传热学论文范文
时间：2023-10-12 16:36:44
传热学论文篇1
关键词：传热学；多媒体教学；实验教学；英文教学
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2012）-06-000-02
传热学是一门研究热量传递规律的科学，它所涉及的领域非常广泛。特别是在能源动力、航空航天、建筑节能、材料冶金、机械制造、交通运输、化工制药、生物工程等领域更是蕴藏着大量的传热问题，形成了如相变与多相流传热、微尺度传热、生物传热、超常传热等传热学的多个学科分支[1-3]。
传热学课程是我校飞行器动力工程专业设置的专业基础课程，飞行器动力工程是动力工程与航空院校的结合，通过专业课程的学习，该专业学生要求可以对发动机的总体性能分析、总体与部件设计、故障分析等。传热学本身也是一门与各工程领域关系密切、应用性极强的专业课程。它植根于大量的工程实际之中，也必须服务于工程实际。本论文结合该专业工程实际情况，结合在传热学的教学过程中的几点讲课体会，把传热学比较枯燥的理论与学生的已有知识和感兴趣的实践联系起来，在实际教学中取得了令人满意的效果。
一、精心授课，提高教学质量
当前科技发展的速度日新月异，传热学方面的理论更加如此。但是我们的教学内容与这些新理论严重脱节，这在传热学实验方面尤为严重。同时部分同学认为传热学的实用性不强，对掌握专业技术帮助不大。因此导致大学传热学教学的受重视程度大大降低。这就需要把传热学知识与学生具体的专业应用及日常生活应用结合起来，提高同学们对该专业课程的学习兴趣。
在讲课时，我们要做到以下几点：第一，重点突出。根据教学要求，结合学生的专业需要，抓住重点，讲透概念，不断深化；第二，理论联系实际。在理论学习的同时，列举实际生活与生产中的应用实例，加深学生的印象，提高学生的学习兴趣。积极地引导学生对传热学、传热现象进行深人的思考。进行现代传热学的重要实验，大提高学生学习的积极性。
充分利用网络资源，结合飞行器动力工程专业，详细讲解传热学在飞行器发动机方面的应用。例如，在讲到三种换热方式及计算方式的环节，加入目前飞机发动机用到的几种冷却方式：辐射冷却，烧蚀冷却，膜冷却，再生冷却及发汗冷却等。同时着重讲解目前研究的前沿领域：再生冷却技术[4]。该过程同时涵盖了三种换热方式，如图1，包括燃油与壁面的对流换热，壁面的热传导，由于发动机温度较高，换热方式同时还包括辐射换热。收集相关实物图片，如图2所示，让同学对其冷却过程及相关的计算方法有直观而深刻的认识和掌握。
把日常生活中的应用实例代入的传热学的教学课堂里，让同学们了解到传热学应用的广泛性。例如，引入CPU芯片中的散热过程[5]，图3是一典型的台式计算机中的CPU散热器的图。在芯片内核内，电能转换成热能，发热升温，热量通过内核与金属外壳接触导热，传到金属外壳，热量通过金属外壳与散热器上的导热板的接触导热传到导热板，在导热板内热量以导热方式扩散传播到导热板上的肋片根处，在肋片内，热量以导热方式传播到肋片表面，风扇驱动空气流经肋片表面，热量最后以对流传热方式从肋片表面传到空气中。整个过程包括有：导热过程（其中多数是接触导热），空气对流传热过程。
图4所示的是采用有热管的笔记本计算机中CPU散热器，热量从导热板传到肋片，是通过热管传输，中间还有两处接触导热，在热管内，有蒸发传热和冷凝传热过程。
另外还有水冷式CPU散热器，热量从导热板传输到肋片，经由两处管内液体强迫对流传热，还有肋片与水管之间的接触传热。将CPU散热过程分解成若干个传热过程，分别分析研究每个传热过程的机理，目的是将传热学知识与实际日常生活及工程应用相结合，使同学们认识到传热学的实际应用，提高同学们学习传热学的兴趣，加深对传热学知识的掌握。
此外，利用多媒体教学时，为避免产生视觉疲劳，可以增加幻灯片的生动活泼性，适当设置一些动画效果。在放映多媒体课件时，要注意恰当控制好教学节奏，使得课件播放进程与学生的思维节奏同步合拍。
二、增加英文教学内容
培养具有全球化视野和国际交流能力的高素质专业人才是我国经济社会发展融入世界的需要。而传热学的基本概念很多来源于一些英文原著的翻译，在教学过程中，适当添加一些英文原文，一方面加深同学们对概念的理解，调节学生学习的紧张氛围，另一方面，增加同学们对专业词汇的掌握。同时，有利于学生在课外查找一些相关的外文文献，拓宽学生学习思路。对于提高教学质量、培养高素质的复合型人才具有很重要的意义。例如，引入传热的概念的英文介绍：Heat transfer：Thermal energy (heat): refers to the energy transported from one system to another as a result of difference temperature (%=T)。引入对流换热英文：Convective heat transfer。层流和湍流边界层：Laminar and turbulent boundary layers等。
三、注重课内教学与课外教学的有机结合
（一）建立教学信息中心。在教学信息中心，介绍传热学的历史与发展前景、最新理论的跟踪以及传热学的科普知识，让学生对传热学有充分的认识。
（二）采取设立选修课的手段，开辟“传热象探索园地”，让有兴趣的学生进行传热现象的深入探讨和研究。
（三）开设课外专题讲座。课外专题讲座也是提高学生兴趣的有效途径。它不仅让学生有机会接触传热学的前沿，更深人地了解传热学的发展动向，激发他们的兴趣及投身传热学研究的志向。
（四）要求学生通过各种方式收集信息，撰写传热学原理的应用论文，作为平时作业。通过这个途径拓宽学生的知识面。
四、理论与实验相结合，构建先进的传热学实验教学体系
传热学是一门实验学科，传热学的一切原理和定律都是从生产的实践和科学实验中总结出来的，反之又经受生产的检验并推动其发展。因此，必须注重传热教学中理论学习与实验探索的结合。在传热实验教学方面，在预备性实验、基础性实验、设计性实验和综合性实验的基础上可以引入模拟演示实验。
通过预备性实验为理论的学习打好基础，通过基础性实验来验证一些传热规律，从而使学生对这些传热学原理和规律有一个感性的认识。但由行器换热实验设备价格及操作条件的限制，发动机换热实验作为动手实验实行比较困难，考虑到该专业的性质要求，可以在课堂上增加演示实验，例如，模拟涡轮旋转叶片冷却通道换热实验，模拟气流平行于旋转轴方向的流动和气流垂直于旋转轴方向向外流及向内流等三种情况，基本概括冷却系统的全貌。通过演示实验，让学生直观认识到发动机涡轮叶片冷却过程。
此外，实验室应该建设成为自主型、开放式的实验室，让学生能够根据自己的兴趣爱好去进行传热现象的探索，充分培养学生对传热学的兴趣。
五、加强中青年教师实践锻炼
目前大批高学历的青年教师正在成为各高校讲台上的主力军，他们正在成为我国高教战线的栋梁。但也不可否认，长期的学校学习，严重缺乏工程实践。同时，青年教师工作后，忙于应付各种日常工作，实践环节进修的机会非常少，因而也不可能向学生传播工程实践知识。部分教师、特别是面临职称评聘的中青年教师对上课采取应付的态度，课余不钻研教学法，上课时拿本教科书照本宣科，不能激发学生的学习热情，使教学质量下降[6]。
为改变这种状况，可以采用青年教师下工程现场或实验室工作半年到一年、青年教师与老教师结对、定期进行教学法研究活动等。同时对教师的考核制度应作相应的变动，使青年教师愿在提高教学质量和增加实践经历上花费较多的精力。
六、结论
综上所述，随着传热学学科的不断发展，教学内容的不断增多，“传热学”教学改革势在必行。只有全方位的教学改革，教师综合素质的不断提高，教材和教学方法的不断创新，才能巩固大学传热学的基础地位，使学生学完大学传热学之后，思维能力和解决实际问题的能力有显著的提高，为今后的专业课程和社会实践活动奠定坚实的基础。
参考文献：
[1]杨世铭,陶文铨.传热学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]戴锅生.传热学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1999.
[3]王厚华.传热学[M].重庆:重庆大学出版社,2006.
[4]蒋劲.超燃冲压发动机燃烧室再生冷却研究[D].西北工业大学,2006,(6).
[5]秦彪.CPU散热中的传热学和空气动力学[M].深圳市秦博核芯科技开发有限公司,2008,(8).
传热学论文篇2
关键词 冷媒介；热媒介；教学应用
中图分类号：G652 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2013）27-0007-03
1 引言
媒介有很多种类型，加拿大著名媒介理论家麦克卢汉对众多媒介进行了分类，分成了冷媒介和热媒介两种。对于麦克卢汉的冷热媒介观，人们一直争论不断，对其质疑甚至进行批判。虽然麦克卢汉的冷热媒介观不能很好地令人折服，但其对媒介进行冷热对比的分析方法，值得我们在研究和实践中加以参考和借鉴。本文基于麦克卢汉的冷热媒介观，探索冷热媒介的新视角及区分冷热媒介的新准则，并研究、探讨新视角下的冷热媒介在教学中的应用，这将有助于媒介在教学中合理发挥其作用，增强教学效果。
2 麦克卢汉冷热媒介观
麦克卢汉在《理解媒介——论人的延伸》一书中提出：“有一条基本的原则可以把收音机之类的热媒介和电话之类的冷媒介区别开来，把电影之类的热媒介和电视之类的冷媒介区别开来。热媒介只延伸一种感觉，并使之具有‘高清晰度’，高清晰度是充满数据的状态。电话是一种冷媒介，或者叫低清晰度的媒介。”[1]并且，他认为：“言语是一种低清晰度的冷媒介，因为它提供的信息少得可怜，大量的信息还得由听话者自己去填补。与此相反，热媒介并不留下那么多空白让接受者去填补或完成。因此，热媒介要求的参与程度低；冷媒介要求的参与程度高，要求接受者完成的信息多。”[1]
总结以上麦克卢汉的观点，可以看出其把冷热媒介定义为：低清晰度的媒介叫做冷媒介，具有高清晰度的媒介叫做热媒介。而且冷媒介提供的信息非常之少，要求的参与程度高，要求接受者完成的信息多；热媒介给受众提供了充分而清晰的信息，要求的参与程度低，留给接受者去填补或完成的空白少。根据这一冷热媒介观，麦克卢汉又把手稿、电话、电视、口语等划分为冷媒介，把拼音文字、印刷品、广播、电影等划分为热媒介。
3 基于麦克卢汉冷热媒介观的冷热媒介新视角
麦克卢汉的冷热媒介观一经传播，便引起了众多学者的广泛讨论和研究。但是到目前为止，麦克卢汉的冷热媒介观仍然未得到学界的普遍认可。比如李彬[2]在《传播学引论》一书中表明：“如果说麦克卢汉的媒介延伸论饶有新意，发人深思，不失为新奇而科学的理论；那么他的媒介凉热论则显得信口开河，似是而非，有标新立异之疑，无寻幽探奇之实，只要稍加追问便会漏洞百出。”郭庆光[3]在《传播学教程》一书中也评论道：“麦克卢汉的这种分类并没有一贯的标准，而且存在逻辑上的矛盾。”甚至何道宽[4]在译本《理解媒介——论人的延伸》一书的序中也提到：“把电话说成‘冷的’，广播说成‘热的’，不太好理解。”陈长松（2005） [5]也指出：“从技术维度出发，麦氏的冷媒介、热媒介理论具有一定的合理性，但从根本上说，该理论存在内在的致命的矛盾。”
综合以上的论述来看，目前对于麦克卢汉的冷热媒介观，质疑声和批判声比比皆是。通过仔细研究和分析，笔者也认为麦克卢汉对冷热媒介的划分标准存在逻辑矛盾性，存在模糊感。比如，按照麦克卢汉的观点，电视清晰度低，属于冷媒介，需要人深度卷入。再看当今时代的电视，远远已经不在麦克卢汉的冷媒介理论所能够解释的范围了。从另外一个方面来讲，虽然麦克卢汉当时的电视还停留在黑白的阶段，图像也不及今天的清晰，技术上还有待完善，这在一定程度上来讲符合其冷媒介的定义，但是麦克卢汉又把当时清晰度和电视差不多的电影归为热媒介，这就颇令人费解了。
除此，麦克卢汉的冷热媒介观忽视了传递内容的不同、受众水平的不同也会对媒介的“冷”与“热”产生影响。若传递给受众的内容很简单，那么无论是哪种媒介，要求受众参与的程度皆不高，留给受众去填补或完成的空白都少，这时就难以区分媒介的“冷”和“热”。另外，若受众的水平不一，他们的理解和接受能力上的差异也会影响其参与程度[6]。比如，对于知识程度较高、文化修养较好的人，他们对媒介所传递的内容易于理解和接受，参与程度较低，那这种媒介对于他们来说就是热媒介；反之，对于知识程度和文化修养较低的人来说，他们对于同一种媒介传递的内容理解和接受能力相对较弱，参与程度较高，那么这种媒介对于他们来说就是冷媒介。
但不可否认的是，麦克卢汉的冷热媒介观依然为人们认识和理解媒介提供了一种新思路，为学者们探讨和研究媒介提供了一种新视角。从这个角度来讲，麦克卢汉的冷热媒介观是具有一定新意和价值的。基于麦克卢汉的冷热媒介观，笔者认为媒介的“冷”和“热”是没有一个绝对定论的，它们在不同的环境、不同的情况之下是可以相互转换、相互易位的。在这一视角下，可以依据以下两条准则来区分冷热媒介。
1）对于不同的媒介来说，其“冷”与“热”的概念是相对的，“冷”是相对“热”而言的，“热”也是相对于“冷”而言的。比如，在同一环境中，若用A媒介、B媒介、C媒介传递相同的信息，从整体上来讲，无论受众水平是否相当，他们对A媒介传递的信息进行加工或思考、填补空白都较多，那就可以说A媒介比B媒介和C媒介“冷”，即相对于B媒介和C媒介来说，A媒介是冷媒介；反之，也可以说B媒介和C媒介比A媒介“热”，即相对于A媒介来说，B媒介和C媒介都属于热媒介。
2）对于同一媒介来说，其“冷”与“热”的概念不是一成不变的，在受众水平不同的情况之下，可以根据受众对媒介传递信息的加工程度的深浅、填补空白的多少来确定媒介的“冷”与“热”。比如，对于A媒介，当它传递信息给B受众时，B受众对其传递的信息加工程度深、思考和填补空白多，那么这时它属于冷媒介；当它传递相同信息给C受众时，C受众对其传递的信息加工程度浅、填补空白少，那么这时它属于热媒介。
4 新视角下的冷热媒介在教学中的应用
在教学中需要用到大量的媒介，这类媒介通常用于记录、存储、传送、再现和加工教学信息，所以又称为教学媒介。教学媒介在教学过程中占有重要的地位，尤其是在现代开放的教育形式下更具有不可替代的作用。其不仅可以为学生创设多种学习情境，提高学习的效率，还可以作为学生认知和学习的辅助工具，培养学生的思维能力和解决问题的能力[7]。在教学中，教师不仅要适当采用各种媒介，以辅助教学，还可基于麦克卢汉对媒介进行冷热对比的分析方法，结合上述新视角下区分冷热媒介的两条准则，进行教学媒介的冷热分析，再合理使用冷热教学媒介，以使教学效果最优化。
4.1 教学媒介的冷热分析
教学媒介有很多种类型，如语言媒介、文字印刷媒介、视觉媒介、听觉媒介、视听媒介等。一般意义而言，常用的教学媒介主要有语言、黑板、粉笔、书籍、实物与模型、幻灯投影、广播、电视、电影、多媒体计算机及计算机网络等[8]。对这些媒介进行冷热分析时不能脱离对教学目标、教学内容、教学对象的分析，要结合具体教学媒介的特性和实际教学条件进行综合的考虑。
1）分析不同教学媒介的冷热性。不同教学媒介的冷热性是不同的，也是相对的。分析一种教学媒介的冷热性，必须要和另外一种或是几种教学媒介作比较。在一定程度上来讲，某一类教学媒介的特性相对于其他类型的教学媒介特性来说是固有的，所以可先从整体上来对不同的教学媒介进行冷热对比分析。比如幻灯投影相对于语言来说要直观、具体一些，在给学生展示时，需要学生进行加工、思考并填补空白的空间要小一些。从这种角度而言，幻灯投影比语言要“热”，即相对于语言来说，幻灯投影便是热媒介。如此，有助于对教学媒介的冷热性有整体的把握，以便于在教学过程中能根据不同的教学目标、教学内容更好地选用教学媒介。
2）分析同一教学媒介的冷热性。对于同一教学媒介而言，当面对的教学对象即学生不同时，它的冷热性也是不同的。某一种教学媒介对于一些学生来说是“热”的，但是也许对于另外的一些学生而言就是“冷”的。比如，以电影作为教学媒介给小学生和大学生传递相同教学信息时，对于小学生来说，他们的抽象逻辑思维和辩证逻辑思维还处于发展阶段，远不及大学生成熟，他们对于所传递的信息加工程度浅、思考和填补的空白也相对少。这种情况下，电影对于小学生来说就是热媒介，对于大学生而言便是冷媒介。所以，在教学中要根据教学对象即学生的特点来确定教学媒介的冷热性，继而确定针对不同的学生是否可以选用同一种教学媒介。
4.2 冷热教学媒介的合理选用
在教学中，教师应事先结合具体情况对教学媒介的冷热性进行分析，以便合理选用冷热性不同的教学媒介辅助教学。若只采用冷媒介辅助教学，不利于学生对教学内容的直观感知；若单独使用热媒介，也不利于学生充分发挥想象和进行思考。所以在教学中应将冷热教学媒介合理结合起来使用，使教学信息平衡地传递给学生，使学生协调地获取知识。
1）冷热教学媒介的选用。在教学中，根据学科知识层次或是学生知识水平的差异，有的教学内容需要学生进行大量思考或填补空白，而有的教学内容只需学生直观感受，无需去进行大量加工，这时教师就可根据具体情况合理选用冷热教学媒介辅助教学。比如教师在给小学生进行数学的计算题教学且需要学生对计算的各个步骤进行大量加工记忆时，有幻灯投影、语言等教学媒介可供选择，这时教师便可选择其中相对较“冷”的语言媒介把计算的各个步骤以及其中的要领“口口相传”给学生，而不是利用幻灯投影的方式直接放映给学生。另外，若教师在给小学生进行认识几何体的教学且只需学生对几何体有大体的认识和了解时，便可选用相对于语言来说较“热”的媒介——幻灯投影，把生活中的几何体向学生展示出来，以便学生进行直观感知。
2）教学媒介不宜偏“冷”或偏“热”。在教学中有时需要使用冷教学媒介，有时需要使用热教学媒介，但教师不能一味地只选用冷教学媒介或单独使用热教学媒介，需对教学内容和教学对象的特点进行综合考虑后合理搭配冷热教学媒介。每一节课都是一个冷热媒介组合的生态系统[8]，课堂上所使用的教学媒介不宜偏“冷”，也不宜偏“热”，要做到“冷”包含“热”、“热”包含“冷”，使学生在学习过程中既能深度参与、深入思考，又能使大脑适度“休息”、轻松感知。
5 总结
麦克卢汉的冷热媒介观为媒介在教学中的应用提供了新视角。在新视角下，对教学媒介进行冷热分析，并结合具体教学媒介的冷热性和实际教学条件，合理选用、搭配冷热教学媒介，以使学生更好地获取知识，使教学效果达到最优化。
参考文献
[1]麦克卢汉.理解媒介：论人的延伸[M].何道宽，译.北京：商务印书馆，2000.
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[5]陈长松.论麦克鲁汉“冷媒介”、“热媒介”的内在矛盾[J].学术论坛，2005（11）：65-67.
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[7]王贵轩.教学媒体在教学中的作用[J].新课程学习，2011（9）：43.
传热学论文篇3
摘要：对现有的一些管式间接蒸发冷却器的数学模型进行了简单的介绍和比较，优选出了一种计算方法并进行了实验验证，结果表明此种计算方法十分适于指导工程实践。
关键词：管式间接蒸发冷却器 数学模型 实验验证
Abstract: It introduces some mathematical models of tube type indirect evaporative cooler and compares them, select one of the best methods and validate it with laboratory works, the result indicates that this method is suitable for instruct engineering practice. Key words: Tube Type Indirect Evaporative Cooler；mathematical model；validation
主要符号表
— 换热器效率
— 质量流量，kg/s
— 焓，J/kg
— 对流传质系数，kg/（m2·s）
— 对流换热系数，W/m2·℃
— 空气比热，J/kg·℃
— 二次空气与水膜的热湿交换效率
— 一次空气的换热效率
— 以空气湿球温度定义的饱和空气定压比热，J/kg·℃
— 最大热容量，W/℃
— 最小热容量，W/℃
1 引言
空调系统在改善人类生产、工作和生活环境的同时,消耗着大量的矿物燃料和CFC等制冷工质. 全球气候变暖和大气臭氧层受到破坏等对当代人类生存构成严重威胁的灾难性气候变化,都和暖通及制冷行业有关.间接蒸发冷却器是一种直接从自然界获取冷量、不使用CFCs、无环境污染的高节能性空调制冷装置，与一般常规制冷机械相比，总体上来说COP可提高2.5--5倍,从而可以大大降低空调制冷能耗，因此在空调领域有着广阔的应用前景［1］。
间接蒸发冷却既有直接蒸发冷却又有热交换，在间接蒸发冷却器中被处理的空气在没有增加湿度的情况下明显的被冷却了。目前间接蒸发冷却的型式主要有板式间接蒸发冷却器和管式间接蒸发冷却器两种，板式间接蒸发冷却器的优点是换热器换热效率较高，体积相对较小,但是由于其流道窄小，因而流道容易堵塞，尤其在空气含尘量大的场合，随着运行时间的增加，换热效率急剧降低，流动阻力增大，并且布水不均匀、浸润能力差，换热器表面结垢、维护困难。管式间接蒸发冷却器流道较宽，不会产生堵塞，流动阻力小，布水相对比较均匀，容易形成稳定水膜，有利于蒸发冷却的进行。
对于管式间接蒸发冷却器来说（图1）,一次空气在管子内流动，而二次空气与管子呈交叉方向流过其外部，水喷洒在管子的外表面上。在每根管子的内部，一次空气通过管壁与管外水膜之间发生热传递；在每根管子的外部，热量和质量交换发生在二次空气和管外水膜之间。在管式间接蒸发冷却器的热工性能分析中,国内外开展了大量的研究，许多研究者都进行了不同程度的理论和实验研究。目前对管式间接蒸发冷却器的研究,多是在某些实验条件下对其效率、COP等整体性能进行测定,现有理论分析也多是对某一换热面二侧的局部传递过程进行分析。但这些数学模型都过于理论化，缺乏对实际工程应用的指导。本文的目的是通过对作者所掌握的一些管式间接蒸发冷却器数学模型进行比较，优选出适用于工程实践的数学模型。
2 管式间接蒸发冷却器数学模型的分析
2.1 已建模型综述
目前所建立的关于管式间接蒸发冷却器的数学模型所给出的物理－数学模型主要是分析其中流体的初始状态参数对换热器性能的影响，描述换热器中的热质交换过程，从理论上求证换热器的冷却效率等，进而为管式间接蒸发冷却器的设计、优化、冷却性能的改进和推广应用奠定基础。
在间接蒸发冷却器的热工性能分析中，许多研究者都进行了不同程度的理论和实验研究。Kettleborough和Hsieh等提出了通过润湿率来估计表面的润湿状况对逆流间接蒸发冷却器冷却性能的影响，并引入“焓势”的概念，但实际表面的润湿率难以准确确定。Peterson和Hunn等对交错流式间接蒸发却器进行了实验分析，并提出了相应的冷却性能分析模型；在二次空气出口状态为饱和空气，一次空气出口干球温度近似等于二次空气出口湿球温度的条件下，理论计算和实验结果基本一致，但间接蒸发冷却器在实际工作时，并不满足这一条件。P.L.Chen等提出了有关间接蒸发冷却器热性能和阻力性能的计算模型。Perez－Blance和Bird对单根垂直管蒸发冷却器建立了稳态一维模型；在假设水膜温度不变的条件下，导出了实验测定用的热质交换系数计算公式，并进行了相应的传热传质实验；在实验结果中表明，对流换热系数实验值与按Chilton－Colburn类似律计算出的数值相差25％。Rana和Charan对水平单管蒸发式散热器进行了传热传质实验研究，实验确定的传质系数与按Lewis关系式计算的结果相差较大，其比值在在0.8～9.35之间，但作者没有给出理论解释［2］。西安交通大学的鱼剑琳［2］建立了一个研究管外对流换热系数以及可进行间接蒸发冷却实验的实验装置。同济大学的段光明［8］也对管式间接蒸发冷却器内部传热传质过程进行了探讨分析，总结了当时管式间接蒸发冷却器的理论数学模型，然后建立了数学模型并进行了实验验证。
综合上述文献可知，以往在针对间接蒸发冷却器传热传质分析方面和在数学模型的建立过程中，都有一些不足之处，如：把整个热质交换过程简化为在一整体换热壁面上，按顺流形式完成的，没有考虑到不同形式间接蒸发冷却器的具体结构特点；认为淋水侧壁面上形成的水膜完整；在湿壁侧，二次空气与水膜之间传质系数是根据Lewis关系式（），用空气与干壁面的换热系数来确定的，没有考虑到壁面上流动水膜对传热和传质的影响。由此可以看出，关于管式间接蒸发冷却器的研究工作还远远不足，特别是对于二次空气与一次空气和淋水均匀为交错流动的横置式管式间接蒸发冷却器还需要进行深入的理论分析和实验研究。
2.2 数学模型的建立
间接蒸发冷却器热质交换数学模型虽然各不相同，但都是建立在传热传质的基本原理上，将一个复杂的间接蒸发冷却过程分解为一次空气、二次空气和水三者之间的热质交换。通过对这三部分的热平衡及湿平衡的分析，建立起数学模型并对其进行求解。
间接蒸发冷却既区别于一般的气－气换热，又不同于冷却塔中的绝热蒸发过程，从传递过程理论看，在TIEC中热量的交换和质量的迁移同时发生，尤其在管外的二次空气侧，二次空气与水膜在温差和水蒸汽浓度差的共同作用下进行热湿交换，因此一次空气与二次空气及水膜间的传递过程十分复杂。为了便于研究间接蒸发冷却器的性能，从实际目的出发，必须对其作出相应的简化假设。文献［2］假设：热质交换过程是稳定的，管外的水膜是完整一致的，管内的一次空气流速和管外的二次空气流速是一致的，水蒸发速度对二次空气流速产生的影响可以忽略。文献［3］假设整个管壁上的水膜温度相同，并忽略管壁的导热热阻，即假设整个管壁的温度均匀一致，在二次空气侧，水滴在空气中进行的热质交换传递过程忽略不计。文献［4］假设水膜为稳态连续流动，对湿空气饱和线进行线性化处理，并假设空气饱和曲线为温度的线性函数,通过假设将具有湿表面换热器的传热传质简化为一维问题。文献［5］假设热质交换在稳定状态下进行，并且方向是垂直于管壁的，水、一次空气和二次空气的比热在考虑的温度范围内为常数，由辐射产生的传热忽略不计，湿度为平衡态，水膜中心向其表面传热的阻力忽略不计。
尽管每个模型的简化条件都不完全相同，但一些基本的简化假设对大多间接蒸发冷却理论模型却是必不可少的，如假设：（1）换热器和外界没有热交换；（2）忽略沿壁面纵向的热传导以及沿流动方向流体内部的热传导；（3）质量流量和入口热力状态均匀一致；（4）满足刘易斯关系式；然后根据这些假设建立数学模型。
2.3 优选的经典模型
间接蒸发冷却器的热工计算主要集中在求解机组的冷却效率以及一次空气的出口状态参数等问题上。文献［6］提出一种新型简便的间接蒸发冷却器的计算方法，该数学模型首先定义基于湿球温度的饱和湿空气定压比热，用以计算湿空气的焓及焓差，之后运用ε－NTU传热单元数法分别计算一次空气的换热效率εp和二次空气与水膜的热湿交换效率εs，然后建立基于εp和εs的间接蒸发冷却器的冷却效率公式。
文献［6］的间接蒸发冷却器的效率定义为：
(3－1)
一次空气和二次空气间的换热过程，总能达到热的平衡，因此：
(3－2)
根据定义的饱和湿空气比热公式 (3－3)
可以得到：
(3－4)
这里：－称之为热容比或称之为水当量比
将公式（3－4）代入一次空气换热效率公式 (3－5)
可得：
(3－6)
将二次空气的热湿交换效率公式代入等式 （3－6）
可得：
(3－7)
最后将等式（3－7）代入一次空气换热效率公式（3－5）可得：
(3－8)
更进一步，假设一次空气的换热效率为100%，二次空气与水膜的焓效率为100%，即在理想的状态下，间接蒸发冷却器的效率为：
(3－9)
文献［6］建立的管式间接蒸发冷却器冷却效率和一次空气换热效率及二次空气－水膜热湿交换效率的关系式，通过分别计算一次空气侧的换热效率和二次空气侧的热湿交换效率，可以根据关系式求出间接蒸发冷却器的效率。公式（3－9）给出了管式间接蒸发冷却效率的一种简便的算法，式中饱和湿空气定压比热Cwb可以通过查表获得，因此只有一次空气和二次空气两个变量，也就是说，间接蒸发冷却器的冷却效率主要与一次空气和二次空气的流量比有关，而一次空气和二次空气的流量是容易控制和测量的。并且已有研究表明[9]，在二次空气与一次空气的质量流量之比小于0.8时，随着二次空气流量的增加，间接蒸发冷却器的冷却效率有所增加，这是因为二次空气流量增加，壁面水膜的传热和表面蒸发得到加强，蒸发量越大，二次排风带走的热量就越多，从而提高了间接蒸发冷却器的热交换效率。
3 实验验证
为了验证理论模型的可靠性，我们于2004年7月到9月间在新疆绿色使者空气环境技术有限公司的一台实验样机上进行了测试，并把由公式(3－9)计算出的理论值与实验数据进行了对比［7］。实验样机如图2，图3所示。其主要结构参数：机芯外形尺寸为500×900×900，换热管排列方式为叉排，
图2 搭建的实验台外观 图3 包覆吸水材料的换热管
管间距为25mm，管数为200根，管径为20mm。实验工况条件：一次空气和二次空气均采用室外新风，喷水量为201m3/h。计算值与实际值如图4所示，从图上可以清楚的看到，随着ms的增大，间接蒸发冷却器的冷却效率是增加的，在图像上为其渐近线，并且从图上可以看出二、一次风量比的最佳值为0.6～0.8之间，当ms/mp>0.8，二次空气的流量持续增大时，效率增加趋于缓慢。从图形的变化趋势来说，除了在较低的流量比处有两点实测值与理论计算值有误差外，两条曲线的走势基本吻合，在各点的变化趋势中也是一致的。从图上还可以看到，除了个别点外（可以归结为测量误差造成的），实测值与理论计算值吻合的较好。
图4 管式间接蒸发冷却器实验冷却效率和理论计算值对比
4 结语
管式间接蒸发冷却器的工程应用正处于起步阶段，虽然对应的管式间接蒸发冷却器的物理数学模型不少，但是综合而言，现有的数学物理模型推导较为复杂繁琐，工程实用性不强，研究人员也一直在对数学模型进行改进。文献（6）中建立的数学模型借鉴了其它模型的优点，提出一种新型简便的间接蒸发冷却器的计算方法，这种计算方法简单，利用手算就可以进行，并且误差较小，计算出来的理论值与实验测得的实验值相差甚微。并且根据实验得出，二、一次风量比的最佳值为0.6～0.8之间，这与经验值也是相符的。这种计算方法既体现了管式间接蒸发冷却器中的传热传质过程，同时又由于计算简单，是一种非常适合工程应用的计算方法。
参考文献：
1. 黄翔. 面向环保、节能、经济及室内空气品质联合挑战的蒸发冷却技术[J]. 建筑热能通风空调，2003，22（4）：1－4
2. 鱼剑琳. 管式间接蒸发冷却器的研究，西安交通大学，博士学位论文，1996
3. Chen, P. L., H. M. Qin, Y. J. Huang and H. F. Wu, A heat and mass transfer model for thermal and hydraulic calculations of indirect evaporative cooler performance[A], ASHRAE Trans, 1991，Vol.97,Part1：852-865
4. Maclaine-cross I L, Banks P J. A general theory of wet surface heat exchangers and its application to regenerative evaporative cooling［J］.Journal of Heat Transfer, 1981, 103: 579-585
5. Wojciech Zalewski. Piotr Antoni Gryglaszewski. Mathematical model of heat and mass transfer processes in evaporative fluid coolers（j） Chemical Engineering and Processing 36 (1997) 271-280
6. J.L.Peterson,P.E.An Effectiveness Model for Indirect Evaporative Coolers[A]. ASHRAE Tans, Vol.99, Part2：392-399
7. 周斌.间接蒸发冷却器中均匀布水的实验研究，西安工程科技学院，硕士学位论文，2005
8. 段光明.管式间接蒸发冷却器传热传质及结构优化，同济大学，硕士学位论文，1992
传热学论文篇4
【关键词】传热学 机械专业 icepak
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）06-0255-02
三本院校是以独立的办学和管理模式创建起来的普通本科高校，由于其生源与一本、二本有着明显的差距，使得在机械专业的教学上更趋于学生动手能力及应用技术能力的培养。因此培养计划中并没有相关的“传热学”的教学安排。但是作为机械行业，传热学的重要性不言而喻。不管是简单的轴承设计、还是复杂的机器设计都需要对温度进行一定的分析。因此，在没有开设传热学基础课程的前提下，通过课堂引导、毕业设计及学术报告使得学生对传热学产生一定的兴趣，并教会其操作简单的温度流场分析软件icepak。
一、传热学在机械专业的重要性和教学目的
“传热学”是一门研究由温度差引起的热能传递规律的学科，根据热力学第二定律，只要有温差，就一定有热能从高温物体传到低温物体。然而不管是在自然环境，还是在人类生产的各项领域，温差是必然存在的，所以，热能传递现象存在于世界的每一个角落。因此，作为一门研究热量传递规律的科学，传热学在各行各业中都应用广泛，尤其是在机械工业中。
通过对传热学的推广教学，使得机械专业学生了解温度分析的基本原理、知道温度分析在机械工业生产中的重要性。并帮助部分感兴趣的同学掌握简单常用的温度分析软件icepak的使用方法、会根据结果分析产品结构的合理性及优化方法。最终目的是增加机械系学生就业的资本，帮助同学更好地就业及以后的工作。
二、“传热学”在校内推广的难点
三本院校属于应用型本科，在生源及师资上都明显不如“一本”“二本”。将“传热学的基本理论及简单软件应用推广开来，具有以下难点：
1.学生的基础知识薄弱；就目前机械专业课程的设置对大部分学生来说已经足够吃力，大家忙于应付。而且除了在大学物理中，有部分传热学知识以外，并没有相关课程再涉及传热学。
2.缺少实验室；一门理工科课程需要相关实验的支持，实验可以使学生直观地观察到一些现象，并对该课程产生一定的兴趣。而学校仅有一些机械制造相关的实验室，这一缺失会对学习传热学带来一定的影响。
3.教师资源不足；本校从事传热学数值模拟研究的人员缺少，仅有一两名老师有相关知识。这就使得每一名老师的工作比较繁多，不仅要上课、科研，还要调整时间来进行这项工作。
三、温度分析推广的措施及成果
针对三本院校的特殊情况，制定并实施了下列三项措施，对大家了解熟悉传热学有很大的帮助，效果都很明显。
1.上课时在不影响教学任务的情况下，通过一些视频资料对学生提及温度的重要性，针对感兴趣的同学，通过教他们icepak等简单温度分析软件的操作让他们对温度分析有更深地了解，并降低畏惧心理。在讲授理论力学及材料力学的课堂上，给学生灌输温度对机械材料的影响，比如温升过高会导致材料蠕变，会导致电子零部件的不能正常工作。学生对此也颇感兴趣，有部分学生会课下来拷贝软件，自学并进行简单的温度分析。
2.通过讲座的形式向机械系的学生讲解目前工业生产中温度分析的重要性，温度分析的一些基本原理以及介绍一些简单的温度分析软件。目前各种行业，对于温升分析报告的需求越来越急迫，很多公司都面临着这个问题。比如：电机行业，电机的温升严重影响着电机的性能，转子、定子、线圈以及控制器的温度都有着严格的控制。作为机械专业的学生，如果能熟练地应用icepak等传热学数值模拟分析软件，将极大地提高自己的就业的优势。而且由于温度分析软件均可以做到动态演示，所以这个过程对于提高学生的兴趣有很大的帮助。感兴趣的同学自学软件，也可以培养自己的自学能力，为以后工作做好铺垫。
3.通过毕业设计的宣讲，增加选择温度分析这方面的学生人数，参与的人多了，整个氛围就会建立起来。学生对于传热学温度分析方面还是有一定的抵触，觉得难度大，不愿意多花时间，但是经过一次毕业设计的学习，学生普遍对温度有了一定的了解，热传递的方式及主要计算公式都能大致地记住，对传热分析软件能做到熟悉建模、画网格、网格优化、计算、结果分析等基础过程。总的来说，基本达到了毕业设计的要求。
四、结论
综上所述，将传热学的概念引入三本院校的机械专业教学中，可以使得学生在更加了解温度在机械工业中的重要作用，为以后在工作中做好铺垫。
参考文献：
传热学论文篇5
关键词：管式间接蒸发冷却器 数学模型 实验验证
Abstract: It introduces some mathematical models of tube type indirect evaporative cooler and compares them， select one of the best methods and validate it with laboratory works， the result indicates that this method is suitable for instruct engineering practice. Key words: Tube Type Indirect Evaporative Cooler；mathematical model；validation
主要符号表
— 换热器效率
— 质量流量，kg/s
— 焓，J/kg
— 对流传质系数，kg/（m2·s）
— 对流换热系数，W/m2·℃
— 空气比热，J/kg·℃
— 二次空气与水膜的热湿交换效率
— 一次空气的换热效率
— 以空气湿球温度定义的饱和空气定压比热，J/kg·℃
— 最大热容量，W/℃
— 最小热容量，W/℃
1 引言
空调系统在改善人类生产、工作和生活环境的同时，消耗着大量的矿物燃料和CFC等制冷工质. 全球气候变暖和大气臭氧层受到破坏等对当代人类生存构成严重威胁的灾难性气候变化，都和暖通及制冷行业有关.间接蒸发冷却器是一种直接从自然界获取冷量、不使用CFCs、无环境污染的高节能性空调制冷装置，与一般常规制冷机械相比，总体上来说COP可提高2.5--5倍，从而可以大大降低空调制冷能耗，因此在空调领域有着广阔的应用前景［1］。
间接蒸发冷却既有直接蒸发冷却又有热交换，在间接蒸发冷却器中被处理的空气在没有增加湿度的情况下明显的被冷却了。目前间接蒸发冷却的型式主要有板式间接蒸发冷却器和管式间接蒸发冷却器两种，板式间接蒸发冷却器的优点是换热器换热效率较高，体积相对较小，但是由于其流道窄小，因而流道容易堵塞，尤其在空气含尘量大的场合，随着运行时间的增加，换热效率急剧降低，流动阻力增大，并且布水不均匀、浸润能力差，换热器表面结垢、维护困难。管式间接蒸发冷却器流道较宽，不会产生堵塞，流动阻力小，布水相对比较均匀，容易形成稳定水膜，有利于蒸发冷却的进行。
2 管式间接蒸发冷却器数学模型的分析
2.1 已建模型综述
在间接蒸发冷却器的热工性能分析中，许多研究者都进行了不同程度的理论和实验研究。Kettleborough和Hsieh等提出了通过润湿率来估计表面的润湿状况对逆流间接蒸发冷却器冷却性能的影响，并引入“焓势”的概念，但实际表面的润湿率难以准确确定。Peterson和Hunn等对交错流式间接蒸发却器进行了实验分析，并提出了相应的冷却性能分析模型；在二次空气出口状态为饱和空气，一次空气出口干球温度近似等于二次空气出口湿球温度的条件下，理论计算和实验结果基本一致，但间接蒸发冷却器在实际工作时，并不满足这一条件。P.L.Chen等提出了有关间接蒸发冷却器热性能和阻力性能的计算模型。Perez－Blance和Bird对单根垂直管蒸发冷却器建立了稳态一维模型；在假设水膜温度不变的条件下，导出了实验测定用的热质交换系数计算公式，并进行了相应的传热传质实验；在实验结果中表明，对流换热系数实验值与按Chilton－Colburn类似律计算出的数值相差25％。Rana和Charan对水平单管蒸发式散热器进行了传热传质实验研究，实验确定的传质系数与按Lewis关系式计算的结果相差较大，其比值在在0.8～9.35之间，但作者没有给出理论解释［2］。西安交通大学的鱼剑琳［2］建立了一个研究管外对流换热系数以及可进行间接蒸发冷却实验的实验装置。同济大学的段光明［8］也对管式间接蒸发冷却器内部传热传质过程进行了探讨分析，总结了当时管式间接蒸发冷却器的理论数学模型，然后建立了数学模型并进行了实验验证。
综合上述文献可知，以往在针对间接蒸发冷却器传热传质分析方面和在数学模型的建立过程中，都有一些不足之处，如：把整个热质交换过程简化为在一整体换热壁面上，按顺流形式完成的，没有考虑到不同形式间接蒸发冷却器的具体结构特点；认为淋水侧壁面上形成的水膜完整；在湿壁侧，二次空气与水膜之间传质系数是根据Lewis关系式（），用空气与干壁面的换热系数来确定的，没有考虑到壁面上流动水膜对传热和传质的影响。由此可以看出，关于管式间接蒸发冷却器的研究工作还远远不足，特别是对于二次空气与一次空气和淋水均匀为交错流动的横置式管式间接蒸发冷却器还需要进行深入的理论分析和实验研究。
2.2 数学模型的建立
间接蒸发冷却器热质交换数学模型虽然各不相同，但都是建立在传热传质的基本原理上，将一个复杂的间接蒸发冷却过程分解为一次空气、二次空气和水三者之间的热质交换。通过对这三部分的热平衡及湿平衡的分析，建立起数学模型并对其进行求解。
间接蒸发冷却既区别于一般的气－气换热，又不同于冷却塔中的绝热蒸发过程，从传递过程理论看，在TIEC中热量的交换和质量的迁移同时发生，尤其在管外的二次空气侧，二次空气与水膜在温差和水蒸汽浓度差的共同作用下进行热湿交换，因此一次空气与二次空气及水膜间的传递过程十分复杂。为了便于研究间接蒸发冷却器的性能，从实际目的出发，必须对其作出相应的简化假设。文献［2］假设：热质交换过程是稳定的，管外的水膜是完整一致的，管内的一次空气流速和管外的二次空气流速是一致的，水蒸发速度对二次空气流速产生的影响可以忽略。文献［3］假设整个管壁上的水膜温度相同，并忽略管壁的导热热阻，即假设整个管壁的温度均匀一致，在二次空气侧，水滴在空气中进行的热质交换传递过程忽略不计。文献［4］假设水膜为稳态连续流动，对湿空气饱和线进行线性化处理，并假设空气饱和曲线为温度的线性函数，通过假设将具有湿表面换热器的传热传质简化为一维问题。文献［5］假设热质交换在稳定状态下进行，并且方向是垂直于管壁的，水、一次空气和二次空气的比热在考虑的温度范围内为常数，由辐射产生的传热忽略不计，湿度为平衡态，水膜中心向其表面传热的阻力忽略不计。
2.3 优选的经典模型
间接蒸发冷却器的热工计算主要集中在求解机组的冷却效率以及一次空气的出口状态参数等问题上。文献［6］提出一种新型简便的间接蒸发冷却器的计算方法，该数学模型首先定义基于湿球温度的饱和湿空气定压比热，用以计算湿空气的焓及焓差，之后运用ε－NTU传热单元数法分别计算一次空气的换热效率εp和二次空气与水膜的热湿交换效率εs，然后建立基于εp和εs的间接蒸发冷却器的冷却效率公式。
文献［6］的间接蒸发冷却器的效率定义为：
一次空气和二次空气间的换热过程，总能达到热的平衡，因此：
根据定义的饱和湿空气比热公式
(3－3)
可以得到：
这里：－称之为热容比或称之为水当量比
将公式（3－4）代入一次空气换热效率公式 (3－5)
可得：
将二次空气的热湿交换效率公式代入等式 （3－6）
可得：
最后将等式（3－7）代入一次空气换热效率公式（3－5）可得：
更进一步，假设一次空气的换热效率为100%，二次空气与水膜的焓效率为100%，即在理想的状态下，间接蒸发冷却器的效率为：
文献［6］建立的管式间接蒸发冷却器冷却效率和一次空气换热效率及二次空气－水膜热湿交换效率的关系式，通过分别计算一次空气侧的换热效率和二次空气侧的热湿交换效率，可以根据关系式求出间接蒸发冷却器的效率。公式（3－9）给出了管式间接蒸发冷却效率的一种简便的算法，式中饱和湿空气定压比热Cwb可以通过查表获得，因此只有一次空气和二次空气两个变量，也就是说，间接蒸发冷却器的冷却效率主要与一次空气和二次空气的流量比有关，而一次空气和二次空气的流量是容易控制和测量的。并且已有研究表明[9]，在二次空气与一次空气的质量流量之比小于0.8时，随着二次空气流量的增加，间接蒸发冷却器的冷却效率有所增加，这是因为二次空气流量增加，壁面水膜的传热和表面蒸发得到加强，蒸发量越大，二次排风带走的热量就越多，从而提高了间接蒸发冷却器的热交换效率。
3 实验验证
4 结语
管式间接蒸发冷却器的工程应用正处于起步阶段，虽然对应的管式间接蒸发冷却器的物理数学模型不少，但是综合而言，现有的数学物理模型推导较为复杂繁琐，工程实用性不强，研究人员也一直在对数学模型进行改进。文献（6）中建立的数学模型借鉴了其它模型的优点，提出一种新型简便的间接蒸发冷却器的计算方法，这种计算方法简单，利用手算就可以进行，并且误差较小，计算出来的理论值与实验测得的实验值相差甚微。并且根据实验得出，二、一次风量比的最佳值为0.6～0.8之间，这与经验值也是相符的。这种计算方法既体现了管式间接蒸发冷却器中的传热传质过程，同时又由于计算简单，是一种非常适合工程应用的计算方法。
参考文献
1. 黄翔. 面向环保、节能、经济及室内空气品质联合挑战的蒸发冷却技术[J]. 建筑热能通风空调，2003，22（4）：1－4
2. 鱼剑琳. 管式间接蒸发冷却器的研究，西安交通大学，博士学位论文，1996
3. Chen， P. L.， H. M. Qin， Y. J. Huang and H. F. Wu， A heat and mass transfer model for thermal and hydraulic calculations of indirect evaporative cooler performance[A]， ASHRAE Trans， 1991，Vol.97，Part1：852-865
4. Maclaine-cross I L， Banks P J. A general theory of wet surface heat exchangers and its application to regenerative evaporative cooling［J］.Journal of Heat Transfer， 1981， 103: 579-585
5. Wojciech Zalewski. Piotr Antoni Gryglaszewski. Mathematical model of heat and mass transfer processes in evaporative fluid coolers（j） Chemical Engineering and Processing 36 (1997) 271-280
6. J.L.Peterson，P.E.An Effectiveness Model for Indirect Evaporative Coolers[A]. ASHRAE Tans， Vol.99， Part2：392-399
7. 周斌.间接蒸发冷却器中均匀布水的实验研究，西安工程科技学院，硕士学位论文，2005
8. 段光明.管式间接蒸发冷却器传热传质及结构优化，同济大学，硕士学位论文，1992
传热学论文篇6
关键词：传热学；教学探讨；基本概念
中图分类号：G642.3 文献标志码：A？摇？摇？摇？摇？摇文章编号：1674-9324（2014）06-0160-02
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.
传热学论文篇7
根据传热学课程知识点多，内容抽象，应用性强的特点，本文从四方面对传热学内容进行讲解，对每一块内容的重要知识点进行了归纳总结及讨论了学习时的方法。
【关键词】
热传导；对流换热；辐射换热；换热器
0引言
传热学是安全工程专业的一门必修课程，讲述的是与热量传递相关的自然现象及研究热量传递规律的一门学科，对于与热相关的自然现象有很多，例如我们知道人的身体为恒温体，在夏天和冬天，人们在相同室温（比如25摄氏度）的房间里穿着衣服能一样吗?热天人们为什么喜欢在游泳馆里的水里而不喜欢在相同温度的空气里?这都是在日常生活中常见的现象，对于这些现象的解释就需要学习传热学的知识，需要知道热量传递的规律。并且随着经济的发展，与热量传递相关的企业、公司越来越多，与热量传递相关技术的发展也越来越快，基本上可以分为三种类型的技术[1]，即强化传热技术，削弱传热技术，温度控制技术，上面的三种类型的技术代表着传热技术的三个方向，在相应的领域有着重要的应用，比如强化传热技术，现在的家用空调或者车载空调体积越来越小，所需的能量消耗也越来越低，同时制冷效果也明显提高，这要得益于强化传热技术的发展与应用。传热学是和生活息息相关的一门学科，对于传热学课程的学习无论是对自然界热现象的认识还是热量传递技术的学习都是有必要的。
1内容讲解和学习方法
对于传热学课程的研究有很多的文献，分别从传热学的教学方法[2]，课程教学改革[3]，实践教学体系的构建[4]等方面进行了研究，本论文从以下二个方面探讨传热学课程，分别是课程内容的讲解和学习方法。根据传热的三种方式及传热技术的应用可以把传热学内容分为四大块内容，每一块内容又可以分类，下面分四方面对传热学的内容进行讲解。
1．1热传导
在教授过程中，首先求得物体内的温度分布，再利用傅里叶定律可以求得传递的热流量，求解物体内的温度分布是关键。明确解决物体内温度分布的完整的数学描写是导热微分方程及定解条件，导热微分方程是一个二阶的微分方程，通过能量守恒和傅里叶定律推导而来，是解决导热问题的基础。定解条件分为初始条件和边界条件，边界条件分三类对应着高等数学上解二阶微分方程时三类边界条件，所以学生可以把前面学习解二阶微分方程的方法用到这里，能更好地理解热传导问题。对于稳态热传导的几种常见的情形是通过平壁的导热，又分单层平壁和多层平壁。通过圆筒壁的导热，可分为单层圆筒壁和多层圆筒壁，前面的导热满足共同的特点即已知边界上的温度值，这些都属于第一边界条件的热传导问题。对于第二类及第三类边界条件的导热问题，可以通过举电熨斗底面的导热问题为例进行讲解。对于稳态导热的一个特例-肋片导热，在学习过程中，要注意对于复杂的工程传热问题的处理方法，即忽略影响问题的次要因素，经过适当的简化建立合理的物理与数学模型，从而运用已有的数学和传热学知识进行求解。对于非稳态导热的内容讲述首先明确非稳态导热的基本概念，理解非正规状况阶段和正规状况阶段及Bi数对平板中温度分布的影响。然后理解常见的几类非稳态导热。对于零维问题的解决方法－集中参数法，其适用范围是针对特征数Bi的大小来确定的。热电偶是讲述零维问题的特例，对于理解零维问题和集中参数法有着很大的帮助。对于一维物体非稳态导热分三种情形，分别为平板，圆柱，球，这三种情况下的解很复杂，从而有必要对结果进行简化，简化的依据是特征数FO＞0．2后，略去第二项及后面的项所得结果与不忽略时的完整结果偏差小于0．1％[5]，从而对结果进行了简化。在工程上对于非稳态导热正规状况阶段的解决方法是图线法（海斯勒图）及近似拟合公式法。热传导内容多，公式多，在学习过程中可以用类比法更好地识记各种情形下的公式。达到对公式的理解和应用。
1．2对流换热
对流传热的内容在教授过程中，首先明确要得到各种对流情形下的换热量，可以利用牛顿冷却公式，公式中的表面传热系数是未知量，故求解各种情况下的表面传热系数是关键。影响表面传热系数的因素有很多，有必要按照主要的影响因素进行分类.求解对流传热问题需要解定解条件下的对流传热微分方程。对流传热微分方程包括质量守恒，动量守恒和能量守恒的数学表达式，共四个非线性偏微分方程，解析解很难获得，进展一直很小，直到20世纪初由普朗特和波尔豪森提出的边界层概念对上述方程组进行了简化，使得在理论上求解较为简单的对流传热成为可能，层流外掠平板就是典型的一例。应该明确的是即使对方程进行了简化，但影响对流传热的因素很多，在理论上无法得出解析解，在现阶段，对流传热规律的研究主要是通过实验法来进行。在实验上通过相似原理或者量纲分析法得到相似特征数方程，使得在实验上研究对流换热成为可能。对于对流传热分类树上常用的实验关联式，要明确实验验证范围，热边界条件明确，定性温度，特征长度怎样规定的。对于相变对流传热主要是掌握凝结与沸腾传热，其基本特点，计算关联式的使用及强化相变传热的主要实现技术是主要内容。这一块内容的微观物理图像很难想象，在讲述过程中，为了增加学生的兴趣，可以举相关的例子，讲述沸腾换热时，可提到“响水不开，开水不响”，引发学生的思考，再讲述沸腾换热的原理，使得同学们对沸腾换热有更深的理解。对流换热的情形多，在讲述过程可以通过案例分析法对某一些对流换热进行讲解，到达举一反三，更好的理解对流换热。
1．3辐射换热
热辐射的物理机制与导热和对流截然不同，后者是物体的宏观运动和微观粒子的热运动引发的能量转移，而前者是物质的电磁运动引起的能量传递，与前面的研究方法截然不同，用到更多物理学上的知识。热辐射引入了很多新的概念与定律，比如黑体、辐射力、光谱辐射力、吸收比，穿透比、辐射四次方定律、普朗克定律、维恩位移定律等等，理解这些概念和定律是学好热辐射的基础。
1．4换热器
换热器的传热过程传递的热量由传热方程确定，对于换热器需要理解它的稳态工况的热设计，包括设计计算（确定传热面积）或者校核计算（承担的热负荷），基本依据是能量守恒定律和对数平均温差的四个假定。设计计算时应采用对数平均温差方法，根据实际的传热过程选择合适的换热形式，进而计算出传热系数。对于校核计算，采用迭代法计算对数平均温差，初始值的选取对于计算的结果有较大的影响。需要确定传热器的多少传热面积作为计算面积，不同的传热面积可以导致传热系数相差很多。辐射换热和换热器内容抽象，理解困难，在讲授过程中，可以通过设定一个问题，让同学讨论，即通过讨论法来加深对内容的理解。
2结论
传热学课程涉及的知识点多，数学表达式多，在讲述过程中要避免一味地推导公式和罗列结论，而是简化推导过程，重点放在每一个公式在工程上有什么用，怎样用，有什么注意事项，力求能理解每个公式在工程上的应用，为以后的就业打好基础。或者将每一个公式，知识点与考研，学科竞赛相联系，让学生从思想上意识到现在学习的知识的重要性。传热学课程的内容虽然多，但具有连贯性，可以学习完每一部分后做一个表格或者思维导图，总结知识点和公式,加深理解。通过对传热学课程四大块内容的归纳总结和学习方法的探讨，相信在学习传热学课程时目的性更强，能更好地理解内容，达到教学目标。
作者：逯田力 高德营 单位：聊城大学东昌学院
【参考文献】
［1］杨世铭,陶文铨.传热学[M].4版.北京:高等教育出版社,2006.
［2］阮芳,龙激波,等.传热学课程教学方法的研究与实践[J].高等建筑教育,2015,24(6):93-96.
［3］李友荣,杨晨,等.“传热学”课程教学改革研究与思考[J].中国电力教育,2010,32:66-67.
［4］赵斌,梁精龙.“传热学”研究性实践教学体系的构建[J].中国电力教育,2010,7:123-125.
传热学论文篇8
关键词：课堂教学;课堂引入法;传热学
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）47-0138-03
一部成功的电影需要出奇制胜的预告片吸引观众的注意，教学亦是如此，生动有趣的教学引入对学生的课堂学习起着至关重要的作用，对传热学教学质量的提高以及人才培养也是举足轻重的[1]。
经过多年的努力，我校传热学课程建设已日臻完备，并已形成自己的特色，于2007年被评为校优秀课程，2008年被评为省精品课程。教学实践表明，对尚未接触传热学课程的低年级大学生而言，受往届传热学课程挂科率比较高等原因的影响，对传热学课程的学习仍存有畏惧心理。教师在课下与学生的交流发现，很多学生在传热学这门课的学习上不得要领，在初听多维非稳态导热问题、大容器沸腾传热实验关联式以及间壁式换热器热设计等类似问题时，就有种惴惴不安的感觉。因此，如何做好传热学课堂引入，激发学生对传热学的学习兴趣，排除畏难情绪，愈发显得关键。
一、传热学简介
传热是一种自发的不可逆过程，而传热学是一门跨行业、专业技术的基础叉学科，它是在数学（主要是微分方程理论）、热力学、流体力学等基础上发展起来的基础应用学科。热能传递的三种基本方式为热传导、热对流和热辐射。三种传递方式的主要区别在于相对位移和传递介质。
传热过程大多伴随热传导、对流换热和辐射换热的综合影响[2]。例如，生活中铁板烧的传热过程和水壶烧水的过程就兼具这三种换热方式，而不同案例下，这三种换热方式所占比例又不尽相同。由此可见，对于传热过程的理解分析，存有一定的难度。学生在学习传热学课程之初，为消除大学生的畏难情绪，尝试采用引入法从各个角度加深学生对热量传递现象的深入理解[3]，以激发大学生对传热学课程的学习兴趣。
二、引入法浅析
任课教师在传热学课堂上改变传统的授课模式，初步探讨研究出几种教学引入方法。例如，在讲到傅立叶定律时，教师通常会简要介绍让・巴普蒂斯・约瑟夫・傅立叶这位伟大的法国物理学家的生平事迹，继而提及他是如何提出导热基本定律以及求解导热微分方程的无穷级数的。此外，教师还可依据教学重点与难点，为学生设疑，让学生积极思考，开拓思维，主动发言，以此调动学生学习传热学课程的兴趣。
1.实验引入法。在课堂上，通过演示实验，鼓励学生一起参加，提高学生的动手操作能力，更重要的是，形象化的实物相比抽象的理论而言，更容易让学生接受。
在传热学第一堂课中，任课教师带着蜡烛、纸杯、托盘还有一瓶纯净水来到教室，学生都惊讶地看着教师，他们想象不到教师要在传热学课堂上为大家做一个简单的小实验，那就是用纸杯烧开水（见图1）。实验很成功，水也烧开了，但纸杯并没有烧着。学生在底下议论纷纷，猜测这到底是为什么。在大家各抒己见后，总结出正确答案：纸的燃点在180℃左右，而水的沸点在100℃左右，当纸杯中装了水，用蜡烛加热纸杯底部时，纸杯吸热升温并将热量迅速地传递给水，当纸杯中的水吸热升温至沸点时，水开始沸腾。因此，只要纸杯中有水，纸就不能达到燃点而燃烧。学生合理地解释完实验现象，教师可开始引入传热学内容，告诉学生，把水烧开的过程包含即将学习的三种换热方式。类似的趣味实验有很多，如一块30mm×30mm×5mm的冰块静止地悬挂在20℃大气中，冰块融化时的形状有什么变化，也可让学生自己动手操作观察，寻求原因，以达到课堂引入的良效。由此，学生带着好奇心与求知欲，开始这学期的传热学课程。
2.音像引入法。如今，高校教学大多是多媒体授课，在开始课程讲解前，可有效利用多媒体资源，为学生播放相关影片。当然，影片时长几分钟即可，重在引入课堂知识。
任课教师曾在开始讲对流传热这章内容时，为学生播放经典影片《泰坦尼克号》片段，男主人公Jack在海水中被冻死，而女主人公Rose却因躺在竹筏上幸存下来（见图2）。影片戛然而止，学生兴趣盎然，这时教师可以问大家为什么Jack没有像Rose那样撑到救援人员来的一刻？由于绝大多数的学生对该影片比较熟悉，各抒己见。有的说因为Jack把外套脱下给了Rose;有的说海水比较凉，Jack体质比较差。整个课堂开始活跃起来，大家争相回答，而教师告诉学生，可以用传热学理论解释：两人与环境之间属于自然对流换热，但Jack是与海水发生自然对流换热，而Rose在竹筏上，是与空气发生自然对流换热，在温度等条件相同的前提下，水的自然对流强度要远大于空气，因此Jack所处环境的换热强度要高于Rose，单位时间内Jack向水传递的热量远高于Rose向空气传递的热量，从而导致Jack被冻死，而Rose却幸免于难。虽然只有短短几分钟的交流，学生却明白课堂内容的重要性。为了获取更多的知识，更合理地解释其他一些实例，学生都开始认真听讲，使得课堂引入效果甚佳。
3.设置悬念法[4]。教师还可以尝试根据课堂重点内容，在一堂课开始前先给学生留下几个预先设计好的相关问题，让大家思考，然后互相讨论，激发学生的学习主动性。
例如，在讲到辐射换热这一章时，教师可以先问大家，我国北方地区在深秋季节的清晨，树叶叶面上常常会结霜（见图3），那么是树叶上表面结霜还是下表面结霜？根据常识与经验，大家异口同声地回答是树叶上表面结霜。教师可紧接着继续问为什么？这时没有学生能准确说出其中的原因。这时，教师要告诉学生，学完这堂课，你们就会找到其中的奥妙。这一堂课，大家带着疑问听得津津有味，而且全神贯注。课堂最后，学生也可以自己找到答案。这是由于清晨时分，树叶上表面朝向太空，下表面朝向地面，而太空温度低于地表温度，即相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，导致树叶上表面温度低于下表面温度。在寒冷天气，树叶上表面温度会先于下表面达到零度，还有可能低于零度而出现结霜的现象。设置悬念的方法可以有效地引发学生的好奇心与积极探讨的情绪，该方法实施的关键在于问题应符合教学内容，难度不应太大，使学生有一种“跳一跳，摘得到”的感觉。
4.联系生活法[5]。在结束导热、对流换热与热辐射的讲解之后，教师开始对热流传递的三种基本方式进行总结。即便是这样的复习课，教师也可选取生活中的一些小事例进行课堂引入。这时的课堂引入不但是为了引发学生的兴趣，更重要的是学以致用，回顾学过的知识，用学到的知识科学地解释生活现象，提高思考能力与总结能力。
例如，人们都有这样的经历，对于相同的室温，假设25℃，夏天在该温度的房间内穿着单薄衣物，可能仍然觉得热，而冬天在这样的房间内穿着棉服，却还有冷的感觉，这是什么原因？这是由于人体表面与室内环境发生对流与辐射产生的复合换热量在冬夏之间差别巨大造成的。再如，许多人喜欢在冬天的阳光中晒被子（见图4），棉被经过白天在太阳底下暴晒后，晚上盖起来会很暖和，经过拍打后，效果更明显。这时教师可以让学生用传热学知识解释原因，即：棉被经过晾晒后，棉花空隙中会进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间中的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能，当棉被经过拍打后，可让更多的空气进入，效果更明显。
5.工程实践法。课本中的理论知识往往是枯燥乏味的，学生懂得应用传热学知识解释相关生活现象，仅仅是基础要求，但作为工科生，其最理想的学习效果是把已学知识合理应用到工程实践中。往届的很多学生虽然结束了一学期的传热学课程学习，但却从未了解过工程实践中的传热问题。因此，教师将联系生产实例作为课堂教学引入方法，不仅可以开阔学生视野，同时也会把抽象的理论知识融合到具体的生产实例中，让学生愿意听，印象也更加深刻。
在讲到传热过程分析与换热器的热计算这一章内容时，任课教师可以教室中的暖气片（如图5）为例，告诉学生暖气是我国北方地区必不可少的家用设备，其重要性不言而喻。暖气片是一种简单的换热器，其设计与安装都有一定的学问。为使其能更有效地散热，设计者会为其设计若干肋壁，以此加大散热表面积，降低对流换热的热阻，增强传热作用。在安装时，由所学对流换热分析可知，应尽量将暖气片安装在窗户下方，使进入室内的冷空气加热后上升，在房屋上空循环冷却后，下降回流到暖气片周围进行再次加热，从而使房间达到一个有效的空气对流循环。这一引入法可让学生明白专业知识在生产实例中的重要性，内心产生一种使命感和责任感，更踏实地投入专业学习中。
工程实践引入法主要适用于有经验的教师，对刚刚踏上讲台的教师来说，需要在后续工作和生活中积累经验，才能有效地引导学生把理论知识与实际生产结合起来。
总之，课堂引入方法不胜枚举。例如，断桥残雪是杭州西湖十景之一，可采用美景欣赏法为学生讲述其中的传热原理;窗玻璃对红外线几乎不透明，但隔着玻璃晒太阳却使人感觉很暖和，可采用亲身感受法引入课堂内容。通过各种示例的引入、分享，逐步加深学生对热量传递现象的认知理解。
三、结语
高等学校专业课程课堂教学引入法的目的是旨在提高学生的学习兴趣，激发好奇心，提高教学质量，从而提高专业教学水平。但在课堂引入法的应用上，应注意引入方法的简洁有效，要妙趣横生，紧贴教学内容，具有科学依据。
在传热学课堂教学中，教师应针对每堂课的具体教学内容选择行之有效的引入方法吸引学生，让他们感受到传热学的魅力，学会用传热学基础理论解释生活中的现象，学会用所学专业知识指导生产实践。
参考文献：
[1]蔡恒玲，龙双涟.“卓越工程师计划”学校工作方案的探索与实践[J].中国电力教育，2014，（2）：11-12
[2]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006.
[3]吴香侠.谈课堂教学的引入法[J].剑南文学，2012，（11）：275.
[4]缪友谊.数学课堂教学引入探讨[J].语数外学习，2013，（6）：53.