《节能热质传递原理》课程教学大纲（本科）.docx

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1、节能热质传递原理（Theory of Heat and Mass Transfer for energy saving）课程代码：02410090学分：2.5学时：40 （其中：课堂教学学时：36 实验学时：4 上机学时：课程实践学时：）先修课程：流体力学、工程热力学和传热学适用专业：能源与动力工程，新能源科学与技术教材：传热和传质基本原理，弗兰克P.英克鲁佩勒等著，葛新石叶宏译，化学工业出版社, 第六版一、课程性质与课程目标（-）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）传热与传质理论是工程热物理学科的重要基础理论，也是与多项前沿科学交叉的理论。本课程 是在已经具备传热学基本知识的基础上，更

2、深入介绍传热与传质的理论，并将其应用于和节能相关 的领域。课程内容包括导热、对流、辐射传热的基础理论，传质基本理论，自然对流，微重力传热, 相变传热，微/纳结构与复杂形体中的传热，纳米流体的传热传质，太阳能热利用和燃料电池等能源 利用中的传热传质等。通过本课程的学习，使学生获得比较宽广和牢固的传热传质学基础知识，初步具备分析解决节 能技术领域中实际传热传质问题的能力。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力 目标。）课程目标1:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研 究分析节能领域传热传质中的复杂工程问题，获得比较宽广和牢

3、固的传热传质基础知识。课程目标2：能够针对节能领域传热传质中的复杂工程问题，选择恰当的技术、资源、现代 工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，具体分析和解决传热传质问题的基 本能力。课程目标3：能够就节能领域传热传质中的复杂工程问题与业界同行进行有效沟通和交流，包 括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达和解释。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点1-1m-nL毕业要求1-1:2 .毕业要求注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入也可标注“H、M、LL课程目标毕业要求指标课程目标1课程目标2毕业

4、要求1-1二、课程内容与教学要求第一章（一）课程内容（1）传热传质学的研究内容、基本任务和应用背景（2）三种传热方式及基本规律，基本掌握将热力学第一定律应用于传热分析和解决实际工程问 题的能力（3）传质基本原理和在节能领域的应用（4）研究现状与发展趋势（二）教学要求（1）理解本课程的性质、研究对象与方法、任务（2） 了解各种传热方式的特点及应用（3）理解传热传质与能源利用和节能技术的关系（三）重点与难点.重点本章教学重点是理解传热与传质的区别和联系、热量传递的三种基本形式1 .难点能够将传热学与热力学第一定律结合并灵活应用，以及分析并解决一些较复杂的能量传 递转化问题。本章的教学在深入讲解的基

5、础上，将通过若干典型例题以期能够使学生更 好地理解相关概念和公式，并能灵活应用。第二章(一)课程内容(1)热传导引论、一维稳态热传导和瞬态导热(2)单相对流传热(3)流动边界层和热边界层(4)微尺度流动与传热(5)自然对流和微重力传热(6)沸腾和凝结(7)辐射换热(二)教学要求(1)着重掌握导热、对流和辐射三种传热形式的基本定律及数学描述，熟悉流动边界层和热 边界层的差别和联系(2)能够对一些包括生物传热、燃料电池传热、太阳能传热等在内的具体传热现象和传热过 程进行理论建模、分析和计算求解(3)掌握利用传热学解决实际应用工程问题的能力(三)重点与难点1 .重点本章教学重点掌握导热微分方程及定解

6、条件，热边界层与流动边界层基本理论和雷诺类比2 .难点掌握沸腾和凝结相变传热的特点及强化相变传热的基本方法，以及尺度效应对流动传热的 影响和作用规律。第三章(-)课程内容(1)质扩散与斐克定律(2)质量扩散方程(3)边界条件和交界面上浓度的不连续性(4)伴随均质化学反应的质量扩散(5)对流传质(6)浓度边界层(7)三传类比(二)教学要求(1) 了解并能区分扩散传质和对流传质，熟悉使用斐克定律和质量扩散方程及边界条件，并将 其应用于实际问题。(2)熟悉掌握动量传递、热量传递和质量传递三者之间定量的类比关系，熟悉施密特数、舍伍 德数、斯坦顿数等多个与传质相关的无量纲准则数。(三)重点与难点.重点斐

7、克定律和质量扩散方程、对流传质和三传类比。2.难点和传质有关的一些概念相对比较抽象，比如平流和浓度边界层等。第四章(一)课程内容(1)微型反应器概念、特点和主要优势(2)纳米流体的制备和基本理论(3)热管工作原理、分类和应用(4)太阳能集热器分类和特点(5)燃料电池工作原理、分类和应用(二)教学要求(1) 了解并基本掌握微型反应器、纳米流体、热管、太阳能集热器、燃料电池等器件、工质 或装置在运行使用过程中的传热传质基本过程、原理及主要特点，熟悉它们基本工作要 求、应用中存在的主要问题和适用范围(2)能够借助传热传质基本原理寻找改进器件或装置工作性能和效率的基本途径和方法（三）重点与难点.重点（

8、1）微型反应器内汽-液和液-液两相流基本流型特征和发展演化过程；（2）纳米流体的导热系数和预测其导热系数的模型研究；（3）提高太阳能集热器集热效率的主要方法；（4）甲醇、乙醇燃料电池及液流电池的工作原理及各种因素对其伏安特性曲线的影响。1 .难点对纳米流体中微对流、布朗运动和团聚等问题的理解以及纳米粒子表面纳米层的数值模拟 研究；燃料电池中流场、温度场、浓度场、电场等多场耦合与界面效应特征。三、本课程开设的实验项目（如课程不含实验，该项可不填）编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标1液滴膜态沸腾实验2综合性必做2液体导热系数的测量2综合性必做注：1 .“类型”填验证性、综合性、设计性等；2

9、.“要求”填必做、选做。实验L液滴最低膜态沸腾温度的测量本实验的思路主要从莱顿弗罗斯特膜态沸腾研究现象中拓展而出，莱顿弗罗斯特给出了进行稳 定膜态沸腾所需之最低温度。当铁板到达莱顿弗罗斯特点（Leidenfrost point）时，水便会产生莱顿弗罗 斯特现象。在莱顿弗罗斯特现象下，水珠中跟铁板接触的部分会迅速沸腾形成水蒸气，与此同时水 珠尚保持液体的状态，由于水蒸气的传热比液体水慢得多，蒸气层阻隔水直接接触滚烫铁板并大大 降低水滴沸腾蒸发的速度。通过本研究型实验，使学生在了解并观察水的莱顿弗罗斯特现象过程中 对膜态沸腾现象开展探讨，并了解其基本特征和发生条件，并且能够绘制液滴莱顿弗罗斯特现象

10、寿 命曲线图。实验2：液体导热系数的测量导热系数是表征材料导热性能优劣的物性参数，其数值取决于物质的种类及物质所处的压力、 温度状态。相对固体来说，针对液体导热系数的测量更为复杂。瞬态热线法在测量液体和气体的导 热系数时，测量时间极短，通常只需要测量儿秒钟，完全可以避开对流的影响，所以被公认为是最 好的液体或气体导热系数测量方法。本实验的目标是掌握瞬态热线法测量液体热导率的基本原理和 方法，熟悉测量过程中的要求和基本流程，并通过针对水和乙醇等液体热导率的测量，获得不同温 度下液体热导率的变化曲线。如果对采集系统进行精确设计，瞬态热线法还能同时测量流体的热扩 散系数，这样利用已知的密度数据就可以

11、得到流体的比热容数据。四、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实 验上 机课程 实践小 计第一章22讲授法课程目标1第二章12214讲授法课程目标1,2第三章1010讲授法课程目标1,2第四章12214研究型教学方法课程目标2,3合计36440注：1 .课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例 等教学方法）等。五、课程考核考核形式考核要求考核权重备注课堂表现+平时作业+实验+期末考试开卷课堂表现+平时 作业（25%）；实验（5%）；期末考试（70%）注：1 .分学期

12、设置和考核的课程应按学期分别填写上表。2 .考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、项目设计和作品等。3 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。4 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1 .传热学第四版，杨世铭陶文锭，高等教育出版社，2006.2 . Mass Transfer, Koichi Asano, Wiley-VCH, 2006.七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）每次课后布置23条作业，作业总量约为30道计算题或思考题，供学生理解教学内容。