化工基礎(chǔ)教案

化工基礎(chǔ)教案課程名稱化工基礎(chǔ)學(xué)時學(xué)分學(xué)時專業(yè)班級1503化工技術(shù)類授課教師 王蕊蘭一本課程教學(xué)總體安排課程名稱：化工基礎(chǔ)課程性質(zhì)與類型：專業(yè)必修課總學(xué)時：106學(xué)時教學(xué)目的與要求：化工基礎(chǔ)是以定性闡述基本概念和基礎(chǔ)理論為主，進行少量必要的定量計算，通過有關(guān)化學(xué)工程基本原理和設(shè)備的感性認(rèn)識，進一步加深對基本概念和基礎(chǔ)知識的理解，物理化學(xué)上的熱力學(xué)和動力學(xué)的運用使學(xué)生對化工生產(chǎn)實際有一定的印象。本課程通過理論教學(xué)及實驗教學(xué)、課程實習(xí)等實踐性環(huán)節(jié)相結(jié)合，使學(xué)生牢固建立起”單元操作”的概念，培養(yǎng)學(xué)生工程分析方法及獨立分析問題和解決問題的能力。通過系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)與實踐，使學(xué)生具有一定的工程設(shè)計能力，為未來的工作和后繼課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。教材及參考書目:教材：《化工基礎(chǔ)》化學(xué)工業(yè)出版社章節(jié)題目：緒論，第一章流體流動與輸送學(xué)時分配：24學(xué)時本章教學(xué)目的與要求:本課程的研究對象和內(nèi)容；學(xué)科發(fā)展史;主要研究方法；單元操作；單位和單位換算.和規(guī)律去分析和計算流體流動過程的有關(guān)問題,諸如:流體輸送:流速的選擇，管徑的計算，輸送機械選型.流動參數(shù)的測量：壓強（壓力）、流速（流量）等。其它：課堂教學(xué)方案課題名稱、授課時數(shù)：緒論,第一章流體流動（1.1概述）（4學(xué)時）授課類型（理論課、實驗課、技法課、習(xí)題課等）：理論課教學(xué)方法與手段（講授、討論、指導(dǎo)、多媒體等）：多媒體教學(xué)目的要求:掌握流體流動過程的基本原理、管內(nèi)流動的規(guī)律,并運用這些原理和規(guī)律去分析和計算流體流動過程的有關(guān)問題。教學(xué)重點、難點：流體靜力學(xué)基本方程及其應(yīng)用；連續(xù)性方程式;伯努利方程式及其應(yīng)用;流體在管內(nèi)的流動阻力；能量守衡控制體的選取邊界層概念等。第一章流體流動第一節(jié)概述流體:包括液體和氣體特點：（a）具有流動性（b）受外力作用時內(nèi)部產(chǎn)生相對運動流體流動基本原理的應(yīng)用一、流體的輸送（1）確定輸送管路的直徑,選擇適宜的流動速度（2）選用輸送設(shè)備，需要確定流體在流動過程中應(yīng)加入的外功二、壓力、流速和流量的測量三、為強化設(shè)備提供適宜的流動條件教學(xué)反思:課堂教學(xué)方案課題名稱、授課時數(shù)：1.2流體靜力學(xué)（4學(xué)時）授課類型（理論課、實驗課、技法課、習(xí)題課等）：理論課教學(xué)方法與手段（講授、討論、指導(dǎo)、多媒體等）：多媒體教學(xué)目的要求：掌握流體流動過程的基本原理、管內(nèi)流動的規(guī)律,并運用這些原理和規(guī)律去分析和計算流體流動過程的有關(guān)問題.教學(xué)重點、難點：一、流體的壓強及其特性二、流體靜力學(xué)基本方程式.第二節(jié)流體靜力學(xué)——-靜止流體內(nèi)部壓力變化的規(guī)律一、流體的壓縮性液體的形狀與容器相同,其體積幾乎不隨壓強和溫度而改變.氣體的形狀與容器完全相同，完全充滿整個容器,其體積隨壓強和溫度的變化而有明顯改變。流體的體積隨壓強和溫度而變的這個性質(zhì)，稱為流體的壓縮性。1、理想液體：體積絕對不隨壓強和溫度的變化而改變,在流動時分子之間沒有摩擦力2、理想氣體：高溫、低壓下的實際氣體。所以通?？捎美硐霘怏w狀態(tài)方程式來計算。二、流體的主要物理量1．密度、相對密度和比體積（1）密度單位體積流體所具有的質(zhì)量密度一般從物化手冊或相關(guān)資料中查得。①氣體的密度1、從手冊中查得的氣體密度往往是某一指定條件下的數(shù)值2、一般當(dāng)壓強不太高、溫度不太低時,可按理想氣體來處理3、計算混合氣體的密度，應(yīng)以混合氣體的平均千摩爾質(zhì)量M均代替M②液體的密度1、實驗方法測定2、工業(yè)上測定液體密度最簡單的方法使用比重計3、混合液體的密度（若體積變化不大）（2）相對密度相對密度為流體密度與4℃時水的密度之比,習(xí)慣稱為比重（3）比體積定義：單位質(zhì)量流體所具有的體積稱為流體，習(xí)慣稱為比容，其單位為m3/kg2．壓強（壓力）（1）定義:流體垂直作用于單位面積上的力（2）壓強的單位及其換算1、1atm=101.3kPa=1.033kgf/cm2=760mmHg=10。33mH2O1、1atm=101.3kPa=1。033kgf/cm2=760mmHg=10。33mH2O2、液柱高度表示流體壓強（3）壓力的表達(dá)方式①絕對壓強（簡稱絕壓）②表壓強（簡稱表壓）表壓=絕對壓強－（外界）大氣壓強③真空度真空度=（外界）大氣壓強－絕對壓強在以后的討論中規(guī)定，對表壓和真空度均加以標(biāo)注，如果沒有注明,即為絕壓三、流體靜力學(xué)基本方程式1、流體靜力學(xué)基本方程式的形成2、靜力學(xué)基本方程的討論（1）在靜止的液體中,液體任一點的壓力與液體密度和其深度有關(guān)。液體密度越大，深度越大，則該點的壓力越大。（2）在靜止的、連續(xù)的同一液體內(nèi)，處于同一水平面上各點的壓力均相等。此壓力相等的截面稱為等壓面。（3）（3）當(dāng)液體上方的壓力或液體內(nèi)部任一點的壓力p1有變化時,液體內(nèi)部各點的壓力也發(fā)生同樣大小的變化.3、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用（1）測量流體的壓力或壓差①U管壓差計其特點是：構(gòu)造簡單，測壓準(zhǔn)確，價格便宜。但玻璃管易碎，不耐高壓，測量范圍狹小，讀數(shù)不便.②微差壓差計特點：內(nèi)裝有兩種密度相近、且互不相溶的指示液A和B兩側(cè)臂頂端各裝有擴大室用途：測量氣體的微小壓力差。工業(yè)上常用的雙指示液有石蠟油與工業(yè)酒精；苯甲醇與氯化鈣溶液等。（2）液位的測量①玻璃管液面計②液柱壓差計教學(xué)反思：課堂教學(xué)方案課題名稱、授課時數(shù)：1。2流體動力學(xué)（8學(xué)時）授課類型（理論課、實驗課、技法課、習(xí)題課等）：理論課教學(xué)方法與手段（講授、討論、指導(dǎo)、多媒體等）:多媒體教學(xué)目的要求：掌握流體流動過程的基本原理、管內(nèi)流動的規(guī)律，并運用這些原理和規(guī)律去分析和計算流體流動過程的有關(guān)問題.教學(xué)重點、難點:實際流體流動的機械能衡算式；實際流體流動的機械能衡算式的應(yīng)用第三節(jié)流體動力學(xué)一、流量方程式1、流量:單位時間內(nèi)流經(jīng)管道任一截面的流體量，稱為流體的流量。2．流速:單位時間內(nèi)流體在流動方向流過的距離（1）平均流速：流體在同一截面上各點流速的平均值，稱為平均流速.符號：u，單位為m/s.（2）質(zhì)量流速質(zhì)量流量與管道截面積之比稱為質(zhì)量流速.以符號G表示，其單位為kg/（m2?s）3．流量和流速——流量方程式當(dāng)流量為定值時，必須選定流速，才能確定管徑.適宜流速由輸送設(shè)備的操作費和管路的設(shè)備費經(jīng)濟權(quán)衡及優(yōu)化來決定.二、穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動1．穩(wěn)定流動：流體在流動時，任一截面處流體的流速、壓力、密度等有關(guān)物理量僅隨位置而改變，不隨時間而變.2．不穩(wěn)定流動:流體在流動時,任一截面處流體的流速、壓力、密度等有關(guān)物理量不僅隨位置而變，又隨時間而變。三、流體穩(wěn)定流動時的物料衡算-—連續(xù)性方程流體流動的連續(xù)性:當(dāng)流體在密閉管路中作穩(wěn)定流動時,根據(jù)質(zhì)量守恒定律，通過管路任一截面的流體質(zhì)量流量應(yīng)相等.物料衡算式為:若流體是不可壓縮性的液體,且為圓形管子，連續(xù)性方程可寫為：若流體是不可壓縮性的液體，且為圓形管子,連續(xù)性方程可寫為:四、流體穩(wěn)定流動時的能量衡算——伯努利方程1、流體流動時所具有的機械能質(zhì)量為m（kg）流體的總機械能為：2．理想流體的柏努利方程理想流體：無黏性、流動時不產(chǎn)生摩擦阻力的流體。理想流體進行穩(wěn)定流動時,在管路任一截面的流體總機械能是一個常數(shù)。即將流體由截面1—1輸送到截面2-2時，兩截面處流體的總機械能相等。即流動的流體在不同截面間各種機械能的形式可以互相轉(zhuǎn)化.流體在任一截面上，各種機械能的總和為常數(shù).3．實際流體的柏努利方程其他形式的衡算方程：（1）以單位重量（1N）流體為衡算基準(zhǔn)其物理意義為：每牛頓重量的流體所具有的能量，通常將其稱為壓頭（2）以單位體積流體為衡算基準(zhǔn)其物理意義為:單位體積不可壓縮流體所具有的能量五、伯努力方程的應(yīng)用1、截面選取：兩截面應(yīng)與流體流動的方向垂直（此條件下的流體流動速度為u）,并且流體在兩截面之間是連續(xù)的。2、基準(zhǔn)面:基準(zhǔn)面必須是水平面。通常把基準(zhǔn)面選在低截面處，使該截面處值為零，另一個值等于兩截面間的垂直距離。3、伯努利方程中各項物理量的單位必須一致.流體的壓力可以都用絕壓或都用表壓，但要統(tǒng)一。4、如果兩個橫截面積相差很大，如大截面容器和小管子，則可取大截面處的流速為零。5、不同基準(zhǔn)柏努利方程式的選用：通常依據(jù)習(xí)題中損失能量或損失壓頭的單位,選用相同基準(zhǔn)的伯努利方程教學(xué)反思：課堂教學(xué)方案課題名稱、授課時數(shù)：1.4流體阻力（6學(xué)時）授課類型（理論課、實驗課、技法課、習(xí)題課等）：理論課教學(xué)方法與手段（講授、討論、指導(dǎo)、多媒體等）：多媒體教學(xué)目的要求:掌握流體流動過程的基本原理、管內(nèi)流動的規(guī)律，并運用這些原理和規(guī)律去分析和計算流體流動過程的有關(guān)問題教學(xué)重點、難點:邊界層的概念；流體流動阻力的計算第四節(jié)流體阻力一、流體的黏度流體流動如何產(chǎn)生的阻力？流體流經(jīng)固體壁面時，由于流體對壁面有附著力作用，因此在壁面上粘附著一層靜止的流體，同時在流體內(nèi)部分子間是有吸引力的，所以,當(dāng)流體流過壁面時,壁面上靜止的流體層對與其相鄰的流體層的流動有約束作用，使該層流體流速變慢,離開壁面越遠(yuǎn)其約束作用越弱,這種流速的差異造成了流體內(nèi)部各層之間的相對運動。由于流體層與流體層之間產(chǎn)生相對運動，流得快的流體層對與其相鄰流得慢的流體層產(chǎn)生一種牽引力，而流得慢的流體層對與其相鄰流得快的流體層則產(chǎn)生一種阻礙力.上述這兩種力是大小相等而方向相反的。因此,流體流動時，流體內(nèi)部相鄰兩層之間必然有上述相互作用的剪應(yīng)力存在，這種力稱為內(nèi)摩擦力。內(nèi)摩擦是產(chǎn)生流體阻力的根本原因.此外，當(dāng)流體流動激烈呈紊亂狀態(tài)時，也會損耗流體的機械能，而使阻力增大?？梢哉f，流體流動狀況是產(chǎn)生流體阻力的第二位原因.所以,流體具有內(nèi)摩擦力是產(chǎn)生流體阻力的內(nèi)因，流體流動時受流動條件的影響是流體阻力產(chǎn)生的外因。另外，管壁粗糙程度和管子的長度、直徑均對流體阻力的大小有影響。2．流體的黏度定義:流體流動時流層之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的這種特性.衡量流體黏性大小的物理量（1）黏度的單位1、在物理單位制中黏度的單位為（dyn-s/cm2）,（泊）用符號P表示.1P=100cP2、在SI制中黏度的單位為（N-s/m2）或（Pa?s）。3、黏度單位的換算關(guān)系:1Pa?s=10P=1000cP=1000mPa?s或者1cP=1mPa?s4、流體的黏度隨溫度而變化。（2）混合液體的黏度（對于分子不締合的液體混合物）二、流體流動的類型1．雷諾實驗當(dāng)玻璃管內(nèi)水的流速較小時，紅墨水在管中心呈明顯的細(xì)直線（a）隨著逐漸增大水的流速，作直線流動的紅色細(xì)線開始抖動、彎曲、呈波浪形（b）速度再增大，紅色細(xì)線斷裂、沖散，全管內(nèi)水的顏色均勻一致（c）2．流動類型及其判定層流或滯流：當(dāng)流速較小時,流體質(zhì)點沿管軸做規(guī)則的平行直線運動,與其周圍的流體質(zhì)點間互不干擾及相混。湍流或紊流：流體流速增大到某一值時，流體質(zhì)點除流動方向上的運動之外,還向其他方向做隨機運動,即存在流體質(zhì)點的不規(guī)則脈動,彼此混合。判斷流體的流動類型—--Re流動雖分為層流區(qū)、湍流區(qū)和過渡區(qū),但流動類型只有層流和湍流.3．當(dāng)量直徑三、圓管內(nèi)流體的速度分布1．層流時的速度分布2．湍流時的速度分布在湍流時無論流體主體湍動的程度如何劇烈，在靠近管壁處總粘附著一層作層流流動的流體薄層，稱為流體邊界層.其厚度雖然很小，但對流體傳熱、傳質(zhì)等方面影響很大。四、流體阻力的計算局部阻力：流體流經(jīng)管路中的管件、閥門或突然擴大與縮小等局部障礙所引起的阻力。1．直管阻力的計算直管阻力：流體流經(jīng)一定管徑的直管時,由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力。h直—一流體在圓形直管中流動時的損失能量，J/kg；入一一摩擦系數(shù)，無單位摩擦系數(shù)人與管內(nèi)流體流動時的雷諾數(shù)Re和管道內(nèi)壁的粗糙程度有關(guān)（1）層流時的摩擦系數(shù) 只與Re有關(guān)（2）湍流時的摩擦系數(shù) 與雷諾數(shù)Re及管壁粗糙程度都有關(guān)（3）非圓形管的直管阻力2．局部阻力的計算（1）當(dāng)量長度法將某一局部阻力折合成相當(dāng)于同直徑一定長度直管所產(chǎn)生的阻力，此折合的直管長度稱為當(dāng)量長度，用符號l當(dāng)表示.（2）阻力系數(shù)法3．管路總阻力的計算教學(xué)反思：課堂教學(xué)方案課題名稱、授課時數(shù)：1。5流體的流量與調(diào)節(jié)（2學(xué)時）授課類型（理論課、實驗課、技法課、習(xí)題課等）:理論課教學(xué)方法與手段（講授、討論、指導(dǎo)、多媒體等）:多媒體教學(xué)目的要求:掌握流體流動過程的基本原理、管內(nèi)流動的規(guī)律，并運用這些原理和規(guī)律去分析和計算流體流動過程的有關(guān)問題.教學(xué)重點、難點：孔板流量計;文丘里流量計；轉(zhuǎn)子流量計第五節(jié)流量的測量與調(diào)節(jié)一、孔板流量計當(dāng)管內(nèi)流動的流體通過孔口時，因流通截面積突然減小，流速驟增，隨著流體動能的增加，勢必造成靜壓能的下降,由于靜壓能下降的程度隨流量的大?。慷兓?，所以測定壓力差則可以知道流量.若不考慮通過孔板的阻力損失,在水平管截面1-1和截面2—2之間列出柏努利方程，則孔流系數(shù)的數(shù)值一般由實驗測定。，當(dāng)Re數(shù)超過某個限定值之后，亦趨于定值。流量計所測定的流量范圍一般應(yīng)取在為定值的區(qū)域，其值約為0.6~0。7。二、文丘里流量計孔板流量計由于銳孔結(jié)構(gòu)將引起過多的能量消耗。為了減少能量的損失,把銳孔結(jié)構(gòu)改制成漸縮減擴管，這樣構(gòu)成的流量計,稱為文氏管流量計。文氏管流量計的阻力較小,大多