传热与燃烧 课程教学大纲 课程基本信息 (Course Information) 课程代码 (Course Code) AV305 * 学时 (Credit Hours) 48 * 学分 (Credits) 3 * 课程名称 ( 中文 ) 传热与燃烧 (Course Name) ( 英文 )Heat Transfer and Combustion 课程性质 (Course Type) 专业必修课 授课对象 (Audience) 授课语言 (Language of Instruction) * 开课院系 (School) 先修课程 (Prerequisite) 授课教师 (Instructor) 航空航天专业本科生中文航空航天学院工程热力学 空气动力学 课程网址 (Course Webpage) * 课程简介 (Description) 本课程为航空航天工程专业重要的技术基础课, 本课程的任务是使学生掌握传热 与燃烧的基本规律和研究方法, 初步学会用这些理论和方法去分析 解决实际问 题, 为学习一系列后续课程和相关的科学技术打好基础 * 课程简介 (Description) This is an important course for students whose specialty is aerospace engineering. The basic concepts and principles of heat transfer and combustion will be given to the students. 课程教学大纲 (Course Syllabus) * 学习目标 (Learning Outcomes) 本课程为航空航天工程专业重要的技术基础课 本课程的任务是使学生掌握传热 的基本规律和研究方法, 初步学会用这些理论和方法去分析 解决实际问题, 为 学习一系列后续课程和相关的科学技术打好基础
* 教学内容 进度安排及 要求 (Class Schedule & Requirements) 教学内容学时教学方式作业及要求基本要求考查方式绪论 : 热量传递的三种基本方式 --- 导热 对预习 阅 3 课堂授课每周作业流 辐射, 传热读课本过程和传热系数, 单位制 导热基本定律 : 傅立叶导热基本定律, 导热微预习 阅 3 课堂授课每周作业分方程式, 初始读课本条件及边界条件 稳态导热 : 通过平壁, 圆筒壁, 球壳的导热, 表预习 阅 3 课堂授课每周作业面有散热长杆读课本的导热, 接触热阻及形状因子 非稳态导热 : 非稳态导热的基本概念, 第一类边界条件下的一维非稳态导热, 伴有相变边界的一维非稳态导热, 第三类边界条件下的一维非稳态导热, 二维及三维预习 阅 3 课堂授课每周作业非稳态导热问读课本题的求解, 内热阻可以忽略的非稳态导热问题的求解 --- 集中参数法, 不同形状物理加热冷却速度的比较, 集中热源作用下的非稳态导热 导热问题的数预习 阅值解法 : 稳态导 3 课堂授课每周作业读课本热有限差分方
程, 非稳态导热 有限差分方程, 边界条件, 差分 方程的求解 对流换热 : 牛顿 冷却公式和表 面传热系数, 影 响对流换热的 因素, 对流换热微分方程组, 对流换热的无量 8 课堂授课每周作业 纲准则, 自然对 流换热的计算, 强制对流换热 的计算 辐射换热 : 热辐 射的基本概念, 热辐射的基本 定律, 黑体间的辐射换热计算, 角系数, 灰体间 6 课堂授课每周作业 的辐射换热计 算, 气体辐射, 火焰辐射 复合换热与传 热 : 复合换热, 传热过程及其计算, 换热器传 3 课堂授课每周作业 热的平均温差 燃烧的化学热 力学 : 基本知 识 : 要点 : 生成 焓 反应焓 燃 烧焓 ( 燃烧能 ) 与燃料的热值 高热值与低热值之间的定义及相互关系 燃 烧所需的空气 量及燃烧产物 组分的计算 过 量空气系数 浓 度 当量比 难 点 : 不完全燃烧
时的空气量与 燃烧产物组分 的计算 燃烧与化学平 衡要点 : 化学反 应速度 化学平 衡的概念 自由 焓与自由能 自 由焓与化学平 衡的关系 化学 平衡常数 k c 与 k p k x 与标准反 应自由能的关 系 反应度与平 衡常数的关系 难点 : 非绝热火 焰温度与绝热 火焰温度的计 算方法 燃烧中的化学 问题 : 要点 : 质 量作用定律 反 应分子数与反 应级数 反应级 数的确定方法 及半衰期 比反 应速度常数 k n 与 Arrhenius 的反应速度表达式 ( 反应速度的 碰撞理论, 活化 络化物的概 念 ) 难点 : 热 爆炸理论 链反 应 分支链反 应 燃烧半岛 烃类燃料燃烧 的链反应过程 燃烧中的物理 问题 : 要点 : 分 子传输方程 (Newton 粘性 定律 Fourier 热传导定律及
Fick 质量扩散 方程的统一表 达式 ) 基本守 恒方程 ( 质量守 恒 能量守恒 动量守恒 组分 守恒 ) 稀有气 体的动力学理 论 ( 扩散系数与 分子运动理论 的关系 ) 流动 边界与热边界 层 ( 边界层内的 传热及摩擦系 数 ) 湍流的尺 寸及强度概念 难点 : 斯蒂芬 流, 组分守恒方 程 着火与燃烧界 限 ( 化学动力学 控制的燃烧现 象 ): 要点 : 燃 烧现象的分类 ( 预混合及扩 散燃烧 定置火 焰及行进火 焰 ) 着火爆炸 与熄火现象为 化学动力学控 制的燃烧问题 自燃与引燃 引 预习 阅 读课本 燃成功条件 热 球点火与火花 点火问题 ( 热球 点火的最小尺 寸及火花点火 的最小点火能 问题 ) 燃烧界 限的影响因素 难点 : Semenov 的自 燃理论
预混合气体的 燃烧 : 要点 : 爆 燃与缓燃 ( Releigh 及 Hugoniot 曲线 图 ) 缓燃的火 焰结构及燃烧 速度 可燃混合 气燃料组分 热 力学参数 来流 速度及添加剂对燃烧速度的 影响 火焰的稳 定问题 ( 吹熄与 回火 火焰的锚 定问题 ) 难点 : 湍流预混合火 焰的传播理论 (Damrohle 及 Karlovitz 等湍 流火焰传播模 型 ) 液体燃料的扩 散火焰 : 要点 : 液体燃料的闪 点及着火点 单 油滴的蒸发 ( 稳 定状态球对称 的蒸发 ) 及蒸发 速度 液滴寿命 ( 蒸发系数及 蒸发时间 ) 的计算 火焰的位 置 燃料蒸汽 氧气 产物及温 度的分布 喷雾 燃烧的概念 难 点 : 有燃烧时的 单油滴蒸发燃 烧 蒸发燃烧速 度 蒸发燃烧时 间 气体燃料的喷射与燃烧 : 要
点 : 气体燃烧喷 射中的射流与 引射的机理 无 燃烧的平面及 轴对称喷射气 流 ( 温度场 浓 度场 速度场 ) 组分守恒方程, 火焰面的位置 计算, 燃料气及 产物的浓度分 布计算, 层流喷 射火焰高度的 计算 难点 : Bruke-Schumam 方程 ( 氧气浓度 对火焰形态的 影响及其计算 分析 ) 固体燃料的燃 烧 : 要点 : 煤的 生成和特性 固 体燃料煤的燃 烧过程 异相化反应后速度 固 预习 阅 读课本 体碳粒的燃烧 过程 难点 : 碳 球燃烧速度与 烧尽时间 * 考核方式 (Grading) ( 成绩构成 ) 平时作业 期末考试 大作业及设计报告 * 教材或参考资料 (Textbooks & Other Materials) 传热学基础, 第二版, 杨世铭编, 高教出版社 燃烧理论基础, 周校平 张晓男, 上海交通大学出版社,2001 其它 (More) 备注 (Notes)