传热学本科生教材40年的变迁及其对我们的启示.ppt

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1、“传热学”本科生教材40年 的变迁及其对我们的启示 陶文铨，何雅玲，李增耀，唐桂华 西安交通大学,微型换热器,2004-10-28 上海,目 录 一、引 言 二、近40年内世界科技领域的八大事件及其对 传热学教材的影响 三、近期欧美传热学教材编写风格以及教学辅助 材料的演变 四、40多年来本科生传热学教材内容的进一步严 密与完善 五、对未来数年内本科传热学教学的思考,1,一、 引 言,2,由于在自然界以及各种工程领域中无处不存在温差，因而无处不存在热量传递现象；使得传热学与工业生产和日常生活的关系特别密切。 工业生产和科技领域的发展需求是传热学发展的根本动力，传热学研究的成果又推动了工业技术的

2、发展。 因而传热学的基本原理虽然形成了近一个世纪，但直至今日仍然是热科学乃至整个技术科学中十分活跃的学科。,笔者所能得到的这一时期内出版的国内外的教材有34种，大致可分为三个时间段： 前期教材20世纪60年代左右的教材： 1 Miheev M A. Fundamentals of heat transfer (In Russian) . 3rd edition. 1956. 2 杨世铭，陈大燮编，传热学，北京：中国工业出版社，1961 3 Grober H, Erk S, Grigull U. Fundamentals of heat transfer. 1961 4 Kutateladse

3、S S. Basic theory of heat transfer (In Russian). 1962 5 Hsu S T. Engineering heat transfer. 1963 6 Shorin S N. Heat transfer (In Russian). 1964,中期教材：介于19651995的教材,7 Holman J P. Heat transfer (4th edition). New York: McGraw-Hill Book Company, 1976 8 威尔蒂 J R著，任泽霈 罗棣庵等译. 工程传热学. 北京：人民教育出版社1982（原书出版于1978

4、年） 9 苏塞克J. 传热学.俞佐平等译.北京：高等教育出版社，1980 10 Thomas L C. Fundamentals of heat transfer. New Jersey: Prentice Hall, Inc., 1980,292 11 杨世铭主编. 传热学. 北京:高等教育出版社，1980 12 Lienhard J H. A heat transfer textbook. New Jersey: Prentice Hall, Inc., 1981 13 伊萨琴科 等著. 传热学. 王丰等译. 北京：高等教育出版社，1987（原版教材出版于1981） 14 Todd J P

5、, Ellis H B. Applied heat transfer. New York: Harper & Row, Publishers, 1982.330-331 15 Chapman A J. Heat transfer. 4th edition. New York: Macmillian Publishing Company, 1984 16 White F M. Heat transfer. Reading: Addison-Wesley Publishing Company, 1984 17 Incropera F P, DeWitt D P. Introduction to h

6、eat transfer. New York: John Wiley & Sons, 1985 18 Kreith F, Bohn M S. Principles of heat transfer. 4th edition. New York: Harper & Row, Publishers ,1986 19 杨世铭编. 传热学（第二版）. 北京：高等教育出版社，1987 20 程尚模主编. 传热学. 北京：高等教育出版社，1990 21 章熙民，任泽霈，梅飞鳴. 传热学（新二版）. 北京：中国建筑工业出版社，1993 22 Bejan A. Heat transfer. New York:

7、 John Wiley & Sons, Inc., 1993. 6-7 23 Mill A F. Heat and mass transfer. Chicago：IRWIN, 1995,近期教材90年代末21世纪初的教材,24 Incropera F P, DeWitt D P. Introduction to heat transfer. 3rd edition, New York: John Wiley & Sons, 1996 25 Cengel Y A. Heat transfer, A practical approach Boston: MCB McGraw- Hill, 1998

8、 26 杨世铭，陶文铨编著. 传热学（第三版）.北京：高等教育出版社，1998 27 Baehr H D, Stephan K. Heat and mass transfer. Berlin: Spring, 1998 28 Hagen K D. Heat transfer with applications. New Jersey: Prentice Hall, 1999 29 Rolle K C. Heat and mass transfer. New Jersey: Prentice Hall, 2000 30 Holman J P. Heat transfer (ninth editi

9、on). Boston: McGraw-Hill, 2002 31 Incropera F P, DeWitt D P. Fundamentals of heat and mass transfer (5th edition). New York: John Wiley & Sons. 2002 32 赵镇南编著. 传热学.北京：高等教育出版社，2003 33 Cengel Y A. Heat transfer, A practical approach. (2nd edition). Boston: MCB McGraw-Hill, 2003 34 Lienhard J H, , Lienh

10、ard J H, . A heat transfer textbook, 3rd edition, Cambridge: Phlogiston Press,2003,二. 近40年内世界科技领域的八大事件及其对传热 学教材的影响,2.1 70年代的世界能源危机促进了强化传热的研究 发生于70年代的能源危机对世界的经济发展是一次大冲击。迫使人们尽力减少石油与其它二次能源的消耗，客观上极大地促进了强化传热技术的研究其实质是探求在消耗一定的能量条件下尽可能多地传递为某种过程所需的热量。 根据Bergles 这个时期世界范围内关于强化传热研究论文的数量急剧上升（图1）。,这一事件使传热学教材对强化传热

11、技术给予了更多的关注。,图1 强化传热研究文献年度统计,早期教材中几乎没有出现“强化传热” 的术语，文献1,2 中提出了“传热的增强”的概念，但仅限于分析强化传热过程首先要强化热阻大的一侧的换热过程，还未对强化传热的技术开展阐述。 中期教材的Kreith 教材（1986）已经将Augmentation 列入主题索引；在1993年出版的Bejan的教材中则更加开宗明义地提出研究传热学的主要任务是（1）热绝缘；（2）强化传热；（3）温度控制，非常精练地道出了近代传热学的研究的基本命题； 在Incropera、DeWitt 教材中的85年版本正文中已经有这方面的阐述，但未列入主题索引，在2002年版

12、本 中， 则已将enhancement surfaces 列入主题索引。,3,2.1 核能工程的发展促进了多相流传热研究的蓬勃兴起 气液两相流的研究在20世纪5060年代核反应堆开始较大规模地应用于民用动力工程事业时进入蓬勃发展的时期（为了保证核反应堆的合理设计以及安全运行）。核能工业以及大型火电站的发展，使传热学中关于管内沸腾的内容得到更多的重视。在早期的传热学教材中虽然已经引入了管内沸腾的概念，但没有介绍流型以及传热特性如何随着流型而变化的情况。在本科生的传热学教材中从热交换的机理出发，阐述随着流型的不同而引起传热特性的变化已是近期大多数传热学教材所普遍采用的。象图2这样的图示在早期的传热

13、学教材中是不可能有的。,4,图2 管内沸腾,5,2.3 电子器件冷却技术发展为传热学提供了许多强化换热的实例 电子技术是迄今为止世界上发展最为迅速的技术领域。芯片上集成的晶体管数目、主频以及芯片功率随年份的变化迅速增加(3，4，5)。由于功率不断增加，使电子器件的冷却成为目前IT 工业的瓶颈问题之一，由于温度超标而失效成为电子器件失效的主要原因。因此从20世纪90年代起，电子器件冷却技术的研究广泛受到重视，给传热学教材提供了大量具有实际意义的例题与习题，这方面以Incropera/DeWitt 以及 Cengel 的教材最为明显。,6,7,图3 芯片技术的发展及冷却问题图示,图4 芯片技术的冷

14、却,2.4 计算机与信息产业的发展为数值模拟以及教学资 源的开拓提供了物质基础,计算机工业的发展对传热学教材的直接影响是使得传热问题的数值计算普遍被中近期教材采纳为一个重要的内容，代替了早期教材中的图解法等。当计算机求解方法刚引入时，普遍附以程序。教学实践证明，关键是建立离散方程的方法以及代数方程的求解方法，至于程序本身因为与高级语言有关，没有必要附入。Lienhard父子在2003年的教材中仍对数值计算只字未提，只能看成是一个特例。,图4 Schmidt的图解法,至于数值求解的内容，则所有近期教材均限于导热问题，这是由于对流换热的数值模拟涉及到许多算法方面的问题，在本科生的传热学教材中不宜展

15、开。作者在1991年就提出了在我国高等学校中进行传热与流动问题的数值模拟分层次教学的设想并编著出版了三个层次的教材。十余年来的实践证明，这一构思是切合我国的实际情况的。,本科生,硕士生,博士生,2.5 航天航空事业的发展增强了辐射换热、超级绝热材料和热管的内容 70年代世界航天事业的兴起大大促经了传热学的发展：从火箭发动机与叶片的冷却，航天器的热控制，到重返大气层时的热防护等一系列与传热有关的研究均取得了长足的进步。 在太空中辐射是物体向太空散热的唯一方式。世界辐射换热名著的作者Siegel与 Howell，就是美国NASA的科学家。航天事业的发展使各种表面形状与相对位置间的角系数计算成为一项

16、重要的研究内容，也使本科传热学教材中辐射角系数计算的份量有所增加。初期教材如德国Grober等的传热学中辐射换热部分没有提出角系数的概念；到了中后期的教材，空间不同位置与形状的两表面间角系数计算就大为强化。,图5 航天器发射前与回收后,超级保温材料在航天事业中应用甚广。著名传热学家田长霖教授就对此做过重要贡献，1973年他首次访问大陆时在上海科学会堂做的学术报告就是关于超级绝热材料的。这为抽真空的多层遮热板热绝缘技术提供了很好的应用实例。 热管的概念虽然在1942年就已经由Gaugler提出，但是因为找不到应用场合而没有得到重视，60年代初开始被应用于航天器的温度控制得到蓬勃的发展。目前热管的

17、内容几乎是任何一本近代传热学教材都要介绍的，有的教材中则连热管的声速极限、携带极限和沸腾极限都作了介绍。,图6 热管冷却卫星壳体的效果,图7 航空发动机冷却系统,图8 叶片冷却示意图,2.5 全球日益严重的环境问题对传热学教学内容的影响,世界经济的迅速发展给全球环境造成了严重的损害：南极臭氧层空洞日益扩大，全球变暖、物种灭绝加速。气温每上升 就使一 个物种灭绝。北冰洋冰层厚度已经比上世纪80年代的4.88米下降了2.13米。如此严重的环境问题是任何一本严肃、科学的传热学教材不能不予以关注的。 在传热学教材中有以下几种处理方式：（1）在阐述气体辐射的选择性讲授温室效应以及CO2等气体排放造成的影

18、响；(2) 在习题与例题中引入替代工质的相变换热计算;(3) 列出专节予以重点叙述，例如Lienhard 父子的教材。,图9 美国航天局给出的南极臭氧层空洞照片,图10 严重的干旱造成物 种灭绝,图11 Lienhard父子传热学教材中的插图,2.5 可持续发展战略及新能源与可再生能源的开发与传热学的关系 世界性的化石燃料的日渐枯竭，环境问题的日益严重引起了世界各国的关注。我国政府在1994年编制的“中国21世纪议程”中指出：走可持续发展道路是中国在未来几年和下一世纪发展自身需要的必然选择。在我国能源发展的中长期规划中，制订了以节能为主以及发展新能源与替代能源的政策。 首先执行可持续发展战略和

19、节能为主的方针，要求对传热强化技术予以足够的关注，同时在介绍强化对流换热的技术时，必须指出，任何强化技术都会引起流动阻力的增加；只有那些按照一定的约束条件（如泵功一定，压降一定）的技术才能节能；,其次在开发新能源与替代能源中的传热问题应当引起我们的重视（燃料电池，太阳能)。其中最可以引入教材的是太阳能利用中的传热问题。太阳能作为一种无污染、可再生的能源，已经在世界范围内得到广泛的应用，尤其是太阳能集热器。太阳能存在着能流密度低以及不能维持常量的缺点。要有效合理地利用太阳能以及其他能源（例如地热），传热学可以发挥重大的作用。从传热学教学的角度，太阳能集热器是一个非常好的综合例题，它既贴近学生的日

20、常生活，又能带出多个传热问题:,图12 PEMFC的电化学反应示意图,8,图13 太阳能集热器,图14 在楼宇顶面的太阳能集热器,封闭腔辐射换热,选择性涂层,保温层散热,肋壁温度场分析,有限空间自然对流,图15 太阳能耐集热器传热问题,随着家用空调的普及空调系统节能程度成为全世界空调厂商吸引顾客的一个重要指标，使家用空调中的两器冷凝器与蒸发器传热强化的研究呈现常兴不衰的势头：空气侧的翅片，由平片、波纹片、到开缝片；对于水制冷剂的传热过程，已经有单纯考虑制冷剂侧外部相变的强化发展到制冷剂侧与水侧同时强化，即双侧强化（double-enhanced），为我们提供了强化传热要抓主要矛盾的一个范例。,

21、(a)平片,(b)波纹片,(c)开缝片,图16 空气侧强化换热翅片的演进,图17 沸腾换热双侧强化管,(a)二维微肋管 (b) 三维微肋管 图 18 家用空调器中采用的微肋管（管子内直径9mm）,2.5 MEMS技术与纳米技术的兴起对传热学教材的影响,上世纪末随着许多高新技术的发展，涌现出了很多空间上微细化（从毫米级到微米，从微米到纳米）以及时间上的极短暂热量传递过程，出现了微机电系统技术（MEMS）、纳米技术以及激光脉冲加热、激光武器等新技术，由此为传热学开辟了一个崭新的领域微米纳米传热学，使传热学的研究范围从空间到时间均跨越了20数量级。由此引起的对传热学发展的长期影响目前还难以完全估量。

22、,图 19 传热学研究问题跨越的空间尺度范围,图 20传热学研究问题跨越的时间尺度范围,三近期欧美传热学教材编写风格以及教学辅助材料 的演变 3.1 教材编写风格、体例的演变,美国工程教育曾有过争辩，双方各持一种理由：一方认为美国的大学教学过于偏重理论及机理的教学而忽视了工程应用，提出了所谓“回归工程”的说法；而另一方则认为对原理与基本概念的理解正是对各种设备、系统进行正确运行和发展新工艺所必须的。当时Purdue 大学的两位教授，Incropera 与DeWitt正在修订他们的名作，他们在前言中写道：我们对两种意见都同意：我们一方面要对学生加强工程训练，同时使学生对基本原理有较好地理解也是十

23、分重要的。两个方面不是互相排斥，而是相辅相成的。,在这样的思想的指导下，以他们编著的教材为代表，在内容组织与编写体例上与早期和中期的教材相比都发生了明显的变化 ：,（1）论述由浅入深、由简到繁，系统性与科学性进一步增强。 为了做到这一点，除了作者们精心选择例题作为讲授基本原理载体以外，在写作上一般每章开始阐述本章的教学目的，结尾进行简要的总结（Summary），并且一般做到不是简单地重复本章中已经介绍的内容。,（2）规范解决问题的思路与科学方法。 由于解决实际复杂工程问题时一般都要经历进行合理简化以建立起物理模型，根据基本守恒原理建立起数学模型，然后求解并所得到的解这样的总体步骤。,（3）注重

24、学生应用能力与创新能力的培养。 大致有以下一些方式来实现这一目标：1）从工程实际问题或日常生活中精选出一些题目作为例题或习题，例如上文提到的IBM公司的导热模块分析；2）在每章习题中增加“设计及论文题”，或者引入一些所谓没有唯一解的题目（open-ended problems）, 例如Holman 的第9版就增加了大约100多道这样的题目。,（4）有大量的来自不同工程领域与日常生活的习题与例题。 这是近年来欧美教材的一种变化趋势，例如24 中有1127个习题，在25中有1707题，其中基本内容部分为1275题，在31中有1415题。这些题目中除了少量是复习基本内容以外，不少是从各种工程领域和日

25、常生活中提炼出来的。,（5）插图丰富，具有趣味性与启迪性。 这尤以25,33 最为突出。为了说明污垢热阻的影响，给出了下左图所示的照片，用下右图表示人体散热的大致情况。,图21 过热器管子上的积灰 图22 夏天人体的散热示意图,3.2 教学辅助材料的演变 美国教材历来配有内部发行的题解，近期教材又增加了：1）电子版本；2）计算机解题软件。例如31就有“交互式传热学”（Interactive heat transfer, IHT）以及“有限元传热学”（Finite element heat transfer，FEHT）两种解题软件。在IHT中有前处理，解题器与后处理三部分，用于求解教材中需要用计

26、算机求解的问题，而FEHT则采用有限元法来求解一维和二维的稳态与非稳态导热问题。,四40多年来本科生传热学教材内容的进一步严密与 完善,在20世纪50年代，传热界对于加热表面上什么地点是最有利的气化核心尚无明确的认识。 1959年Labuntzov 指出加热面的凹坑、刻缝是最有利于成为气化核心的地点。1973年西安交大热工教研室的实验发现，在光管外包一层金属丝网的管子可使沸腾得到成倍强化，可惜因未能成功地解决制造工艺问题而没有付之实用。 1975年日本公司开发出了Thermoexcel-E 型沸腾换热强化管，充分利用了这一思想。从气化核心问题到多种商用沸腾换热强化表面的开发给我们一个重要的启示

27、：看来似乎是一个纯学术问题，一旦研究清楚并变成生产力，会产生巨大经济效益。,4.1 表面的微小突起与尖峰是强化膜状凝结换热的有效技术 膜状凝结的主要热阻在液膜，减薄液膜可强化凝结换热，这在早期传热学著作中都已明确，但表面上的尖峰可以减薄液膜，所有的早、中期教材中都未提出。这一强化技术是从制冷机冷凝器的改革发端的。在卤代烃制冷剂冷凝器中早就采用整体式低肋管。早期的研究认为肋片只起到增加面积的作用，6070年代的凝结换热对比实验确认，肋片不仅增加了传热面积而且还强化了凝结换。1973年上海冷气机厂试制成功我国第一台高效整体式低肋管冷凝器 ，其铜管耗量较老产品减少了2/3，获得了1978年全国科学大

28、会奖。,在该项目的总结论文中，分析了表面尖峰处表面张力使液膜减薄的原因。 图23 肋表面上表面张力作用分析,按笔者的看法，“强化膜状凝结就要减薄液膜厚度、尖峰可以有效地减薄液膜厚度；增加气化核心可以强化沸腾换热、表面凹坑有利于形成气化核心”，应当成为本科生相变换热教学中强化换热的基本原则而予以强调。,但目前本文所引的国内外的近期教材中只有个别教材对凝结换热的强化技术作了介绍，而文献某些教材中没有引入凝结换热的上述强化技术，不能不认为是一种欠缺。,4.3 Heisler图适用于Fo大于一定值后的全部Fo数范围 在传热学非稳态导热正规状况法（西方教材称为单项逼近法，或充分发展阶段）的适用条件上，教

29、材9曾经认为Heisler 图除了Fourier 数小于0.2 时不能使用外，当Fo趋近无限时也不能使用，理由是当Fo趋近无限时，物体各点的温度应趋于一致，而Heisler的辅图则表明，物体中各点温度永远存在差异。这一观点显然不妥。当时间趋于无限时，物体中各点的过余温度均趋于无限小，但是无限小本身仍有数量级的差别，因此各点过余温度的比值仍然保持为定值。,4.1 Gnielinski 公式是精确度高、适用范围寛的管槽内湍流对流换热关联式 管内湍流对流换热的计算关联式可以说是本科生传热学中一个最基本的关联式，使用最广泛的大概是：,我们推荐使用Gnielinscki公式：,4.4 固体表面间的辐射换

30、热必须以封闭腔为计算区域 组成封闭腔的固体表面间的辐射换热是本科传热学辐射部分的主要教学内容。计算的重点是每个表面的净辐射换热量。在早期与部分中期的国内外教材中，往往没有强调由于辐射换热的特殊性，计算固体表面的辐射换热时，计算区域必须是包含感兴趣表面在内的封闭腔，而且常常将对于封闭腔推导得到的结果不适当地推广到空间任意两个不组成封闭腔的表面之间。文献67专门对此进行了讨论。在近期的教材中这样失误已经少见，并且特别强调了封闭腔计算区域的概念。,五. 对未来数年内本科传热学教学的思考,5.1 高等学校不同层次传热学教学的主要内容（目的与宗旨） 大学传热学教学有三个层次：（1）本科传热学，讲授传热学

31、的基本概念，求解导热、对流换热过程温度场的基本数学描写，相似理论和以实验为主得出的研究结果,辐射换热计算以及换热器的热设计方法；（2）研究生传热学（高等传热学），以介绍传热问题分析解以及基本理论为主（3）研究生的计算传热学（或数值传热学），介绍求解导热物体的温度场、流体流场与温度场的数值方法，以及辐射换热的数值方法。简言之，本科传热学、研究生高等传热学和数值传热学分别以实验方法和结果、分析方法和结果以及数值计算方法和结果作为各自的主要教学内容。,5.2 近5年内本科传热学教学可以考虑的新内容,（1） 用Campo方法替代HeislerGrober 图 Heisler Grober图线的缺点：1

32、）当计算工况的参数不与图中给出参数一致时，插值引起的误差较大；2）对于应用乘积解法确定为实现某个过程所需的时间时，要采用迭代解法；3）无法纳入到计算程序中去。1997年由美国Idaho大学Campo教授提出的近似解析表达式基本上克服了上述缺点，尤其是对于采用乘积解法确定所需时间时，不需要迭代。其计算精度基本与采用HeislerGrober图相当，值得推广。,（2）采用自然对流流态转变的新判据 大空间自然对流流态的判别历来采用Rayleigh 数为依据。 1994年杨世铭教授通过物理机制以及实验数据的细致分析，提出应该以Grashof数为判据的观点，几年来得到越来越多的支持。近期教材中，Ceng

33、el 与Hagen均明确指出：自然对流的Grashof数与强制对流的Reynolds 相当，因此流态判别应该是Grashof 数。笔者认为，这正如液态金属的管内强制对流换热的关联式一般都表示成的形式，但是作为流态判别仍然是Reynolds数而不是Peclet数 一样，流体自然对流层流与湍流的判别依据是Grashof数，并且应当引入我们的教材。,（3） 引入非Fourier导热与不连续介质概念 随着微米纳米传热问题研究的深入及其在高新技术中的应用，在本科传热学教材中适当介绍有关内容已经势在必行。 在导热部分指出Fourier 定律及相应的导热微分方程的适用范围，在对流换热部分的数学描写中指出连续

34、介质假设和速度无滑移边界条件的适用范围。教师在讲授时可以根据自己了解的情况给出一些例子，既拓宽知识也可以激发学生的兴趣。,（4） 介绍强化单相对流换热的根本机制 强化传热技术的研究虽然已经经历了近半个世纪，但关于强化传热技术的基本机理却没有一个统一的认识。在单相对流换热的范围内，减薄热边界层和增加流体中的扰动都可以强化换热，现在广泛采用的单相对流强化换热表面也都是按照这样的思路设计的。 现在要问：减薄热边界层厚度与增加流体中的扰动之间有什么内在关系，其共同的本质是什么？这个问题直到上世纪末才由我国学者过增元教授给出了明确的答复。,将边界层型的对流换热能量方程对热边界层厚度作积分， 其中： 是固

35、体表面上流体与固体之间所交换的热流密度，即对流换热量。 根据矢量的运算规则，有 可见在一定的速度及温度梯度下，减小两者间的夹角 是强化传热的有效措施。这基本思想以后发展成为“场协同原理”(field synergy principle)，夹角称为协同角。,本课题组在近5年内在场协同原理的论证、推广和应用方面作出的工作有： 1）论证了场协同原理对于椭圆型流动的换热也是正确的； 2）用数值计算揭示了场协同原理可以将文献中现有的强化机理 统一起来： 3）用数值计算证明了场协同原理对于湍流也是成立的； 4）证明了场协同原理对于非稳态过程也是成立的； 5）将场协同原理推广到一般的迁移与能量转换过程，指出

36、只要 过程的结果量是以两个矢量的点积来表示的，则场协同原理 均适用； 6）应用场协同原理提出了翅片开缝要前疏后密的原则，并经实 验测定证实了这一思想。 论文已先后在6种国际杂志发表或被接受。,5.3 我们如何面对急速膨胀的知识体系 最近40年内，应当在本科生传热学教学中有所反应的知识体系急剧膨胀，而教学的学时则受到严格限制，如何处理这对矛盾是当前我们面临的重要问题。根据笔者的初步探索，可以从以下几方面入手：,（1） 及时删节一些陈旧的或不能适应新形势的内容 例如计算一维非稳态导热的Heisler-Grober 图线用Campo 的简化分析式代替。,（2）例题与习题是拓宽应用领域、引入结合工程实

37、际问题的入口 作为拓宽知识面的某些内容未必都要在正文中或课堂上讲授，而是可以通过例题与习题来完成，这是不少近期教材采用的方法。,（3）适当使用多媒体是扩大信息量的有效手段 每章的总结可采用多媒体教学，除了简要总结本章内容外，还可以引入不少结合工程实际的例子、照片，是拓宽学生视野，增强学生的工程观点，扩大信息量的有效方法。,（4） 开设专题讲座是引进新知识的好方法 1984年在美国ASME的全国传热学会议上，Eckert，Incropera和Lienhard三位教授被邀在主题为“传热学教学”的讨论会上发言。Eckert教授在谈到“Future trends” 时第一句话就是：“教材的缺点是一旦印

38、出，内容就冻结来了，而讲座则永远是活的而且年年变化”。部分新的内容可以通过讲座向学生传授，这既符合个性培养的要求，又与因材施教一致。笔者曾经在西安交通大学为学生开设了题为“热流科学漫谈”的系列讲座，内容包括：,1）电子器件冷却技术； 2）强化传热的本质是什么？ 3）微尺度传热与流动简介； 4）21世纪的能源问题； 5）传热学在工程技术中的应用 普遍得到学生的欢迎。,（5）改革教学环节，以撰写课程论文作为课程考核的一部分 我们曾经连续两届在一个传热学教学的大班中采用撰写小论文作为课程考核的一部分，受到学生的热烈欢迎。学生在课程论文末尾表示：“这是进入大学以来第一次自己写论文，”，“我认为这样的论

39、文，不仅锻炼了我们用书本知识解决实际问题的能力，业培养了我们思考问题、处理问题的技能”。 2003年我们提出的课程小论文参考题目如下：,（1）地球的温室效应分析：原因及其对策。 （2）电工学中-形接法与Y-形接法在辐射换热计算 中的应用。 （3）试论非稳态导热Heisler图的适用范围。 （4）空气强制对流冷却电子器件的计算方法。 （5）两层抽气遮热罩的传热分析。 （6）计算多表面辐射换热的程序开发与计算实例。 （7）超级保温材料在航天技术中的应用。,（8）传热问题的样谬Mpemba现象分析讨论。 （9）双 层玻璃窗的隔热效果分析。 （10）空间辐射制冷器工作原理分析及其应用。 （11）Pla

40、nck 建立黑体辐射按波长分布定律的过程及对我 们的启示。 （12）微尺度流动与传热问题初探。 （13）机械工业中热传递现象的普遍性和重要性的分析。 （14）最佳肋片几何尺寸的确定。 （15）你自己认为有意义的传热问题分析和讨论。,（6）组织学生课外科技活动是使部分学有余力学生拓宽知识面、培养创新精神的好方式 笔者曾经在所教课的大班中组织过学生课外科技活动小组，报名参加者十分踊跃，分成了： 换热器测试； 温度场的光学演示； 燃料电池； 热声制冷现象演示等小组， 每周活动一次，研究生与实验室工程技术人员协助指导，收到了良好的效果。,六.结 论,(1) 40年的变迁说明传热学是热流科学中最活跃的分

41、支学科：工业生产和科技领域的发展需求是传热学发展的基本动力，传热学研究的成果又推动了工业技术的发展。因而传热学的基本原理虽然形成了近一个世纪，但直至今日仍然是热科学乃至整个技术科学中十分活跃的学科。,(2) 由于传热学与工程应用之间的密切关系，适时地在课堂教学和教材中反映有关传热学的发展与变化，引入结合工程实际的例题与习题不仅能使学生更深刻掌握传热学的基本原理，而且是培养学生解决实际问题能力、保持传热学课程的生命力、使课程内容与时俱进的重要途径。,(3) 鉴于全世界能源供应的状态和我国中长期能源发展规划，强化传热技术（包括热绝缘技术）应该成为本科传热学教学的一条主线，在导热、对流、辐射与换热器

42、四块知识结构中都有所反映，教材编写与课堂教学应该对此予以足够的重视。,(4) 面对当今知识的急剧膨胀，本科生传热学教学要通过多种方式适应形势的发展：除课堂讲授外，多媒体演示、科技讲座、学生科技活动 以及以撰写小论文作为课程考核的部分内容等，都是可以尝试的方式。这些方式也为学生个性发展、培养创新精神提供了机会。,致 谢 本文中提到的一些教学改革尝试和调查研究得到下列项目的支持： （1） 教育部“世行贷款项目”能源动力类人才培 养方案改革研究与实践； （2） 教育部教改项目能源动力学科专业发展战 略研究； （3） 西安交通大学教改项目传热学精品课程 特此一并致谢。,下一步该怎样走？从学术上需要有更高层次的理论与研究方法来指导。 研究跨尺度模拟原理与高效方法是重要途径之一。 微纳米传热学的发展更需要研究跨尺度的模拟问题。,29,同舟共济 渡彼岸!,36,