热辐射传热课程教学大纲课程名称 : 热辐射传热课程代码 :PO6014 学分 / 学时 :3 学分 /48 学时开课学期 : 春季 / 秋季学期适用专业 : 热能与动力工程工程热物理低温与制冷工程核工程建筑环境与设备航空航天环境及相关专业先修课程 : 传热学工程热力学大

Size: px

Start display at page:

Download "热辐射传热课程教学大纲课程名称 : 热辐射传热课程代码 :PO6014 学分 / 学时 :3 学分 /48 学时开课学期 : 春季 / 秋季学期适用专业 : 热能与动力工程工程热物理低温与制冷工程核工程建筑环境与设备航空航天环境及相关专业先修课程 : 传热学工程热力学大"

姻磋扈
5 years ago
Views:

1 课程代码及名称 : ME 500 热辐射传热导师 : 王平阳学分 : 3 授课语言 : 中文 / 英文必修 / 选修 : 必修授课方式 : 1. 课堂学习 2.Project 3.Quiz 考核方式 : 1.Homework, Quizzes:20% 2.Project Presentation:20% 3.Project Report:20% 4.Peer Evaluation:25% 5.Attendance:15% 教材 / 参考书余其铮. 辐射换热原理. 2000, 哈尔滨工业大学出版社开课时间 : 秋季 / 春季学期先修课程 : ME 200 热力学 I ME 300 热力学 II ME 300 传热学课程专业要素 Engineering Topics: Engineering Science-3credits 课程描述 : 热辐射传热半透明介质数值模拟 Monte-Carlo 红外特性电磁理论散射气体粒子系航空航天冶金. 课程培养目标 [Related ME Program Outcomes in brackets] 1. 掌握热辐射和热辐射传热的基本规律基本概念和相关辐射传递方程和辐射能量守恒方程, 并能用于实际热辐射传热问题的分析 (A1 A2) 2. 掌握热辐射传热过程近似求解方法的依据特点求解过程等, 为实际应用打下基础 (A1 A2 A6) 3. 初步掌握吸收发射散射性介质内部热辐射的传递规律以及微尺度传热的特点和应用 (A1 A2 B5) 4. 掌握 Monte Carlo 方法在表面辐射和介质辐射里面的应用, 通过编制计算程序和内容讲解, 培养应用能力和与他人合作的能力 (A4 A5 A6 B1 B2) 5. 初步掌握综合分析实际传热问题的能力从实际问题抽象为理论, 并运用理论分析解决实际问题能力 (A2 C2 C3) 6. 强化理论来源于实践, 实践是检验理论的唯一标准的认识观 (B5) 相关课程培养目标标准 : A1. Engineering Fundamentals; A2. Engineering fundamentals; A4. Modern Engineering Tools; A5. Design Skills; A6. Impact of Engineering Solutions; B1. Communication Skills; B2. Teamwork Skills; B5. Life-long Learning; C3. Innovation; C2. Global Engineering Skills 撰写者 : 王平阳发布时间 : 2012 年 12 月 4 日 1

2 热辐射传热课程教学大纲课程名称 : 热辐射传热课程代码 :PO6014 学分 / 学时 :3 学分 /48 学时开课学期 : 春季 / 秋季学期适用专业 : 热能与动力工程工程热物理低温与制冷工程核工程建筑环境与设备航空航天环境及相关专业先修课程 : 传热学工程热力学大学物理后续课程 : 数值辐射学开课单位 : 机械与动力工程学院一课程性质和教学目标 ( 需明确各教学环节对人才培养目标的贡献, 专业人才培养目标中的知识能力和素质见附表 ) 课程性质 : 热辐射传热是热能工程动力机械及工程流体机械及工程制冷及低温工程核能科学与工程航空航天等专业的一门重要专业基础课, 是能源动力和相关专业研究生的学位课教学目标 : 热辐射传热是研究以电磁波 / 光子发射并传递能量的科学通过课程教学, 使学生对热辐射本质和微尺度辐射特点等有深入了解, 培养学生认识以及分析和求解表面和半透明散射性介质内部辐射输运规律的能力, 了解热辐射在工业及生活中的典型应用, 尤其是航空航天为从事相关专业技术工作科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础 (A1,A2,A4,A5 A6,B1,B2,B5,C2 C3) 本课程由热辐射的本质与研究方法基本概念和热辐射能量表示方法表面辐射传热经典电磁波理论计算辐射物性吸收 / 发射 / 散射性介质中的辐射原理吸收 \ 发射 \ 散射性介质中的辐射能量传递方程辐射传递方程的近似解辐射传递方程的数值解气体物性和粒子散射的微观基础导论求解辐射传递问题的 Monte- Carlo 方法等部分组成通过本课程教学, 不仅使学生在热辐射和热辐射传热过程的特点和规律实际工业应用热辐射传热过程的综合分析等方面树立正确的概念, 同时培养学生科学抽象逻辑思维能力, 进一步强化实践是检验理论的唯一标准的认识观具体来说 : 1. 掌握热辐射和热辐射传热的基本规律基本概念和相关辐射传递方程和辐射能量守恒方程, 并能用于实际热辐射传热问题的分析 (A1 A2) 2. 掌握热辐射传热过程近似求解方法的依据特点求解过程等, 为实际应用打下基础 (A1 A2 A6) 3. 初步掌握吸收发射散射性介质内部热辐射的传递规律以及微尺度传热的特点和应用 (A1 A2 B5) 4. 掌握 Monte Carlo 方法在表面辐射和介质辐射里面的应用, 通过编制计算程序和内容讲解, 培养应用能力和与他人合作的能力 (A4 A5 A6 B1 B2) 2

3 5. 初步掌握综合分析实际传热问题的能力从实际问题抽象为理论, 并运用理论分析解决实际问题能力 (A2 C2 C3) 6. 强化理论来源于实践, 实践是检验理论的唯一标准的认识观 (B5) 二课程教学内容及学时分配 ( 含实践自学作业讨论等的内容及要求 ) 1 绪论 (2 学时 / 课堂教学 )(A1 A2) 内容 : 热辐射的重要性和复杂性辐射的波动模型和量子模型介绍, 电磁波谱及热辐射的应用举例黑体定义历史的发展 ; 微尺度辐射的概念 ; 重点 : 对热辐射本质的认识难点 : 辐射的波动模型和量子模型的理解和掌握作业 : 章节习题 2 介质中的黑体辐射和非黑体辐射 (4 学时 / 课堂教学 )(A1 A2) 内容 : 黑体的特性黑体的发射特性非黑表面辐射性质的定义能量表示形式等 ; 推导黑体辐射三大定律在介质中的相应形式介质内热辐射传递的相应概念非黑体辐射在介质中的发射传递等 ; 重点 : 黑体辐射定律和非黑体辐射在介质中的规律和相应的公式难点 : 热辐射能量表示形式的掌握和公式的推导和深入理解作业 : 章节习题 3 表面间的辐射换热计算 (4 学时 / 课堂教学 )(A1 A2 A5) 内容 : 本科学过的角系数概念和适用条件的简单回顾和深入理解角系数计算辅助面的设置原则和作用求解表面辐射的射线踪迹法和杰勃哈特法非均匀温度表面的辐射换热过程计算应用上述方法的近似性等 ; 课堂小测试 ; 给出 Project 的内容和要求 ; 重点 : 应用角系数的限制条件射线踪迹法非均匀温度表面热辐射难点 : 射线踪迹法和杰勃哈特法作业 :Project1 4 经典电磁波理论计算热辐射性质 (4 学时 / 课堂教学 )(A1 A2) 内容 : 电磁波理论的基本方程介质内辐射波的传播反射定律和折射定律应用电磁波理论的关系式计算热辐射性质重点 : 应用电磁波理论计算介质辐射性质难点 : 电磁波理论的基本方程和相应公式的推导作业 : 章节习题 5 吸收发射和散射性介质中的辐射原理 (4 学时 / 课堂教学 )(A1 A2 B5) 内容 : 吸收发射和散射的物理机理辐射强度的一些基本性质由于吸收和散射引起的能量衰减能量的发射射入的散射局部热力学平衡的概念 3

4 重点 : 参与性介质内的辐射原理难点 : 热辐射在介质内发生物理现象的理解局部热力学平衡的概念作业 : 章节习题 6 吸收发射和散射性介质中的辐射能量传递方程 (4 学时 / 课堂教学 )(A1 A2 B5) 内容 : 在介质中的热辐射传递方程推导能量守恒关系式推导具有各向同性散射的灰体介质辐射平衡中的灰体介质, 利用光子模型建立的能量关系式重点 : 参与性介质内热辐射能量传递方程的建立难点 : 对辐射传递方程中各项内容的理解作业 :Project2 7 辐射传递方程的近似解 (4 学时 / 课堂教学 )(A1 A2 A6) 内容 : 忽略传递方程中某些项的近似解平行平板之间辐射传递的光学薄极限使用平均吸收系数的近似法, 利用指数函数的近似解等重点 : 光学薄和光学厚极限假设下的辐射传递方程难点 : 对假设条件的理解和实际应用作业 :Quiz 8 辐射传递方程的数值解 (2 学时 / 课堂教学 )(A1 A2) 内容 : 介绍辐射传递方程数值求解与导热和对流数值求解的不同以及数值求解介质内热辐射传递方程的主要方法和特点目前国外内外在数值求解热辐射问题上的发展趋势等重点 : 辐射传递方程数值求解的方法和不同方法的特点难点 : 对不同求解方法本质的理解和求解过程的建立作业 : 章节习题 9 气体物性和粒子散射的微观基础导论 (4 学时 / 课堂教学 )(A1 A2) 内容 : 量子理论基础诱导发射和普朗克分布传递方程气体的吸收特性不同类型粒子的散射重点 : 热辐射在粒子系内传发生散射的原因和相应的处理方法和公式难点 : 量子理论基础作业 : 章节习题 10 求解辐射传递问题的 Monte-Carlo 方法 (8 学时 / 课堂教学 )(A4 A5 A6 B1 B2) 内容 :Monte-Carlo 方法基本思想简介方法的详细描述, 包括随机数的生成和检验发射点和发射方向数概率模型推导介质内发射模型的推导几何表面建立和交点求解坐标变换结果统计等 ; 应用举例等考察学生 Project 的进展情况和问题解决 ; 重点 :Monte-Carlo 方法的基本过程掌握 4

5 难点 : 相应概率密度的建立和理解作业 :Quiz 11 辐射与传导 / 对流的复合能量交换 (8 学时 / 课堂教学 )(A2 C2 C3) 内容 : 辐射与热传导的复合传热辐射与对流的复合传热对流 + 传导 + 辐射的复合能量交换, 瞬态辐射问题介绍 ; 学生对 Project 工作采用 PPT 介绍以及计算过程和结果展示学生互相评价和打分 ; 重点 : 复合传热过程处理难点 : 耦合换热过程的理解作业 : 章节习题三教学方法课程教学以课堂讲学为主, 综合讨论作业 Quiz Project 等共同实施达到课程教学目标的核心保证是教材, 本课程采用的是哈工大研究热辐射传热的前辈余其铮教授编写的热辐射换热原理, 其内容由浅入深, 从基本概念原理和方程出发, 层层深入, 对简单工程问题进行分析得到一些热辐射分析结果, 并能在工程中得到借鉴, 引导学生思考的方式在逐步深入的过程中使学生思考掌握教材十分注意利用思考题习题等开拓学生的思维, 教材每章的思考题和习题不仅仅只是简单巩固已有内容, 有些是加深内容的理解, 有些是内容的延伸学校课程中心网站提供了一些讲座录像物性查询软件问答栏最新消息栏等都大大丰富了教学手段, 为初学者和工程技术人员自主学习提供了配套的教学资源课堂教学中对难点内容可前面预设伏笔, 以后反复加强, 前后呼应, 引导学生充分利用聪明才智去海阔天空地思考和讨论, 尤其加强复合传热问题的分析, 以使学生掌握解决实际传热问题的基本能力, 而不是只掌握大量的传热学概念, 避免学生考试之后全部忘掉 5

6 课堂教学流程设计框图上课前次课内容回顾或作业讲评本次课内容提要核心知识点重点难点讲授自学内容确定能力提高知识点能力训练例题提问讨论真知获得作业其它收益课堂总结本章结束否改进教学是本章知识小结下次课内容预告改进教学下课本次教学过程回顾 6

7 四考核及成绩评定方式成绩评定方式 : 作业和课堂测试 :20 分 Project 陈述 :20 分 Project 报告 :20 分同学对 Project 互评 :25 分出勤 :15 分五教材及参考书目教材 : 余其铮. 辐射换热原理哈尔滨工业大学出版社, 2000 参考书目 : ( 美 )R. 西格尔 (Robert Siegel),( 美 ) J.R. 豪厄尔 (John R.Howell) 著. 热辐射传热 ; 曹玉璋等译 ; 科学出版社,1992 谈和平, 夏新林, 刘林华和阮立明编著. 红外辐射特性与传输的数值计算计算辐射学. 哈尔滨工业大学出版社,2006 7

课程代码及名称: ME 300 工程流体力学

课程代码及名称: ME 300 工程流体力学课程代码及名称 : ME6021 计算机图形学导师 : Peizhong Yang, Dan Jiang 必修 / 选修 : 选修授课方式 : 1. 普通授课 2. 课堂练习与讨论考核方式 : 1. Homework:30% 2. Course Design: 30% 3. Exam: 40% 学分 : 3 授课语言 : 中文开课时间 : 秋季学期先修课程 : Linear Algebra