期性壁温条件下的分析解，掌握厚壁非稳态导热的特点（延迟性、衰减性与空间位置的关系，瞬时解和准稳态解）。了解Neumman乘积解及应用。掌握熔解和凝固的斯蒂芬（Stefan）问题和纽曼（Neumman）问题的物理意义和解析解，了解非线性导热问题的求解思路。系统了解强化和削弱导热的方法，能用导热理论分析较复杂的导热问题，对解析求解导热问题的思路有较深的理解和应用。第二部分对流换热理解守恒方程式（质量、动量和能量守恒），了解能量守恒方程的五种形式及其应用条件（总能，热力学能，焓，温度（与焓对应），温度（与热力学能对应）。掌握层流换热的相似解方法，了解纵掠和绕流平壁、契形体、曲面及圆形和非圆形通道内的换热和流阻的相似解，掌握流道形状对换热和流动的影响。了解自然对流，膜状凝结和膜状沸腾的相似解。了解高速流动和有黏性耗散的传热规律。掌握紊流机理和雷诺应力的物理意义，了解求解紊流的Boussinesq0方程模型，Prandltd混合程度模型和k~ε模型。了解紊流流动边界层结构（雷诺单层结构，普朗特双层结构，冯.卡门三层结构及Schlichting指数分布）及相应的换热和流动比拟解。了解管内充分发展紊流不同Pr数下的换热规律，了解射流、冲击和喷流换热的分析方法。掌握强化强迫对流换热的方法和思路。掌握沸腾换热机理及强化沸腾换热的理论和方法，了解凹陷型空穴在沸腾换热中的作用。第三部分辐射换热掌握各种辐射强度、辐射力、辐射率、吸收比和反射比等概念的物理意义和数学表达式。掌握几种辐射率之间的关系，基尔霍夫定律的适用条件。了解实际固体辐射的特点和选择性表面的概念，掌握角系数的定义和数学表达式，角系数相对性的成立条件。了解角系数的求解方法。掌握透热介质和非透热介质辐射问题的求解方法（Openheim法）。能把这类方法推广应用到非等温体、非灰体的场合。了解气体辐射能量传递方程和平均穿透比、平均吸收比、平均射线行程的意义，了解气体辐射特点和各种火焰（采用固体、气体和液体燃料）的辐射特点，系统了解强化和削弱辐射换热的方法。当采用少学时教学时，以上要求可以适当放宽，内容适当放浅，但知识的系统性必须保持。掌握的内容必须讲授。主要章节:一、导热基础理论、热物性参数.二、稳态导热分析、肋片分析.三、非稳态导热中的薄、厚壁问题、具有移动边界的导热问题.四、守恒方程的推导:连续方程、动量方程、能量方程.五、层流强迫对流问题:绕流平壁、契形体、曲面及圆形和非圆形通道内的换热和流阻.六、紊流强迫对流:临界雷诺数、边界层流动、管内流动和自由流动.七、高速流动下的换热、自然对流传热和传质、相变传热的强化.八、辐射的基本概念及关系式.九、强吸收性介质辐射及弱吸收性介质辐射.主要参考书:《高温传热学》,屠传经等编著,浙江大学出版社,1997.13603AdvancedHeatTransferSem.1.class3,cr.3.ProfessorsHuY.C.&ZhuH.Heatconduction:basictheoryandequations、thermalconductivity、steadyheatconduction、fins、transientproblemsandheatconductionwithmovingboundaries.Heattransferbyconvection:derivationoftheconservationequations、forcedconvectioninlaminarflow、forcedconvectioninturbulantflow、heattransferathighvelocities、naturalconvectiveheatandmasstransferandenhancementofcondensationandevaporation.Thermalradiationheattransfer:basicconcepts、relationsandlaws、thermalradiationofstronglyandweaklyabsorbingmedia.Prerequisite:HeatTransfer.