六、典型教学案例
案例1 肋片传热问题分析
1.知识点
肋片传热的基本原理、肋片的传热过程、强化传热的原则及辩证思维看待传热问题。
2.思政目标
培养学生用辩证思维看问题的能力。
3.教学过程
首先，通过列举周围的例子——空调，指出：空调虽然为人类提供了舒适的环境，但也消耗了大量能源、资源。高耗能建筑已给社会带来了沉重的能源负担，制约了我国可持续发展的步伐。我国建筑运行总能耗占全国总能耗的1/3，加上全过程的能耗，社会的一半能源消耗都在建筑里。引出空调系统中的核心部件——换热器，进而引出一种特殊的换热器——肋片。复习之前的相关知识，理论是从实际出发的，引出本专业是实践性很强的专业，我国已经将节能建筑作为一项长期发展的战略，这也是未来建筑行业发展的主流趋势。通过对我国建筑能耗的分析，逐渐培养学生的社会责任感。给出本堂课的学习目标。
其次，提问学生对肋片的直观印象——生活中的肋片，培养学生善于观察、勤于思考的能力。展示专业中的肋片实物，并抽象出物理模型。当需要从定量的角度分析和研究一个实际问题时，就要在深入调查研究、了解对象信息、做出简化假设、分析内在规律等工作的基础上，用数学的符号和语言作表述来建立数学模型，培养学生严谨的工作态度。对肋片的物理模型进行数学分析，得到其传热规律，介绍西安交通大学的陶文铨院士团队的相关研究进展。西安交通大学热质传递的数值预测控制及其工程应用创新团队荣获2017年度国家科技进步奖的创新团队奖。他们开创了国内传热数值预测研究的先河，发展成为国际计算传热及强化传热研究的一支引领团队。越来越多的“中国身影”出现在国际传热学研究领域前沿，增强民族自豪感。得到结论——肋片的设计原则。在传热系数小的一侧设置，可以达到强化效果和节约材料的目的。从得到的肋片设计原则中，进一步引出其在实际工程中的应用限制——肋片无限高会如何？培养学生辩证思维，理论去指导实践，培养学生求真务实严谨的治学态度及作风。
4.学习资源
章熙民等编著：《传热学》（第6版），中国建筑工业出版社2014年版。
案例2 对流换热关联式的具体应用
1.知识点
利用关联式计算对流传热的计算方法、分析对流换热传热过程、工程思维看待问题。
2.思政目标
培养学生用工程思维看问题的能力与团队合作精神，通过户外场地供热方案的算例，提升民族自豪感与学以致用的态度。
3.教学过程
导入：户外供暖中有何特殊之处？热源有何要求？2022年北京—张家口冬奥会即将举办，对全中国来说是向世人展示中华民族团结气氛和中国经济实力与科技水平的一项重要赛事活动，目前户外场地无任何采暖设施，因为露天环境的对流换热作用极强，不利于热量的聚集。从我国即将举办举世瞩目的冬奥会出发，提出作为本专业的工作者能为冬奥会做些什么，提升民族自豪感。
学习目标：给出本堂课的学习目标，学会对户外现场进行简单分析，并确定供热的基本形式。学会对流换热关联式，计算出供热方案的基本参数。
需求分析：户外冬季项目观赛人数多，个体需求差异大。研究表明，除了人的性别、年龄、身体状况不同带来的对寒冷的耐受力不同之外，长期生活在不同气候区的人对寒冷的耐受力也明显不同，并且，不同季节转换时人（如从温暖区域转向寒冷区域）的热感觉也不同，这就要求开发针对个体的可控加热装置。(https://www.daowen.com)
分组讨论：什么样的设备形式可以应用在户外场馆中实现个体需求的加热，并最大程度节能？对学生提出的不同方案进行可行性分析：展示目前户外场馆燃气辐射式供暖方案，从安全性、经济性、舒适性等各个方面进行分析。对流换热要消耗大量热空气，但舒适程度较高，辐射换热不占用座椅空间，但是辐射距离远、热源温度要求较高。
研究进展分析：目前体育馆一般采用对流座椅送风与辐射供热的形式；图片展示：日本巨蛋体育场、欧洲某足球场；方案的初步确定——对流换热；分组讨论，对确定的方案绘制简图，进行标注细化，并讨论施工过程中可能遇到的问题。
方案的细算：对流换热系数的计算。确定下来换热器的形式之后，需要进行细化计算，首要任务为计算对流换热系数，前面已经学习了对流换热关联式的由来及分类，根据不同的对流换热形式，选择相应的对流换热关联式。首先，确定定性温度：
其次，根据定性温度，查表或计算确定关联式中的参数，进而计算出对流换热系数。目前常用的为以下形式，需要具体问题具体分析。具体如下：
第一种情况：
适用范围：l/d＞10，Ref＞104，Prf=0.7～160
第二种情况：
适用范围：l/d＞10，Ref＞104，Prf=0.7～16 700
第三种情况：
适用范围：l/d≥50，Ref=104～1.75×106，Prf=0.6～700
若有弯管，则需要查表引入修正系数。
温差的计算中管内流动计算采用对数平均温差的形式：
Δtm=(Δt′-Δt″) /(lnΔt′/Δt″)
最终结果以表格形式给出，需要列出的内容为：
对数平均温差、定性温度、壁温下动力黏度、流体温度动力黏度、运动粘度、导热系数、定压比热容、雷诺数Re、普朗特数Pr、努谢尔特数Nu、对流换热系数、换热面积、换热管长度、需要热流量、每千克发热材料维持时间、持续2小时所需材料。
4.学习资源
章熙民等编著：《传热学》（第6版），中国建筑工业出版社2014年版。