《计算传热学》课程教学大纲.docx

计算传热学教学大纲一、课程基本信息课程名称计算传热学Numerical Heat Transfer课程编码CNE221321020开课院部石大山能新能源学院课程团队计算传热学基础学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时0适用专业新能源科学与工程授课语言中文先修课程程序设计（C）、工程热力学、工程流体力学、传热学课程简介 （限选）计算传热学是借助计算机用数值方法分析、研究和求解新能源科学与工程领域内相关问题的一门科学，是新能源科学与工程专业的一 门专业技术基础必修课程。本课程通过与专业问题相结合，介绍数值方法的具体应用，将系统介绍一些基本的计算方法在新能源科学与工程领域内的具体利用， 内容涉及到导热、对流以及辐射换热的基本数值算法。通过课程学习，使学生了解工程上常用的数值计算方法，掌握计算传热学的基本概念和方法，掌握传热问题数值分析的一般方法和步 骤，并通过例题和习题，培养和增强学生借助于计算机语言或软件解决专业问题的素质和能力。本课程不仅为学生学习专业课程提供必要 的基本知识和基本方法，而且为学生毕业后解决实际工作中的较为复杂的流动与传热问题打下必要的基础。Fundamental of numerical heat transfer is an emerging subject of analyzing, studying and solving heat transfer problems in the field of energy and power engineering by numerical methods. It is a professional course, opening for the students of energy and power engineering major. In the course, the fundamental numerical methods of heat conduction, heat convection and heat radiation will be systematically introduced.Numerical computation has already became third way for scientific researching. Through combining the problems of the major, this curriculum introduces the specified applicaiton of numerical computation, and some basic computational ways that utilized in energy and power engineering realm, involving heat conduction, convection and radiation. The purpose of this course is letting the students understand the fundamental ways and concept of computational heat transfer, the frequently used numerical computation methods and the usual ways and steps of numerical analysis. The potential and abilities of solving problems by computer languages or specific software will be cultivated through this course.This course provides not only the necessary fundamental knowledge and methods of the major, but also builds thebasis of dealing with complicated fluidic and heat transferring problems after they graduate.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1：通过课程学习，掌握计算传热学的基本思想及基本知识，并对能源与动力工程中的传热问题 进行建模及求解分析是1.21.22M2目标2：通过课程学习，能够应用计算传热学基础的基本原理、基本技能和方法，准确识别关键环 节，并正确表达、解决复杂能源与动力工程问题。是2. 12. 13M3目标3：通过课程学习，掌握通过数值方法及软件对复杂传热问题进行描述、建模、求解及分析的能 力，并能够理解其局限性。是5.25.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外 学时课外环节11第1章计算传热 学简介计算传热学的发展、数值方法与传热学其他研究方法的区别与 联系、用数值方法求解传热问题的总体步骤、数值方法的分 类、计算传热学应用实例；Ml2讲授4自学22第2章计算区域 及控制方程的离散本章重点难点：内外节点法；Taylor展开法；控制容积法；三 对角矩阵法/32. 12.1求解区域的离 散内节点法；外节点法；复杂区域的离散Ml, M21.5讲授/讨论3作业/自学42.22.2控制方程的离 散泰勒展开法；有限体积法；Ml, M21.5讲授/讨论3作业/自学52.32. 3代数方程组的 求解及程序算例迭代法；三对角矩阵法M2, M33讲授/上机 /讨论10大作业/自 学63第3章扩散问题 的数值解法本章重点难点：调和平均法，全隐格式，源项及边界条件的处 理/73. 13.1 一维导热问题一维导热方程的离散；算数平均法，调和平均法，全隐格式Ml, M22讲授/讨论4作业/自学83.23.2多维导热问题直角坐标系全隐离散方程Ml, M22讲授/讨论6作业/自学93.33. 3源项及边界条 件的处理源项线性化；补充边界节点法；附加源项法；Ml, M22讲授/讨论6作业/自学103.43.4多维导热问题 离散方程的求解迭代法；交错方向线迭代Ml, M22讲授/讨论6作业/自学113.53.5应用算例及 习题二维非稳态导热M2, M32讲授/上机 /讨论10大作业/自 学124第4章对流-扩散 问题的数值解法本章重点难点：对流项离散格式的意义及种类，通用表达式的 意义及使用；/134. 14.1对流项离散格 式的重要性一维对流扩散问题精确解，对流项离散格式的重要性，对流项 离散的两种方式；Ml, M22讲授/讨论3作业/自学144.24. 2五种对流项离 散格式中心差分、迎风格式、混合格式、指数格式以及乘方格式；Ml, M22讲授/讨论3作业/自学154.34. 3对流-扩散方 程一阶格式系数特 征对流-扩散总通量密度，系数特性，一阶格式通用表达式，算 例；M2, M31.5讲授/上机 /讨论5大作业/自 学164.44. 4二维对流扩散 方程及边界条件的 处理五点格式的通用离散方程，边界条件处理M2, M31.5讲授/上机 /讨论5大作业/自 学175第5章SIMPLE算 法简介本章重点难点：压力修正方法的基本思想，SIMPLE算法的计算 步骤/185. 15.1动量方程求解 的关键动量方程的源项；动量方程求解的关键；Ml, M22讲授2自学195.25.2交错网格及动 量方程的离散交错网格的命名；一维动量方程的离散；交错网格上的插值；Ml, M21讲授2自学205.35. 3求解N-S方程压力修正的基本思想；压力修正方程；边界条件处理；SIMPLEMl, M22讲授/讨论8作业/自学的压力修正法算法的计算步骤；215.45. 4 CFD软件介绍及算例Fluent软件的基本操作；两个算例；Ml, M22讲授16自学四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时表现 及课堂测 验根据出勤及课堂讨论/测验回答问题的正确性评分。20%2章节大作 业1 .共布置若干道题目，平均每周1道题。2 .成绩采用白分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3 .考核学生对基本知识的掌握能力，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。30%3期末考试1、闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2、主要考核学生对计算传热学基础基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主 要有简答题、作图题、分析题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时表现 及课堂测 验20%A-全勤；精神状态饱满，回答问题准确；B-缺勤1次；精神状态良好，问题回答较好；C-缺勤2-3次；精神状态一般，问题回答一般；D-缺勤3次以上；精神状态较差，回答问题有误；2Ml章书大作 业30%A-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对早R传热问题进行物理及数学模型的建构正确，应用编程 及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果合理的分析及讨论；运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对章书传热问题进行物理及数学模型的建构正确，应用编程 及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果基本合理的分析及讨论；C-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对章节传热问题进行物理及数学模型的建构基本正确，应用 编程及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果基本合理的分析及讨论；D-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对章节传热问题进行物理及数学模型的建构不正确，应用编 程及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果分析及讨论不合理。3Ml期末考试50%闭卷考试参见参考答案及评分标准4M2平时表现 及课堂测 验30%A-全勤；精神状态饱满，回答问题准确；B-缺勤1次；精神状态良好，问题回答较好；C-缺勤2-3次；精神状态一般，问题回答一般；D-缺勤3次以上；精神状态较差，回答问题有误；5M2章节大作 业40%A-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对章节传热问题进行物理及数学模型的建构正确，应用编程 及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果合理的分析及讨论；B-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对章书传热问题进行物理及数学模型的建构正确，应用编程 及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果基本合理的分析及讨论；C-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对章节传热问题进行物理及数学模型的建构基本正确，应用 编程及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果基本合理的分析及讨论；D-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对早r传热问题进行物理及数学模型的建构不正确，应用编 程及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果分析及讨论不合理。6M2期末考试30%闭卷考试参见参考答案及评分标准7M3平时表现 及课堂测 验30%A-全勤；精神状态饱满，回答问题准确；B-缺勤1次；精神状态良好，问题回答较好；C-缺勤2-3次；精神状态一般，问题回答一般；D-缺勤3次以上；精神状态较差，回答问题有误；8M3章节大作 业40%A-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对章节传热问题进行物理及数学模型的建构正确，应用编程 及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果合理的分析及讨论；13-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对章节传热问题进行物理及数学模型的建构正确，应用编程 及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果基本合理的分析及讨论；c-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对章节传热问题进行物理及数学模型的建构基本正确，应用 编程及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果基本合理的分析及讨论；D-运用计算传热学基础的基本原理、基本技能对章节传热问题进行物理及数学模型的建构不正确，应用编 程及相关CFD软件完成求解过程并运用相关做图软件对获得结果分析及讨论不合理。9M3期末考试30%闭卷考试参见参考答案及评分标准评分等级说明：A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59;六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1计算传热学基础，校内胶印.（*主教材）2图书1数值传热学（第二版），陶文铭，西安交通大学出版社，2001.3图书传热和流体流动的数值方法，S . V .帕坦卡，安徽科学技术出版社，1984.4图书FLUENT流体计算应用教程（第2版），温正，清华大学出版社，2013.