化工原理教师授课教案.doc
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材料科学与化学工程学院
2007年6月制
第一授课单元
第一章流体流动第一节流体静止的基本方程式
教案内容
备注*
一、教学目的
了解静力学基本方程除U管压差计外其它的应用
熟悉流体的特点、性质
掌握流体静力学基本方程及其应用
二、教学内容
流体的特点及其物理性质(密度和压力)
流体静力学基本方程的推导、讨论和应用
三、教学重点、难点及其处理
重点流体静力学基本方程及其应用
难点压力的表示方法
U管压差计:
举例说明(3种不同情况)以加深理解
四、教学方法、手段
课堂教学,板书
五、板式设计
第一节流体静止的基本方程式
一、流体的特征
流动性,易变形;在外力作用下其内部发生相对运动;
二、流体流动
1、密度Density;
(1)气体的密度
(2)液体的密度
2、压力Pressure
(1)压力的定义
(2)压力的单位
(3)压力的表示方法
图1-1表压和真空度示意图
三、流体静压力的特点
四、静力学基本方程的推导
——流体静力学方程
五、流体静力学方程的应用条件
静止的、连通着的同一种连续流体的内部。
六、静力学基本方程的讨论
1、总势能守恒
2、等压面:
在静止连续的同一液体内,水平面必为等压面。
3、传递定律——巴斯噶定理:
压力可传递
4、可以用液柱高度来表示压力差或压力
七、静力学基本方程的应用
1、压差计manometer
(1)U管压差计
——利用U管压差计测量管道任意两点间的压差
——两点间压差计算公式
(2)倾斜U型管压差计
(3)微差压差计(双液体U管压差计)
2、烟囱拔风
3、液位的测定
4、液封等
八、小结
思考题:
流体流动与刚体运动的主要区别
作业:
1-2,1-3,1-6
教材:
谭天恩等编著
《化工原理》第三版
上册2006
参考书:
姚玉英编著《化工原理》新版2003年
王志魁主编《化工原理》第二版2003年
刘佩茹编著
《化工过程与设备》
第二授课单元
第一章流体流动第二节流体流动的基本方程式
教案内容
备注*
一、教学目的
熟悉流量和流速等概念;稳态流动和非稳态流动
掌握连续性方程和机械能衡算方程
二、教学内容
流量,流速,连续性方程,机械能衡算方程
三、教学重点、难点及其处理
重点连续性方程,机械能衡算方程
难点机械能衡算方程
四、教学方法、手段
课堂教学、板书、演示实验
五、板式设计
第二节流体流动的基本方程
一、流量(FlowRate)与流速(Velocity)
1、体积流量Vs;m3/s
2、质量流量ms;kg/s
3、流速u;m/s
4、质量流速G;
二、稳态流动与非稳态流动SteadyflowandUnsteadyflow
三、总衡算
四、物料衡算——连续性方程ContinuityEquation
1、连续性方程的导出
通式:
不可压缩流体:
不可压缩流体在圆形直管中:
五、总能量衡算方程
1、能量形式
流体本身具有的能量
(1)内能:
(2)动能
(3)位能
(4)压力能
外界提供的能量
(1)热
(2)功
流体及流动有关能量(运动着的流体涉及的能量形式)
能量种类
基准
流体具有的能量
与环境交换能量
内能
位能
动能
静压能
热量
外功
mKg流体(J)
mU
mgz
1/2mu2
pV
mQe
mWe
1Kg流体(J/Kg)
U
gz
1/2u2
pv
Qe
We
2、总能量衡算
总能量衡算,对于定态流动系统:
∑输入能量=∑输出能量
六、流动系统的机械能衡算——柏努利方程BernoulliEquation
方程的导出
增量形式:
对于理想流体(),当没有外功加入时,,上式可简化为
——最初的柏努利方程
七、柏努利方程的讨论
(1)柏努利方程式的适用条件
(2)各种形式的机械能可以相互转换
流体在管道流动时的压力变化规律
(3)柏努利方程式中各项的物理意义
a、截面性质的能量:
:
b、沿程性质的能量:
(4)流体静力学方程是流体动力学方程的特例。
柏努利方程不但适用于流动系统,还适用于静止系统。
(5)柏努利方程的其它形式(其它衡算基准的柏努利方程)
柏努利方程的3种衡算基准形式:
质量基准:
1kg流体:
;J/kg
重量基准:
1N流体:
;J/N=m
体积基准:
1m3流体:
;J/m3=Pa
思考:
生产实际中,管道直径应如何确定?
为什么说静力学方程是柏努利方程的特例?
作业:
1-7,1-8
第三授课单元
第一章流体流动第二节流体流动的基本方程式
教案内容
备注*
一、教学目的
掌握柏努利方程的应用
二、教学内容
柏努利方程的应用
三、教学重点、难点及其处理
重点柏努利方程的应用
难点截面的截取,以例题形式讲解
四、教学方法、手段
课堂教学、板书
五、板式设计
第二节流体流动的基本方程
一、柏努利方程的应用ApplicationsofBernoulliEquation
1、应用柏努利方程的注意事项
(1)作图并确定衡算范围
(2)截面的截取
(3)基准水平面的选取
(4)单位必须一致
(5)大口截面的流速为零。
2、例题
(1)教材例题
(2)补充例题
水在本题附图所示的虹吸管内作定态流动,管路直径没有变化,水流经管路的能量损失可以忽略不计,计算管内截面2-2,3-3,4-4和5-5处的压强,大气压强为760mmHg,图中所标注的尺寸均以mm计。
分析:
求p求u某截面的总机械能求各截面p
思考题:
截面取管出口内外侧,对动能项及出口阻力损失项的计算为什么有所不同?
作业:
1-9,1-10,1-11
第四授课单元
第一章流体流动第三节流体流动现象
教案内容
备注*
一、教学目的
了解非牛顿型流体
熟悉牛顿粘性定律与流体的粘性
掌握流动类型与雷诺准数
二、教学内容
牛顿粘性定律
流动类型与雷诺准数
滞流与湍流
三、教学重点、难点及其处理
重点牛顿粘性定律,流动类型与雷诺准数,滞流与湍流的比较
难点滞流与湍流的比较
四、教学方法、手段
课堂教学、板书、演示实验
五、板式设计
第三节流体流动现象FLUID-FLOWPHENOMENA
一、内摩擦力,剪力
内摩擦应力,剪应力
二、牛顿粘性定律Newton’sViscousLaw
表达式
速度梯度;剪应力;
三、黏度
物理意义
单位及其换算
气体的黏度
液体的黏度
四、牛顿型流体与非牛顿型流体
五、动量通量、动量传递
运动黏度
六、流动类型与雷诺准数FlowTypesandReynoldsNumber
1、雷诺实验
2、雷诺数ReynoldsNumber
雷诺数的物理意义
两种完全不同的流动型态:
层流、湍流
圆直管内判断流动型态的依据
七、管内流动的分析(滞流与湍流的比较)
1、层流
速度分布
平均流速
2、湍流
速度分布
平均流速
思考题:
滞流与湍流的速度分布和平均流速各为多少?
为什么湍流的平均流速大于层流的平均流速?
第五授课单元
第一章流体流动第三节流体流动现象第四节管内流动的阻力损失
教案内容
备注*
一、教学目的
了解因次分析法
熟悉边界层的概念
掌握管内流动的阻力损失
二、教学内容
边界层概念;管内流动的阻力损失
三、教学重点、难点及其处理
重点管内流动的阻力损失
难点边界层分离
四、教学方法、手段
课堂教学、板书
五、板式设计
第三节流体流动现象
一、边界层概念
1、边界层的形成
边界层定义
边界层的厚度
边界层
图平板上边界层的形成
二、边界层的发展
层流边界层
缓冲边界层
湍流边界层
充分发展的流动
图平板上层流边界层和湍流边界层
三、边界层的分离……重要特征
第四节管内流动的阻力损失FLUID-FLOWFRICTION
一、阻力的分类ClassificationoftheFriction
二、阻力的表现形式——压力降;
三、圆形直管的阻力通式——范宁公式
1、范宁(Fanning)公式
表达式:
;J/m3
;J/kg
;J/N
2、摩擦系数(摩擦因数)
四、层流时的摩擦损失FrictionFactorofLaminarFlow
哈根-泊谡叶公式
五、湍流时的摩擦系数与因次分析法
六、湍流的摩擦损失
1、湍流的阻力
2、经验公式
3、Moodygragh
(1)坐标系:
横坐标,纵坐标,参变量
(2)四个区域:
层流区(阻力一次方区)
过渡区
湍流区
完全湍流区(阻力平方区)
思考题:
层流边界层和层流内层的区别。
为什么完全湍流区又称为阻力平方区?
作业:
1-14,1-15,1-16,1-18
第六授课单元
第一章流体流动第四节管内流动的阻力损失
教案内容
备注*
一、教学目的
熟悉设计型问题和操作型问题;复杂管路的计算
掌握非圆形管内的摩擦损失局部阻力损失
管内总阻力损失的计算
二、教学内容
非圆形管内的摩擦损失局部阻力损失
管内总阻力损失的计算
三、教学重点、难点及其处理
重点直管与局部阻力损失;简单管路的计算
难点局部阻力损失;突然扩大和突然缩小
四、教学方法、手段
课堂教学、板书
五、板式设计
第四节管内流动的阻力损失
一、非圆形管内的摩擦损失
FrictionofNoncircularStraightChannels
1、非圆管的用途
2、当量直径
二、局部阻力的计算FormFriction
1、阻力系数法
2、当量长度法
三、突然扩大和突然缩小
突然扩大的特例:
管出口
突然缩小的特例:
管进口
四、管路计算
计算类型:
操作型问题:
管路系统已固定,要求核算在某给定条件下的输送能力或某项技术指标。
设计型问题:
对于给定的流体输送任务(如一定的流体的体积,流量),选用合理且经济的管路。
关键:
流速的选择
计算依据:
静力学方程、连续性方程、机械能衡算方程和阻力计算
1、简单管路
2、分支管路
3、汇合管路
4、并联管路
思考题:
设计型问题的计算为什么有时要用试差法?
作业:
1-20,1-21,1-22
第七授课单元
第一章流体流动第六节流量测量
教案内容
备注*
一、教学目的
了解根据流体静力学原理进行流量测量的方法
熟悉各种流量计优缺点和适用场合
掌握变压头流量计和变截面流
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- 化工 原理 教师 授课 教案