《传热学》课程各部分的教学体会

时间：2015-12-20 16:15:37 所属分类：高等教育 浏览量:

科学技术迅猛发展，知识更新的周期大大缩短，新学科、新领域的不断出现并很快转变为生产力。《传热学》是热能工程专业的一门主干课程，也是发展石油化工科技的支柱学科之一。长期以来，它围绕热传递现象的基本规律与工程计算，形成了一整套课程教学体系，在

　　科学技术迅猛发展，知识更新的周期大大缩短，新学科、新领域的不断出现并很快转变为生产力。《传热学》是热能工程专业的一门主干课程，也是发展石油化工科技的支柱学科之一。长期以来，它围绕热传递现象的基本规律与工程计算，形成了一整套课程教学体系，在传授知识方面发挥了积极的作用。然而传热学虽然属于技术基础学科，但它不像流体力学和工程热力学那样系统严谨完备而偏于理论，而是一门发展中的实用性较强的工程学科。因此，对于传热学教学来说，应更注重培养学生理解传热现象的物理意义，教给学生解决实际问题的方法。下面我就按照《传热学》课程的顺序，谈谈在教学方面的切身体会。

　　一、绪论部分

　　这方面的教学内容除了介绍某些最主要的基本概念外，主要应该是加强内容的连贯性和系统性，使学生对学科结构和三种常见的传热方式建立起较完整的轮廓。这部分着重讲述两个问题：（l）传热的三种基本方式；（2）传热过程与传热系数。此外，向学生介绍一些参考书，培养他们的自学能力。为了激发学生的学习热情，我举了日常生活中经常碰到的两个例子：①为什么热水瓶中的水在相当长的时间内不会冷？②我们吃烫的食物时，舌头、嘴巴都有哪些习惯动作？这两个问题一个是常见的事物，另一个是学生的亲身体验。让学生带着这两个问题，我把传热的三种基本方式讲了一遍，并简要地介绍了热阻的概念。这样在课程一开始就吸引学生的兴趣，让他们带着问题进行下面的学习。

　　二、导热部分

　　由于现在的高等教育从“精英教育”向“大众教育”转变，学生的培养目标是以应用型的工程技术人员为主，所以除了推导导热微分方程外，更注重对一个具体问题微分方程的建立，边界条件从已知条件的抽象，以及对所得结果的物理意义的分析，在物理概念上多花功夫，使之对传热学的基本概念加深印象。对于稳态问题，一般采用导热微分方程（或傅立叶定理）加边界条件便可求解。热阻法在稳态求解中简便和直观，并且用类比法与电阻联系起来，使学生能理解一维稳态下热流处处相等（串连）。在教学方法上，采用由浅入深的教学方法。例如：在讲变导热系数的导热问题时，先讲定导热系数的求解方法，然后通过数学推导，得出只要求出变导热系数的平均值，可把变导热系数的问题转化为定导热系数问题的结论。在肋片导热的教学过程中，先讲装肋片的必要条件，然后建立数学模型，并给出精确解、近似解、修正解。让学生掌握对具体对象的数学建模，明白精确解和近似解之间的差别，懂得工程上对某些问题进行近似的合理性。这样处理，思路清楚，由简到繁，步步深入，加强了各内容之间的联系。对于非稳态问题，首先要向学生讲解什么是非稳态，它和稳态传热有什么区别？一般非稳态的问题都要查图表，学生只要认真做几道习题一般都能掌握图表的查阅方法。这部分的重点是集总参数法，用毕渥数来判断能否使用集总参数法，毕渥数的物理意义是表征内部导热热阻与外部对流热阻的比值，当然毕渥数要小到一定程度才能用集总参数法。这时物体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻，物体内部的温度趋于一致，以致可以认为整个物体在同一瞬间均处于同一温度下。这些物理意义既可以使学生更深刻理解计算公式的推导基础，也可以使学生灵洁运用所学公式解决工程计算问题，此外它更是学生对新问题进行简化分析的理论依据。

　　三、对流换热部分

　　影响对流换热的因素有五个方面：（1） 流体流动的因素；（2）流体有无相变；（3）流体的流动状态；（4）换热表面的几何因素；（5）流体的物理性质。在这一部分我们最关心的是对流换热系数，通过分析知道粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在靠近壁面的地方流速逐渐减小，而在贴壁处流体将被滞止。贴壁处这一极薄的流体层相对于壁面是不流动的，壁面与流体间的热量传递必须穿过这个流体层，而热量传递方式只能是导热。因此将傅立叶定律应用于贴壁流体层，就把对流换热系数和流体的温度场联系起来。

　　为了求解有关未知数，需用质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程，这就使学生对对流换热系数的求解过程有总体的概念。对“对流换热的数学描写”、“层流边界层微分方程组”等内容，注重对建立方程的简化，假设条件的讲解，以及有关准则数物理意义的分析，即把时间花在重点和难点的讲解。这部分的实验关联式较多，主要讲解特征长度的选取，定性温度的选择，局部换热系数和平均换热系数的区别。对某一具体问题如何选择恰当的关联式以及在允许的误差范围内对同一问题用不同公式计算的合理性，培养学生工程应用能力。对于特征数方程和实验数据存在误差的问题，要引导学生用辨证和发展的眼光来看待，一个复杂的物理现象往往要经历长时间的探索，而目前的误差反映了现有的认识水平。

　　四、热辐射部分

　　我们把这部分的主要概念分成四组：（1）吸收率、反射率、透射率以及对应的黑体、镜体、透明体；（2）黑体辐射力、黑体单色辐射力及黑体辐射基本定律；（3）黑度、单色黑度及定向黑度；（4）投入辐射、光谱吸收比、灰体及基尔霍夫定律。每一组的概念存在数量关系和交叉关系。通过这种有意识地划类比较，更能清楚地揭示概念之间的内在联系，“信息”特征鲜明，从而有利提高学生的理解性、记忆力。角系数是这一部分的重点和难点，为了让学生理解角系数是与几何相对位置有关，我举了大量的例子，让学生在解题过程中灵活应用角系数的各项性质，加深理解。在多表面系统辐射换热的计算中，采用换热等效网络图，重点讲解了有一个表面为黑体和有一个表面绝热的区别，这样学生就明白为什么一个能采用并联热阻的求解法而另一个却不能的原因。

　　传热学是一门工程应用性很强的学科，需要考虑综合经济问题，像如何正确处理增强传热和流动阻力增大的矛盾。能量守恒是热传递现象所遵循的一个基本规律，《传热学》的形成、发展与它的运用息息相关。能否通过课程教学深刻理解热传递过程与能量守恒的关系，并基本掌握建立能量方程的方法与技巧，就成为提高学生解决问题能力的关键之一。随着计算机的迅速发展及应用的普及，热物理问题的数值模拟方法已越来越显示出其重要的作用，向学生介绍一些大型的商业计算软件，如：Fluent、ANSYS等，同时使学生了解传热学在现代生物医学、高新技术中的重要作用，这能够启发学生善于发现和解决工程问题，调动学生的学习积极性以及学习的创新热情，进一步巩固所学理论知识，提高工程实践能力和学习兴趣，培养应用型高级技术人才。

　　参考文献：

　　[1]杨世铭，陶文铨。传热学[M].北京：高等教育出版社。1998.　　[2]刘晓慧。传热学课程内容分类教学法[J].建材高教理论与实践，1996,（3）：72-73.

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