《数值传热学》课程教学大纲 Numerical Heat Transfer（硕士）

武汉理工大学研究生课程教学大纲一、基本情况课程编号汽车工程学院开课学期第1学期00721215开课学院授课对象博士研究生口学术型研究生区专业型研究生口公共口专业课程类别中文数值传热学跨学科口学位课口课课程性质非学位课团名多媒体团称双语口英文NumericalHeatTransfer全英文团授课方式实验口其他口课程负责人李文浩职称讲师职工号10771E-mailliwh@whut.edu.cn联系电话18162616565职称学位任课教师1职工号E-mail联系电话其他教师（姓名，职务，学位、职工号）平时成绩50%，考核方式课程论文（报告）成绩比例学时学分数18学时/1学分课程论文（报告）50%二、先修课程流体力学，传热学。三、课程目的及要求

1 武汉理工大学研究生课程教学大纲 一、基本情况 课程编号 00721215 开课学院 汽车工程学院 开课学期 第 1 学期 授课对象 博士研究生□ 学术型研究生□√ 专业型研究生□ 课 程 名 称 中文 数值传热学 课程类别 公共□ 专业□√ 跨学科□ 课程性质 学位课□ 非学位课□√ 英文 Numerical Heat Transfer 授课方式 多媒体□√ 双语□ 全英文□√ 实验□ 其他□ 课程负责人 李文浩 职称 讲师 职工号 10771 E-mail liwh@whut.edu.cn 联系电话 18162616565 任课教师 1 职称 学位 职工号 E-mail 联系电话 其他教师（姓 名，职务，学 位、职工号） 学时学分数 18 学时/1 学分 考核方式 课程论文（报告） 成绩比例 平时成绩 50%， 课程论文（报告）50% 二、先修课程 流体力学，传热学。 三、课程目的及要求

数值传热学是对描写流动与传热问题的控制方程采用数值方法，通过计算机求解的一门传热学与数值方法相结合的交叉学科。通过对本课程的学习，学生应该在本科传热学的基础上进一步掌握比较系统的热物理过程数值模拟的基本理论知识，具有一定的用数值方法解决实际热物理问题的能力，并对该领域新的研究成果和发展有比较深入的了解。本课程能够为学习其它专业知识和开展课题研究提供必要的理论基础，也是培养、提高研究生分析和解决实际问题的重要环节之一。具体要求：·深入地了解和掌握传热过程有限差分解法的基本原理、算法及计算过程中的应注意的环节；·透彻掌握复杂热传导问题和对流换热问题的数值计算方法，对典型问题能熟练地进行计算。系统掌握对流一扩散方程的差分格式，能熟练地应用通用化公式；·对SIMPLE算法和SIMPLER算法有一个比较完整的了解，掌握基于SIMPLE算法的二维流动与传热问题的通用计算程序，并能用于有关实际热物理过程的计算；四、课程内容及学时分配课程内容：绪论：对于热物理过程预测方法的分类及特点的论述，指出数值计算与实验研究的结合是解决热物1、理问题最有效的手段。简介计算传热学当前的发展方向2、热物理过程的数学描和微分方程。介绍控制方程简化的主要方法。3、离散化方法：介绍节点控制节！网格线等儿何要素，控制方程的离散化方法中重点介绍泰勒级数导热为例，讲述控制容积法的一般步骤。4、热传导问题的数值解法：重要内容，构成完整的离散方程。推导过比热维非稳态导热方程的离散方程的并从物理意义上阐明三种典型差分格式的区别。介绍代数方程的几种主要迭代解法握并能熟练应用5、对流一扩散方程差分格式：推导对流一扩散方程的离散方程。介绍儿种可能的解决方案及特点。对于通用化公式，要求学生掌握结论并能应用。着重于系数特性的分析，6、流场的计算：强调流场的确定是求解对流换热问题的关键，指出非边界层型流场的椭圆型性质。讲清楚数值求解控制方程的两个困难（不合理压力场的检测和u、v、p代数方程的求解）产生的原因。介绍交错网格的基本原理和压力修正法，介绍SIMPLE算法，要求学生掌握该算法的计算步骤。7、综合应用举例：针对实际问题，运用数值传热学方法及配套数值计算软件进行求解，让学生了解热物理问题数值求解的流程和技巧。学时分配：一、绪论及热物理过程的数学描述：2学时二、离散化方法：2学时三、热传导问题的数值解法：4学时四、对流一扩散方程差分格式：4学时五、流场的计算：4学时六、综合应用举例：2学时五、课程重点及难点2

2 数值传热学是对描写流动与传热问题的控制方程采用数值方法，通过计算机求解的一门传热学与数 值方法相结合的交叉学科。 通过对本课程的学习，学生应该在本科传热学的基础上进一步掌握比较系统的热物理过程数值模拟 的基本理论知识，具有一定的用数值方法解决实际热物理问题的能力，并对该领域新的研究成果和发展 有比较深入的了解。本课程能够为学习其它专业知识和开展课题研究提供必要的理论基础，也是培养、 提高研究生分析和解决实际问题的重要环节之一。 具体要求： ⚫ 深入地了解和掌握传热过程有限差分解法的基本原理、算法及计算过程中的应注意的环节； ⚫ 透彻掌握复杂热传导问题和对流换热问题的数值计算方法，对典型问题能熟练地进行计算。系统 掌握对流—扩散方程的差分格式，能熟练地应用通用化公式； ⚫ 对 SIMPLE 算法和 SIMPLER 算法有一个比较完整的了解，掌握基于 SIMPLE 算法的二维流动与 传热问题的通用计算程序，并能用于有关实际热物理过程的计算； 四、课程内容及学时分配 课程内容： 1、 绪论：对于热物理过程预测方法的分类及特点的论述，指出数值计算与实验研究的结合是解决热物 理问题最有效的手段。简介计算传热学当前的发展方向。 2、 热物理过程的数学描述：概述并讨论有关的热物理现象和微分方程。介绍控制方程简化的主要方法。 3、 离散化方法：介绍节点、控制节点、控制容积、界面、网格线等几何要素，控制方程的离散化方法 中重点介绍泰勒级数法和控制容积积分法，并以一维稳态导热为例，讲述控制容积法的一般步骤。 4、 热传导问题的数值解法：讨论热传导问题中的网格间距等重要内容，构成完整的离散方程。推导一 维非稳态导热方程的离散方程的一般形式，并从物理意义上阐明三种典型差分格式的区别。介绍代 数方程的几种主要迭代解法，要求学生掌握并能熟练应用。 5、 对流—扩散方程差分格式：推导对流—扩散方程的离散方程。介绍几种可能的解决方案及特点。对 于通用化公式，着重于系数特性的分析，要求学生掌握结论并能应用。 6、 流场的计算：强调流场的确定是求解对流换热问题的关键，指出非边界层型流场的椭圆型性质。讲 清楚数值求解控制方程的两个困难（不合理压力场的检测和 u、v、p 代数方程的求解）产生的原因。 介绍交错网格的基本原理和压力修正法，介绍 SIMPLE 算法，要求学生掌握该算法的计算步骤。 7、 综合应用举例：针对实际问题，运用数值传热学方法及配套数值计算软件进行求解，让学生了解热 物理问题数值求解的流程和技巧。 学时分配： 一、绪论及热物理过程的数学描述：2 学时 二、离散化方法：2 学时 三、热传导问题的数值解法：4 学时 四、对流—扩散方程差分格式：4 学时 五、流场的计算：4 学时 六、综合应用举例：2 学时 五、课程重点及难点

课程重点：1、热物理过程的数学描述：热物理现象和及对应微分控制方程。2、离散化方法：节点、控制节点、控制容积、界面、网格线等几何要素，控制方程的离散化方法。3、热传导问题的数值解法：一维非稳态导热方程的离散方程的一般形式，三种典型差分格式的区别。4、对流一扩散方程差分格式：推导对流一扩散方程的离散方程，几种可能的解决方案及特点。5、流场的计算：数值求解控制方程的两个困难（不合理压力场的检测和u、V、P代数方程的求解）产生的原因。交错网格的基本原理和压力修正法，SIMPLE算法。课程难点：1、离散化方法：节点、控制节点、控制容积、界面、网格线等概念，控制方程的离散化方法。2、热传导问题的数值解法：一维非稳态导热方程的离散方程的一般形式的推导，三种典型差分格式的区别的理解。3、对流一扩散方程差分格式：对流一扩散方程的离散方程的推导。4、流场的计算：理解数值求解控制方程两个困难产生的原因。交错网格的基本原理和压力修正法。六、教材或讲义（含名称/出版社/出版时间）1.S.V.Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Mcgraw-Hill, 1980七、参考书目（含名称/出版社/出版时间或刊号）陶文铨，数值传热学（第二版），西安交通大学出版社，2001。1.2.WJMinkowycz,EM Sparrow,JMurthy,Handbookof numericalheattransfer,NewYork:Wiley,1988八、其他内容要求：（含项目训练内容、学术讲座内容、读书报告内容等）根据具体的情况，要求学生在本课程的学习过程中，结合自身专业特点和研究方向，查阅文献，参加学术讲座，并撰写相关报告。编写人：李文浩时间：2016年7月7日3

3 课程重点： 1、 热物理过程的数学描述：热物理现象和及对应微分控制方程。 2、 离散化方法：节点、控制节点、控制容积、界面、网格线等几何要素，控制方程的离散化方法。 3、 热传导问题的数值解法：一维非稳态导热方程的离散方程的一般形式，三种典型差分格式的区别。 4、 对流—扩散方程差分格式：推导对流—扩散方程的离散方程，几种可能的解决方案及特点。 5、 流场的计算：数值求解控制方程的两个困难（不合理压力场的检测和 u、v、p 代数方程的求解）产 生的原因。交错网格的基本原理和压力修正法，SIMPLE 算法。 课程难点： 1、 离散化方法：节点、控制节点、控制容积、界面、网格线等概念，控制方程的离散化方法。 2、 热传导问题的数值解法：一维非稳态导热方程的离散方程的一般形式的推导，三种典型差分格式的 区别的理解。 3、 对流—扩散方程差分格式：对流—扩散方程的离散方程的推导。 4、 流场的计算：理解数值求解控制方程两个困难产生的原因。交错网格的基本原理和压力修正法。 六、教材或讲义（含名称/出版社/出版时间） 1. S．V．Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Mcgraw—Hill, 1980. 七、参考书目（含名称/出版社/出版时间或刊号） 1. 陶文铨，数值传热学（第二版），西安交通大学出版社，2001。 2. WJ Minkowycz, EM Sparrow, J Murthy, Handbook of numerical heat transfer, New York：Wiley，1988. 八、其他内容要求：（含项目训练内容、学术讲座内容、读书报告内容等） 根据具体的情况，要求学生在本课程的学习过程中，结合自身专业特点和研究方向，查阅文献，参加学 术讲座，并撰写相关报告。 编写人：李文浩 时间：2016 年 7 月 7 日