郑州大学 过程装备与控制工程专业 《传热学》 课程教学大纲 大纲制订人：曹海亮 大纲审定人：靳遵龙 修订日期：2020/7/1
郑州大学 过程装备与控制工程专业 《传热学》 课程教学大纲 大纲制订人：曹海亮 大纲审定人：靳遵龙 修订日期：2020/7/1
《传热学》课程教学大纲 课程编号：012098 课程名称（中/英文）：传热学/heat transfer 课程类型：专业基础课 总学时：48 讲课学时：46 讨论课学时：2 学分：3 适用对象：过程装备与控制工程专业、热能与动力工程专业等 先修课程：高等数学、大学物理、流体力学、热力学 后续课程：传热学、化工原理、过程设备设计等 开课单位：机械与动力工程学院过程装备与控制工程教研室 一、课程性质和教学目标 《传热学》是四年制过程设备与控制工程、热能与动力工程本科专业的一门主干课程。 本课程是研究热量传递规律及其应用的工程技术学科。通过本课程的学习，使学生获得比较 宽广和巩周的热量传递规律的基础知识，掌握计算工程传热问题的方法，具有分析和解决工 程传热问题的基本能力。 本课程拟达到的教学目标 (1)熟练掌握热量传递的三种基本方式，了解热量传递的机理，掌握热量传递遵循的 基本规律，如傅立叶定律、牛顿冷却定律、斯忒藩一玻尔兹曼定律等，以及传热问题的基本 分析方法，对传热方式有较系统地完整认识。 (2)熟练掌握导热的基本方法，能正确运用方程式、理论分析、数值计算等方法对稳 态和非稳态导热问恩进行定性分析和定量计算，了解数值计算方法的具体应用。 (3)掌握对流换热的影响因素和传热基本方程组：熟练掌握对流换热的基本概念和求 解方法，如边界层概念、量纲分析法、相似原理等：量纲分析：重点是学会应用这些方法解 决实际的无相变和有相变对流传热问愿。 (4)掌捉辐射传热的基本概念和遵循的原理，如普朗克定律、斯忒落一玻尔兹曼定律 等，了解辐射换热计算的基本方法。 (5)掌握平噬、圆管、肋壁传热的传热系数计算方法重点掌握顺流和逆流换热器对 数平均温差技术和换热器的热计算，了解传热的强化方式，以及热传递过程综合分析与求解 过程的步骤。 本课程的敦学目标与毕业要求的对应关系为： 课程教学目标 毕业要求 2】能够运用数学、自然科学和机械工程、动力工程和控制工程 学科的基本原理识别和判断过程工业装备复杂工程问题的关键环 节和参数：0.2
《传热学》课程教学大纲 课程编号: 012098 课程名称（中／英文）：传热学/ heat transfer 课程类型: 专业基础课 总 学 时： 48 讲课学时：46 讨论课学时：2 学 分：3 适用对象: 过程装备与控制工程专业、热能与动力工程专业等 先修课程：高等数学、大学物理、流体力学、热力学 后续课程：传热学、化工原理、过程设备设计等 开课单位：机械与动力工程学院 过程装备与控制工程教研室 一、课程性质和教学目标 《传热学》是四年制过程设备与控制工程、热能与动力工程本科专业的一门主干课程。 本课程是研究热量传递规律及其应用的工程技术学科。通过本课程的学习，使学生获得比较 宽广和巩固的热量传递规律的基础知识，掌握计算工程传热问题的方法，具有分析和解决工 程传热问题的基本能力。 本课程拟达到的教学目标 （1）熟练掌握热量传递的三种基本方式，了解热量传递的机理，掌握热量传递遵循的 基本规律，如傅立叶定律、牛顿冷却定律、斯忒藩－玻尔兹曼定律等，以及传热问题的基本 分析方法，对传热方式有较系统地完整认识。 （2）熟练掌握导热的基本方法，能正确运用方程式、理论分析、数值计算等方法对稳 态和非稳态导热问题进行定性分析和定量计算，了解数值计算方法的具体应用。 （3）掌握对流换热的影响因素和传热基本方程组；熟练掌握对流换热的基本概念和求 解方法，如边界层概念、量纲分析法、相似原理等；量纲分析；重点是学会应用这些方法解 决实际的无相变和有相变对流传热问题。 （4）掌握辐射传热的基本概念和遵循的原理，如普朗克定律、斯忒藩－玻尔兹曼定律 等，了解辐射换热计算的基本方法。 （5）掌握平壁、圆管、肋壁传热的传热系数计算方法；重点掌握顺流和逆流换热器对 数平均温差技术和换热器的热计算，了解传热的强化方式，以及热传递过程综合分析与求解 过程的步骤。 本课程的教学目标与毕业要求的对应关系为： 课程教学目标 毕业要求 1 2 3 4 5 2-1 能够运用数学、自然科学和机械工程、动力工程和控制工程等 学科的基本原理识别和判断过程工业装备复杂工程问题的关键环 节和参数；0.2 √ √ √ √
3-1根据过程工业装备与系统特定需求，依据技术标准，得出约束√ 条件和技术指标0.2 二、教学的基本要求 要求学生熟练掌握导热、对流和热辐射三种热量传递方式的物理概念、特点和基本规律， 并能综合应用这些基础知识正确分析工程实际中的传热问题。掌握计算各类热量传递过程的 基本方法，能对典型的工程传热问题进行计算，能对间壁式换热器进行原理性的热力设计。 了解强化或削弱热量传递过程的方法，并能提出工程实际中切实可行的强化或削弱传热的措 施。 三、课堂教学内容及要求 第一章绪论 介绍热量传热的基本方式和传热过程的基本计算。 要求： (1)熟练堂握热量传弟的三种基本方式及其特点，并能用传热学的原理解释牛活 中与传热有关的现象。 (2) 熟练掌握傅立叶导热定律、牛顿冷却公式和Stefan--Boltzmann定律的公式及 其中每个符号的单位和意义。 (3)能够正确分析实际热量传递过程的各个串联环节。理解热阻的概念并掌握传热 过程的热阻分析方法。 第二章稳态热传导 介绍稳态导热的基本定律，导热问题微分方程的导出及其在平壁、圆管壁和肋片等结构 上的简化过程和分析解。 要求： (1)理解稳态导热及稳态温度场的特点、导热基本定律一般形式的物理意义。熟练 掌握导热系数的单位及其物理意义：了解常见固体、液体及气体导热系数值的相对 大小 (2)了解导热微分方程推导的理论基础、推导方法及其适用范围： (3)熟练掌握常见的三类边界条件下典型一维稳态导热微分方程的分析解，包括通 过平壁、圆管壁导热的温度分布、热流量计算、及热阻表达式。 (4)掌握不同流体粘性的成因、牛顿内摩擦定律，了解影响流体粘性的因素，掌握 理想流体的定义及其意义，了解黏度的测量方法
3-1 根据过程工业装备与系统特定需求，依据技术标准，得出约束 条件和技术指标 0.2 √ √ 二、教学的基本要求 要求学生熟练掌握导热、对流和热辐射三种热量传递方式的物理概念、特点和基本规律， 并能综合应用这些基础知识正确分析工程实际中的传热问题。掌握计算各类热量传递过程的 基本方法，能对典型的工程传热问题进行计算，能对间壁式换热器进行原理性的热力设计。 了解强化或削弱热量传递过程的方法，并能提出工程实际中切实可行的强化或削弱传热的措 施。 三、课堂教学内容及要求 第一章 绪论 介绍热量传热的基本方式和传热过程的基本计算。 要求： （1） 熟练掌握热量传递的三种基本方式及其特点，并能用传热学的原理解释生 活 中与传热有关的现象。 （2） 熟练掌握傅立叶导热定律、牛顿冷却公式和 Stefan-Boltzmann 定律的公式 及 其中每个符号的单位和意义。 （3） 能够正确分析实际热量传递过程的各个串联环节。理解热阻的概念并掌握传热 过程的热阻分析方法。 第二章 稳态热传导 介绍稳态导热的基本定律，导热问题微分方程的导出及其在平壁、圆管壁和肋片等结构 上的简化过程和分析解。 要求： （1） 理解稳态导热及稳态温度场的特点、导热基本定律一般形式的物理意义。熟练 掌握导热系数的单位及其物理意义；了解常见固体、液体及气体导热系数值的相对 大小。 （2） 了解导热微分方程推导的理论基础、推导方法及其适用范围； （3） 熟练掌握常见的三类边界条件下典型一维稳态导热微分方程的分析解，包括通 过平壁、圆管壁导热的温度分布、热流量计算、及热阻表达式。 （4） 掌握不同流体粘性的成因、牛顿内摩擦定律，了解影响流体粘性的因素，掌握 理想流体的定义及其意义，了解黏度的测量方法
(5)熟悉、理解肋片等复杂导热问题的简化处理方法，了解肋片的作用及选用的基 本原则、接触热阻对传热的影响及改善措施。 第三章非稳态导热 介绍了非稳态导热的类型、微分方程以及第三类边界条件下B1对平板中温度分布的影 响规律。重点介绍了针对零维非稳态问题的集中参数求解方法及其工程应用，以及典型一维 物体非稳态导热的分析方法和工程图算方法。 要求： (1) 理解非稳态导热的基本概念、类型及特点：瞬态非稳态导热过程的非正规状况 阶段和正规状况阶段：了解第三类边界条件下B1数对平板中温度分布的影响。 (2)熟练掌握集总参数法的基本思想、适用范围、两个不同毕渥数的物理意义及其 应用。熟练掌握时间常数的表达式及其物理意义。掌握傅里叶数及热扩散率（导温 系数)的表达式及其物理意义：导热系数与导温系数的关联与区别。 (3)能运用图算法求解平板、圆柱等一维物体的非稳态导热过程。 第四章对流传热的理论基础 介绍了对流传热的分类及其影响因素、对流传热的数学物理方程，重点介绍了边界层的 特征以及采用边界层特征简化边界层型对流传热问题的分析过程，以及流体外掠等温平板传 热的层流分析解。 要求 (1) 了解对流传热的影响因素以及对流传热现象的分类。 (2) 理解对流传热问题的数学物理方程及其定解条件。 (3) 掌握流动边界层与热边界层的含义及其对解决对流传热问题的作用：流动边界 层在壁面上的发展过程：了解利用数量级分析法简化边界层型对流传热问题的思路 和步暖。 (4)掌握流体外掠等温平板传热的层流分析解，以及流动边界层和热边界层的相对 大小及关联式。掌握雷诺数、努赛尔数、普朗特数的表达式及其物理意义。 第五章单相对流传热实验关联式 介绍了相似原理和量纲分析方法，重点介绍了管槽内部对流传热和外部对流传热的特征 及其传热计算，以及大空间与有限空间自然对流传热的计算方法。 要求： (1)掌握利用相似原理求解相似现象中未知参数的方法。理解并掌握同类物理现象 相似的充要条件以及导出相似特征数的相似分析法及量纲分析法。熟练掌握常见 似准则数的表达式及其物理意义
（5） 熟悉、理解肋片等复杂导热问题的简化处理方法，了解肋片的作用及选用的基 本原则、接触热阻对传热的影响及改善措施。 第三章 非稳态导热 介绍了非稳态导热的类型、微分方程以及第三类边界条件下 BI 对平板中温度分布的影 响规律。重点介绍了针对零维非稳态问题的集中参数求解方法及其工程应用，以及典型一维 物体非稳态导热的分析方法和工程图算方法。 要求： （1） 理解非稳态导热的基本概念、类型及特点；瞬态非稳态导热过程的非正规状况 阶段和正规状况阶段；了解第三类边界条件下 Bi 数对平板中温度分布的影响。 （2） 熟练掌握集总参数法的基本思想、适用范围、两个不同毕渥数的物理意义及其 应用。熟练掌握时间常数的表达式及其物理意义。掌握傅里叶数及热扩散率（导温 系数）的表达式及其物理意义；导热系数与导温系数的关联与区别。 （3） 能运用图算法求解平板、圆柱等一维物体的非稳态导热过程。 第四章 对流传热的理论基础 介绍了对流传热的分类及其影响因素、对流传热的数学物理方程，重点介绍了边界层的 特征以及采用边界层特征简化边界层型对流传热问题的分析过程，以及流体外掠等温平板传 热的层流分析解。 要求： （1） 了解对流传热的影响因素以及对流传热现象的分类。 （2） 理解对流传热问题的数学物理方程及其定解条件。 （3） 掌握流动边界层与热边界层的含义及其对解决对流传热问题的作用；流动边界 层在壁面上的发展过程；了解利用数量级分析法简化边界层型对流传热问题的思路 和步骤。 （4） 掌握流体外掠等温平板传热的层流分析解，以及流动边界层和热边界层的相对 大小及关联式。掌握雷诺数、努赛尔数、普朗特数的表达式及其物理意义。 第五章 单相对流传热实验关联式 介绍了相似原理和量纲分析方法，重点介绍了管槽内部对流传热和外部对流传热的特征 及其传热计算，以及大空间与有限空间自然对流传热的计算方法。 要求： （1） 掌握利用相似原理求解相似现象中未知参数的方法。理解并掌握同类物理现象 相似的充要条件以及导出相似特征数的相似分析法及量纲分析法。熟练掌握常见相 似准则数的表达式及其物理意义
(2)掌握内部流动（管内强制流动）及外部流动（横掠单管、横掠管束）层流与湍 流的判据：选择和应用特征数关联式时流体定性温度、牛顿冷却公式的温差、特征 长度、特征流速等重要物理量的确定准则： (3) 掌握大空间与有限空间内自然对流传热的特点及其传热计算方法。 第六章相变对流传热 介绍了冷凝和沸腾两种相变对流传热过程、计算方法以及影响因素。 要求： (1)掌握凝结传热的两种模式及其各自的特点， (2)理解膜状凝结分析解的导出过程，掌握竖直管和水平管表面层流、湍流膜状凝 结的关联式。掌握膜状凝结的强化原则及其依据： (3 掌握大容器饱和沸腾的几个特征区域以及各个区域的传热特点以及热流密度 的变化情况：掌握过冷沸腾和饱和沸腾的定义。 (4)了解汽化核心的形成地点以及条件。 (5) 掌握大容器沸腾传热的实验关联式以及影响沸腾传热的因素，掌握强化沸腾传 热的基木原则 第七章热辐射基本定律和辐射特性 介绍了热辐射的特点和热辐射的三个基本定律以及涉及的相关概念 要求： (1)理解并掌捏热辐射的定义及区别于导热对流的特点：了解电磁波波谱分布热射 线及可见光区段的波长范围，掌握吸收比、反射比和穿透比的定义及其相互联系 掌握黑体的概念及研究黑体辐射的意义。 (2)掌握黑体辐射三个基本定律的内容及公式中每个符号的单位和物理意义。掌握 实际物体的辐射力、光谱辐射力、定向辐射强度与黑体的区别：掌握光谱辐射力、 立体角和定向辐射强度的概念及其物理意义。 (3)了解影响物体发射率的因素：掌握实际物体对辐射能吸收的选择性及其与“温 室效应的关系：掌握灰体、漫射灰体的概念及其特性：掌握基尔霍夫定律的描述 及其表达式。 第八章辐射传热的计算 介绍了辐射传热中角系数的计算方法以及不同系统的辐射传热计算过程。 要求： 1) 掌握角系数的定义及利用代数分析法计算角系数的方法 (2) 掌据两表面封闭系统的辐射传热计算方法
（2） 掌握内部流动（管内强制流动）及外部流动（横掠单管、横掠管束）层流与湍 流的判据；选择和应用特征数关联式时流体定性温度、牛顿冷却公式的温差、特征 长度、特征流速等重要物理量的确定准则； （3） 掌握大空间与有限空间内自然对流传热的特点及其传热计算方法。 第六章 相变对流传热 介绍了冷凝和沸腾两种相变对流传热过程、计算方法以及影响因素。 要求： （1） 掌握凝结传热的两种模式及其各自的特点； （2） 理解膜状凝结分析解的导出过程，掌握竖直管和水平管表面层流、湍流膜状凝 结的关联式。掌握膜状凝结的强化原则及其依据； （3） 掌握大容器饱和沸腾的几个特征区域以及各个区域的传热特点以及热流密度 的变化情况；掌握过冷沸腾和饱和沸腾的定义。 （4） 了解汽化核心的形成地点以及条件。 （5） 掌握大容器沸腾传热的实验关联式以及影响沸腾传热的因素，掌握强化沸腾传 热的基本原则。 第七章 热辐射基本定律和辐射特性 介绍了热辐射的特点和热辐射的三个基本定律以及涉及的相关概念。 要求： （1） 理解并掌握热辐射的定义及区别于导热对流的特点；了解电磁波波谱分布热射 线及可见光区段的波长范围，掌握吸收比、反射比和穿透比的定义及其相互联系， 掌握黑体的概念及研究黑体辐射的意义。 （2） 掌握黑体辐射三个基本定律的内容及公式中每个符号的单位和物理意义。掌握 实际物体的辐射力、光谱辐射力、定向辐射强度与黑体的区别； 掌握光谱辐射力、 立体角和定向辐射强度的概念及其物理意义。 （3） 了解影响物体发射率的因素；掌握实际物体对辐射能吸收的选择性及其与“温 室效应”的关系；掌握灰体、漫射灰体的概念及其特性；掌握基尔霍夫定律的描述 及其表达式。 第八章 辐射传热的计算 介绍了辐射传热中角系数的计算方法以及不同系统的辐射传热计算过程。 要求： （1） 掌握角系数的定义及利用代数分析法计算角系数的方法。 （2） 掌握两表面封闭系统的辐射传热计算方法
(3) 掌握等效电路图的绘制，掌握多表面系统的辐射传热计算 第九章传热过程分析与换热器的热计算 介绍了平壁、圆筒壁、肋壁的传热过程的计算方法，换热器的主要类型，重点介绍了平 均温差的计算方法以及间壁式换热器的设计计算方法。 要求： (1)掌握平壁、圆简壁、肋壁的传热过程和传热系数的计算方法，掌握临界绝热直 径的概念和意义。 (2) 了解换热器的主要类型和进气发展状况。 (3)掌握顺流和逆流换热器对数平均温差计算方法：掌握复杂布置时换热器平均温 差的计算方法。 (4)掌握换热器效能、传热单元数的计算，熟悉间壁式换热器的热计算过程。掌握 污垢热阻和换热器强化原测。 四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号教学内容 学时教学方式对应教学目标 1绪论 1 课程的任务、性质、目标、学习方法及 1 讲授 课程考核方法。 22稳态热传导 讲授 33非稳态导热 讲授 44对流传执的理论基础 进授 55单相对流传热实验关联式 7 讲授 6 6相变对流传热 讲授 77热辐射基本定律和辐射特性 4讲授4 88辐射传热的计算 6 讲授 4 99传热过程分析与换热器的热计算 8讲授 10机动学时 2讨论 五、课程教学思想、教学方法、教学手段 本课程是过程装备与控制工程专业、热能与动力工程专业的专业基础课程，应注重学生 基本知识和基本技能的培养，使学生了解课程内容在工程中的应用，为后续专业基础课和专 业课的学习做好准备。本课程采用多媒体教学，教学环节主要是课堂教学，在教学中，针对 学生难理解的流动和传热现象等内容，将计算流体力学计算结果和视频等资源融入误堂，使 难以想象的流动和传热现象变得易学易懂。在课堂教学中采用抽查提问、不定期完成课堂作 业等方式检查学生课堂学习情况，提问和课堂作业成绩可计入本课程最终成绩
（3） 掌握等效电路图的绘制，掌握多表面系统的辐射传热计算。 第九章 传热过程分析与换热器的热计算 介绍了平壁、圆筒壁、肋壁的传热过程的计算方法，换热器的主要类型，重点介绍了平 均温差的计算方法以及间壁式换热器的设计计算方法。 要求： （1） 掌握平壁、圆筒壁、肋壁的传热过程和传热系数的计算方法，掌握临界绝热直 径的概念和意义。 （2） 了解换热器的主要类型和进气发展状况。 （3） 掌握顺流和逆流换热器对数平均温差计算方法；掌握复杂布置时换热器平均温 差的计算方法。 （4） 掌握换热器效能、传热单元数的计算，熟悉间壁式换热器的热计算过程。掌握 污垢热阻和换热器强化原则。 四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号 教学内容 学时 教学方式 对应教学目标 1 1 绪论 课程的任务、性质、目标、学习方法及 课程考核方法。 1 讲授 1 2 2 稳态热传导 8 讲授 2 3 3 非稳态导热 3 讲授 2 4 4 对流传热的理论基础 5 讲授 3 5 5 单相对流传热实验关联式 7 讲授 3 6 6 相变对流传热 4 讲授 3 7 7 热辐射基本定律和辐射特性 4 讲授 4 8 8 辐射传热的计算 6 讲授 4 9 9 传热过程分析与换热器的热计算 8 讲授 5 10 机动学时 2 讨论 五、课程教学思想、教学方法、教学手段 本课程是过程装备与控制工程专业、热能与动力工程专业的专业基础课程，应注重学生 基本知识和基本技能的培养，使学生了解课程内容在工程中的应用，为后续专业基础课和专 业课的学习做好准备。本课程采用多媒体教学，教学环节主要是课堂教学，在教学中，针对 学生难理解的流动和传热现象等内容，将计算流体力学计算结果和视频等资源融入课堂，使 难以想象的流动和传热现象变得易学易懂。在课堂教学中采用抽查提问、不定期完成课堂作 业等方式检查学生课堂学习情况，提问和课堂作业成绩可计入本课程最终成绩
六、考核及成绩评定方式 1、考核成绩评定：理论考试70%~100%+平时成绩0~30%（课堂提问、讨论、作业 等)。 2、考试形式：闭卷笔试。 3.评价依据：试卷及试卷评分标准，平时记录等。 七、教材和参考书目 教材：《传热学，第五版，杨世、陶文铨徐著，高等教有出版社，2019年。 参考书：《传热学》第二版，戴锅生编若，高等教育出版社，2001年 Heat Transfer (10th Edition),J.P.Holman,McGraw-Hill,2010. 大纲制订人：曹海亮 大纲审定人：新遵龙 制订日期：2020/7/1 修订日期：202071
六、考核及成绩评定方式 1、考核成绩评定：理论考试 70%～100% + 平时成绩 0～30%（课堂提问、讨论、作业 等）。 2、考试形式：闭卷笔试。 3. 评价依据：试卷及试卷评分标准，平时记录等。 七、教材和参考书目 教材：《传热学》，第五版，杨世铭、陶文铨编著，高等教育出版社，2019 年。 参考书：《传热学》，第二版，戴锅生编著，高等教育出版社，2001 年。 Heat Transfer（10th Edition）, J.P.Holman, McGraw‐Hill, 2010. 大纲制订人：曹海亮 大纲审定人： 靳遵龙 制订日期：2020/7/1 修订日期：2020/7/1