关于传热学教材的变革.doc

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1、――――――2004年全国热工课程发展战略规划研讨学术大会报告――――――“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(西安交通大学能源与动力工程学院)摘要:本文对40余年来世界科技领域的八件大事、传热学本身研究的进步以及教材编写体例的变化对本科传热学教学的影响进行了分析,并对今后本科传热学教学的发展提出了作者的见解。1.引言传热学是研究在温差作用下热量传递规律的科学。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;而且各种工业过程中耗散的能量又都是以热能的形式而散发到环境中,使得传热学与工业生产和日常生活的

2、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发展。因而传热学的基本原理虽然已经形成了近一个世纪,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。本文试图通过回顾40多年来世界科技领域的主要发展对传热学研究的促进,分析这些进展在本科生传热学教材中的反映。同时40多年来传热学学科本身的深入研究进一步查明了一些基本机理或完善了一些关联式,本文也将作简要的归纳。这个时期中世界科学技术以及教育学的发展也对课程教学与教材编写产生了显著的影响,对此文中也开展了讨论。最后本文试图对今后本科生传热学教材内容的发展做出

3、估计与预测。笔者所能得到的这一时期内出版的国内外的教材有34种[1~34],大致可分为三个时间段:20世纪60年代左右的教材(称为前期教材)[1~6];90年代末21世纪初的教材(称为近期教材)[24~34],以及介于其间的教材(称为中期教材)[7~23]。本文的讨论主要针对前期与近期教材,间或涉及到中期教材。2.近40年内世界科技领域的重大事件及其对传热学教材的影响近40年内对传热学发展产生重大影响的事件很多,这里着眼于对本科生教材产生较大影响的事件,主要有以下八项。2.170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

4、大冲击。其间中东的石油两次提价,使过去靠廉价石油发展工业的西方国家经济的发展受到很大的影响,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的统计[35],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技术给予了更多的关注。在60年代出版的教材中,几乎没有出现“强化传热”(augmentation,enhancement)的术语[3~6],文献[1,2]中提出了“传热的增强”的概念,但仅限于分析强

5、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。在西方教材中,作者查到Kreith的教材[18],已经将Augmentation列入主题索引;在1993年出版的Bejan的教材[22]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命题;在Incropera、DeWitt的教材中,1985年的版本[17]正文中已经有这方面的阐述,但未列入主题索引,在2002年版本[30]中,则将enhancementsurfaces列图1强化传热文献发表数量的逐年增长情况入了主题

6、索引。国内教材比较通行的杨世铭编《传热学》在中期教材的两个版本[11,19]中,均明确提出了强化传热的命题,在其近期第三版[26]中则进一步丰富了有相变与无相变传热强化技术的介绍,并且将“强化传热”列为主题词。在近期教材[32]中也对有相变时的传热强化问题开展了论述。在大多数近期的西方教材,例如[28,31,33]中,都对强化传热给予了不同程度的关注。Holman的Heattransfer在西方是一本流行多年的教科书,但在其第九版[30]中仍未对强化传热给予足够的注意,不能不认为是一个缺陷。Lienhard父子的教科书[34]也存在同样的缺陷:该书在导热一章以后

7、立即介绍换热器的设计,就丧失了通过换热器介绍引入强化对流换热技术的可能性,致使该书中连紧凑式换热器的概念都未出现。由此看来,换热器热设计的内容在教材一开始就介绍,未必是一种成功的尝试。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广泛存在于动力、化工、石油等工业部门,但是只有在20世纪50-60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,为了保证核反应堆的合理设计以及安全运行,气液两相流与传热的研究才进入蓬勃发展的时期[36]。气液两相流领域中的名著[37]的作者LSTong就是长期从事核反应堆研究科学家。核能工业以及大型火电站的发展,使传

8、热学中关于管内沸腾的内容

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