传热与流体流动的数值计算课程教学的几点思考
摘要：传热与流体流动的数值计算是目前高校能源动力工程、航空航天工程、核能科学与工程等学科硕士研究生普遍开设的课程。本门课程的特点是，经典流体力学和传热学与数值计算方法相结合，是解决各种传热和流体流动问题强有力的工具。本文针对这一特点就本门课程的教师队伍组的配备、教学内容规划和本课程学习方法三方面提出了一些自己的看法。特别是建议将以有限差分法为主的计算流体力学(CFD)和以有限體积法为主的计算传热学(NHT)二者相结合起来，不要独立割离开来，侧重一方而偏废另一方，实际教学中的合理做法是根据学生专业不同而有所侧重。
关键词：计算传热学;计算流体力学;课堂教学;教学方法
计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)和计算传热学(Numerical Heat Transfer，NHT)是20世纪60年代起伴随计算机技术的发展而迅速崛起的学科，其成熟的标志是各种通用商品化软件的出现，且为工业界广泛接受，性能日趋完善，应用范围不断扩大[1-3]。CFD和NHT在20世纪70年代以来的成就，显示出它在人类深入研究各种流动现象，以及在工业和工程应用方面的强大生命力。进入21世纪以来，计算机速度和存储信息能力的大幅度提高，特别是计算机自动生成三维物体网格能力的迅速发展，计算机软件水平突飞猛进，CFD和NHT技术给科学发展和工程应用设计带来了根本性的变化，成为解决各种传热和流体流动问题强有力的工具。过去只能靠实验手段才能得到的某些结果，现在已完全可以借助计算机数值求解来准确获取。计算流体力学和计算传热学已成为一门建立在经典流体力学和传热学与数值计算方法基础之上的新型独立学科[4]。因此，各高校纷纷开设了CFD和NHT课程。作者近十年也一直为我校热能工程、航空宇航推进理论与工程、核能科学与工程学科的硕士研究生开设传热与流体流动的数值计算课程及相关课程。2012年本课程获得校研究生精品课程建设资助。在教学过程中，我们不断更新教学内容，进行课程建设与教学方法和教学手段的改革。本文是我们在本课程教学过程中的一些探索和思考，供同行和专家共同探讨。
一、注重教师组的协同作用
成立了传热与流体流动的数值计算课程的教师队伍组，其中教授2人，副教授3人，讲师2人。教师队伍组的构成包括讲授流体力学的教师、讲授传热学的教师和长期承担传热与流体流动数值计算方面科研项目的教师。
1.教师构成的多元化。衡量师资队伍水平的高低，其学历结构、职称结构、专业结构、年龄结构和学缘结构是否合理是极为重要的标志[5]。教学团队中的教师来自不同的专业和学科，本课程教学组具有交叉的学缘结构和交叉的知识结构。7位教师本科毕业于5个不同的学校，大家就会具有不同的学术思想、不同的业务知识、不同的科研风格和不同的思维方式。每位教师的背景知识不一样，就会以多角度和不同的思维来理解本门课程;教学过程中就可能取“百家之长”，融合多种学术思想、科研风格和方法论。
2.教师的科研成果促进教学。实验研究、理论分析和数值计算是当代自然科学研究的三大基本手段。传热与流体流动的数值计算就是采用计算机数值求解来研究传热学和流体力学问题，因此，这是一门应用性很强的学科。课程组的7位教师有6位具有博士学位，本身业务基础好，取得了不少高水平的研究成果。科研为教学内容的更新和深化奠定了坚实的基础。在教学过程中非常注重教学与科研相结合，充分利用课程教学组任课教师在科研学术上的优势，注意将鲜活的科研和工程实例引入课堂，以讲座和讨论的方式及时地引入了相关领域的最新发展和现代科学技术问题，激发学生的学习兴趣。
二、合理规划教学内容
在传热与流体流动问题的数值计算研究中，主要存在两种思路，一种是应用数学家针对空气动力学问题发展的可压缩流动计算方法，以有限差分法为主，国内习惯上称其为计算流体力学(CFD);另一种是物理学家针对传热问题发展的不可压缩流动计算方法，以有限体积法为主，国内习惯上称为计算传热学(NHT)。通过某种特殊处理，两种思路都试图将方法推广到另一种思路所侧重的问题。流体流动和传热现象十分复杂，其中不少子课题均可并且已经形成独立的学科。数学模型和数值计算方法也名目繁多、千姿百态。想要花费较少的时间历数各类流动和传热现象、各类数学模型和数值方法，几乎是不可能;对于初学者来说也没有这个必要[2]。许多专门讲解计算流体力学的各种书籍，由于需要较多的数学知识，而显得晦涩难懂。针对初学者的教学内容应该是能够突出介绍传热和流体流动数值计算核心算法，而又尽量避免深奥的数学知识，特别是为他们克服最初的入门障碍，以便建立起对CFD和NHT的兴趣和信心，为继续学习更深入的相关知识做好铺垫。教学过程中要力求做到以较简单的数学方程来解释计算流体力学和计算传热学的基本知识。在世界范围内得到广泛认可的作为CFD和NHT入门学习的教材有1980年Patankar S.V.[6]撰写的《Numerical Heat Transfer and Fluid Flow》(1984年张政[7]译为中文，科学出版社出版)，1995年Versyeeg H. K.和Malalasekera W.[8]撰写的《An Introduction to Computational Fluid Dynamics—the Finite Volume Method》(2005年李人宪[9]撰写的《有限体积法基础》大量参考了此书的有关内容(作者注)，国防工业出版社出版)，1995年Anderson J.D.[10]撰写的《Computational Fluid Dynamics—the Basics with Applications》(2007年吴颂平和刘赵淼[2]译为中文版，机械工业出版社出版)。这三本书中，前两本主要介绍有限体积法，数值计算方法主要为压力修正的SIMPLE算法系列;第三本书主要专门介绍有限差分法，对有限体积法只是一带而过。我们知道，当前流体流动和传热问题的数值计算方法有多种，如有限体积法、有限差分法、有限元法、谱分析法、各类格子类方法等。每一种方法都有其特点和使用范围。在应用于传热和流体流动问题数值计算的众多方法中，有限体积法由于其物理意义明确、实施过程简便、数值特性优良而获得了特别广泛的应用，是当前主流通用商品化CFD软件(如：PHOENICS、FLUENT、Star-CD、CFX)中最常用的核心算法，也是最为成熟的一种方法。特别是自20世纪80年代以来，由于非结构化网格和自适应网格技术的发展，有限体积法更是得到了长足的进步。值得指出的是，虽然有限体积法表现出优异的程序通用性和对求解域的广泛适应性，但因为这样的原因而只是去了解有限体积法的知识是不够的。原因如下：第一方面，有限差分法是有限体积法的基础，有限体积法是在有限差分法的基础上发展起来的。第二方面，如何分析和判断一个离散格式的有效性和可靠性，即离散格式的数学特性(相容性、收敛性、稳定性、数值耗散与色散)的分析，必须借助于有限差分法才能完成。有限体积法是无法看见离散格式的内在微观特性的。这也是很多初学者学习完计算传热学(有限体积法)后，再去学习计算流体力学(有限差分法)时仍然感到吃力和困难的原因。有限差分法更多地是建立在数学概念上的，需要学习者要有较为厚实的数学功底;有限体积法是从物理概念入手，显然容易理解和接受，但难以透彻理解各物理量的内在联系。第三方面，有限差分法简便易行、格式和离散方案丰富多彩，求解变量设置随意，是初学者练习编写小程序而能深刻理解数值计算精髓很好的方法。第四方面，有限体积法在当前仍然被广泛使用，特别是在航空航天领域更是必不可少。综上所述，对于教授初学传热与流体流动数值计算的学生而言，在安排教学内容时应当涵盖有限体积法和有限差分法两方面的内容。两种方法是否应当有所侧重，得依据修课学生的专业情况来具体舍取。另外，对于初学者要立足基础，突出物理概念和数学模型的循序渐进、由浅入深。因为精确科学的目标就是通过数学而简化自然界的问题，以确定物理上的量。反之，片面追求起点高、内容深，会使大部分学生感到畏惧，敬而远之，从而失去继续深入学习的兴趣。
三、明确本课程的学习方法
鉴于传热与流体流动数值计算课程的重要性，特别是许多学生在接下来的学位论文工作时，都要采用数值计算的手段去研究自己的特定问题。那么如何才能学好CFD或NHT?或者是应该采用什么样的方法来学好这门课程?这是初学者经常爱询问的问题。有效的学习方法能起到事半功倍的效果，对于本门课程学习中需要注意以下几方面的问题：
1.要有扎实的流体力学和传热学基本知识。所谓计算流体力学或计算传热学，顾名思义，就是数值计算和流体力学(或传热学)两方面知识的结合。要想学好CFD和NHT，首先要有扎实的数学功底、流体力学和传热学的基本知识。在理解并应用CFD和NHT的所有知识之前，我们必须充分理解流体力学和传热学控制方程，包括它们的数学形式和它们所描述的物理现象。有的同学在学习过程中想要绕过流体力学和传热学的基本知识，特别是粘性流体力学的内容，最终的效果只能是知其然而不知其所以然。
2.不要忽视自己动手编写程序。这是一门理论和编程并重的课程，应使理论与编程操作相结合，二者才能相得益彰。因此，想要学好CFD和NHT，应该鼓励自己去编写一些计算简单问题的程序。而且只有通过编写程序来亲手实践，才能了解CFD和NHT究竟是如何一回事。
3.要学习使用商品软件。自己编程是一个良好的学习方法，针对某一较简单的问题编程容易实现;而对于复杂问题，自己动手从零开始编写程序将会是一个繁杂的工作。对于作为工程计算而非专门的研究型人员来说，学会使用一个通用的商品软件是有益的，像流行的PHOENICS、FLUENT、CFX和Star-CD等商品软件，虽说不是针对性软件，应用于某些专门问题的计算时可能表现出效率低、精度低，但要自己编制一个计算复杂流场的软件，还是要慎重思考。
四、结束语
计算流体力学和计算传热学可以合称为传热与流体流动的数值计算，它已超越了传统的流体力学和传热学的外延和内涵，早已不再仅仅是一些数学理论和概念，已经成为解决工程实际问题或进行科学研究的重要手段。本文對本门课程教师队伍组的配备、教学内容规划和本课程学习方法三方面提出了一些看法：
1.该课程是研究传热和流体力学的一种工具，具有理论和实践的双重属性，教师组的配备需要注重知识的交叉融会、科研与工程实践的结合。
2.常用的传热和流动问题的数值计算方法有有限差分法、有限体积法、有限元法和谱分析法。但有限差分法和有限体积法更是占据了绝对优势，作为初学者应该对这两种方法都进行必要的了解，在安排教学内容时对这两方面的内容不可偏与废，而要进行合理地融合和规划。
3.要想学好本门课程，所需采用的方法是明确用途，注重基础，自己编程，学会一个商品软件。
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[10]Anderson J.D.Computational Fluid Dynamics—the Basics with Application[M].McGraw-Hill Companies，Inc.，1995.
作者简介：邹高万(1973-)，男，副教授，博士;霍岩(1980-)，男，讲师，博士;孙丽颖(1973-)，女，副教授，博士;李树声(1980-)，女，讲师，博士。
基金项目：哈尔滨工程大学研究生精品课程建设资助项目.编号：YJPK20120201。
作者：邹高万，霍岩，孙丽颖，李树声
[摘 要]传热学是能源动力类专业的一门重要专业基础课程，对学生专业课程的学习和应用能力的提高有着重要影响。针对传热学的课程特点和内容分布特色，以具体案例的形式探索了不同教学方法和不同考核方式在传热学教学中的应用，以达到激发学生学习兴趣，培养学生创新能力，提高课堂教学质量的目的。
[关键词]传热学;教学方法;课堂教学;教学改革
[
传热学是研究热量传递及其规律的一门学科，是工程热物理的重要分支，它与工程热力学和流体力学并称能源动力类专业的三大支柱。作为一门应用学科，其在热能动力、石油化工、航空航天、生物医学和建筑节能等领域得到了广泛应用。
传热学的教学不仅要为学生学习专业课提供基础理论知识，还要培养学生分析、解决问题的能力。但是传热学课程内容多并且不够连贯，还存在大量经验参数和公式，同时该课程需要较深、较广的数学基础，对学生的学习基础要求较高。现有的教学方法往往偏向于介绍原理、推导公式，再用公式解题。这种教学模式忽视了学生主动学习能力和创新能力的培养，不利于锻炼学生应用传热学知识解决实际工程问题的能力[1]。
本课题组在广东省教学改革项目和广东海洋大学教改课题“应用科研案例教学法的热工基础教学改革研究”项目的支持下，为达到培养学生的主动学习能力、工程应用能力和创新思维能力的目的，在传热学课程的教学中采用相关科研工程案例引入法、 运用基本理论解决日常问题及分析比较法等对课程的教学过程进行了尝试，同时对课程的考试方法进行了探索，以期达到提高传热学课程教学效果的目的。
一、日常生活问题讨论教学
教师的教与学生的学是互相促进的过程，培养学生的自主学习能力，是提高学生学习效果的有效途径。为了强调学生在学习过程中的自主学习能力，在教学过程中应以学生为主体，教师在课堂教学过程中以引导式教学为主。教师在课前收集与本节课程内容有关的日常实例，加以组织，让学生在课下通过学习小组提前思考和讨论，激发学生课前预习的热情，同时调动学生课堂学习的主动性和积极性。教师在课堂上从该问题入手，讲解基本理论，给出解决问题的方法，加深学生学习的印象。这种通过问题引出基本的理论，再运用理论解决实际问题，最后再升华到理论的教学方式激发了学生学习的主动性。比如在进行热量传递的基本方式介绍之前，我们提出的问题是：暖水瓶保温的原因是什么?这种日常生活中很明显的问题，学生都懂得一些，但上升到理论就很难说得全面。另外，我们设置了小型实验模拟讲解，比如将蜡烛加热盛水的纸杯，问学生水是否能被烧开?纸杯有没有可能燃烧?通过这些日常问题，激发学生的兴趣，引发大家的讨论和思考，这样的课堂教学效果明显得到提高。
本课程的教学内容较多，概念、原理和公式也多，对于教学过程中不适合用日常生活实例引出的知识点和理论可以在教学过程中引入别的方式，以達到好的教学效果。在教学过程中引入的问题，首先要与教学内容相符合，此外还要依托理论对实际问题进行提炼，将基础知识和处理过程与方法结合在一起。有时候日常生活中看似比较普通的问题也可能包含着相当多的理论知识，为达到好的教学效果，我们需要在教学过程中适当引入。例如，在相变对流传热过程中我们可以提出：用多层蒸笼蒸馒头，层与层之间用钢丝网隔开，在有顶盖和无顶盖的情况下哪层馒头最先熟[2]?这是一个日常生活中常见的案例，也是一个生活常识。学生在课前积极思考，在课堂教学中提出对流换热机理的理论分析。通过理论学习分析强制对流与自然对流、有相变与无相变对流换热的强弱问题。课前学生可能知道馒头有盖时上层、无盖时下层会先熟，但无法运用理论解释。经过理论学习和案例讨论后，学生明确了从机理上强化换热的原则。课堂教学知识点与实际问题相结合，加深了学生对基础知识的理解和掌握。
二、科研案例教学
科研案例教学法是在案例教学法的基础上，通过分析课程的特点和课程的教学现状，在教学内容上尝试选用专业任课教师、课题组以及其他一些可以借鉴的已完成的科研项目，将这些科研项目应用到该课程的基础知识中，通过将这些年的科研项目设计、组织并呈现于课堂[3]。我校能源与动力工程专业教师每年都承担或参与很多科研项目，其中大多是国家级和省级科研项目，具有较高的科研水平和参考价值，这些科研项目在实施的过程中不可避免地需要应用到专业知识。教师收集教研室历年来承接或参与的这些科研项目，以及文献资料中可用于工科生传热学课程教学的科研案例，根据教学内容和学生的兴趣特点，对这些科研案例进行精心的概括、组织，以此作为教学案例呈现给学生。比如在讲解肋片的稳态导热时，利用课题组所承担的航空发动机涡轮叶片尾缘扰流柱的流动和换热问题研究的科研项目，分析肋片导热的机理和效率等。授课章节需选择代表本章重点的科研案例，并针对专业特点做重点选择，让学生在具体的科研案例中牢固掌握该课程的理论知识，加深对知识的理解。通过对这些案例的掌握到理论知识的应用来激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力，形成理论与实际相结合的教学方法。
教学案例引入的手段可以是文字描述，也可以是多媒体或者图表等。教师将案例呈现后，根据教学目标，在教学过程中来循序渐进地启发学生，不断引导学生积极地进行思考;课堂形式也可以灵活多变，比如让学生组成多个小组，每个小组合作分析和讨论案例中的各种问题，探索解决问题的方法，通过这样的方式培养学生应用理论知识解决实际问题的能力。
在案例教学环节同时引入学生参加节能减排大赛和大学生创新实验项目的内容，利用学生自己的方案来分析如何结合理论知识解决实际问题的能力[4]。这样的方式使学生觉得自己能更好地参与到学习之中，这既加强了学生对理论知识的理解，又增强了学生参与科研的热情，很多学生由此爱上科研，从而考取研究生，为就业扩宽了渠道。
三、工程案例教学
传热学课程是能源与动力工程专业的专业基础课，课程主要是为后续专业课的学习打下基础。课程本身虽然是专业基础课，但也具有很多实践问题。我校能源与动力工程专业部分教师长期从事冷库设计、中央空调设计安装和换热器改造等工程项目，将这些工程实际项目归纳整理，然后与课程知识对接，可以使学生更好地体会到如何将理论知识应用于实际工程，这扩宽了学生的视野，消除了学生认为学习理论知识无用和不知如何用的想法，激发了学生的学习兴趣，强化了学生的工程观念[5]。
另外，能源与动力工程专业与学校周边的部分企业有紧密合作关系，可聘请企业的工程师来结合生产实际进行学术交流。比如在专业认识实习环节、课程设计环节和毕业设计环节等，聘请企业高工共同指导学生，将企业的生产实际带入教学过程之中。通过这种教学空间的拓展和延伸以及生产一线的工程实践，可以增强学生的自主创新能力，激发学生的学习兴趣，丰富学生的专业前沿知识，更好地实现学校与企业的对接，加强校企合作;同時，学生也能够在毕业工作时加快向工程师的转变。
四、比较分析法教学
比较分析法教学是教师常用的教学方法。比较分析法在巩固容易混淆的概念，推进其不同应用时具有独特的优势[6]。教学效果的好坏不仅仅要看教师的授课内容是否涵盖教学大纲，也不单是看教师在教学过程中的态度是否认真，还要看学生在整个课程的教学中的学习效果，其对知识的掌握和理解是否达到要求。教师把相关联的知识点归纳总结，然后进行比较分析，通过比较让学生加深印象，加强理解，这达到了较好的学习效果。在对流换热章节，我们可以把自然对流与无相变强制对流进行比较，对流动的起因、状态、换热过程中的温度场和速度场的特性等进行比较，从而让学生加深对知识点的理解，达到提高教学效果的目的。另外，可以对照分析相关的工程案例，将理论学习与实际运用联系起来。
五、改进考核方式
考试是检验学生学习效果的最好办法之一，并且考试成绩也对学生的学习具有检查和激励作用。将考试融入学习的过程之中，可以加强学生在考试和学习过程中的主体地位，使考试成绩能更公正地反映出学生的知识水平和学习能力。为培养学生的积极性和主动性，课程授课结束时教学团队的教师就给出题型，比如名词解释、判断、简答题和计算题等，让学生自己根据这些题型自行出题，每人可出30道题，能源与动力工程专业有6个班级180个人，这相当于一个试题库。
这种针对自己出题的考试方法让学生感觉很新鲜，学生很愿意尝试。在实际操作过程中学生发现要想出好试题，首先必须要掌握好每章的基础知识，然后再归纳总结，出题的过程是一个很好的自我复习的过程。同时每个学生所认为的每章的重点难点不一定相同，这样学生就会仔细阅读课本，并找出书中自己认为比较重点的内容进行出题。大量的这种题目汇总在一起，涵盖了整本教材的重点难点，并且这些是学生自己认为难以理解和不好掌握的知识点，这更能起到让学生巩固、理解和加深印象的作用。学生在出题过程中还会思考哪里是容易出错的，哪里是大家都会的。在这样的模式下，大家对课程知识点的思考将得到进一步提升。出题形式的灵活多样，也让学生复习的时候需要做到面面俱到，很多教师可能没想到的问题学生都有可能在试题中体现出来。这样灵活的方式要求学生在复习的时候需要对整本书的知识点加以理解和掌握，这样才能达到学习的目的。
另外，学生所出的题目也可能存在错误，或者由于每个人学习能力的不同，试题的质量也不一样;有的很简单，这时候需要任课教师付出大量的工作来把好质量关，对试题进行筛选。通过查看学生所出的试题，教师可以了解大家哪些教学内容理解得较好，哪些教学内容理解得不够好，这样可以在将来的教学中加强对这部分内容的讲解。通过学生自己出题，任课教师还可以了解学生的学习差异，学习好的学生所出的题目都比较综合，具有一定的难度，对课本理解得较好，再加上学生之间更能够清楚哪些知识点不容易掌握，所以题目的难度、综合性和创新性比较好。学习成绩普通的学生，由于对知识的理解不够深入，所出的题目很多都是简单明了的。任课教师根据学生所出题目的难易程度可以区分出哪些学生课堂和课后认真学习，这可以作为给出平时成绩的依据之一。
另外，还可以把历年来学生相对容易错的试题和知识涵盖面广的试题收集整理，放进试题库，不断完善试题库的内容。学生要想考出好的成绩，就需要掌握试题库的内容，这就要求大家同时要理解、掌握其他同学所出的试题，这样能提高学生的学习主动性和积极性。让学生自己出题自己考自己这种考核方式的转变，可让学生加强学习，更好地掌握知识;教师也可通过分析学生的试题，对教学过程进行思考，针对试题库中所反映的问题进行教学的整改和完善。
六、组织学生参与各类竞赛活动
结合大学生节能减排大赛、制冷大赛和挑战杯竞赛等各类活动，组织学生自由组成团队参与各类竞赛活动，运用所学知识解决实际问题。在各类竞赛活动中，教师参与辅导学生，实验室教师指导学生自己加工安装实验部件，同时规范操作，按工程实际指导学生实操技能，提高学生的思考能力和动手能力。
通过参与各类竞赛活动，学生有了自主学习的动力，能自主查阅文献，加深了对基础知识的理解，理解了基础知识在实际的应用。同时，这还激发了学生的科研兴趣，学生的考研率也大幅增加，学生在全国大学生节能减排大赛等各类竞赛中获得各类奖项多项。
七、结语
传热学课程教学的教学理念应当是理论结合实践，同时注重思维创新，并且鼓励科学探索。根据教学中的重点和难点应用不同的教学方法和教学方式，将理论教学、实验教学和工程实践紧密结合起来，激发学生的学习兴趣，使传热学的教与学都变得富有吸引力，这样能够更好地培养学生的专业技能和创新能力，提升学生的综合素质，达到提高教学质量的目的。
[ 参 考 文 献 ]
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[责任编辑：陈 明]
作者：徐青 凌长明
摘要：结合传热学课堂教学的实践，从传热学的课程特点出发，以提高学生的学习兴趣，树立学生的工程实际观点，增加课堂教学的互动性，培养学生分析问题、解决问题的能力为思路，从课程内容体系上合理组织教学内容，采用多种教学方法相结合，充分发挥学生在课堂教学中的主体作用，并对实践环节和考核方式等方面进行改革，使课堂教学融传授知识、培养能力和提高素质为一体，真正培养出具有独立学习能力，理论联系实际解决工程实际问题，面向工程实际的人才。
关键词：传热学;课堂教学;教学方法;教学内容
作者简介：衣秋杰(1978-)，女，山东栖霞人，山东科技大学机电学院，讲师。(山东 青岛 266590)
基金项目：本文系“2010年山东科技大学教育教学研究‘群星计划’基金项目”(项目编号：qx102035)的研究成果。
“传热学”是热能与动力工程专业的专业基础课程之一，也是能源、化工、动力、土木、电子等学科的主要专业课之一。由于自然界和工业生产中到处都有热量传递现象，所以传热学理论在各个领域都有着广泛的应用。传热学是一门经典的传统课程，同时又是一门发展中的应用性极强的基础课程。山东科技大学(以下简称“我校”)自2001年首批招收热能与动力工程专业本科生起，就在专业培养方案中设置了“传热学”课程，自2009年开始在车辆工程专业加设“热工基础”课程(包括“工程热力学”和“传热学”)，目前我校开设传热学课程的专业还有建筑环境与设备工程专业、安全工程专业、过程装备与控制工程、材料成型及控制工程专业。本课程既属于专业基础课程，又是与工程实际结合紧密的应用学科，“传热学”的课程教学质量直接关系到后续专业课程的工程应用及理论研究，在专业人才培养过程中发挥着重要的作用。为了在有限的学时中尽快引导学生入门，笔者在教学实施过程中对教学目标的确定、课程内容选择、课堂教学方法研究、学生情况和成绩考核等方面进行了一系列探索与实践。
一、课程体系和教学内容的改革
“传热学”的主要内容包括热量传递的基本方式，热量传递的基本规律及其应用，传热过程综合分析三大部分。专业不同，课时不同，对本课程的需求是不同的，在保持课程内容体系完整性，服务于专业的原则下，结合专业需要建立内容丰富、层次分明、针对性强的课程体系，丰富和完善与专业相适应的课程体系。在教学实践中根据不同学时数，安排不同的教学内容，制定不同的课程主线。比如，对车辆专业少课时传热学内容，教学重点内容放在热量传递的基本方式和基本规律的应用上，课堂教学围绕着专业需求安排教学内容，其课程主线图安排如图1所示。注重以理论联系实际的方式将相关内容的专业背景、科研信息与应用在课堂教学中体现出来，呈现给学生，使学生能够找到本课程内容与其专业的应用点和结合点，树立和强化学生的工程概念和意识，培养其解决实际问题的能力。
对于多学时的课程教学，教学内容既要结合工程实际，又要和学科前沿相结合，注重学生解决实际问题能力的培养和视野的开阔。教学内容要加强学生工程意识的培养，培养学生解决实际问题的能力。工科院校的教学必须加强对学生工程实践意识的培养和工程设计能力的训练。传热学的数学推导较多，查图查表较多。传统教学观念中，偏重于介绍原理和公式推导，最后套用公式解题。学生虽然会解难题，可是遇到工程实际问题却无从下手。为此课堂教学中从工程应用的角度出发，结合学生的专业特点，举出与专业课程和实践环节密切相关的实例，根据实例建立起数学模型，并确定定解条件(包括边界条件和初始条件)，然后利用数学知识求解方程或方程组获得分析解或数值解或得到实验关联式。最后对所获得的解进行分析，用来解释传热现象，指导工程实际。例如，管道保温层的覆设、锅炉炉膛的辐射传热等，通过实例让学生初步树立工程观念。通过增加与工程密切相关的习题来加强学生工程实际意识的培养和工程设计能力的训练。例如，在讲用热电偶测量储气罐内气体温度这一实例时，可以提出如何降低测量误差的问题，引导学生学会在工程实际中如何用理论知识指导生产。这样一来，既可以增强学生的学习积极性，增强他们的工程观念，培养他们的工程意识，还可以培养学生全面考虑问题，解决实际问题的能力。
教材并非唯一的教学课程资源，在传热学中，为学生提供丰富多彩的具有时代特点的传热学学习材料可以拓宽学生的学习视野，激发学生的学习热情。教师可以把与课程相关的前沿学术动态和科研信息随时补充穿插在课堂教学中，鼓励学生利用网络和电子期刊获取与学科相关的论文信息，也可以鼓励学生利用所学知识通过大学生科研立项等科技创新活动解决生活中遇到的问题。例如，在讲解传热的连续介质假定的条件时，可以提到微尺度传热。在讲到强化传热时，可以提到场协同原理。这样可以提高学生的学习兴趣，培养学生的主动查阅科技文献的自学能力和发现问题解决问题的能力。
二、以学生为本的教学方法的灵活应用
传热学虽然是热能与动力工程专业的一门专业基础课，但是它在人们的日常生活和工程实践中都能找到实际应用。现在的大学生思想活跃，自主性强，如果仅仅对教材平铺直叙，照本宣科，教师只顾在黑板上进行公式推导，很容易让学生感到枯燥乏味，不积极思考，感受不到学科魅力，无法集中注意力学习专业基础知识，更谈不上学以致用。如果能够在教学过程中利用其身边感兴趣的实例加以引导，则能激发学生的学习兴趣，提高学生的学习积极性。例如，笔记本的散热问题，室内暖气的安装位置问题。通过深入浅出的讲解，运用所要讲述的理论分析问题解决问题，不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以激发他们的求知欲和探索精神。
教学过程中启发提问相结合，活跃课堂气氛，提高学生学习的积极性和主动性。教学过程中，学生是课堂教学中的主体，只有调动起学生主体的积极性和主动性才能提高课堂教学效果。专业基础课不可避免的会遇到一些理论分析和公式推导，这些往往是教学内容中比较枯燥乏味的部分，学生很容易失去学习兴趣。采用启发式提问，加强师生互动，可以营造生动活泼的学习环境，促使学生积极参与到教学过程中而不是被动接受知识的灌输。如果能够先分析公式推导的依据、目的和结论，并指出其中的关键点和推导思路，然后留出时间让学生自己动手推导或作为思考题的形式让学生课后思考，在下次课时让学生针对推导过程中遇到的问题各抒己见，鼓励学生勇于质疑，提出自己的新观点，学生可以提出自己的问题，甚至是对教学内容的质疑，这样不仅可以巩固学生对知识的掌握和理解，促使学生主动学习，促进学生发散思维和创造性思维的发展，进一步深化素质教育。在师生互动的过程中，可以提高学生口头表达能力和增强心理素质，还可以教学相长，对教师也是一种督促和激励，需要教师不断提高完善自己，不断与时俱进。
教师要善于总结，通过比较，加深学生对基本概念的理解，通过比较揭示不同现象的本质。例如，通过散热器内热水和室内空气的热量传递与热工设备换热器冷热流体间的热量传递的比较，引出传热过程的概念。通过比较还可以让学生找到知识点之间的相互联系与区别。例如，通过热量传递和动量传递的类比，理解热量传递与动量传递间的某些相同点，加深对热量传递的理解，学会比拟法研究对流换热问题。通过比较，还可以让学生认识到理想物体与实际物体间的差异，理论与实际的差距，认识到理论应用在具体不同条件下产生的个体差异，为今后解决工程实际问题积累经验培养能力。例如，理想物体黑体和实际物体辐射力及辐射换热量的计算的比较。教师不仅应善于总结通过比较教学法帮助学生建立完整清晰的知识体系，还应该引导学生学会独立运用比较方法，培养独立思考，主动学习，善于分析事物本质及联系的能力，形成自己的知识体系。
当然课堂教学灵活性很大，不能为了单纯运用教学方法而运用，适时灵活的将多种教学方法综合运用，才能达到良好的教学效果。例如，在讲授通过圆筒壁的传热过程时，可以由此联系到工程实际中管道的散热问题，这时可以提问相同厚度的保温层放在圆管内保温效果好还是放在圆管外好呢?学生可能认为放在管外好，结果答案恰恰相反，带着疑问就会认真听讲。待这个问题解决后，再问学生同样是在外面包裹一层，电线外面加了一层聚氯乙烯也是起到保温的作用吗?学生又会有疑问，这时引出“临界热绝缘直径”的概念，通过分析热流量和圆筒直径的关系，发现直径小于临界热绝缘直径时，在外面敷设保温层反而起不到保温的作用，起到散热的作用;当直径大于临界热绝缘直径时，在外面敷设保温层才能起到保温的作用。通过创设问题情境，运用比较法，启发提问相结合的教学方法，有利于学生解决实际问题能力的培养。
三、教学实践方式的改革
除了以课堂教学为依托的认识实践，通过课堂讲授、课堂讨论、讲座、实验等方式通过知识的传授和习得来增加知识，提高分析和解决问题的能力，还加强实践教学的比重。注重实践，以课外活动为依托通过课外活动锻炼学生的实际动手能力和应用知识的能力。主要方式有本科生科研、社团活动、小组活动、实习等。具体措施有改革课程结构，增加课程的实践环节，更新实验课、习题课、见习课的内容，增加其学时数，促进理论教学和实践教学的融合;实行本科生科研制度，通过科研提高学生的动手能力和解决问题的能力。这为增强学生运用理论知识解决实际问题的能力打下了良好的基础。例如，热能与动力工程专业2008级边鑫超等同学利用课余时间设计完成的作品《一种新型风力与太阳能互补供电系统(路灯)的设计》在2011年“泰汽新能源杯”第八届山东省大学生机电产品创新设计竞赛获一等奖，还有多名同学获得优秀奖。
四、结束语
授之以鱼不如授之以渔，教授一门课程的主要目的不仅在于让学生掌握必需的科学知识，更应该在于教会学生一种分析问题解决问题的方法和思路，培养其能力提高其素质。要求每一名大学教师在以后的教学过程中还必须不断学习，不断摸索，不断积累，通过教学环节的精心设计，教学内容的取舍分析，教学方法的灵活运用，因材施教，注重实践，真正培养出具有独立学习能力，理论联系实际解决工程实际问题，面向工程实际的人才。
(责任编辑：刘丽娜)
作者：衣秋杰
1、煤油冷凝器的设计任务书
1、设计题目:煤油冷却器的设计
工程背景：在石油化工生产过程中，常常需要将各种石油产最(如汽抽、煤油、柴油
等)进行冷却，本设计以某炼油厂冷却煤油产品为例，让学生熟悉列管式换热器的设计过程。
设计的目的：通过对煤油产品冷却的列管式换热器设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基本原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力。
2、设计任务及操作条件
(l)处理能力：
(x)× 104t/a煤油
(2)设备型式
列管式换热器。
(3)操作条件
①煤油：入口温度：140;出口温度：40℃。
②冷却介质：自来水，人口温度：30℃，出口温度：50℃。
③允许压强降：不大于105Pa。
④每年按330天计，每天24h连续运行。
(4)设计项目
①设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。
②换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。
③换热器的主要结构尺寸设计。
④主要辅助设备选型。
⑤绘制换热器总装配图。
3、设计说明书的内容
①目录;
②设计题目及原始数据(任务书);
③论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择;
④换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算;传热面积、换热管型号、壳体直径等);
⑤设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等);
⑥主体设备设计计算及说明;
⑦主要零件的强度计算(选做);
⑧附属设备的选择(选做);
⑨参考文献;
⑩后记及其他。
4、设计图纸要求
附工艺流程图及冷凝器装配图一张。
2 乙醇一水精馏塔项产品冷凝器的设计任务书
1、设计题目
乙醇一水精馏塔顶产品全凝器的设计。
设计一冷凝器，冷凝乙醇一水系统精馏塔顶部的馏出产品。产品中乙醇的浓度为95%，处理量为(x)× 104t/a，要求全部冷凝。冷凝器操作压力为常压，冷却介质为水，其压力为0. 3MPa，进口温度为30℃，出口温度为40℃。
工程背景：采用薯类与谷类原料进行发酵。发酵法制乙醇是一个很复杂的生化过程，发酵在密封的发酵罐中进行产生的CO2的纯度达99%-99.5%以上，其余为气态杂质，组分(以C O2质量为基准)为：乙醇0.4%-0.8%，脂类：0.03%-04%，酸类：8. 08%-0.09%。成熟发酵醪中的乙醇必须经过初馏、精馏和除杂才能得到合格的乙醉。本课程设计即为粗乙醇(初馏塔出来的乙醇一水溶液)，在进行精馏获得合格产品的过程中，精馏塔顶冷凝器的设计。发酵法制乙醇的工艺也可以参考有关书籍或文献资料。
设计的目的：通过对乙醇一水系统精馏塔顶产品全凝器的设计，使学生了解和掌握化工单元操作设备设计的步骤、方法及基本技能，熟悉文献资料及物性参数的查阅和收集方法，懂得如何论证优化设计方案，合理科学地应用公式及数据。在设计中提高学生的分析能力和解决问题的能力。
2、设计任务及操作条件
①处理量：(x) × 104t/a ②产品浓度：含乙醇95%;
③冷却介质：P为0.3 MPa，入口温度30℃，出口温度40℃;
④操作压力：常压;
⑤允许压降：不大于l05 Pa;
⑥每年按330天计，每天24h连续运行。
⑦设计项目：
a.设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。
b.换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。
c.换热器的主要结构尺寸设计。
d.主要辅助设备选型。
e.绘制换热器总装配图。
3、设计说明书的内容
①目录;
②设计题目及原始数据(任务书);
③论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择;
④换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等);
⑤设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等); ⑥主体设备设计计算及说明; ⑦主要零件的强度计算(选做); ⑧附属设备的选择(选做); ⑨参考文献;
⑩后记及其他。
4、设计图纸要求
附工艺流程图及冷凝器装配图一张。
5、设计思考题
①换热器及工作原理?
②影响传热的主要因素有哪些?
③何为冷凝器，冷凝器的主要型式及结构?
④选择走管程或壳程的介质应考虑什么原则? ⑤循环冷却水的进出口温度确定原则?
⑥设计冷凝器的主要步骤。
⑦对冷凝器的设计你进行了哪些优化?
6、部分设计问题指导
学生在接受设计任务后，首先应明确设计的步骤、方向、如何查阅有关数据和收集资料，并确定设计方案。本设计应在以下几个方面的加以指导。
(l)物性数据的查阅
在设计中涉及水，乙醇等的多种物理参数，如密度、豁度、比热容、汽化潜热、导热系 数等等，如何正确查阅数据是化工技术人员的基本功，因此在这方面应加以指导。
(2)经验公式的正确应用
在设计中要用到某些经验公式，如果选择不当的则会使设计发生误差。如壳程换热系数计算时，如果采用单管公式显然不对。因为工业换热器的气体冷凝比单管要复杂的多，从上排管外流下的冷凝液在下排管会产生一定的撞击和飞溅，从而使下一排管外的冷凝膜并不像单管叠加时那么厚，同时附加的扰动又会加速传热，在缺乏可靠数据可采用经验公式估算。
(3)初选冷凝器
根据计算出的传热面积A。，从国家颁布的换热器标准系列中初选冷凝器，既不能选得 太大浪费，又要满足传热需要。此外，标准设备的管数与计算值不一致时如何考虑等，都需 要加以引导。
(4)结构设计
指导学生对关键部位进行设计并提出优化设想，如提高传热效果、降低成本等。
3 正戊烷冷凝器的设计任务书
1、设计题目
正戊烷冷凝器的设计。
设计课题工程背景：炼油厂精馏塔塔顶冷凝器蒸气主要是正戊烷，以此为原料设计一正戊烷冷凝器。
2、设计任务及操作条件
①处理量：(x)×104t/a;
②正戊烷冷凝温度为51.7℃，冷凝液于饱和液体下离开冷凝器;
③冷却介质：地下水，流量为7000kg/h，人口温度：20℃、25℃、30℃;
④允许压强降：不大于105Pa;
⑤每年按330天计，每天24h连续运行;
⑥设备型式：立式列管冷凝器;
⑦设计项目：
a.设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述;
b.换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积;
c.选择合适的立式列管冷凝器并进行较核计算; d.对冷凝器的附件进行设计，包括结构设计; e.绘制换热器总装配图; ⑧设计要求：
a.说明书采用统一封面和纸张; b.方案和流程的选择要阐明理由; c.设计过程思路清晰，内容完全;
d.设计、计算中，所采用的公式、数据、图表等注明出处，有些需说明理由; e.一律用钢笔或打印填写，要排列整齐，字体端正，书面整洁; f.计算过程均应写出;
g.设备图以制图要求为准; h.集中做设计，独立完成。
3、设计说明书的内容
①课程名称、首页、目录及页码; ②前言;
③简述设计内容，自己设计的特点，引用的标准等; ④热量衡算及初步估算换热面积; ⑤冷凝器的选型及流动空间的选择; ⑥工艺流程图;
⑦冷凝器的校核计算; ⑧结构及附件设计计算; ⑨冷凝器的主要数据一览表; ⑩设计结果评价; ⑧附立式列管冷凝器总装图。
4、设计图要求
附工艺流程图及冷凝器装配图一张。
5、设计答辩指导
①弄清整个设计过程脉络，关键步骤;
②基本概念正确，各计算方法有依据，准确;
③选型的依据，选择管程、壳程流体，流向或某一值的考虑;
④如何改进设计?-i有何可修改的地方?如何修改?
⑤分析、评荆所做设计是否可操作，经济性如何?
⑥图面布里是否符合制图标准?
⑦各部分结构在图上是否正确体现?
⑧设计说明是否清晰，文字有何错误?
4、甲醇冷凝器的设计
1、设计题目
甲醇冷凝器的设计。
2、设计任务及操作条件
①处理量：(x)×104t/a;
②甲醇进口温度为58℃，冷凝液于饱和液体下离开冷凝器;
③冷却介质：地下水，流量为7000kg/h，入口温度： 30℃;
④允许压强降：不大于105Pa;
⑤每年按330天计，每天24h连续运行;
⑥设备型式：列管冷凝器;
⑦设计项目：
a.设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述;
b.换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积;
c.选择合适的立式列管冷凝器并进行较核计算; d.对冷凝器的附件进行设计，包括结构设计; e.绘制换热器总装配图; ⑧设计要求：
a.说明书采用统一封面和纸张; b.方案和流程的选择要阐明理由; c.设计过程思路清晰，内容完全;
d.设计、计算中，所采用的公式、数据、图表等注明出处，有些需说明理由; e.一律用钢笔或打印填写，要排列整齐，字体端正，书面整洁; f.计算过程均应写出;
g.设备图以制图要求为准; h.集中做设计，独立完成。
3、设计说明书的内容
①课程名称、首页、目录及页码; ②前言;
③简述设计内容，自己设计的特点，引用的标准等; ④热量衡算及初步估算换热面积; ⑤冷凝器的选型及流动空间的选择; ⑥工艺流程图;
⑦冷凝器的校核计算; ⑧结构及附件设计计算; ⑨冷凝器的主要数据一览表; ⑩设计结果评价;
⑧附立式列管冷凝器总装图。
4、设计图要求
附工艺流程图及冷凝器装配图一张。
5、设计答辩指导
①弄清整个设计过程脉络，关键步骤;
②基本概念正确，各计算方法有依据，准确;
③选型的依据，选择管程、壳程流体，流向或某一值的考虑;
④如何改进设计?-i有何可修改的地方?如何修改?
⑤分析、评荆所做设计是否可操作，经济性如何?
⑥图面布里是否符合制图标准?
⑦各部分结构在图上是否正确体现?
⑧设计说明是否清晰，文字有何错误?
5、柴油加热器的设计
1、设计题目
柴油加热器的设计。
2、设计任务及操作条件
①处理量：(x)×104t/a;
②柴油进口温度为35℃，出口温度73℃;
③加热介质：饱和水蒸气，流量为5000kg/h，入口温度： 100℃;
④允许压强降：不大于105Pa;
⑤每年按330天计，每天24h连续运行;
⑥设备型式：列管换热器;
⑦设计项目：
a.设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述;
b.换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积;
c.选择合适的列管换热器并进行较核计算; d.对换热器的附件进行设计，包括结构设计; e.绘制换热器总装配图; ⑧设计要求：
a.说明书采用统一封面和纸张; b.方案和流程的选择要阐明理由; c.设计过程思路清晰，内容完全;
d.设计、计算中，所采用的公式、数据、图表等注明出处，有些需说明理由; e.一律用钢笔或打印填写，要排列整齐，字体端正，书面整洁; f.计算过程均应写出;
g.设备图以制图要求为准; h.集中做设计，独立完成。
3、设计说明书的内容
①课程名称、首页、目录及页码; ②前言;
③简述设计内容，自己设计的特点，引用的标准等; ④热量衡算及初步估算换热面积; ⑤换热器的选型及流动空间的选择; ⑥工艺流程图;
⑦换热器的校核计算; ⑧结构及附件设计计算; ⑨换热器的主要数据一览表; ⑩设计结果评价;
⑧附列管冷凝器总装图。
4、设计图要求
附工艺流程图及冷凝器装配图一张。
5、设计答辩指导
①弄清整个设计过程脉络，关键步骤;
②基本概念正确，各计算方法有依据，准确;
③选型的依据，选择管程、壳程流体，流向或某一值的考虑;
④如何改进设计?-i有何可修改的地方?如何修改?
⑤分析、评荆所做设计是否可操作，经济性如何?
⑥图面布里是否符合制图标准?
⑦各部分结构在图上是否正确体现?
⑧设计说明是否清晰，文字有何错误?
6、套管式加热器的设计
1、设计题目
柴油套管式换热器的设计。
2、设计任务及操作条件
①处理量：(x)×104t/a;
②柴油进口温度为35℃，出口温度73℃;
③加热介质：饱和水蒸气，流量为5000kg/h，入口温度： 100℃;
④允许压强降：不大于105Pa;
⑤每年按330天计，每天24h连续运行;
⑥设备型式：列管换热器;
⑦设计项目：
a.设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述;
b.换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积;
c.选择合适的列管换热器并进行较核计算; d.对换热器的附件进行设计，包括结构设计; e.绘制换热器总装配图; ⑧设计要求：
a.说明书采用统一封面和纸张; b.方案和流程的选择要阐明理由; c.设计过程思路清晰，内容完全;
d.设计、计算中，所采用的公式、数据、图表等注明出处，有些需说明理由; e.一律用钢笔或打印填写，要排列整齐，字体端正，书面整洁; f.计算过程均应写出;
g.设备图以制图要求为准; h.集中做设计，独立完成。
3、设计说明书的内容
①课程名称、首页、目录及页码; ②前言;
③简述设计内容，自己设计的特点，引用的标准等; ④热量衡算及初步估算换热面积; ⑤换热器的选型及流动空间的选择; ⑥工艺流程图;
⑦换热器的校核计算; ⑧结构及附件设计计算; ⑨换热器的主要数据一览表; ⑩设计结果评价;
⑧附列管冷凝器总装图。
4、设计图要求
附工艺流程图及冷凝器装配图一张。
5、设计答辩指导
①弄清整个设计过程脉络，关键步骤;
②基本概念正确，各计算方法有依据，准确;
③选型的依据，选择管程、壳程流体，流向或某一值的考虑;
④如何改进设计?-i有何可修改的地方?如何修改?
⑤分析、评荆所做设计是否可操作，经济性如何?
⑥图面布里是否符合制图标准?
⑦各部分结构在图上是否正确体现?
⑧设计说明是否清晰，文字有何错误?
第一章 基本概念：传热学的研究内容;热能传递的三种基本方式;传热过程和传热系数。
计算：传热过程和传热系数的计算。
第二章基本概念：导热基本定律 —— 傅立叶定律温度场;等温面、等温线;导热系数;
导热问题的数学描述;导热微分方程的推导及物理意义;热扩散率;接触热阻。计算：典型一维稳态导热问题的分析解;等截面直肋的计算。
第三章基本概念：非稳态导热过程的特点和类型;Bi准则数;第三类边界条件下Bi准则
数对平板中温度分布的影响;集中参数法的条件。
计算：集中参数法温度场的分析解及应用。
第五章基本概念：对流换热的影响因素;表面传热系数的物理意义;对流换热问题完整的
数学描述;流动边界层、热边界层。
第六章基本概念：相似原理与量纲分析;P241 表6-1;变物性影响的修正及原因;流体
横掠单管流动的特点——边界层的分离(用图定性分析);
计算：管槽内湍流强制对流传热关联式的应用
Nuf0.023RefPrf加热流体，n=0.4;冷却流体，n=0.3此式适用于流体与壁面温度具有中等温差的场合。
采用流体平均温度tf为定性温度，取管内径d为特征长度。
实验验证范围为Ref10~1.210,Prf0.7~120,l/d60。
第七章 基本概念：凝结传热的模式;努塞尔的纯净蒸汽层流膜状凝结的分析解推导的思路。
注意相关的假设条件。(难点);水平管外凝结与竖直管外凝结的比较。(P307，第四版);不凝结气体对膜状凝结和沸腾换热的影响。大容器饱和沸腾的三个区域及特点;临界热流密度及其工程意义。
第八章 基本概念：热辐射的概念;固、液、气的吸收率、透过率和反射率;如何理解黑体
模型;黑体热辐射的基本定律及计算公式;辐射力、光谱辐射力、定向辐射强度之间的区别。实际物体的发射率、吸收率，光谱发射比、光谱吸收比的定义及计算式。如何理解实际物体的吸收比;灰体的定义及重要意义;吸收比与发射率的关系——基尔霍夫定律建立的严格条件、它与灰体的提出的意义;加深对教材(第四版：表8-3)的理解。
计算：三个基本定律的应用;黑体辐射函数表的应用。
第九章 基本概念：辐射传热的角系数;有效辐射的定义;重辐射面;表面热阻;空间热阻;
多表面封闭网络法求解的实施步骤。
计算：两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热公式及计算;两表面换热系统的辐射
网络图;多表面封闭系统网络图。
第十章 基本概念：通过圆筒壁的传热分析及计算公式的特点;通过肋壁的传热过程分析计
算公式的特点;临界热绝缘直径的意义;顺流、逆流的区别;平均温差的计算;换热器设计的类型和要求;换热器设计的方法及主要步骤。
任课老师：欧阳莉2014年6月16日 450.8n
热学计算
1.(09一模)(7分)小明为了探究太阳光的辐射情况，分别用水和细沙做实验，该实验不计热量损失。[水的比热容为4.(09一模)2×103J/(kg·℃)，细沙的比热容为O.92×103J/(kg·℃)，液化气的热值为100 J/cm3]试求：
(1)用一底面积为0.1 m2的方形水槽装了6 kg水，在中午的太阳光下照射25 min,水的温度升高了5℃。水吸收的热量是多少?
(2)设每平方米水面上、平均每分钟太阳辐射的热量为N，则N是多少?
(3)将水槽中的水倒掉，然后平铺上6 kg的细沙，在中午的太阳光下照射23 min，细沙的温度能升高多少?
(4)细沙吸收的这些热量相当于完全燃烧多少立方厘米液化气所产生的热量? 2.(09二模)(7分)小明家用的是太阳能热水器，该热水器水箱的容积是200L。某天早晨，他给热水器的水箱加满20℃的自来水。中午时，热水器水箱中的水温为45℃。
[ρ水=1.O×103kg/m3，c水=4.2×103J/(kg·℃)，q煤气=4.2×107J/kg)
试求：(1)水箱中水的质量是多少?
(2)这些水吸收的热量是多少?
(3)用煤气灶加热时，也使这些水从20℃升高到45℃，共燃烧了2kg煤气。则用该煤气灶烧水的效率是多少? 3.(09中考)(6分)某浴池用的是地下温泉水，浴池中水的体积是40m3，初温是85℃，当温度降到45℃时可供洗浴使用。温泉水的密度约为1.0×103 kg/m3，温泉水的比热容约为4.2×103 J/(kg·℃)，煤的热值是3.O×107J/kg试求：
(1)浴池中温泉水的质量是多少?
(2)当浴池中的温泉水从85℃降到45℃时，放出的热量是多少?
(3)温泉水放出的这些热量相当于完全燃烧多少千克的煤? 4.(10一模)(5分)某种汽油的热值是4.6×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)。试求：
(1)完全燃烧2l0g的汽油，能放出多少热量?
(2)如果这些热量全部被水吸收，水温从20℃升高到43℃。则水的质量是多少? 5.(10二模)用锅炉烧水时，将50kg的水由20℃加热到l00℃，需要完全燃烧2kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，烟煤的热值是3.O×107J/kg。
试求：
(1)水吸收的热量是多少? (2)烟煤放出的热量是多少? (3)锅炉烧水的效率是多少? 6.(10中考)(5分)用烟煤烧水时，将lOkg的水从20℃加热到100℃，燃烧了1.4kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，烟煤的热值约为3×107J/kg。试求：
(1)水吸收的热量是多少? (2)1.4kg的烟煤完全燃烧放出的热量是多少?
(3)实际上烟煤未完全燃烧。若水吸收的热量是烟煤放出热量的8.4%，那么烟煤实际放出的热量是多少? 7.(11一模)(5分)某太阳能热水器的水箱内装有50kg的水，太阳光照射一段时间后，水温从20℃升高到60℃。水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，焦炭的热值是3.O×107J/kg。试求：(1)水吸收的热量是多少?
(2)这些热量相当于完全燃烧多少千克的焦炭? 8.(5分)小明在家里用煤气灶将质量为5 kg的水，从20℃加热到100℃。设煤气完全燃烧，煤气燃烧产生的热量30%被水吸收，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤气的热值约为4×107J/m3，煤气单价为 1元/m3。试求：
(1)烧开这些水需要吸收多少热量?
(2)若小明每天都用煤气灶烧开这样一壶水，仅烧水这一项，小明家一个月(按30天计)需要交多少煤气费? 9.(11中考)图6是某太阳能热水器，向其中注入50 kg的水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃。水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)。试求： (1)这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少? (2)如果这段时间该太阳能热水器接收到太阳辐射的热量是2.8×107J，则这段时间该热水器的效率是多少? (3)若用煤燃烧来提供2.8×107J的热量，需完全燃烧多少千克煤?(煤的热值约为3.5×lO7J/kg)
10.(12一模)(5分)很多家用电器是用遥控器开、关机的。用遥控器关机后，电源并没有断开，此时的家用电器为待机状态，用电器仍要消耗一些电能。若小明家所有用电器待机状态时的总功率为21W，平均每天处于待机状态的时间为10h。试求： (1)一个月(30天)因用电器待机而浪费的电能是多少千瓦时?
(2)若这些电能全部用来烧水，可以将多少千克的水由20℃加热到80℃? 〔=4.2×103J/(kg.℃) 〕
11.(12二模)(5分)用酒精灯给烧杯里的水加热，把150g的水从20℃加热到100℃，燃烧了10g的酒精，设酒精完全燃烧。已知酒精的热值为3×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg.℃)。试求： (1)水吸收的热量是多少?
(2)用酒精灯烧水时的效率是多少? 12.(12中考)(5分)用煤气灶烧水时，把2 kg的水从25℃加热到75℃，燃烧了O.03 m3的煤气。设煤气完全燃烧。水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，煤气的热值约为4.0 ×107 J/m3。试求：
(1)水吸收的热量是多少? (2)煤气灶烧水时的效率是多少? 13.(13二模)(5分)用某锅炉将500 kg的水从20℃加热到70℃，燃烧了20 kg的烟煤，所用烟煤的热值约为3×l07 J/kg，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。试求：
(1)水吸收的热量是多少?
(2)该锅炉烧这些水的效率是多少? 14.(13中考)(5分)用某锅炉把50kg的水从20℃加热到100℃。水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)。 试求：
(1)水吸收的热量是多少?
(2)这些热量相当于完全燃烧多少千克酒精放出的热量?(酒精的热值是3.0×107J/kg)
答案： 1. 解：(1)Q水吸=c水m水△t水
=4.2×103 J/(kg·℃)×6 kg×5℃=1.26×105J
(1分) (2)N=1.26×105J/(0.1 m2×25min)=5.04×104J/( m2·min)
(1分) (3)Q沙吸=5.04×104 J/( m2·min)×0.1 m2×23 min =1.1592×105J
(1分) △t沙=Q沙吸/ c沙m沙
=1.1592×105 J /〔0.92×103 J/(kg·℃)×6 kg〕
=21℃
(1分)
(4)Q气放=V q
(1分)V=Q气放/q=Q沙吸/q=1.1592×105J/100 J/ cm3=1159.2cm3
(1分) 答：(1)水吸收的热量是1.26×105J。
(2)N是5.04×104J/( m2·min)。 (3)细沙的温度能升高21℃。
(4)需要燃烧1159.2cm3的液化气。
2.(7分) 解：
(1)ρ=m/V(1分)
m水=ρ水V=1.0×103kg/m3×0.2m3=200kg (1分)
(2)Q吸=c水m水△t水
(1分)
=4.2×103J/(kg·℃)×200kg×25℃=2.1×107J(1分)
(3)Q放=q煤气m
(1分)
=4.2×107J/kg×2kg=8.4×107J (1分) η=Q吸/Q放=2.1×107J/8.4×107J =25% (1分) 答：(1)水箱中水的质量是200kg。
(2)这些水吸收的热量是2.1×107J。
(3)用该煤气灶烧水的效率是25%。 3.(6分) 解：(1)ρ=m/V (1分) m=ρV=1.0×103kg/m3×40m3=4×104kg (1分) (2)Q放=cm(t1 -t2)(1分) =4.2×103J/(kg·℃)×4×104kg×(85℃-45℃) =6.72×109J (1分) (3)Q放=m q(1分)
1分) ( m煤=Q放/q=6.72×109J/ 3.0×107J/kg= 224kg(1分) 答：(1) 浴池中温泉水的质量是4×104kg。 (2)温泉水放出的热量是6.72×109J。
(3)这些热量相当于完全燃烧224kg 的煤。 4.(5分) 解：(1)Q=mq
(1分) =0.21kg×4.6×107 J/ kg=9.66×106J
(1分)
(2)Q=cm(t-t0)
(1分) m=Q/c(t-t0) =9.66×106J /〔4.2×103 J/(kg·℃)×23℃〕
(1分)
=100kg
(1分) 答：(1)能放出9.66×106J 的热量。 (2)水的质量是100kg 5.解：(1)Q吸=cm水(t-t0)
=4.2×103 J/(kg·℃)×50kg×(100℃-20℃)=1.68×107 J (1分)
(2)Q放=m燃料q
=2kg×3.0×107 J/ kg =6×107J
(3)η=Q吸(1分) =1.68×107J/6×107J=28%
(1分)
答：(1)水吸收的热量是1.68×107J。 (2)烟煤放出的热量是6×107J。 (3)锅炉烧水的效率是28%。 6.(5分) 解：(1)Q吸=cm水(t-t0)--------(1分) =4.2×103 J/(kg·℃)×10kg×(100℃-20℃) =3.36×106 J--------(1分)
(2)Q完放=m4q -----------(1分) =1.4kg×3×107 J/ kg=4.2×107J -----------------(1分)
(3)Q实放=3.36×106 J/8.4%=4×107J
答：(1)水吸收的热量是3.36×106 J
(2)1.4kg烟煤完全燃烧放出的热量是4.2×107J。
(3)烟煤实际放出的热量是4×107J。 7.(5分) 解：(1)Q吸=cm(t-t0)
=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×(60℃-20℃)
(1分) =8.4×106J
(1分)
(2)∵Q放=Q吸，Q放=m焦炭q
∴m焦炭=Q吸/q=8.4×106J/(3.0×107J/kg)=0.28kg
(1分)答：(1)水吸收的热量是8.4×106J。
(2)这些热量相当于完全燃烧0.28kg的焦炭。 8.(5分) 解：(1)Q吸=cm(t -t0)
=4.2×103 J/(kg·℃)×5kg×(100℃-20℃) =1.68×106 J
(1分) (2)η=Q吸/Q放
(1分)(1分) 1分) /Q放
1分)
(1分) 1分)
(
(
(Q放=Q吸/η=1.68×106J/ 30%=5.6×106 J
(1分) Q放=Vq
V=Q放/q=5.6×106J/(4×107J/m3)=0.14 m3
(1分)
N=30×0.14 m3×1元/ m3=4.2元
(1分) 答：(1)烧开这些水需要吸收1.68×106J的热量。 (2)需要交4.2元煤气费。
9.解：(1)Q吸=cm水(t – t0)
(1分)
=4.2×103 J/(kg·℃)×50kg×(50℃ - 10℃)=8.4×106 J
(1分)
(2)η=Q吸/Q总
(1分)
=8.4×106J/2.8×107J=30%
(1分)
(3)Q放=m煤q
(1分)
m煤=Q放/q=2.8×107J/3.5×107J/kg=0.8 kg
(1分)
答：(1)这段时间该热水器中的水吸收的热量是8.4×106 J。
(2)这段时间该热水器的效率是30%。
(3)需完全燃烧0.8 kg的煤。 10.(5分) 解：
(1)P=W/t
(1分) E=W=Pt=0.021W×10h×30=6.3 kW·h
(1分)
(2)Q吸=c水m(t-t0)
(1分)
m=Q吸/c水(t-t0) =6.3×3.6×106J/〔4.2×103 J/(kg·℃)×(80℃-20℃)〕
(1分)
=90kg
(1分)
答：(1)一个月(30天)因用电器待机而浪费的电能是6.3 kW·h。
(2)若这些电能全部用来烧水，可以把90kg的水从20℃加热到80℃。 11.(5分) 解：
(1)Q吸=c水m水(t-t0)
(1分) =4.2×103 J/(kg·℃)×0.15kg×(100℃-20℃)=5.04×104J (1分)
(2)Q放=m酒精q=0.01kg×3×107J/kg=3×105J
(1分)
η=Q吸/Q放
(1分) =5.04×104J/3×105J=16.8% (1分) 答：(1)水吸收的热量是5.04×104J。 (2)用酒精灯烧水时的效率是16.8%。
12.解：(1)Q吸=cm(t-t0)
(1分)
=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(75℃-25℃)=4.2×105J
(1分)
(2)Q放=Vq=0.03m3×4.0×107J/m3=1.2×106J
(1分)
η=Q吸/Q放
(1分)
=4.2×105J/1.2×106J=35%
(1分) 答：(1)水吸收的热量是4.2×105 J。
(2)煤气灶烧水时的效率是35%。 13.(5分) 解：(1)Q吸=c水m水(t-t0)
(1分) =4.2×103 J/(kg·℃)×500kg×(70℃-20℃) =1.05×108J
(1分)
(2)烟煤完全燃烧放出的热量Q放=m烟煤q=20kg×3×107J/kg=6×108J
(1分)
η=Q吸/Q放
(1分)
=1.05×108J /6×108J=17.5%
(1分) 答：(1)水吸收的热量是1.05×108J。 (2)该锅炉烧这些水的效率是17.5%。 14.(5分)
解：(1)Q吸=cm水(t-t0)
(1分)
=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×(100℃-20℃)
(1分) =1.68×107J
(1分)
(2)Q吸=Q放=mq
m=Q吸/q=1.68×107J/3.0×107J/kg=0.56kg
答：(1)水吸收的热量是1.68×107 J。
(2)这些热量相当于完全燃烧0.56kg的酒精放出的热量。
(1分)
(1分)
五邑大学大学计算机网络原理课程设计
计算机网络原理课程设计
说明书
学号：11080511
姓名：黄秉辉
五邑大学 计算机学院
五邑大学大学计算机网络原理课程设计
一、课程设计目的
(1)对计算机网络基本理论知识的加深理解。 (2)通过设计对计算机网络的应用有所了解。 (3)掌握基本cisco基本配置命令并熟练运用。
二、课程设计要求
从课程设计的目的出发,通过设计工作的各个环节,达到以下教学要求: 组网后全网络中的每台PC机之间都能PING通,路由功能正常,每台PC机都能访问INTERNET,而且都能实现文件共享、打印机共享;各个应用层的配置能实际应用;网络环境下的软件设计要有一定的实用性;交换机和路由器的配置以能否PING通为基本要求. 课题具体要求：
1、该网络至少需要有6个网段，网段用学号的最后二位;
(如：192.168.10.0/24,192.168.20.0/24,192.168.30.0/24…….); 使用VISIO画图工具，画出网络拓扑图;在拓扑图中至少要有三台二层交换机、二台三层交换机、三台路由器;
2、在设计中要涉及虚拟局域网、广域网的互连;
3、在两台三层交换机之间提供冗余链路聚合;
4、在设计中既要有静态路由又要有动态路由(rip 2.0)
5、需要有Web网站的管理:具备WWW,FTP, E_mail功能,配置Web服务器;
6、在路由器上做安全控制(ACL)：
某个网段的学生不可以访问服务器的FTP服务;某个网段学生可以访问其他网络的任何资源
。
三、网络拓扑图
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四、设备的配置与验证
三层交换机switch4，switch5 Switch(config)#vlan 10 Switch(config-vlan)#exit Switch(config)#vlan 20 Switch(config-vlan)#exit Switch(config)#interface FastEthernet0/1 Switch(config-if)#switchport access vlan 10 Switch(config-if)#exit
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Switch(config)#interface FastEthernet0/2 Switch(config-if)#switchport access vlan 20 Switch(config-if)#exit Switch(config)#interface vlan10 Switch(config-if)# ip address 192.168.11.254 255.255.255.0 Switch(config-if)#no shutdown Switch(config-if)#exit Switch(config)#interface vlan20 Switch(config-if)#ip address 192.168.33.254 255.255.255.0 Switch(config-if)#no shutdown Switch(config-if)#exit Switch(config)#ip routing Switch>enable Switch#configure terminal Switch(config)#interface port-channel 1 Switch(config-if)#switchport mode trunk Switch(config-if)#exit
Switch(config)#interface range fastethernet 0/3-4 Switch(config-if-range)#channel-group 1 mode on
Switch4(专家级访问控制列表配置)
Switch(config)#ip access-list ext Switch(config)#ip access-list extended test1
Switch(config-ext-nacl)#deny ip host 192.168.11.1 host 192.168.88. Switch(config-ext-nacl)#permit ip any any Switch(config-ext-nacl)#int vlan 10 Switch(config-if)#ip access-group test1 in
路由route0 rip
Router(config)#route rip Router(config-router)#version 2 Router(config-router)#network 192.168.77.0 Router(config-router)#network 192.168.66.0 Router(config-router)#network 192.168.5.0 Router(config-router)#network 192.168.6.0
路由route5 rip Router(config)#route rip Router(config-router)#version 2
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Router(config-router)#network 192.168.77.0 Router(config-router)#network 192.168.132.0
路由route1 rip Router(config)#route rip Router(config-router)#version 2 Router(config-router)#network 192.168.66.0 Router(config-router)#network 192.168.55.0
路由route4rip Router(config)#route rip Router(config-router)#version 2 Router(config-router)#network 192.168.121.0 Router(config-router)#network 192.168.110.0
五、结果分析
ftp
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E-mial
www
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动态路由表
六、心得体会(模板)
本次课程设计一共用了一个礼拜的时间，在这段时间内，学会了很多了东西，也遇到了很多困难。这门课是上个学期学的，经过一个学期，都已经忘记了差不多，所以在做实验的时候经常不记得配置的命令，不记得该用什么线来连接，因此刚开始做的时候，进行得非常缓慢，后来，经过了一两天的操作，已经开始慢慢熟练了操作起来也得心应手。但是在实验过程中也遇到了很多不同的困难，有时候还遇到课本有错误的，更加麻烦。在进行三层交换机的链路聚合这一块停留了很久，不知道是课本有错误还是其他什么原因，就是实现不了，后来经过上网找资料，同学们的帮助，终于解决这个问题。在解决了一个问题之后，另外的一个问题有出现了，在我进行静态路由的配置的时候，经常ping不通，纠结了这个问题很久，静态路由很经常都连接不通，但是改为了动态路由就很容易ping通，到现在我还想不通这个问题。这次试验最有趣的就是E-mail，www，ftp的实现，感觉就像跟平时自己上网，发邮件差不多，学起来做起来也特别感兴趣。
还有路由器上做安全控制(ACL)这一块，终于明白为什么我们学生不能访问一些网站，而老师就可以访问，原来的在我学生的主路由器上做了安全控制，那
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么我们就不能访问一些服务器。
经过这一个礼拜的学习，学会了很多东西，同时还很感谢同学的帮组，在我遇到困难的时候，同学给予了我帮助。通过这次的实验，加深我对计算机网络的兴趣，同时也使我学会了很多东西。
报告书
学院：
班级：通信0902
姓名：
学号：
指导老师：
实验三 交换机VLAN实验
SWITCH2的拓扑图
规划IP：
PCA的ip为：10.65.1.1
PCB的ip为：10.66.1.1
PCC的ip为：10.65.1.3
PCD的ip为：10.66.1.3
SWA:
SWB:
设置VLAN: SWA:
SWB:
不设trunk时测试可通性 从PCA到PCC测试：不通，因现在的连线两端在VLAN1中，不能承载Vlan2的信息
[root@PCA root]# ping 10.65.1.3
从PCA到PCB测试：不通：不是一个网段，且不在一个VLAN [root@PCA root]# ping 10.66.1.1
从PCB到PCD测试：通：因为在同一网段内。路径：从switch A的f0/6到switch B的f0/6 [root@PCB root]# ping 10.66.1.3
从PCA到SWA测试：不通：不在同一网段内
[root@PCA root]# ping 10.66.1.7
从PCA到SWB测试：不通：不在同一网段，也不在同一vlan [root@PCA root]# ping 10.66.1.8
从SWA到PCA测试：不通：不在同一网段
SWA#ping 10.65.1.1
从SWA到SWB测试：通:在同一个网段中，路径：从switch A的f0/8到switch B的f0/1 SWB#ping 10.66.1.8
swa40#conf t swa40(config)#int f0/8 swa40(config-if)#switchport mode trunk swa40(config-if)#int f0/1 swa40(config-if)#switchport mode trunk swa40(config-if)#
从PCA到PCC、PCD、SWA、SWB的可通性依次为通，不通，不通，不通。
PCA和PCC在同一网段中，路径：从switch A的f0/3到switch B的f0/3,PCA和PCD、SWA、SWB不在同一网段内。
从PCB到PCC、PCD、SWA、SWB的可通性依次为不通，通，通，通。 PCB与PCC不在同一网段，PCB与PCD、SWA、SWB在同一网段内,路径分别为从switch A的f0/6到switch B的f0/6;从PCB到switch A的f0/6;从switch A的f0/6到switch B的f0/1.
SWITCH3的拓扑图
(1)都不设vlan情况下，测试连通性
从PCA到PCC，PCD，SWA，SWB依次为 不通，不通，通，不通 PCA与PCC、PCD不在同一默认vlan中，PCA与SWA在同一默认vlan中，路径：从PCA到switch A的f0/3,PCA与SWB不在同一默认vlan中。
从PCB到PCC,PCD，SWA，SWB依次为不通，不通，通，不通。PCB与PCC、PCD不在同一默认vlan中，PCB与SWA在同一默认vlan中，路径：从PCB到switch A的f0/6,PCB与SWB不在同一默认vlan中。
(2)设置有vlan情况下，测试连通性
从PCA到PCC、PCB、SWA、SWB、PCD均不通：不在同一vlan
从PCB到PCC、PCD、SWA、SWB测试为不通，不通，通，不通。PCB与PCC、PCD不在同一默认vlan中，PCB与SWA在同一默认vlan中，路径：从PCB到switch A的f0/6,PCB与SWB不在同一默认vlan中。
(3)使用trunk情况下，测试连通性
从PCA到PCC、PCD、SWA、SWB的可通性依次为不通，通，不通，不通。PCA与PCC、PCD不在同一默认vlan中，PCA与SWA在同一默认vlan中，路径：从PCA到switch A的f0/3,PCA与SWB不在同一默认vlan中。
从PCB到PCC、PCD、SWA、SWB的可通性依次为通，不通，通，通。PCB到PCC设置了trunk,路径：从switch A的f0/6到switch C的f0/1到switch B的f0/1,PCB与PCD不在同一vlan,PCB与SWA、SWB设置了trunk,路径：从PCB到switch A的f0/6，从switch A的f0/6到switch C的f0/1到switch B的f0/1
实验六 路由器接口的secondary ip 装入图文件：router1e
设置计算机的IP和网关：
PCA：PCA的IP地址：10.65.1.1 网关指向：10.65.1.2
PCB：PCB的IP地址：10.66.1.1 网关指向：10.66.1.2
设置交换机的IP地址： switch(config)#int vlan 1 switch(config-if)#ip address 10.66.1.8 255.255.0.0
设置路由器的接口f0/0的有两个ip地址。 roa(config)int f0/0
roa(config-if)#ip address 10.65.1.2 255.255.0.0 roa(config-if)#no shut roa(config-if)#ip address 10.66.1.2 255.255.0.0 secondary roa(config-if)#no shut roa#sh run
测试可通性
[root#PCA root]# ping 10.66.1.1
通：在同一网段，路径：从switch的f0/3到f0/6
[root#PCA root]# ping 10.66.1.2 通
[root#PCB root]# ping 10.65.1.1
通:在同一vlan中，从switch的f0/6到f0/3
[root#PCB root]# ping 10.65.1.2
通
switch#ping 10.65.1.1
不通：不在同一网段
switch#ping 10.66.1.1
通：在同一网段，路径：从switch的f0/6到PCB
如果去掉交换机与路由的连线，PCA和PCB还可以通吗? 不通：不在同一网段，需通过路由寻址，去掉线就不能通了。
可见PCA到PCB的发包是经过路由器的，称之为单臂路由。
这种情况PCA和PCB在同广播域中，对工作带宽不利。如果划分VLAN可以隔离广播 实验七 使用路由器子接口路由情况
装入图文件：router1e
此实验计算机和交换机的IP地址和网关不变，但要求交换机工作在两个VLAN的情况下， 一个是原有的默认VALN，另一个是新设置的VLAN 2，含f0/
5、f0/6。 1. 设置交换机，增加一个vlan 2 switch#vlan database Switch(vlan)#vlan 2 Switch(vlan)#exit Switch#conf t Switch(config)#hostname SWA SWA(config)#int f0/5 SWA(config-if)#switchport access vlan 2 SWA(config-if)#int f0/6 SWA(config-if)#switchport access vlan 2 SWA(config-if)#int f0/1 SWA(config-if)#switchport mode trunk SWA(config-if)# SWA#sh vlan SWA#sh run (检查设置情况)
2. 路由器f0/0 有两个子接口 roa(config)int f0/0 roa(config-if)#int f0/0.1 roa(config-subif.1)#encapsulation isl 1 roa(config-subif.1)#ip address 10.65.1.2 255.255.0.0 roa(config-subif.1)#no shut roa(config-subif.1)#int f0/0.2 roa(config-subif.2)#encapsulation isl 2 roa(config-subif.2)#ip address 10.66.1.2 255.255.0.0 roa(config-subif.2)#no shut roa#sh run
3. 测试可通性：都通，路由器设置了两个子接口，使其在同一vlan中 [root#PCA root]# ping 10.66.1.1
通，路径：从PCA到switch A的S0/3到switch A的S0/1到ROA的F0/0到switch A的S0/1到switch A的S0/6到PCB
[root#PCA root]# ping 10.66.1.2
通：从PCA到switch A的S0/3到switch A的S0/1到ROA 的F0/0到switch A的S0/1到switch A的S0/6到PCB,)
[root#PCB root]# ping 10.65.1.1
通：从PCB到switch A的S0/6到switch A的S0/1到ROA的F0/0到switch A 的S0/1到switch A 的S0/3到PCA)
[root#PCB root]# ping 10.65.1.2
通:从PCB到switch A的S0/6到switch A的S0/1到ROA的F0/0到switch A的S0/1到switch A的S0/3到PCA
在使用一个路由器接口的情况下，如果下接的网络含有不同的VLAN，则要求路由器的接口要划分成子接口，并绑定isl协议。在交换机上通过多个VLAN的接口，要设置成trunk。 如果去掉交换机与路由的连线，PCA和PCB还可以通吗? 不通：不在同一网段，需通过路由寻址，去掉线就不能通了。
可见这也是一种单臂路由。
实验九 三个路由器的静态路由
装入图文件：router3
设置ROA的IP: f0/0: 10.65.1.2 -->PCA:10.65.1.1 f0/1: 10.66.1.2 -->PCB:10.66.1.1 s0/0: 10.67.1.2
s0/1: 10.68.1.2 -->
设置ROB的IP:
s0/0: 10.68.1.1 <-- s0/1: 10.69.1.2 --> f0/0: 10.70.1.2
f0/1: 10.71.1.2
设置ROC的IP:
s0/0: 10.69.1.1 <-- s0/1: 10.72.1.2
f0/0: 10.73.1.2 -->PCC:10.73.1.1 f0/1: 10.74.1.2 -->PCD:10.74.1.1
设置从PCA到PCC的静态路由 ROA(config)#ip routing ROA(config)#ip route 10.73.0.0 255.255.0.0 10.68.1.1 ROA#show ip route
ROB(config)#ip route 10.73.0.0 255.255.0.0 10.69.1.1 ROB#show ip route
[root@PCA root]#ping 10.73.1.1
通:由于与ROA和ROC相连的ROB接口都在同一个网段上，所以能通,路径：从PCA到switch B的F0/0 S0/1到switch A的S0/0 S0/1到switch C的S0/0 F0/1到PCD
使用默认路由
ROA(config)#no ip route 10.73.0.0 255.255.0.0 10.68.1.1 [root@PCA root]#ping 10.73.1.1
通:因为装入文件时有默认的动态路由存在
路径：从PCA到switch B的F0/0 S0/1到switch A的S0/0 S0/1到switch C的S0/0 F0/1到PCD
ROA(config)#ip route 0.0.0.0. 0.0.0.0 10.68.1.1 [root@PCA root]#ping 10.73.1.1 通：从PCA到switch B的F0/0 S0/1到switch A的S0/0 S0/1到switch C的S0/0 F0/1到PCD)
实验十 三个路由器动态路由实验
装入图文件：router3
实验网络与上个实验相同，ip地址也不变，现在用动态路由实现网络的连通。 ROA(config)#ip routing
ROA(config)#router rip ROA(config-router)#network 10.0.0.0
ROB(config)#ip routing
ROB(config)#router rip ROB(config-router)#network 10.0.0.0
ROC(config)#ip routing
ROC(config)#router rip ROC(config-router)#network 10.0.0.0
ROA#sh ip route
ROB#sh ip route
ROC#sh ip route
从计算机PCA 测试到各点的连通性。都通:由于路由器接口都已经激活，可以相互连通:路径：PCA到PCB：从PCA到switch B的F0/0 F0/1到PCB
PCA到PCC：从PCA到switch B的F0/0 S0/1到switch A的S0/0 S0/1到switch C的S0/0 F0/0到PCC PCA到PCD ：从PCA到switch B的F0/0 S0/1到switch A 的S0/0 S0/1到switch C的S0/0 F0/1到PCD
实验十一 基本访问控制列表
装入文件1
1. 配置路由达到网络各点可通。
本实验使用有动态路由，也可以使用静态路由。假设网络是通畅的。 ROA f0/0: 10.65.1.2 -->PCA:10.65.1.1 ROA f0/1: 10.66.1.2 -->PCB:10.66.1.1 ROA s0/0: 10.67.1.2
ROA s0/1: 10.68.1.2 --> ROB s0/0: 10.68.1.1 <-- ROB s0/1: 10.69.1.2 --> ROB f0/0: 10.70.1.2
ROB f0/1: 10.71.1.2
ROC s0/0: 10.69.1.1 <-- ROC s0/1: 10.72.1.2 ROC f0/1: 10.73.1.2 -->PCC:10.73.1.1 ROC f0/0: 10.74.1.2 -->PCD:10.74.1.1 1.基本的访问控制列表： 先从PCA ping PCD: [root@PCA @root]#ping 10.74.1.1 应该是可以通的。由于与ROA和ROC相连的ROB接口都在同一个网段上,路径：从 PCA到switch B的F0/0 S0/1到switch A的S0/0 S0/1到switch C的S0/0 F0/1到PCD
在ROB的s0/0写一个输入的访问控制列表： ROB(config)#access-list 1 deny any ROB(config)#int s0/0 ROB(config-if)#ip access-group 1 in ROB#sh access-list 测试PCA至PCD的联通性。(deny) 命令所示为S0/0读入控制,题意ROB S0/0为10.68.1.1，PCA的IP为10.65,1,1不包含于ROB VLAN中，所以不能访问
测试PCC至PCD的联通性。(permit) 在同一个路由器下，通过路由器寻址能找到对方的IP，所以能通, PCC到switch C的f0/0 F0/1到PCD
测试PCD至PCA的联通性。(permit) 由题意由于命令所示为S0/0读入控制，所以ROB能访问ROA，所以访问列表设置无效，所以两者之间的访问不受控制，所以能PING通, 从PCD到SWC的F0/1 S0/0到SWA的S0/0 S0/0到SWB的S0/1 F0/0到PCA
2.删除这个列表
ROB(config)#no access-list 1 ROB(config)# int s0/0 ROB(config-if)#no ip access-group 1 in
二者都可能实现去掉访问列表的目的。前者是从列表号角度删除，后者是从接口及输入和输出的角度删除。可以通过sh run 和sh access-list 命令查看删除情况。 3.再写访问控制列表
ROA(config)#access-list 1 deny 10.65.1.1 ROA(config)#access-list 1 permit any ROA(config)#int s0/1 ROA(config-if)#ip access-group 1 out ROA#sh access-list
再测试PCA至PCD的联通性。(deny) ROA设置拒绝了PCA的访问
再测试PCB至PCD的联通性。(permit) 由题意ROA中的S0/1为10.68.1.2 PCB的IP为10.66.1.1，不包含于S0/1 VLAN中，由于命令所示为S0/0由于是输出控制，能访问，所以访问列表设置无效，不加控制，所以能PING通, 从PCB到SWB的F0/1 S0/1到SWA 的S0/0 S0/1到SWC的S0/0 F0/1到PCD
再测试PCD至PCA的联通性。(permit) 由于是输出控制，所以对输入不做要求，能通，所以输出访问列表无效，对输入不加控制，所以能PING通, 从PCD到SWC的F0/1-S0/0到SWA的S0/0-S0/0到SWB的S0/1-F0/0到PCA
4.重新设置各路由接口有电脑的ip地址。 R0B(config)#access-list 4 permit 10.65.1.1 ROB(config)#access-list 4 deny 10.65.1.0 0.0.0.255
(10.65.1.3 deny) ROB(config)#access-list 4 permit 10.65.0.0 0.0.255.255 (10.65.0.0 permit) ROB(config)#access-list 4 deny 10.0.0.0 0.255.255.255
(10.66.0.0 deny) ROB(config)#access-list 4 permit any
(11.0.0.0 premit) ROB(config)#int s0/0 ROB(config-if)#ip access-group 4 in
测试PCA至PCD的联通性。(deny)PCA的IP为10.65.1.1按理来说应该所有的访问都允许，由于命令所示为S0/0读入控制,题意ROB S0/0为10.68.1.1，PCA的IP为10.65,1,1不包含于ROB VLAN中所以不通
测试PCB至PCD的联通性。(permit)P CB的IP为10.66.1.1属于deny 10.0.0.0 0.255.255.255，所以访问被拒绝，所以PING不通
测试PCD至PCA的联通性。(permit) PCD的IP为10.74.1.1属于deny 10.0.0.0 0.255.255.255,按理来说应该是拒绝的，但是DENY属于源程序拒绝访问，而PCD先到S0/1，在通过S0/1与S0/0进行信息传递，所以能到达PCA，所以设置读入列表参数无效，对PCD不做限制, 从PCD到SWC的F0/1-S0/0到SWA的S0/0-S0/0到SWB的S0/1-F0/0到PCA
接口的ip地址，计算机的ip地址，请自定
实验十二 扩展访问控制列表
装入文件2 1.阻止PCA访问PCD: ROB(config)# access-list 101 deny icmp 10.65.1.1 0.0.0.0 10.74.1.1 0.0.0.0 ROB(config)# access-list 101 permit ip any any ROB(config)# int s0/0 ROB(config-if)#ip access-group 101 out ROB(config-if)#exit ROB(config)#exit ROB#sh access-list
[root@PCA root]#ping 10.74.1.1 (不通)PCA的IP为10.65.1.1属于deny ip 10.65.1.1 0.0.0.0 10.74.1.1 0.0.0.0，所以PING 不通
[root@PCC root]#ping 10.74.1.1 (通)PCC和PCD处在同一个路由器下，通过路由器寻址可以相互PING通,从PCC到SWC的F0/0-F0/1到PCD
[root@PCD root]#ping 10.65.1.1 (通)因为ROB的S0/0为输出控制，所以当PCD通过外部访问ROB某个端口下的PCA时，是不受控制的，所以ROB的S0/0的输出对PCD的访问是无效的，所以链路不加限制,从 PCD到SWC的F0/1-S0/0到SWA的S0/0-S0/0到SWB的S0/1-F0/0到PCA
2.删除这个列表
ROB(config)#no access-list 101 ROB(config)#int s0/0 ROB(config-if)#no ip access-group 101 ROB#sh access-list
[root@PCA root]#ping 10.74.1.1 (通)由于没有任何限制，再加上路由器间的寻址，所以可以PING通, 从PCA到SWB的F0/0-S0/1到SWA的S0/0-S0/1到SWC的S0/0-F0/1到PCD
3. 阻止10.65.0.0网络访问 10.74.1.1计算机(PCD)。
ROA(config)#access-list 102 deny ip 10.65.1.1 0.0.0.0 10.74.1.1 0.0.0.0 ROA(config)#access-list 102 permit ip any any ROA(config)#interface s0/1 ROA(config-if)#ip access-group 102 (默认为out)
[root@PCA root]#ping 10.74.1.1 (不通) PCA的IP属于 DENY IP 10.65.1.1 0.0.0.0 10.74.1.1 0.0.0.0 被限制访问，所以不通
[root@PCC root]#ping 10.74.1.1 (通) 由于PCC和PCA在同一个路由器下，所以能通过路由器寻址进行PING通, 从PCC到SWC的F0/0-F0/1到PCD
[root@PCD root]#ping 10.65.1.1 (通)由于ROA的S0/0为输出控制，所以对输入没有任何要求，所以对输出控制列表设置无效，PCD访问PCA不受限制, 从PCD到SWC的F0/1-S0/0到SWA的S0/0-S0/0到SWB的S0/1-F0/0到PCA
心得体会
从实验三中学会了如何规划ip地址，设置vlan，将连接两个交换机的接口设置成trunk等，知道了写代码时一定得仔细，否则打错了下面就不能ping通了。
从实验六中，我学会了设置计算机和交换机的IP和网关，设置路由器的接口的ip地址等。
从实验七中，我学会了设置交换机，增加一个vlan ，设置路由器的子接口，了解了isl协议，isl协议：交换链路内协议(ISL)，是思科私有协议，主要用于维护交换机和路由器间的通信流量等 VLAN 信息。ISL 主要用于实现交换机、路由器以及各节点(如服务器所使用的网络接口卡)之间的连接操作。为支持 ISL 功能特征，每台连接设备都必须采用 ISL 配置。ISL 所配置的路由器支持 VLAN 内通信服务。非 ISL 配置的设备，则用于接收由 ISL 封装的以太帧(Ethernet Frames)，通常情况下，非 ISL 配置的设备将这些接收的帧及其大小归因于协议差错。
从实验九中，我学会了设置静态路由。
从实验十中，我学会了用动态路由实现网络的连通。 从实验十一中，我学会了基本访问控制列表的使用。 从实验十二中，我学会了如何扩展访问控制列表。
最后，谢谢老师这几天的指导，真的让我学到了很多很多。
砌体结构课程设计
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题 目 学院(部) 专 业 学生姓名 学 号 年级 指导教师
年 月 日
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