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目录实验一 (2)一、题干分析 (2)二、建立模型 (2)三、建立离散方程 (2)四、编程计算 (2)1、程序清单 (2)2、运行结果 (3)3、温度的瞬态分布 (3)五、数据分析 (4)1、海斯勒图解法 (2)2、分析 (3)实验二 (5)一、题干分析 (5)二、建立模型 (5)三、建立离散方程 (5)四、编程计算 (6)1、程序清单 (6)2、运算结果 (10)附录 (11)实验一：教材4-16一、题干分析1、 已知条件：钢板厚度2.54cm ； 初温650度；表面温度突然将为93.5度并保持不变； a=1.15x10-5m 2/s;2、 求解目的：计算中心温度下降至450度所需时间二、建立模型本题可视为厚度为2.54cm 的无限大平板在第一类边界条件下的非稳态传热问题。
由于平板的对称性，仅取钢板的右半部作为研究对象，既x=1.27cm 。
把时间和空间区域进行离散化，将空间的计算区域等分为8份，得到9个空间节点，空间步长为0.15875cm ；将时间的计算区域进行划分，得到i 个时间节点（i 未知，为待求量），时间步长设为0.00001s 。
经核算，该时间步长可充分保证显示方程的稳定性。
三、建立离散方程1、 节点方程7,6,5,4,3,2,1·)21()(111=-++=∆-+∆+n t Fo t t Fo t i n i n i n i n ，式中 ;2、 边界条件：,5.938≥=i C t o iii ii t Fo t t Fo t01110·)21()(∆∆+-++= 3、 初始条件：7,6,5,4321,065000，，，，===n C t t o n四、编程计算1、 程序清单2、 运行结果所得结果 t=3.8559s3、平板中温度的瞬态分布五、数据分析1、 海斯勒图解法查诺谟图得：280=Fos aFo a Fo 893206.31016.1)1027.1(280·522'2=⨯⨯⨯===--δτδτ得到：由2、 分析运用数值法所得结果与运用图解法所得结果十分相近，说明了数值法的可靠性。
第一章思考题1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：① 傅立叶定律：dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt－沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。
这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。
刘彦丰华北电力大学工程应用的两个基本目的：•能准确地预测所研究系统中的温度分布；•能准确地计算所研究问题中传递的热流。
要解决的问题：温度分布如何描述和表示？温度分布和导热的热流存在什么关系？如何得到导热体内部的温度分布？第二章导热基本定律及稳态导热刘彦丰华北电力大学本章内容简介2-1 导热基本定律2-2 导热微分方程式及定解条件2-3 通过平壁、圆筒壁、球壳和其它变截面物体的导热（一维稳态导热）2-4 通过肋片的导热分析2-5 具有内热源的导热及多维导热回答问题1和2回答问题3具体的稳态导热问题刘彦丰传热学Heat Transfer 华北电力大学一、温度分布的描述和表示像重力场、速度场等一样，物体中的温度分布称为温度场。
1、温度分布的文字描述和数学表示，如：在直角坐标系中非稳态温度场),,,(τz y x f t =稳态温度场),,(z y x f t =一维温度场二维温度场三维温度场)(x f t =),(τx f t =),(y x f t =),,(τy x f t =),,(z y x f t =),,,(τz y x f t =2-1 导热基本定律刘彦丰传热学Heat Transfer华北电力大学2、温度分布的图示法传热学Heat Transfer 2、温度分布的图示法等温线传热学Heat Transfer二、导热基本定律(傅立叶定律)1822年，法国数学家傅里叶（Fourier ）在实验研究基础上，发现导热基本规律——傅里叶定律.法国数学家Fourier: 法国拿破仑时代的高级官员。
曾于1798-1801追随拿破仑去埃及。
后期致力于传热理论，1807年提交了234页的论文，但直到1822年才出版。
刘彦丰华北电力大学在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，正比于垂直于该截面方向上的温度梯度和截面面积，方向与温度梯度相反。
1、导热基本定律的文字表达：nntgradt q ∂∂−=−=λλ2、导热基本定律的数学表达：t+Δt tt-Δt刘彦丰华北电力大学3、意义已知物体内部的温度分布后，则由该定律求得各点的热流密度或热流量。
二维稳态导热的数值计算2.1物理问题一矩形区域，其边长L=W=1，假设区域内无内热源，导热系数为常数，三个边温度为T1=0，一个边温度为T2=1，求该矩形区域内的温度分布。
2.2 数学描述 对上述问题的微分方程及其边界条件为：2222T T 0x y∂∂+=∂∂ x=0，T=T 1=0x=1，T=T 1=0y=0，T=T 1=0y=1，T=T 2=1 该问题的解析解：112121(1)sin n n n sh y T T n L x n T T n L sh W L ππππ∞=⎛⎫⋅ ⎪---⎛⎫⎝⎭=⋅ ⎪-⎛⎫⎝⎭⋅ ⎪⎝⎭∑ 2.3数值离散2.3.1区域离散区域离散x 方向总节点数为N ，y 方向总节点数为M ，区域内任一节点用I,j 表示。
2.3.2方程的离散 对于图中所有的内部节点方程可写为：2222,,0i j i jt t x y ⎛⎫⎛⎫∂∂+= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 用I,j 节点的二阶中心差分代替上式中的二阶导数，得：+1,,-1,,+1,,-1222+2+0i j i j i ji j i j i j T T T T T T x y --+=上式整理成迭代形式：()()22,1,-1,,1,-12222+2()2()i j i j i j i j i j y x T T T T T x y x y ++=++++ (i=2,3……,N -1)，(j=2,3……,M -1)补充四个边界上的第一类边界条件得：1,1j T T = (j=1,2,3……,M),1N j T T = (j=1,2,3……,M),1i j T T = (i=1,2,3……,N),2i M T T (i=1,2,3……,N)#include<stdio.h>#include<math.h>#define N 10#define M 10main(){char s;int i,j,l;float cha,x,y;float t[N][M],a[N][M];/*打印出题目*/printf("\t\t\t 二维稳态导热问题\t\t");printf("\n\t\t\t\t\t\t----何鹏举\n");printf("\n 题目：补充材料练习题二\n");printf("\n 矩形区域，边长L=W=1，假设区域内无内热源，导热系数为常熟，三个边温度为T1=0，一个边温度为T2=1，求该矩形区域内的温度分布。
《传热学C》课程教学大纲
课程编号：80210127
课程名称：传热学C
英文名称：Heat Transfer C
总学时：24
学分：1.5
适用对象：机械工程及其自动化专业，测控技术及仪器专业
先修课程：高等数学，流体力学
一、课程性质、目的和任务
传热学C是机械工程及其自动化专业和测控技术及仪器专业的一门专业选修课程。
其目的在于使学生掌握有关热量传递的基本理论知识，具备一定的传热学分析计算能力。
它不仅为以后专业课的学习提供必要的理论基础，也是培养提高学生综合分析能力和解决工程实际问题能力的重要环节之一。
二、教学内容、方法及基本要求
教学内容
1．绪论
了解传热学与工程热力学在研究内容和方法上的异同。
认清传热学的研究对象及其在工程和科学技术中的应用。
掌握热量传递的基本方式：导热、对流和热辐射的概念和所传递热量的计算公式。
了解复合换热过程的计算方法，了解辐射换热表面传热系数的概念。
认识到工程实际问题的热量传递过程往往不是单一的方式而是多种形式的组合，以加深传热过程的概念及传热方程的理解。
初步理解热阻在分析传热问题中的重要地位。
2．导热基本定律及稳态导热
掌握傅里叶定律的意义和应用方法，了解常见材料导热系数的大致范围。
理解推导导热微分方程的理论依据和思路，以及导热微分方程中各项的物理意义，能够正确书写导热问题的初始条件和三类边界条件。
能应用傅里叶定律或导热微分方程对常物性、无内热源的一维稳态导热问题（平壁、圆筒壁）进行分析求解，得出温度场及导热量的计算公式。
了解肋片在工程中的应用场合。
加深理解热阻概念及其在分析导热问题时的重要性。
3．非稳态导热
了解非稳态导热过程的特点。
掌握集总参数法的分析求解方法，了解其限制条件。
4．对流换热
牛顿冷却公式是对流换热计算的基础，要求重点掌握。
理解影响对流换热的因素。
掌握流动边界层和温度边界层的概念。
理解相似原理在指导对流换热实验中的作用，准则方程的导出。
掌握实验数据的整理方法。
掌握管内换热入口段与充分发展段的概念。
掌握定型尺寸和定性温度的概念。
能正确和熟练地运用准则方程（实验关联式）计算简单的对流换热问题。
了解有限空间自然对流换热的概念。
掌握强化单相流体对流换热的途径。
5．凝结与沸腾换热
了解珠状凝结和膜状凝结的现象，了解影响膜状凝结换热的主要因素。
重点掌握大容器饱和沸腾曲线上的核态沸腾区，临界点和过渡沸腾、稳定膜态沸腾区。
6．热辐射基本定律及物体的辐射特性
理解热辐射的本质、基本特征，掌握热辐射的基本定律。
重点掌握斯忒藩－玻耳兹曼定律及基尔霍夫定律、黑体辐射函数表的应用。
了解影响实际物体表面辐射特性的因素，表面辐射特性的重点是总吸收比和发射率。
掌握漫射表面和灰体的概念，黑体和灰体表面辐射特性的异同。
理解漫灰表面概念对简化辐射换热工程计算的重要意义。
理解大多数工程材料在工程应用范围内可作为漫灰体处理。
7．辐射换热的计算
理解角系数的定义和性质。
了解角系数是纯几何因子，与表面温度及发射率无关，是在假设所研究的表面是漫射的以及在所研究表面的不同地点上向外发射的辐射热流密度均匀的条件下才成立。
学会角系数的代数分析法。
重点掌握有效辐射的概念，了解封闭腔的意义。
掌握简单几何条件下，被透明介质隔开的漫灰表面间辐射换热的计算。
能用有效辐射概念和网络法对二个表面之间的辐射换热进行计算。
掌握辐射换热的强化与削弱的途径。
8．传热过程分析与换热器计算
再次理解热量传递三种基本方式常常不是单独存在，而是综合起作用的。
了解何时会出现临界热绝缘直径问题。
理解传热系数的组成，能应用热阻概念分析传热过程。
掌握强化与削弱传热的原则和手段。
了解工程中典型换热器的型式。
要求学会用平均温差法进行换热器的热计算。
教学方法
本课程主要采用以“教师为主导、以学生为主体”的课堂教学方法，授课中，适时采用多媒体等现代教育技术手段；以已建成的传热学网络资源为自学辅助。
三、实践环节的内容、方法及基本要求
无。
五、考核方式
闭卷笔试。
六、对学生能力培养的体现
通过本课程的学习，可使学生在以下能力上得到培养：
1．分析计算能力：能够对传热现象进行分析，选择合适的计算方法或公式，对典型的传热问题进行计算。
2．自学能力：具备利用教材和参考资料获取知识的能力。
九、推荐教材和教学参考文献
教材：《传热学》，戴锅生编，（第二版），高等教育出版社，1999。
参考文献：《传热学》，赵镇南编著，高等教育出版社，2002。
《传热学》，杨世铭、陶文铨编著，（第四版），高等教育出版社，2006。
《传热学》，赵镇南主编，（第二版），高等教育出版社，2002年。
《Heat transfer 》，J. P. Holman，机械工业出版社, 2005。
《传热学》，王保国等编著，机械工业出版社，2009。
《传热学:理论基础及工程应用》，曹红奋、梅国梁编，人民交通出版社，2004。
《传热学》，张靖周、常海萍编著，科学出版社，2009。
《传热学专题讲座》，陈钟颀主编，高等教育出版社，1989。
《传热学》，D. 皮茨, L. 西索姆著，葛新石等译，科学出版社2002。
《传热学要点与解题》，王秋旺、曾敏编著，西安交通大学出版社，2006。
《传热学学习指导及典型习题分析》，周根明编，中国电力出版社，2004。
八、说明
无
大纲制订人：梁秀俊高正阳
大纲审定人：刘彦丰韩中合
大纲校对人：李斌
制订日期：2009.8.25。
