工流体流动与传热》教学大纲

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1、化工原理新课程体系系列教学大纲 化工流体流动与传热教 学 大 纲天津大学化工学院化工系2002 年 4 月 制订2004 年 12 月 修订1化工流体流动与传热课程教学大纲64 学时 4 学分一、课程性质、目的和任务本课程及其后续课程化工传质与分离过程 ，是为培养面向 21 世纪高等化工创新人才的需要而建立的新课程体系中的主干课程。本课程将传统的化工原理与化工传递过程基础有机地融为一体，依据传递过程的理论体系和单元操作的共性组合而成。本课程属于化工类及其相近专业的一门主干课，为学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术基础课。本课程担负着由理论到工程、由基础到

2、专业的桥梁作用，是化工类及其相近专业许多专业课程的重要基础课程，本课程教学水平的高低，对化工类及相近专业学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用。本课程属工科科学，用自然科学的原理（主要为动量、热量传递理论）考察、解释和处理化学工程中的实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。本课程强调工程观点、定量运算和设计能力的训练；强调理论与实际相结合；强调提高分析问题、解决问题的能力和综合能力。学生通过本课程学习，应能够运用 动量和热量传递的基本理论，解决流体流动、流体输送、 沉降分离、过滤分离、液体搅拌、过程传热、蒸发 等单元操作过程的计算及设备选择等问题，并为后续专业课程的

3、学习奠定基础。二、教学基本要求 本课程在第五学期(四年制)开设。教材内容分为课堂讲授、学生自学和学生选读三部分，其中课堂讲授部分由教师在教学计划学时内进行课堂教学，作为基本要求内容；学生自学部分由学生在教师的指导下，利用课外时间进行自学，作为一般要求内容；学生选读部分由学生根据自己的兴趣及能力，进行课外选读，不作要求。本课程教学计划总学时64 学时（其中课堂讲授62 学时，机动2 学时） ；学生自学12 学时；课程设计 1 周。本课程采用课后习题，每次课后留 23 个练习题，由学生独立完成，教师可根据情况布置综合练习题和安排习题讨论课。本课程每周安排课外答疑一次（3 小时） 。本课程的期末考试

4、试卷分为客观题和综合题两部分，客观题侧重对学生的基础知识的考核，采用选择填空的闭卷考试形式，占45%；综合题侧重对学生的综合、创新能力的考核，采用分析推导结合综合计算的开卷考试形式，占 55%。三、教学内容本课程以动量传递和热量传递的基本理论体系为主线，论述了流体流动基础、流体输送、颗粒与流体之间的相对运动（包括颗粒的沉降分离、过滤分离、固体流态化技术） 、液体搅拌、传热过程基础及设备、蒸发等操作。 主要内容包括：1流体流动基础。流体的重要性质及流体流动的基本概念；流体静力学及其应用；流体流动的总衡算方程（包括管路积分连续性方程与机械能衡算方程）的应用；动量传递与2流动阻力的概念，流体流动的微

5、分衡算方程及其简单应用（包括管内层流与湍流） ；量纲分析及管流阻力计算；管路计算与流量测量。2流体输送机械。离心泵的工作原理、性能参数与特性曲线、流量调节以及安装；其他液体输送机械简介；气体输送机械简介。3颗粒与流体之间的相对运动。颗粒与颗粒床特性；重力沉降与离心沉降的原理和操作；过滤分离原理与设备；固体流态化简介。4液体搅拌。液体混合机理、典型机械搅拌设备及其工业应用。5传热过程基础。传热概述与能量方程；热传导分析；对流传热机理及管内对流传热系数的理论分析；量纲分析及对流传热系数的计算（包括强制对流与自然对流、液体沸腾与蒸气冷凝） ；动量传递与热量传递的类比；辐射传热简介。6换热器。换热器的

6、传热计算；换热器的结构与选型。7蒸发。蒸发设备、流程与操作特点；单效蒸发计算；多效蒸发简介。四、学时分配注： 课堂讲授内容 学生自学内容 学生选读内容 绪论（） 1 学时学时第一章 流体流动基础 21 学时学时第一节 流体的物理性质 （1 学时）学时）1.1.1 连续介质假定（）1.1.2 流体的密度（）1.1.3 流体的粘性和理想流体（）1.1.4 非牛顿型流体简介（）1.1.5 流体的可压缩性与不可压缩性（）第二节 流体静止的基本方程（2 学时学时）1.2.1 作用在流体上的力（）1.2.2 静止流体的压力特性（）1.2.3 流体静力学方程（）1.2.4 流体静力学方程的应用（）第三节 流

7、体流动的基本概念（1.5 学时学时）1.3.1 稳态流动与非稳态流动（）1.3.2 流线与流管（）1.3.3 流率与平均流速（）1.3.4 流动型态与雷诺数（）第四节 流体流动的总衡算方程（3.5 学时学时）1.4.1 概述（）1.4.2 总质量衡算（）31.4.3 总能量衡算（）1.4.4 机械能衡算（）第五节 动量传递与流动阻力导论（1 学时学时）1.5.1 动量传递的概念（）1.5.2 流动阻力导论（）第六节 流体流动的微分方程（3 学时学时）1.6.1 欧拉方法与拉格朗日方法（）1.6.2 物理量的时间导数（）1.6.3 连续性方程（）1.6.4 运动方程（）第七节 连续性方程与运动方

8、程的应用示例（1.5 学时学时）1.7.1 平壁上的降落液膜流动（）1.7.2 套管环隙中的轴向稳态层流（）1.7.3 爬流与斯托克斯定律（）1.7.4 理想流体流动（）1.7.5 边界层理论简介（）第八节 湍流（2.5 学时学时）1.8.1 湍流的特点（）1.8.2 湍流的表征（）1.8.3 湍流时的运动方程与雷诺应力（）1.8.4 普兰德混合长理论（）1.8.5 圆管稳态湍流的通用速度分布（）第九节 因次分析（1 学时学时）1.9.1 因次分析法的基本概念（）1.9.2 奈维斯托克斯方程的因次分析（）1.9.3 伯金汉 定理（）1.9.4 模型与相似（）第十节 流动阻力计算（2 学时学时）

9、1.10.1 阻力产生的机理（）1.10.2 管内流动阻力计算（）第十一节 管路计算与流量测量（2 学时学时）1.11.1 简单管路计算（）1.11.2 并联与分支管路（）1.11.3 可压缩流体的管路计算（）1.11.4 流量测量（）第二章 流体输送机械 6 学时学时第一节 概述 （1 学时）学时）2.1.1 对流体输送机械的基本要求（）42.1.2 输送机械的分类（）第二节 离心泵 （3 学时）学时）2.2.1 离心泵的基本结构和工作原理（）2.2.2 离心泵的基本方程式（）2.2.3 离心泵的性能参数与特性曲线（）2.2.4 离心泵的工作点和流量调节（）2.2.5 离心泵的气蚀现象与安装

10、高度（）2.2.6 离心泵的类型与选择（）第三节 其它类型液体输送机械 （1 学时）学时）2.3.1 往复泵（）2.3.2 回转式泵（）2.3.3 旋涡泵（）2.3.4 常用液体输送机械的性能比较（）第四节 气体输送机械 （1 学时）学时）2.4.1 离心通风机、鼓风机和压缩机（）2.4.2 往复式压缩机（）2.4.3 回转鼓风机、压缩机（）2.4.4 真空泵（）第三章 颗粒与流体之间的相对运动 8 学时学时第一节 颗粒及颗粒床层的特性（1 学时）学时）3.1.1 颗粒的特性（）3.1.2 颗粒床层的特性（）第二节 沉降分离原理及方法（2 学时）学时）3.2.1 重力沉降（）3.2.2 离心沉

11、降（）第三节 过滤分离原理及设备 （3.5 学时）学时）3.3.1 过滤操作的原理（）3.3.2 过滤基本方程式（）3.3.3 恒压过滤（）3.3.4 恒速过滤与先恒速后恒压的过滤（）3.3.5 过滤常数的测定（）3.3.6 过滤设备（）3.3.7 滤饼的洗涤（）3.3.8 过滤机的生产能力（）第四节 离心机 （0.5 学时）学时）3.4.1 一般概念（）3.4.2 离心机的结构与操作（）第五节 固体流态化 （1 学时）学时）53.5.1 流态化的基本概念（）3.5.2 流化床的流体力学特性（）3.5.3 流化床的总高度（）3.5.4 提高流化质量的措施（）3.5.5 气力输送简介（）第四章

12、液体搅拌 4 学时学时第一节 概述（0.5 学时）学时）4.1.1 典型的机械搅拌设备（）4.1.2 搅拌的目的和搅拌在工业中的应用（）第二节 机械搅拌器及混合机理（1.5 学时）学时）4.2.1 机械搅拌器的类型（）4.2.2 搅拌作用下的流体流动（）4.2.3 搅拌器附件（）4.2.4 搅拌槽内液体循环量和压头（）4.2.5 混合机理（）4.2.6 搅拌器的选择（）第三节 搅拌功率（2 学时）学时）4.3.1 机械功率准数关联式（）4.3.2 搅拌作用下的流体流动（）第四节 搅拌器的放大（0 学时）学时）4.4.1 放大基准（）4.4.2 按功率准数的放大（）4.4.3 按工艺过程结果的放

13、大（）第五节 其它类型混合器（0 学时）学时）4.5.1 管道搅拌器（）4.5.2 管道混合器（）4.5.3 射流混合器和气流搅拌（）第五章 传热过程基础 12 学时学时第一节 传热导论（1 学时）学时）5.1.1 热传导及导热系数（）5.1.2 对流传热（）5.1.3 辐射传热（）5.1.4 典型传热设备（）第二节 能量方程（1.5 学时）学时）5.2.1 能量方程的推导（）5.2.2 能量方程的特定形式（）5.2.3 柱坐标系与球坐标系的能量方程（）6第三节 热传导（1.5 学时）学时）5.3.1 无内热源的一维稳态热传导（）5.3.2 有内热源的一维稳态热传导（）5.3.3 二维稳态热传

14、导（）第四节 对流传热（6.5 学时）学时）5.4.1 对流传热机理（）5.4.2 热边界层及对流传热系数（）5.4.3 管内强制层流传热的理论分析（）5.4.4 对流传热过程的因次分析（）5.4.5 流体无相变时的强制对流传热系数（）5.4.6 动量传递与热量传递的类比（）5.4.7 自然对流传热（）5.4.8 流体有相变时的对流传热系数（）第五节 辐射传热（1.5 学时）学时）5.5.1 基本概念和定律（）5.5.2 两固体间的辐射传热（）5.5.3 气体的辐射传热（）5.5.4 对流和辐射联合传热（）第六章 换热器 6 学时学时第一节 换热器的分类与结构形式 （0.5 学时）学时）6.1.1 换热器的分类（）6.1.2 换热器的结构形式（）第二节 换热器的传热计算（3.5 学时）学时）6.2.1 总传热速率方程（）6.2.2 传热计算方法（）第三节 换热器传热过程的强化（0.5 学时）学时）6.3.1 传热过程的强化途径（）6.3.2 传热过程强化的评价（）第四节 管壳式换热器的设计与选型（1.5 学时）学时）6.4.1 管壳式换热器的型号与系列标准（）6.4.2 管壳式换热器的设计与选型（）第七章 蒸发