1、化 工 基 礎教 案課 程 名 稱 化工基礎 學 時 學 分 學時 專 業 班 級 1503化工技術類授 課 教 師 王蕊蘭 本 課 程 教 學 總 體 安 排課 程 名 稱：化工基礎 課程性質與類型：專業必修課 總學時：106學時教學目的與要求： 化工基礎是以定性闡述基本概念和基礎理論為主，進行少量必要的定量計算，通過有關化學工程基本原理和設備的感性認識，進一步加深對基本概念和基礎知識的理解，物理化學上的熱力學和動力學的運用使學生對化工生產實際有一定的印象。本課程通過理論教學及實驗教學、課程實習等實踐性環節相結合，使學生牢固建立起"單元操作"的概念，培養學生工程分析方法及

2、獨立分析問題和解決問題的能力。通過系統的理論學習與實踐，使學生具有一定的工程設計能力，為未來的工作和后繼課程的學習打下基礎。教材及參考書目：教材：化工基礎化學工業出版社 章節題目：緒論，第一章 流體流動與輸送學時分配：24學時本章教學目的與要求：本課程的研究對象和內容；學科發展史；主要研究方法；單元操作；單位和單位換算。 和規律去分析和計算流體流動過程的有關問題，諸如：流體輸送：流速的選擇，管徑的計算，輸送機械選型。流動參數的測量：壓強（壓力）、流速（流量）等。其 它： 課 堂 教 學 方 案 課題名稱、授課時數：緒論，第一章 流體流動（1.1 概述）（4學時）授課類型（理論課、實驗課、技法課

3、、習題課等）：理論課教學方法與手段（講授、討論、指導、多媒體等）：多媒體教學目的要求：掌握流體流動過程的基本原理、管內流動的規律，并運用這些原理和規律去分析和計 算流體流動過程的有關問題。教學重點、難點：流體靜力學基本方程及其應用；連續性方程式；伯努利方程式及其應用；流體在管內的流動阻力；能量守衡 控制體的選取 邊界層概念等。 第一章 流體流動 第一節 概述 流體：包括液體和氣體特點：（a） 具有流動性 （b） 受外力作用時內部產生相對運動流體流動基本原理的應用1、 流體的輸送(1) 確定輸送管路的直徑,選擇適宜的流動速度(2) 選用輸送設備,需要確定流體在流動過程中應加入的外功2、 壓力、流

4、速和流量的測量 3、 為強化設備提供適宜的流動條件教學反思： 課 堂 教 學 方 案 課題名稱、授課時數：1.2 流體靜力學（4學時）授課類型（理論課、實驗課、技法課、習題課等）：理論課教學方法與手段（講授、討論、指導、多媒體等）：多媒體教學目的要求：掌握流體流動過程的基本原理、管內流動的規律，并運用這些原理和規律去分析和計算流體流動過程的有關問題。教學重點、難點：一、流體的壓強及其特性 二、流體靜力學基本方程式。 第二節 流體靜力學 -靜止流體內部壓力變化的規律1、 流體的壓縮性 液體的形狀與容器相同，其體積幾乎不隨壓強和溫度而改變。 氣體的形狀與容器完全相同，完全充滿整個容器，其體積隨壓強

5、和溫度的變化而有明顯改變。 流體的體積隨壓強和溫度而變的這個性質，稱為流體的壓縮性。1、理想液體：體積絕對不隨壓強和溫度的變化而改變，在流動時分子之間沒有摩擦力2、理想氣體：高溫、低壓下的實際氣體。所以通常可用理想氣體狀態方程式來計算。2、 流體的主要物理量 1密度、相對密度和比體積 （1）密度 單位體積流體所具有的質量 密度一般從物化手冊或相關資料中查得。 氣體的密度1、 從手冊中查得的氣體密度往往是某一指定條件下的數值2、 一般當壓強不太高、溫度不太低時，可按理想氣體來處理 3、 計算混合氣體的密度，應以混合氣體的平均千摩爾質量M均代替M 液體的密度1、 實驗方法測定2、 工業上測定液體密

6、度最簡單的方法使用比重計3、 混合液體的密度 (若體積變化不大) （2） 相對密度相對密度為流體密度與4時水的密度之比,習慣稱為比重（3） 比體積 定義:單位質量流體所具有的體積稱為流體,習慣稱為比容,其單位為m3/2 壓強（壓力）(1) 定義:流體垂直作用于單位面積上的力（2） 壓強的單位及其換算1、1 atm=101.3 kPa=1.033 kgf/cm2 =760mmHg =10.33mH2O 1、1 atm=101.3 kPa=1.033 kgf/cm2 =760mmHg =10.33mH2O 2、 液柱高度表示流體壓強 （3） 壓力的表達方式絕對壓強（簡稱絕壓）表壓強（簡稱表壓）表壓

7、=絕對壓強（外界）大氣壓強真空度 真空度=（外界）大氣壓強絕對壓強在以后的討論中規定，對表壓和真空度均加以標注,如果沒有注明，即為絕壓3、 流體靜力學基本方程式1、 流體靜力學基本方程式的形成2、 靜力學基本方程的討論（1） 在靜止的液體中，液體任一點的壓力與液體密度和其深度有關。液體密度越大，深度越大，則該點的壓力越大。 （2） 在靜止的、連續的同一液體內，處于同一水平面上各點的壓力均相等。此壓力相等的截面稱為等壓面。（3） （3）當液體上方的壓力或液體內部任一點的壓力p1 有變化時，液體內部各點的壓力也發生同樣大小的變化。3、 靜力學基本方程的應用（1） 測量流體的壓力或壓差 U管壓差計

8、其特點是：構造簡單，測壓準確，價格便宜。但玻璃管易碎，不耐高壓，測量范圍狹小，讀數不便。 微差壓差計 特點：內裝有兩種密度相近、且互不相溶的指示液A和B 兩側臂頂端各裝有擴大室 用途：測量氣體的微小壓力差。 工業上常用的雙指示液有石蠟油與工業酒精；苯甲醇與氯化鈣溶液等。（2） 液位的測量 玻璃管液面計 液柱壓差計教學反思：課 堂 教 學 方 案課題名稱、授課時數：1.2 流體動力學（8學時）授課類型（理論課、實驗課、技法課、習題課等）：理論課教學方法與手段（講授、討論、指導、多媒體等）：多媒體教學目的要求：掌握流體流動過程的基本原理、管內流動的規律，并運用這些原理和規律去分析和計算流體流動過程

9、的有關問題。教學重點、難點：實際流體流動的機械能衡算式；實際流體流動的機械能衡算式的應用 第三節 流體動力學1、 流量方程式1、 流量：單位時間內流經管道任一截面的流體量，稱為流體的流量。2 流速: 單位時間內流體在流動方向流過的距離（1） 平均流速: 流體在同一截面上各點流速的平均值，稱為平均流速。符號：u，單位為m/s。（2） 質量流速 質量流量與管道截面積之比稱為質量流速。以符號G表示，其單位為kg/（m2·s）3 流量和流速流量方程式當流量為定值時，必須選定流速，才能確定管徑。適宜流速由輸送設備的操作費和管路的設備費經濟權衡及優化來決定。2、 穩定流動與不穩定流動1 穩定流動

10、：流體在流動時，任一截面處流體的流速、壓力、密度等有關物理量僅隨位置而改變，不隨時間而變。2不穩定流動：流體在流動時，任一截面處流體的流速、壓力、密度等有關物理量不僅隨位置而變，又隨時間而變。三、流體穩定流動時的物料衡算連續性方程流體流動的連續性：當流體在密閉管路中作穩定流動時，根據質量守恒定律，通過管路任一截面的流體質量流量應相等。物料衡算式為：若流體是不可壓縮性的液體，且為圓形管子，連續性方程可寫為：若流體是不可壓縮性的液體，且為圓形管子，連續性方程可寫為：4、 流體穩定流動時的能量衡算伯努利方程1、 流體流動時所具有的機械能質量為m（kg）流體的總機械能為：2 理想流體的柏努利方程理想流

11、體：無黏性、流動時不產生摩擦阻力的流體。理想流體進行穩定流動時，在管路任一截面的流體總機械能是一個常數。即將流體由截面1-1輸送到截面2-2時，兩截面處流體的總機械能相等。即流動的流體在不同截面間各種機械能的形式 可以互相轉化。流體在任一截面上，各種機械能的總和為常數。3 實際流體的柏努利方程其他形式的衡算方程：（1） 以單位重量（1N）流體為衡算基準 其物理意義為：每牛頓重量的流體所具有的能量，通常將其稱為壓頭（2） 以單位體積流體為衡算基準其物理意義為：單位體積不可壓縮流體所具有的能量5、 伯努力方程的應用1、 截面選取：兩截面應與流體流動的方向垂直（此條件下的流體流動速度為u），并且流體

12、在兩截面之間是連續的。2、 基準面：基準面必須是水平面。通常把基準面選在低截面處，使該截面處值為零，另一個值等于兩截面間的垂直距離。3、 伯努利方程中各項物理量的單位必須一致。流體的壓力可以都用絕壓或都用表壓，但要統一。4、 如果兩個橫截面積相差很大，如大截面容器和小管子，則可取大截面處的流速為零。5、 不同基準柏努利方程式的選用：通常依據習題中損失能量或損失壓頭的單位，選用相同基準的伯努利方程教學反思：課 堂 教 學 方 案課題名稱、授課時數：1.4 流體阻力（6學時）授課類型（理論課、實驗課、技法課、習題課等）：理論課 教學方法與手段（講授、討論、指導、多媒體等）：多媒體教學目的要求：掌握

13、流體流動過程的基本原理、管內流動的規律，并運用這些原理和規律去分析和計算流體流動過程的有關問題教學重點、難點：邊界層的概念；流體流動阻力的計算 第四節 流體阻力1、 流體的黏度 流體流動如何產生的阻力？ 流體流經固體壁面時，由于流體對壁面有附著力作用，因此在壁面上粘附著一層靜止的流體，同時在流體內部分子間是有吸引力的，所以，當流體流過壁面時，壁面上靜止的流體層對與其相鄰的流體層的流動有約束作用，使該層流體流速變慢，離開壁面越遠其約束作用越弱，這種流速的差異造成了流體內部各層之間的相對運動。 由于流體層與流體層之間產生相對運動，流得快的流體層對與其相鄰流得慢的流體層產生一種牽引力，而流得慢的流體

14、層對與其相鄰流得快的流體層則產生一種阻礙力。上述這兩種力是大小相等而方向相反的。因此，流體流動時，流體內部相鄰兩層之間必然有上述相互作用的剪應力存在，這種力稱為內摩擦力。內摩擦是產生流體阻力的根本原因。 此外，當流體流動激烈呈紊亂狀態時，也會損耗流體的機械能，而使阻力增大。可以說，流體流動狀況是產生流體阻力的第二位原因。 所以，流體具有內摩擦力是產生流體阻力的內因，流體流動時受流動條件的影響是流體阻力產生的外因。另外，管壁粗糙程度和管子的長度、直徑均對流體阻力的大小有影響。2 流體的黏度定義：流體流動時流層之間產生內摩擦力的這種特性。衡量流體黏性大小的物理量（1） 黏度的單位1、 在物理單位制

15、中黏度的單位為（dyn·s/cm2），（泊）用符號P表示。1P100cP2、 在SI制中黏度的單位為（N·s/m2）或（Pa·s）。3、 黏度單位的換算關系：1 Pa·s = 10P =1000 cP =1000mPa·s 或者1 cP =1 mPa·s 4、 流體的黏度隨溫度而變化。 （2） 混合液體的黏度（對于分子不締合的液體混合物）2、 流體流動的類型1雷諾實驗 當玻璃管內水的流速較小時，紅墨水在管中心呈明顯的細直線（a） 隨著逐漸增大水的流速，作直線流動的紅色細線開始抖動、彎曲、呈波浪形（b） 速度再增大，紅色細線斷裂、沖散，

16、全管內水的顏色均勻一致（c）2 流動類型及其判定 層流或滯流：當流速較小時，流體質點沿管軸做規則的平行直線運動，與其周圍的流體質點間互不干擾及相混。湍流或紊流：流體流速增大到某一值時，流體質點除流動方向上的運動之外，還向其他方向做隨機運動，即存在流體質點的不規則脈動，彼此混合。判斷流體的流動類型-Re流動雖分為層流區、湍流區和過渡區，但流動類型只有層流和湍流。3當量直徑3、 圓管內流體的速度分布1 層流時的速度分布 2 湍流時的速度分布 在湍流時無論流體主體湍動的程度如何劇烈，在靠近管壁處總粘附著一層作層流流動的流體薄層，稱為流體邊界層。其厚度雖然很小，但對流體傳熱、傳質等方面影響很大。4、

17、流體阻力的計算局部阻力：流體流經管路中的管件、閥門或突然擴大與縮小等局部障礙所引起的阻力。1 直管阻力的計算直管阻力：流體流經一定管徑的直管時，由于流體的內摩擦而產生的阻力。h直流體在圓形直管中流動時的損失能量，J/kg；摩擦系數，無單位摩擦系數與管內流體流動時的雷諾數Re和管道內壁的粗糙程度有關（1） 層流時的摩擦系數 只與Re有關（2） 湍流時的摩擦系數與雷諾數Re及管壁粗糙程度都有關 （3） 非圓形管的直管阻力2 局部阻力的計算（1） 當量長度法將某一局部阻力折合成相當于同直徑一定長度直管所產生的阻力，此折合的直管長度稱為當量長度，用符號l當表示。（2） 阻力系數法3 管路總阻力的計算教

18、學反思：課 堂 教 學 方 案課題名稱、授課時數：1.5 流體的流量與調節（2學時）授課類型（理論課、實驗課、技法課、習題課等）：理論課教學方法與手段（講授、討論、指導、多媒體等）：多媒體教學目的要求：掌握流體流動過程的基本原理、管內流動的規律，并運用這些原理和規律去分析和計算流體流動過程的有關問題。教學重點、難點：孔板流量計；文丘里流量計；轉子流量計 第5節 流量的測量與調節1、 孔板流量計當管內流動的流體通過孔口時，因流通截面積突然減小，流速驟增，隨著流體動能的增加，勢必造成靜壓能的下降，由于靜壓能下降的程度隨流量的大小?而變化，所以測定壓力差則可以知道流量。 若不考慮通過孔板的阻力損失，在水平管截面1-1和截面2-2之間列出柏努利方程，則孔流系數的數值一般由實驗測定。，當Re數超過某個限定值之后，亦趨于定值。流量計所測定的流量范圍一般應取在為定值的區域，其值約為0.60.7。2、 文丘里流量計 孔板流量計由于銳孔結構將引起過多的能量消耗。為了減少能量的損失，把銳孔結構改制成漸縮減擴管，這樣構成的流量計，稱為文氏管流量計。文氏管流量計的阻力較小，大多數