沈阳理工大学 大创版-热工过程及设备课程教学大纲-张路.doc

热工过程及设备课程教学大纲课程代码：005063019课程英文名称：Inorganic material thermal engineering foundation 课程总学时：48 讲课：48 实验：0 上机：0适用专业：无机非金属材料工程专业大纲编写（修订）时间：2012.7一、大纲使用说明本大纲根据无机非金属材料工程专业2012教学计划制订。（一）课程的地位及教学目标热工过程及设备课程是无机非金属材料工程专业学生的必修专业课，是在学生们学习了高等数学、机械设计基础、无机材料科学基础、陶瓷导论等相关课程后开设的一门涉及窑炉热工过程及设备的基础理论、基本原理和基本构造方面知识，并具有较强实践性的专业主干课程。本课程的教学目标是：使学生获得硅酸盐工业窑炉热工过程的基本理论，了解掌握热工设备构造及设计的基本原理，培养学生分析解决窑炉内热工问题的能力，为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.知识方面的基本要求：掌握气体动力学基本方程式，能过熟练运用伯努利方程计算窑炉系统内气体流动问题。掌握烟囱的热工计算方法，了解喷射器工作的基本原理；掌握导热、对流换热、辐射换热的基本概念及定律，熟练掌握稳定态下炉墙散热的计算方法。了解掌握自然对流、强制对流的计算方法，了解窑炉火焰空间内的传热过程、基本规律及计算方法；掌握分子扩散的基本概念，熟悉斐克定律推导过程，掌握单向扩散、摩尔逆向扩散的规律及计算方法；掌握工业窑炉常用燃料的种类、化学组成、成分换算方法及热工性能，掌握燃料燃烧的计算方法，了解燃烧过程的基本理论，掌握气体、液体燃料的燃烧过程，了解气体、液体燃料燃烧设备的结构及工作原理；掌握发生炉煤气的种类、性质、用途，了解发生炉内的气化过程，掌握各项气化指标，了解煤品质对气化过程的影响，了解主要的气化设备；掌握湿空气的性质，能够熟练运用湿空气的I-x图求解实际问题。了解掌握干躁过程中的物料平衡和热量平衡的意义及计算方法，了解干燥方法及主要干燥设备。2.能力及技能方面的基本要求：具备常规陶瓷烧结窑选型及供热负荷（功率）确定的能力。具有常规窑炉设计计算能力，具备正确选用煤气发生炉及干燥设备的能力。（三）实施说明 本教学大纲依据专业指导性教学计划制定并指导各教学环节。1.教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路进行讲解。采用启发式教学方法。培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力。注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。2.教学手段：教学以课堂讲授为主，以多媒体、实物图纸等为辅助教学手段。以基本理论基本结构设计计算设备选型构思设计图纸为主线。 对课程中的重点、难点问题着重讲解。由于本课程既具有理论性又具有实践性，因此在教学过程中要注意理论联系实际，通过教学讲授传授基本理论知识，通过实例锻炼培养学生的基本设计能力。采用启发式教学方法，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；通过作业调动学生学习的主观能动性，培养学生的自学能力。 （四）对先修课的要求 本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程有高等数学、机械设计基础、无机材料科学基础、陶瓷导论等。此外，金工实习、生产实习也应先期完。（五）对习题课、实践环节的要求 1.对重点、难点章节（如：三种基本传热方式在窑炉中的应用、伯努利方程在窑炉中的应用、传质过程、燃料燃烧计算、气化过程、干燥过程等）应安排习题作业，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。 2.课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及设计计算等内容。作业要能起到巩固理论知识，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力。以及熟悉标准、规范等作用。对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作业。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况作为评定课程成绩的一部分。 3.本课程的课程设计单独设课，单独考核，具体要求参见相应的课程设计教学大纲。（六）课程考核方式 1.考核方式：考试 2.考核目标：学生对该课程基本知识、基本原理和设计方法的掌握。 3.成绩构成：本课程的总成绩由两部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占20%，期末考试成绩占80%。 平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出。（七）参考书目1.硅酸盐工业热工基础，孙晋涛主编，武汉理工大学出版社，19922.硅酸盐工业热工过程及设备，姜金宁主编著，冶金工业出版社，19943.硅酸盐热工基础，田文富主编，天津大学出版社，20094.冶金炉热工基础，刘仁达编著，冶金工业出版社，2004二、中文摘要本课程是无机非金属材料专业学生必修的一门实践性较强的专业课程。课程通过硅酸盐工业窑炉热工过程及设备内容的讲授，使学生掌握热工理论及相关设备的基本知识、基本原理和计算方法，进而使学生掌握常规设备设计思想。课程主要内容包括传热及气体力学基础知识、传质、燃料燃烧、固体燃料气化过程与设备、干燥过程与设备等。本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。三、课程学时分配表序号教学内容学时讲课实验上机1气体力学在窑炉中的应用881.1气体力学基础121.2气体力学基础221.3窑炉系统内的气体流动21.4烟囱原理及热工计算22窑炉上的综合传热882.1传导传热22.2对流换热22.3辐射换热22.4综合传热23传质原理883.1分子扩散基本定律23.2斐克定律23.3传质微分方程式23.4无化学反应的一维稳定态分子扩散24燃料及其燃烧884.1燃料的种类及燃烧的热工性质24.2燃烧计算24.3燃烧过程的基本理论24.4气体、液体燃料的燃烧过程及燃烧设备25固体燃烧气化过程及设备665.1气化过程及气化指标25.2煤品质对气化过程的影响23.3发生炉的炉型构造、操作及气化方法进展26干燥过程与设备886.1湿空气的性质26.2湿空气的Ix图26.3干燥过程的物料平衡及热平衡26.4干燥方法与干燥设备27总复习22合计4848四、教学内容及基本要求第1部分 气体力学在窑炉中的应用总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0第1.1部分 气体力学基础1（共讲课2学时） 具体内容:1）明确本课程的内容、性质和任务；2） 掌握气体的物理属性；3） 掌握气体动力学基本方程式（质量方程、能量方程）；重 点: 能量方程；习 题:基本概念题、伯努利方程应用计算题第1.2部分 气体力学基础2（共讲课2学时） 具体内容: 1)掌握气体动力学基本方程式（动量方程）； 2)了解喷射器工作原理及设计思想。重 点:动量方程；习 题:喷射器计算第1.3部分 窑炉系统内的气体流动（讲课2学时） 具体内容: 1)掌握气体从窑炉内的流出量和吸入量计算公式的导出方法； 2)掌握气体通过炉门的流出量和吸入量的计算方法； 3)了解分散垂直气流法则；重 点: 气体通过炉门的流出量和吸入量计算公式；难 点:气体从窑炉内的流出量和吸入量计算公式的推导；习 题:气体通过炉门的流出量和吸入量的计算第1.4部分 烟囱原理及热工计算（讲课2学时）；具体内容: 1)了解烟囱的工作原理； 2)掌握烟囱的热工计算方法；重 点: 烟囱的热工计算；难 点:烟囱设计计算方法；习 题:烟囱的热工计算第2部分 窑炉上的综合传热 总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0第2.1部分 传导导热（讲课2学时） 具体内容:1)掌握导热的基本概念及定律；2） 理解导热系数物理意义及影响因素； 3)了解导热微分方程式的导出过程；4)掌握无内热源的稳定态导热规律；重 点: 无内热源的稳定态导热；难 点:导热微分方程的建立；习 题:基本概念题、多层炉墙导热计算题第2.2部分 对流换热（讲课2学时） 具体内容:1)掌握对流换热的基本概念及定律；2)了解对流换热微分方程组；3)了解对流换热过程的相似原理；4)掌握炉壁与车间空气间的对流换热系数的确定方法；重 点: 对流换热的基本概念及定律难 点: 对流换热过程的数学描述习 题:基本概念题、自然对流、强制对流换热计算题第2.3部分 辐射换热（讲课2学时）具体内容:1)掌握热辐射换热的基本概念及定律；2)掌握物体间的辐射换热规律；3)了解火焰辐射特点；重 点: 热辐射的基本定律难 点: 热辐射的基本概念及定律习 题:基本概念题、物体间的辐射换热计算题第2.4部分 综合换热（讲课2学时）具体内容:1)掌握流体通过器壁传热规律；2） 了解窑炉火焰空间内的传热过程；3)了解换热器工作的基本原理；4)了解火焰辐射；重 点: 流体通过器壁传热难 点: 窑炉火焰空间内的传热过程习 题:物体间的综合换热计算第3部分 传质原理总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0第3.1部分 分子扩散基本定律（讲课2学时）具体内容:1) 掌握分子扩散的基本概念：浓度、成分表示、扩散速度、扩散通量2) 二元混合物浓度、速度和扩散通量的表示方法重 点: 分子扩散的基本概念难 点: 扩散速度及扩散通量习 题:基本概念思考题第3.2部分 斐克定律（讲课2学时）具体内容:1)熟悉斐克定律推导过程，掌握斐克定律的应用；2)理解分子扩散系数的意义；重 点: 斐克定律难 点: 斐克定律的推导习 题:斐克定律应用题第3.3部分 传质微分方程式（讲课2学时）具体内容:1） 了解传质微分方程式；2） 了解方程的简化；3） 了解常用的初始条件和边界条件；重 点: 传质微分方程式难 点: 传质微分方程式的导出习 题: 无第3.4部分 无化学反应的一维稳定态分子扩散（讲课2学时）具体内容:1） 掌握单向扩散的规律及计算方法；2） 掌握等摩尔逆向扩散的规律及计算方法；重 点:单向扩散及等摩尔逆向扩散；难 点: 单向扩散及等摩尔逆向扩散概念的建立习 题: 思考题、单向扩散及等摩尔逆向扩散计算题第4部分 燃料及其燃烧总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0第4.1部分 燃料的种类及燃烧的热工性质（讲课2学时）具体内容: 1)掌握燃料的组成及其换算； 2)掌握燃料燃烧的热工性质； 3)了解燃料的选择原则；重 点:燃烧的热工性质难 点: 燃料低位发热量的转换习 题:思考题、燃料组成的换算及发热量计算第4.2部分 燃烧计算（讲课2学时）具体内容: 1)了解燃料燃烧计算的目的与内容； 2)掌握空气量、烟气量、烟气组成及燃烧温度的计算方法；重 点:空气量、烟气量及燃烧温度的计算难 点: 气体燃料、液体燃料燃烧计算公式的导出习 题: 燃料燃烧计算第4.3部分 燃烧过程的基本理论（讲课2学时）具体内容: 1)了解燃烧过程的基本概念：着火温度、着火浓度范围、火焰传播速度； 2)了解燃烧过程中氧化氮生成机理；重 点:燃烧过程中氧化氮生成机理难 点: 燃烧过程的基本理论习 题: 思考题第4.4部分 气体、液体燃料的燃烧过程及燃烧设备（讲课2学时）具体内容: 1)掌握气体、液体燃料的燃烧过程； 2)了解气体、液体燃料的燃烧设备；重 点:气体、液体燃料的燃烧特点难 点: 液体燃料的燃烧方法习 题: 问答题、论述题第5部分 固体燃烧气化过程及设备 总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0第5.1部分 气化过程及气化指标（讲课2学时）具体内容： 1)掌握发生炉煤气的种类：空气煤气、水煤气、混合煤气；2)了解气化过程；3)掌握气化指标：煤气质量、煤气产率、气化强度、比消耗量；重 点:空气煤气、水煤气、混合煤气形成过程难 点: 发生炉内的气化反应习 题: 思考题、论述题第5.2部分 煤品质对气化过程的影响（讲课2学时）具体内容： 1)了解灰分和结渣性对气化过程的影响；2)了解煤的粘结性及煤质对气化过程的影响；3)了解煤粒度及其均匀性对气化过程的影响；4） 了解煤的机械强度及热稳定性对气化过程的影响；重 点:煤品质对气化过程的影响难 点: 煤品质与气化过程的关系习 题: 思考题、论述题第5.3部分 发生炉的炉型构造、操作及气化方法进展（讲课2学时）具体内容： 1)了解典型的一段式发生炉基本结构；2)掌握料层高度、气化强度对气化过程的影响；3） 了解气化方法进展重 点:典型的一段式发生炉基本结构难 点: 操作因素对气化过程的影响习 题: 思考题、论述题第6部分 干燥过程与设备 总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0第6.1部分 湿空气的性质（讲课2学时）具体内容： 1)掌握空气湿度的三种表示方法；2)掌握湿空气的密度、比容、热含量的基本概念及表示方法；3)掌握湿空气的温度参数：干球温度、露点、湿球温度、绝热饱和温度；重 点:湿空气性质的基本概念及表示方法难 点: 湿球温度概念的建立及表达式导出习 题: 湿空气参数计算第6.2部分 湿空气的Ix图（讲课2学时）具体内容： 1)掌握Ix图上各线代表的含义；2)熟练应用Ix图对空气状态参数进行图解：湿空气状态参数的图解、空气经加热预热后状态参数的图解、热空气与冷空气混合后状态参数的图解；重 点:Ix图上各线含义的讲解难 点: Ix图的构成习 题: 思考题、Ix图应用图解计算第6.3部分 干燥过程的物料平衡及热平衡（讲课2学时）具体内容：1) 掌握干燥过程中水分