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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