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化 工 基 础教 案课 程 名 称 化工基础 学 时 学 分 106学时 专 业 班 级 高二化工班 授 课 教 师 王蕊兰 本 课 程 教 学 总 体 安 排课 程 名 称：化工基础课程性质与类型：专业必修课总学时：106学时教学目的与要求：化工基础是以定性阐述基本概念和基础理论为主，进行少量必要的定量计算，通过有关化学工程基本原理和设备的感性认识，进一步加深对基本概念和基础知识的理解，物理化学上的热力学和动力学的运用使学生对化工生产实际有一定的印象。本课程通过理论教学及实验教学、课程实习等实践性环节相结合，使学生牢固建立起单元操作的概念，培养学生工程分析方法及独立分析问题和解决问题的能力。通过系统的理论学习与实践，使学生具有一定的工程设计能力，为未来的工作和后继课程的学习打下基础。教材及参考书目： 教材：化工基础化学工业出版社章节题目：绪论，第一章 流体流动与输送学时分配：24学时本章教学目的与要求：本课程的研究对象和内容；学科发展史；主要研究方法；单元操作；单位和单位换算。通过本章学习，掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题，诸如：流体输送：流速的选择，管径的计算，输送机械选型。流动参数的测量：压强（压力）、流速（流量）等。其 它：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：绪论，第一章 流体流动（1.1 概述）（4学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题。教学重点、难点：流体静力学基本方程及其应用；连续性方程式；伯努利方程式及其应用；流体在管内的流动阻力；能量守衡 控制体的选取 边界层概念等。第一章 流体流动第一节 概述 流体：包括液体和气体特点：（a） 具有流动性 （b） 受外力作用时内部产生相对运动流体流动基本原理的应用一、流体的输送(1) 确定输送管路的直径,选择适宜的流动速度。 (2)选用输送设备,需要确定流体在流动过程中应加入的外功二、压力、流速和流量的测量三、为强化设备提供适宜的流动条件教学反思：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：1.2 流体静力学（4学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题。教学重点、难点：一、流体的压强及其特性 二、流体静力学基本方程式。第二节 流体静力学 -静止流体内部压力变化的规律一、流体的压缩性 液体的形状与容器相同，其体积几乎不随压强和温度而改变。 气体的形状与容器完全相同，完全充满整个容器，其体积随压强和温度的变化而有明显改变。 流体的体积随压强和温度而变的这个性质，称为流体的压缩性。1、理想液体：体积绝对不随压强和温度的变化而改变，在流动时分子之间没有摩擦力。2、理想气体：高温、低压下的实际气体。所以通常可用理想气体状态方程式来计算。二、流体的主要物理量1密度、相对密度和比体积（1）密度 单位体积流体所具有的质量 密度一般从物化手册或相关资料中查得。P248 附录 气体的密度1、从手册中查得的气体密度往往是某一指定条件下的数值2、一般当压强不太高、温度不太低时，可按理想气体来处理3、计算混合气体的密度，应以混合气体的平均千摩尔质量M均代替M 液体的密度1、实验方法测定2、工业上测定液体密度最简单的方法使用比重计3、混合液体的密度 (若体积变化不大)（2）相对密度相对密度为流体密度与4时水的密度之比,习惯称为比重（3）比体积定义:单位质量流体所具有的体积称为流体,习惯称为比容,其单位为m3/2压强（压力）(1)定义:流体垂直作用于单位面积上的力（2）压强的单位及其换算(P247 见附录)1、1 atm=101.3 kPa=1.033 kgf/cm2 =760mmHg =10.33mH2O 1 at=98.1kPa=1kgf/cm2=735.6 mmHg =10 mH2O2、液柱高度表示流体压强（3）压力的表达方式绝对压强（简称绝压）表压强（简称表压）表压=绝对压强（外界）大气压强真空度 真空度=（外界）大气压强绝对压强 在以后的讨论中规定，对表压和真空度均加以标注,如果没有注明，即为绝压三、流体静力学基本方程式1、流体静力学基本方程式的形成2、静力学基本方程的讨论（1）在静止的液体中，液体任一点的压力与液体密度和其深度有关。液体密度越大，深度越大，则该点的压力越大。（2）在静止的、连续的同一液体内，处于同一水平面上各点的压力均相等。此压力相等的截面称为等压面。（3）当液体上方的压力或液体内部任一点的压力p1 有变化时，液体内部各点的压力也发生同样大小的变化。3、静力学基本方程的应用（1）测量流体的压力或压差 U管压差计其特点是：构造简单，测压准确，价格便宜。但玻璃管易碎，不耐高压，测量范围狭小，读数不便。 微差压差计特点：内装有两种密度相近、且互不相溶的指示液A和B两侧臂顶端各装有扩大室用途：测量气体的微小压力差。工业上常用的双指示液有石蜡油与工业酒精；苯甲醇与氯化钙溶液等。（2） 液位的测量 玻璃管液面计 液柱压差计教学反思：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：1.2 流体动力学（8学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题。教学重点、难点：实际流体流动的机械能衡算式；实际流体流动的机械能衡算式的应用第三节 流体动力学一、流量方程式 1、流量：单位时间内流经管道任一截面的流体量，称为流体的流量。（1）体积流量qv 单位是m3/s或m3/h（2）质量流量 qm 单位是kg/s或kg/h 2流速: 单位时间内流体在流动方向流过的距离（1）平均流速: 流体在同一截面上各点流速的平均值，称为平均流速。符号：u，单位为m/s。（2）质量流速 质量流量与管道截面积之比称为质量流速。以符号G表示，其单位为kg/（m2s）3流量和流速流量方程式 当流量为定值时，必须选定流速，才能确定管径。适宜流速由输送设备的操作费和管路的设备费经济权衡及优化来决定。见表1-1。二、稳定流动与不稳定流动1稳定流动：流体在流动时，任一截面处流体的流速、压力、密度等有关物理量仅随位置而改变，不随时间而变。2不稳定流动：流体在流动时，任一截面处流体的流速、压力、密度等有关物理量不仅随位置而变，又随时间而变。 三、流体稳定流动时的物料衡算连续性方程流体流动的连续性：当流体在密闭管路中作稳定流动时，根据质量守恒定律，通过管路任一截面的流体质量流量应相等。物料衡算式为： 若流体是不可压缩性的液体，且为圆形管子，连续性方程可写为：四、流体稳定流动时的能量衡算伯努利方程1、流体流动时所具有的机械能质量为m（kg）流体的总机械能为：2理想流体的柏努利方程理想流体：无黏性、流动时不产生摩擦阻力的流体。理想流体进行稳定流动时，在管路任一截面的流体总机械能是一个常数。即将流体由截面1-1输送到截面2-2时，两截面处流体的总机械能相等。即 理想流体的伯努利方程流动的流体在不同截面间各种机械能的形式 可以互相转化。流体在任一截面上，各种机械能的总和为常数。3实际流体的柏努利方程实际流体的伯努利方程其他形式的衡算方程：（1）以单位重量（1N）流体为衡算基准m流体柱 式中各项单位为：其物理意义为：每牛顿重量的流体所具有的能量，通常将其称为压头（2）以单位体积流体为衡算基准式中各项单位为：其物理意义为：单位体积不可压缩流体所具有的能量五、伯努力方程的应用1、截面选取：两截面应与流体流动的方向垂直（此条件下的流体流动速度为u），并且流体在两截面之间是连续的。2、基准面：基准面必须是水平面。通常把基准面选在低截面处，使该截面处值为零，另一个值等于两截面间的垂直距离。3、伯努利方程中各项物理量的单位必须一致。流体的压力可以都用绝压或都用表压，但要统一。4、如果两个横截面积相差很大，如大截面容器和小管子，则可取大截面处的流速为零。5、不同基准柏努利方程式的选用：通常依据习题中损失能量或损失压头的单位，选用相同基准的伯努利方程。 教学反思：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：1.4 流体阻力（6学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题。教学重点、难点：边界层的概念；流体流动阻力的计算第四节 流体阻力一、流体的黏度1流体阻力的表现和来源流体流动如何产生的阻力？流体流经固体壁面时，由于流体对壁面有附着力作用，因此在壁面上粘附着一层静止的流体，同时在流体内部分子间是有吸引力的，所以，当流体流过壁面时，壁面上静止的流体层对与其相邻的流体层的流动有约束作用，使该层流体流速变慢，离开壁面越远其约束作用越弱，这种流速的差异造成了流体内部各层之间的相对运动。由于流体层与流体层之间产生相对运动，流得快的流体层对与其相邻流得慢的流体层产生一种牵引力，而流得慢的流体层对与其相邻流得快的流体层则产生一种阻碍力。上述这两种力是大小相等而方向相反的。因此，流体流动时，流体内部相邻两层之间必然有上述相互作用的剪应力存在，这种力称为内摩擦力。内摩擦是产生流体阻力的根本原因。此外，当流体流动激烈呈紊乱状态时，也会损耗流体的机械能，而使阻力增大。可以说，流体流动状况是产生流体阻力的第二位原因。所以，流体具有内摩擦力是产生流体阻力的内因，流体流动时受流动条件的影响是流体阻力产生的外因。另外，管壁粗糙程度和管子的长度、直径均对流体阻力的大小有影响。2流体的黏度定义：流体流动时流层之间产生内摩擦力的这种特性。衡量流体黏性大小的物理量（1）黏度的单位1、在物理单位制中黏度的单位为（dyns/cm2），（泊）用符号P表示。1P100cP2、在SI制中黏度的单位为（Ns/m2）或（Pas）。3、黏度单位的换算关系：1 Pas = 10P =1000 cP =1000mPas 或者1 cP =1 mPas4、流体的黏度随温度而变化。（2）混合液体的黏度（对于分子不缔合的液体混合物）二、流体流动的类型1雷诺实验当玻璃管内水的流速较小时，红墨水在管中心呈明显的细直线（a）随着逐渐增大水的流速，作直线流动的红色细线开始抖动、弯曲、呈波浪形（b）速度再增大，红色细线断裂、冲散，全管内水的颜色均匀一致（c）2流动类型及其判定层流或滞流：当流速较小时，流体质点沿管轴做规则的平行直线运动，与其周围的流体质点间互不干扰及相混。湍流或紊流：流体流速增大到某一值时，流体质点除流动方向上的运动之外，还向其他方向做随机运动，即存在流体质点的不规则脉动，彼此混合。判断流体的流动类型-Re当Re2000时，流体的流动类型属于层流，称为层流区当Re4000时，流体的流动类型属于湍流，称为湍流区在2000 Re 4000之间时，流动状态是不稳定的，称为过渡区。流动虽分为层流区、湍流区和过渡区，但流动类型只有层流和湍流。3当量直径管路的截面不是圆形，Re计算式中的 d应用当量直径（d当）代替边长为a和b的长方形管路，则套管环隙的当量直径，则三、圆管内流体的速度分布1层流时的速度分布 2湍流时的速度分布在湍流时无论流体主体湍动的程度如何剧烈，在靠近管壁处总粘附着一层作层流流动的流体薄层，称为流体边界层。其厚度虽然很小，但对流体传热、传质等方面影响很大。四、流体阻力的计算局部阻力：流体流经管路中的管件、阀门或突然扩大与缩小等局部障碍所引起的阻力。1直管阻力的计算直管阻力：流体流经一定管径的直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力。h直流体在圆形直管中流动时的损失能量，J/kg；摩擦系数，无单位摩擦系数与管内流体流动时的雷诺数Re和管道内壁的粗糙程度有关（1）层流时的摩擦系数 只与Re有关（2）湍流时的摩擦系数与雷诺数Re及管壁粗糙程度都有关（3）非圆形管的直管阻力2局部阻力的计算（1）当量长度法将某一局部阻力折合成相当于同直径一定长度直管所产生的阻力，此折合的直管长度称为当量长度，用符号l当表示。（2）阻力系数法阻力系数，其值由实验测定，表1-3。 3管路总阻力的计算教学反思：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：1.5 流体的流量与调节（2学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：掌握流体流动过程的基本原理、管内流动的规律，并运用这些原理和规律去分析和计算流体流动过程的有关问题。教学重点、难点：孔板流量计；文丘里流量计；转子流量计第五节 流量的测量与调节一、孔板流量计当管内流动的流体通过孔口时，因流通截面积突然减小，流速骤增，随着流体动能的增加，势必造成静压能的下降，由于静压能下降的程度随流量的大小?而变化，所以测定压力差则可以知道流量。若不考虑通过孔板的阻力损失，在水平管截面1-1和截面2-2之间列出柏努利方程，则整理得:经校正得:根据连续性方程式带入上式，整理得则得管道中的流量为孔流系数的数值一般由实验测定。，当Re数超过某个限定值之后，亦趋于定值。流量计所测定的流量范围一般应取在为定值的区域，其值约为0.60.7。二、文丘里流量计孔板流量计由于锐孔结构将引起过多的能量消耗。为了减少能量的损失，把锐孔结构改制成渐缩减扩管，这样构成的流量计，称为文氏管流量计。一般收缩角扩大角C文值一般为0.980.99； A0为喉颈处的截面积，m2文氏管流量计的阻力较小，大多数用于低压气体输送中的测量。但文氏管流量计加工精度要求高，造价较高。三、转子流量计转子流量计是流体流经节流部分的前后压力差保持恒定，通过变动节流部分的截面积来测定流量的流量计。教学反思：章节题目：第二章 流体输送机械学时分配：6学时本章教学目的与要求：要求深刻理解与熟练掌握离心泵工作原理、气缚现象、主要性能参数与特性曲线、影响性能的因素、气蚀现象与安装高度、泵的工作点及其流量调节。其 它：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：2.1 概述 2.2 离心泵（1，2）（4学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：深刻理解与熟练掌握离心泵工作原理、气缚现象、主要性能参数与特性曲线、影响性能的因素、气蚀现象与安装高度、泵的工作点及其流量调节。 教学重点、难点：离心泵的基本结构、工作原理与性能参数离心泵的基本方程；离心泵的效率和实际压头；离心泵的特性曲线第二章 液体输送机械第一节 概 述一、液体输送机械的作用输送机械:为输送物料提供能量的机械装置。当液体从低能位向高能位输送时，必须使用液体输送机械，对物料加入外功以克服沿程的运动阻力及提供输送过程所需的能量。二、液体输送机械的分类根据施加给液体机械能的手段和工作原理的不同，大致分四类泵。2.2 离心泵1、离心泵的主要部件离心泵的主要部件为叶轮、泵壳和轴封装置（1)叶轮 作用：将原动机的机械能传给液体，使通过离心泵的液体静压能和动能均有所提高。 (2) 泵壳形状：截面逐渐扩大的状似蜗牛壳形的通道称蜗壳。工作原理：叶轮在壳内顺着蜗形通道逐渐扩大的方向旋转,愈接近液体出口,通道截面积愈大。因此,液体从叶轮外缘以高速被抛出后,沿泵壳的蜗牛形通道而向排出口流动,流速便逐渐降低,减少了能量损失,且使大部分动能有效地转变为静压能。 (3) 轴封装置作用：防止高压液体从泵壳内沿轴的四周漏出,或者外界空气以相反方向漏入泵壳内的低压区。普通离心泵所采用的轴封装置是填料函，即将泵轴穿过泵壳的环隙作为密封圈，于其中填入软填料（例如浸油或涂石墨的石棉绳），以将泵壳内、外隔开，而泵轴仍能自由转动。2、离心泵的工作原理泵在启动前,首先向泵内灌满被输送的液体，这种操作称为灌泵。 同时关闭排出管路上的流量调节阀，待电动机启动后，再打开出口阀。离心泵启动后高速旋转的叶轮带动叶片间的液体作高速旋转，在离心力作用下，液体便从叶轮中心被抛向叶轮的周边，并获得了机械能，同时也增大了流速，一般可达1525m/s,其动能也提高了。思考：为什么要灌泵？若泵启动前未充满被输送液体，则泵内存有空气，由于空气密度比液体的密度小得多，泵内产生离心力很小，因而在吸入口处的真空度很小，贮槽液面和泵入口处的静压头差很小，不能推动液体进入泵内，启动泵后而不能输送液体的现象称为气缚现象。离心泵吸入管底部安装的带吸滤网的底阀为止逆阀，为启动前灌泵所配置的。 二、离心泵的性能参数与特性曲线1性能参数-评价离心泵的性能和正确选用离心泵的主要依据。（1）流量（送液能力）qv定义：单位时间内泵排到管路系统中的液体体积。单位：为m/h或m/s其大小主要取决于泵的结构、尺寸和转速等。（2）扬程（泵的压头）H定义：泵对单位重量（1N）的液体所提供的有效能量。单位：m液柱泵压头大小取决于泵的结构（叶轮直径、叶片弯曲情况）转速和流量，也与液体的密度有关。(3) 功率泵的有效功率p有是指单位时间内液体从泵中叶轮获得的有效能量。单位为W或kW泵的轴功率p轴是指泵轴所需的功率即电动机传给泵轴的功率。单位为W或kW泵标牌上注明的轴功率是以常温20的清水为试验液体，其密度为1000kg/m计算的。(4) 效率2特性曲线在额定转速和标准试验条件(大气压101.325kPa,20清水)下测得 - 曲线 表示泵的扬程和流量的关系。曲线表明离心泵的扬程随流量的增大而下降。 - 曲线 表示泵的轴功率和流量的关系。曲线表明离心泵的轴功率随流量的增大而上升，当流量为零时轴功率最小，所以离心泵启动时，为了减小启动功率应使流量为零即将出口阀门关闭，以保护电机。待电机运转到额定转速后，再逐渐打开出口阀门。 - 曲线 表示泵的效率和流量的关系。曲线表明离心泵的效率随流量的增大而增大，当流量增大到一定值后，效率随流量的增大而下降，曲线存在一最高效率点即为设计点。对应于该点的各性能参数 、 和 称为最佳工况参数，即离心泵铭牌上标注的性能参数。根据生产任务选用离心泵时应尽可能使泵在最高效率点附近工作。 3、影响离心泵特性曲线的因素（1）密度的影响: qv-H曲线和 qv-曲线基本不变，qvp轴曲线已不再使用（2）黏度的影响：当输送液体的黏度大于常温水的黏度时，泵内液体的能量损失增大，导致泵的流量、压头减小、效率下降，但轴功率增加，泵的特性曲线均发生变化。（3）离心泵转速的影响：泵的特性曲线均发生变化。但在转速变化小于20%时，流量、扬程及轴功率与转速间的近似关系也可用比例定律进行计算 。（4）叶轮直径的影响：若对同一型号的泵换用直径较小的叶轮,但不小于原直径的90%时,离心泵的流量、扬程及轴功率与叶轮直径之间的近似关系称为切割定律。三离心泵的工作点与流量调节1管路的特性曲线管路特性曲线表示流体通过某一特定管路所需要的压头与流量的关系。流体流过管路所需要的压头为：因为：所以：管路特性曲线方程管路特性曲线的形状由管路布局和流量等条件来确定，而与离心泵的性能无关2、工作点泵的特性曲线和管路的特性曲线的交点P若泵在该点所对应的效率是在最高效率区,即为系统的理想工作点。3、流量调节(1) 改变管路特性(2) 改变泵的特性四、离心泵的汽蚀现象与安装高度1.汽蚀现象由于长时间受到冲击力反复作用以及液体中微量溶解氧对金属的化学腐蚀作用,叶轮的局部表面出现斑痕和裂纹,甚至呈海绵状损坏,这种现象称为汽蚀。思考：为什么会产生气蚀现象？泵的吸液作用是依靠贮槽的液面0-0和泵入口截面1-1之间的势能差实现的。当pa一定，若向上吸液高度Hg愈高、流量愈大、吸入管路的各种阻力愈大，则p1就愈小，但在离心泵的操作中，p1值下降是有限度的，叶轮入口处压强不能低于被送液体在工作温度下的饱和蒸汽压 p饱，否则，液体将会发生部分汽化，生成的气泡将随液体从低压区进入高压区。在高压区气泡会急剧收缩、凝结，使其周围的液体以极高的流速冲向刚消失的气泡中心，造成极高的局部冲击压力，直接冲击叶轮和泵壳,发生噪音,并引起震动。为避免汽蚀现象的发生,泵的安装高度不能太高，我国离心泵标准中，常采用允许汽蚀余量对泵的汽蚀现象加以控制。汽蚀余量（h）：离心泵入口处的静压头与动压头之和必须大于被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压头之值。允许汽蚀余量（h允）：能保证不发生汽蚀的最小值。其值由实验测得。2.离心泵的最大安装高度（Hgmax） 五、离心泵的组合、安装及运转（1）并联操作 设两台离心泵型号相同，并且各自的吸入管路也相同，则两台泵的流量和压头必相同。因此，在同一压头下，并联泵的流量为单台泵的两倍。两泵并联后，流量与压头均有所提高，但由于受管路特性曲线制约，管路阻力增大，两台泵并联的总输送量小于原单泵输送量的两倍。(2) 串联操作若两台泵型号相同，则在同一流量下，串联泵的压头应为单泵的两倍。两泵串联后，压头与流量也会提高，但两台泵串联的总压头仍小于原单泵压头的两倍。(3) 组合方式的选择对于低阻输送管路1，并联组合优于串联；对于高阻输送管路2，串联组合优于并联。2离心泵的安装与运转（1）安装a 为避免泵运转时发生汽蚀现象,泵的实际安装高度应低于允许最大安装高度值；b 尽量缩短吸入管路的长度和减少其中的管件，泵吸入管的直径通常均大于或等于泵入口直径，以减小吸入管路的阻力。 c 往高位或高压区输送液体的泵，在泵出口应设置止逆阀，以防止突然停泵时大量液体从高压区倒冲回泵造成水锤而破坏泵体。(2) 运转泵启动前要灌泵，为避免发生气缚现象；启动时应关闭出口阀，为避免电机超载和加大电负荷，待电机运转正常后，再逐渐打开出口阀调节所需流量。停泵前应先关闭出口阀再停电机，以免管路内液体倒流，使叶轮受到冲击而被损坏。离心泵在运转时还应注意有无不正常的噪音，随时观察真空表和压强表指示是否正常，并应定期检查轴承、轴封等发热情况，保持轴承润滑；也要注意轴封处的泄漏情况，既要防止外泄，又要防止因从此处吸入气体而降低泵的抽送能力。若长期停泵不用，应放尽泵和管道内的液体，拆泵擦净后涂油防锈。 六、离心泵的类型与选用(1) 清水泵 (2) 耐腐蚀泵 (3) 油泵 (4) 液下泵2离心泵的选用离心泵的选择原则上按下列步骤进行：(1) 确定输送系统的流量和压头 一般液体的输送量由生产任务决定。如果流量在一定范围内变化，应根据最大流量选泵，并根据情况计算最大流量下的管路所需的压头。(2)选择离心泵的类型与型号 (3)核算泵的轴功率 若输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率，以选择合适的电机。教学反思：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：2.3 其它类型泵（2学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：深刻理解与熟练掌握离心泵工作原理、气缚现象、主要性能参数与特性曲线、影响性能的因素、气蚀现象与安装高度、泵的工作点及其流量调节。 教学重点、难点：一、往复泵二、旋转泵三、旋涡泵第三节 其它类型泵一、往复泵 往复泵是活塞泵、柱塞泵和隔膜泵的总称。是应用较广泛的容积式泵，属正位移泵，它是利用活塞的往复运动，将能量传递给液体以达到吸入和排出液体的目的。1往复泵的结构及工作原理结构：主要由泵缸、活塞、单向吸人阀、单向排出阀等组成。活塞杆通过曲柄连杆机构将电机的回转运动转换成直线往复运动。工作原理：工作时，活塞在外力推动下做往复运动，由此改变泵缸的容积和压强，交替地打开吸入和排出阀门，达到输送液体的目的。2往复泵的类型(1)单动往复泵 (2)双动往复泵 活塞往复一次，吸液和排液各两次，形成了双动泵流量曲线。(3)三联泵 3往复泵的主要性能(1) 流量 往复泵的理论流量原则上应等于单位时间内活塞在泵缸中扫过的体积，它与活塞面积、往复频率、行程及泵缸数有关。(2) 往复泵的扬程和特性曲线a 往复泵的理论流量是由活塞所扫过的体积所决定,而与管路特性无关。实际上往复泵的流量随压头升高而略微减小, 这是由于容积损失增大造成的。b 由于往复泵的操作与往复速度均有限，故主要用于小流量、高扬程的场合，尤其适合于输送高粘度液体，但不适于腐蚀性液体和含颗粒混悬液的输送。4往复泵的运转和调节(1)旁路调节 (2)改变曲柄转速和活塞行程 二、旋转泵旋转泵又称为转子泵，依靠泵壳内一个或多个转子的旋转吸人和排出液体。其扬程高、流量均匀且恒定。旋转泵的结构型式较多，最常用的有齿轮泵和螺杆泵。1齿轮泵主要部件由主动齿轮、从动齿轮、泵体和安全阀等组成，两齿轮轴装在泵体内，泵体、齿轮和泵盖构成的密封空间即为泵的工作腔。齿轮泵工作时，电机带动主动齿轮及与主动齿轮相啮合的从动齿轮按图中所示的方向旋转。2螺杆泵双螺杆泵的原理与齿轮泵相似，是通过两根螺杆的相互啮合来达到输送液体的目的。当需要较高压头时可采用较长的螺杆或多螺杆泵。三、旋涡泵（特殊类型的离心泵）工作原理：依靠叶轮的旋转产生惯性离心力，由于离心力的作用，液体在各叶片和引水道之间反复作旋涡形运动，并被叶片多次拍击，从而积蓄了较高的能量，最后达到出口压力而排出。四、流体作用泵工作原理：利用一种流体的作用，使流动系统中局部的压强增高或降低，而达到输送另一种流体的目的。如酸蛋、真空输送、喷射泵等，都是流体作用泵。特点：泵内无活动部件，构造简单，制造方便，可衬以耐酸或抗腐蚀材料，抽气量大，工作压力范围广。适合处理含有机械杂质、水蒸气、强腐蚀性及易燃易爆气体。1、酸蛋2、真空输送3、喷射泵教学反思：第三章 非均相物系的分离本章教学目的与要求：课题名称： 非均相物系的分离授课时数：6课时 授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：1.掌握重力沉降与离心沉降的操作原理和基本公式2.降尘室、连续沉降槽的结构，降沉室的生产能力，旋风分离器的结构和工作原理。3过滤操作的基本概念，恒压过滤方程及其应用，过滤设备的基本结构。教学重点、难点：重力沉降与离心沉降的操作原理和基本公式第一节 概述一. 混合物的分类 均相混合物：溶液和混合气体混合物 非均相混合物 气态：含尘气体等 液态：悬浮液等2.非均相混合物的分离方法1）沉降（重力沉降和离心沉降）2）过滤第二节沉降分离沉降操作：在某种力场中利用连续相和分散相之间的密度差异，使之发生相对运动，从而实现分离的操作过程。一重力沉降1.沉降速度 2.影响沉降速度的因素（1）流体的黏度（2）颗粒的体积浓度（3）器壁效应D/d大于100时，可忽略器壁效应，否则需考虑。（4）颗粒形状2.重力沉降设备1）降尘室(1)单层降尘室籍重力沉降从气流中分离出尘粒的设备。二.离心沉降1.离心沉降：依靠惯性离心力的作用从而实现沉降的过程。离心沉降效率较重力沉降效率高。第三节气固分离一.旋风分离器的操作原理外旋流内旋流（气芯）可除去直径在5m以下的尘粒。3.旋风分离器的性能4.旋风分离器的结构型式与选用改进措施：（1）采用细而长的器身（2）减小涡流的影响第四节 液固分离一.过滤操作的基本概念过滤：以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离的操作。过滤介质：过滤操作用的多孔物质。滤浆（料浆）：所处理的悬浮液。滤饼（滤渣）：被截留的固体物质。1.过滤方式饼层过滤：饼层起过滤作用深床过滤：过滤介质起过滤作用2.过滤介质足够的机械强度、尽可能小的流动阻力，耐腐蚀性、耐热性。1）织物介质2）堆积介质3）多孔固体介质3.滤饼的压缩性和助滤剂不可压缩滤饼：单位厚度床层的流体阻力恒定。可压缩滤饼：单位厚度床层的流体阻力随压强差加高而增大。助滤剂：二.过滤设备间歇过滤机 操作方式 连续过滤机 压滤机压强差 吸滤机 离心过滤机1.板框压滤机1)结构: 过滤板、过滤框、洗涤板2) 安装过 过 洗 过 过 过 盲滤 滤 涤 滤 滤 滤 - 框 板 板 框 板 框 板 3)操作过程：装合、过滤、洗涤、卸饼、清洗。4)代号例：BMS20/635-25B：板框压滤机 M：明流 S：手动压紧 20：过滤面积， 635：框内边长，mm 25：框厚，mm2.加压叶滤机3.转筒真空过滤机 1.滤饼的洗涤2.过滤机的生产能力过滤机的生产能力：单位时间内获得的滤液体积。操作步骤：过滤、洗涤、卸渣、清理、装合。3.连续过滤机的生产能力操作特点：(1)过滤、洗涤、卸饼等操作在转筒的不同区域同时进行；(2)转筒任一块表面旋转一周分别进行了过滤、洗涤、卸饼等操作。4. 离心机（自学）第四章 传热学时分配：16学时本章教学目的与要求：理解与掌握平壁的稳定热传导；圆筒壁的稳定热传导；传热过程计算：平均温度差法；影响对流传热系数的因素、流体有相变时的对流传热系数；了解换热器类型，典型换热器结构；列管式换热器的设计和选用。其 它：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：第一节 概述（2学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：理解与掌握平壁的稳定热传导；教学重点、难点：传热的基本方式第一节 概述一、传热的基本方式二、传热的基本方式传热过程的推动力是温度差；热量传递方向总是由高温处自动地向低温处移动。1热传导物体中温度较高部分的分子因振动而与相邻分子相碰撞，将热能传给温度较低部分的传热方式。在热传导中，物体中的分子不发生相对位移。2热对流流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程。热对流可分为自然对流和强制对流。热对流这种传热方式仅发生在液体和气体中。3热辐射以电磁波的形式发射的一种辐射能，当此辐射能遇到另一物体时，可被其全部或部分的吸收而变为热能。 辐射传热不需要任何介质作媒介，它可以在真空中传播。三、工业生产上的换热方法1直接接触式换热特点：冷、热两流体在换热器中直接接触范围：用水来冷凝水蒸汽等允许两股流体直接接触混合的场合。2蓄热式换热由热容量较大的蓄热室构成，室内装有耐火砖等固体填充物。操作时冷、热流体交替的流过蓄热室，利用固体填充物来积蓄和释放热量而达到换热的目的。3间壁式换热特点：冷、热流体被一固体壁面隔开，分别在壁面的两侧流动，不相混合。 范围：两股流体间需要进行热量交换而又不允许直接相混的场合。四、间壁式换热器简介1套管式换热器2列管式换热器五、稳定传热与不稳定传热稳定传热：在传热系统中温度分布不随时间而改变的传热过程。不稳定传热：传热系统中温度分布随时间变化的传热过程。教学反思：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：第二节 传热计算（6学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：理解与掌握平壁的稳定热传导；教学重点、难点：热负荷和载热体用量的计算;平均温度差第二节 传热计算一、传热速率方程传热速率：单位时间内通过传热面的热量，单位为W。两股流体单位时间所交换的热量与传热面积成正比，与温度差成正比，即 把上述比例式改写成等式，以表示比例常数，则得 传热速率方程式中K称为传热系数，其单位为： W/（m2K）或 W/（m2）二、热负荷和载热体用量的计算1热负荷的计算热负荷：生产上的换热器内，冷、热两股流体间每单位时间所交换的热量是根据生产上换热任务的需要提出的，热流体的放热量或冷流体的吸热量。热量衡算式（1）焓差法或 或或或（2）显热法（无相变）或（3）潜热法（仅发生相变）或r热、 r冷热流体和冷流体的相变热（蒸发潜热），J/kg。 2载热体消耗量3载热体的选用原则：载体温度必须满足工艺要求；载热体的温度调节应方便；载热体应具有化学稳定性，不分解；载热体的毒性小，对设备腐蚀性小；载热体不易燃、不易爆；载热体价廉易得。 （1） 饱和水蒸汽优点：冷凝时放出大量的热，加热均匀，不会有局部过热的现象，依据饱和温度与蒸汽压力的对应关系，通过调节压力能很方便、准确的控制加热温度。缺点：加热温度不太高，因为水蒸气的饱和蒸汽压随温度升高而增大，对锅炉、管路和设备的耐压、密闭要求也大大提高，带来许多困难。所以，一般水蒸气加热的温度范围在120180，绝对压在200 1000kPa。（2）水 是广泛使用的冷却剂水与被冷却的流体之间一般应有535的温度差。冷却水的温度不能超过4050，以避免溶解在水 中的各种盐类析出，在传热壁面上形成污垢。水的流速不应小于0.5m/s，否则在传热面上易产生污垢。 三、平均温度差用传热速率方程式计算换热器的传热速率时，因传热面各部位的传热温度差不同，必须算出平均传热温度差。1恒温传热时的平均温度差恒温传热：参与传热的冷、热两种流体在换热器内的任一位置、任一时间，都保持其各自的温度不变。2变温传热时的平均温度差变温传：参与传热的两种流体（或其中之一）有温度变化。（1）单侧变温时的平均温度差 饱和水蒸汽加热某冷流体 高温流体加热恒定温度下沸腾的水当 时 （2）双侧变温时的平均温度差并流和逆流时的平均温度差当时逆流优于并流，因而工业生产中换热器多采用逆流操作。 错流和折流时的平均温度差四、传热系数的测定和经验值1现场实测从现场测得换热器的传热面积A ，平均温度差 t 均 及热负荷 Q 后，传热系数K传热系数的计算公式可利用串联热阻叠加原则导出。对于间壁式换热器，两流体通过间壁的传热包括以下过程：（1） 热流体在流动过程中把热量传给间壁的对流传热（2）通过间壁的热传导；（3）热量由间壁另一侧传给冷流体的对流传热。传热过程的总阻力应等于两个对流传热阻力与一个导热阻力之和。教学反思：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：第三节 热传导（2学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：通过平壁的稳定热传导；通过圆筒壁的稳定热传导教学重点、难点：通过平壁的稳定热传导；通过圆筒壁的稳定热传导第三节 热传导一、导热基本方程和导热系数1热传导方程 热传导方程式/傅立叶定律2热导率（导热系数）： W/（mK）或 W/（m)（1）固体的导热系数（2）液体的导热系数（3）气体的导热系数纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低，金属的纯度对导热系数影响很大，合金的导热系数一般比纯金属要低。非金属建筑材料或绝热材料的导热系数与物质的组成、结构的致密程度及温度有关。通常值随密度的增加而增大，也随温度的升高而增大。1、气体的导热系数很小，对导热不利，但有利于绝热和保温。2、气体的导热系数随温度的升高而增大。3、在相当大的压力范围内，压力对导热系数无明显影响。二、通过平壁的稳定热传导1单层平壁的热传导把上式改写成下面的形式导热过程的推动力单层平壁的导热热阻2多层平壁的热传导因是连续稳定传热，所以各层的传热速率也都相等。多层平壁的传热速率由推动力总温度差与各层的热阻之和的比值求得三、通过圆筒壁的稳定热传导1单层圆筒壁的热传导热流的方向是从筒内到桶外：与热流方向垂直的圆筒面积（传热面积）(r1r2)式中r均在工程计算中，采用对数平均值：当r2/r1=2时，使用算术平均值代替对数平均值的误差仅为4%在工程计算上是允许的。2多层圆筒壁的热传导由不同材质构成的多层圆筒壁的热传导也可按多层平壁的热传导处理，计算传热速率。但是，作为计算各层热阻的传热面积不再相等，而应采用各层的对数平均面积。对于图中所示的三层圆筒壁，其公式为教学反思：课 堂 教 学 方 案课题名称、授课时数：第四节 对流传热（2学时）授课类型（理论课、实验课、技法课、习题课等）：理论课教学方法与手段（讲授、讨论、指导、多媒体等）：多媒体教学目的要求：对流传热速率方程和表面传热系数教学重点、难点：表面传热系数的影响因素;无相变化时对流传热过程的量纲分析;无相变化的对流传热第四节 对流传热一、对流传热方程1对流传热分析对流传热：冷热两个流体通过金属壁面进行热量交换时，由流体将热量传给壁面或者由壁面将热量传给流体的过程。层流内层的导热和湍流主体对流传热的统称。分析：流体沿固体壁面流动时，无论流动主体湍动的多么激烈，靠近管壁处总存在着一层层流内层。热量以热传导方式通过层流内层。虽然层流内层的厚度很薄，但导热的热阻值却很大，因此层流内层产生较大的温度差。另一方面，在湍流主体中，由于对流使流体混合剧烈，热阻小，热量十分迅速的传递，因此湍流主体中的温度差极小。2对流传热方程引入比例系数,则上式可写成：对流传热方程式，也称为牛顿冷却定律称为对流传热系数（或给热系数），其单位为W/(m2)。物理意义是，流体与壁面温度差为1时，在单位时间内通过每m2传递的热量。二、对流传热系数1影响对流传热系数的因素（1）流体的种类 （2）流体的物理性质（3）流体的相态变化 （4）流体对流的状况（5）流体的运动状况（