《环境工程原理》课程教学大纲

《环境工程原理》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：260352课程名称：环境工程原理英文名称：PrinciplesofEnvironmentalEngineering课程类别：专业基础课学时：90学时，其中理论学时80，实验学时10。学分：5.0适用对象:环境工程专业考核方式：考试先修课程：高等数学、物理、无机及分析化学、有机化学、物理化学等。二、课程简介《环境工程原理》是环境工程、环境科学、给水排水工程等相关专业的主干专业基础课，主要讲述水处理工程、大气污染控制工程、固体废弃物处理处置工程等环境污染防治以及生态修复工程中涉及的具有共性的基本现象和基本过程的基本原理。主要内容包括环境工程原理基础、分离过程原理和反应工程原理三部分。环境工程原理基础部分主要讲述物料与能量守恒原理、传递过程等。分离过程原理部分主要讲述沉淀、过滤、吸收、吸附的基本原理。反应工程原理部分讲述化学和生物反应计量学、动力学、各类反应器的过程解析等。三、课程性质与教学目的《环境工程原理》是环境工程专业的重要专业基础课，该课程的主要任务是系统、深入地阐述环境污染控制工程，即水质净化与水污染控制工程、大气（包括室内空气）污染控制工程、固体废物处理与处置及资源化工程、物理污染控制工程，以及其他污染控制工程中涉及的具有共性的工程学基础基本过程和现象，以及污染控制装置的基本原理，为后期相关的专业课学习打下良好基础。通过教学使学生掌握以下内容：1.环境工程学的基本概念和基本理论：主要包括物料与能量衡算、流体流动、热量传递和质量传递过程的基本概念和基本理论。2.分离过程的原理：主要包括沉淀、过滤、吸收、吸附、离子交换、膜分离等基本分离过程的原理。3.反应工程原理：主要包括化学与生物反应计量学及动力学，各类化学与生物反应器的解析与基本设计理论等。四、教学内容及要求第一章绪论（一）目的与要求1、了解环境问题与环境学科的发展；了解环境工程学的学科体系。2、了解环境净化与污染控制的基本方法与原理。3、了解环境工程原理课程的主要内容及学习方法。（二）教学内容1.环境问题与环境学科的发展2.环境污染与环境工程学3.污染控制技术体系，包括水污染控制技术体系大气污染控制技术体系固体废物处理处置技术体系等。4.污染控制技术原理的基本类型5.环境工程原理课程的主要内容（三）课后练习教材10-11页：1.1-1.7（四）教学方法与手段本章主要以教师讲授为主，采用多媒体辅助教学（PPT课件），适当开展讨论。第二章质量与能量衡算（一）目的与要求1.熟练掌握各种浓度的表示方法及其相互换算。2.熟练掌握质量衡算方法和能量衡算方法。3.掌握常用物理量及其单位换算，掌握量纲的概念。（二）教学内容第一节常用物理量1、主要内容：计量单位、物理量的单位换算、量纲和无量纲准数、常用物理量及其表示方法。1．基本概念和知识点：单位其单位换算，量纲，浓度及其表示方法，流速、流量、通量的概念2．要求重点掌握各种浓度的表示方法及相互换算，掌握常用物理量的单位换算。掌握流速、流量、通量的概念及其相互关系。第二节质量衡算1、主要内容：质量衡算的基本概念，总质量衡算。2、基本概念和知识点：衡算系统的界定、总衡算与微分衡算、总物料衡算、某元素或某物质的衡算、稳态非反应系统的衡算、稳态反应系统的衡算、非稳态系统的衡算。3、能力要求：熟练掌握各种质量衡算。第三节能量衡算1.主要内容：能量衡算方程，热量衡算方程，封闭系统的热量衡算，开放系统的热量衡算。2.基本概念和知识点：封闭系统的热量衡算（无相变条件下的能量衡算，有相变条件下的热量衡算），开放体系的热量衡算。3.能力要求：熟练掌握能量衡算方法。（三）课后练习思考题与习题：教材45-47页：2.1、2.3、2.5、2.7、2.10、2.14。（四）教学方法与手段本章主要以教师讲授为主，采用多媒体辅助教学（PPT课件），适当开展讨论。第三章流体流动（一）目的与要求1.掌握管流系统的质量衡算和能量衡算。2.掌握液体流动状态及雷诺数、理想流体、实际流体、动力黏性系数的概念，掌握牛顿黏性定律。3.掌握流体流动的阻力损失计算。4.掌握管路计算和流体流速与流量的测量。（二）教学内容第一节管流系统的衡算方程1.主要内容：管流系统的质量衡算方程、管流系统的能量衡算方程2.基本概念和知识点：管流系统的质量衡算、管流系统的总能量衡算和机械能衡算。3.能力要求：掌握管流系统的质量衡算、总能量衡算和机械能衡算方法。第二节流体流动的内摩擦力1.主要内容：流体的流动状态、流体流动的内摩擦力。2.基本概念和知识点：流体的层流和湍流、雷诺数及其与流体流动状态的关系，牛顿黏性定律、动力黏性系数、流体类别、流动状态对剪切应力的影响。3.能力要求：掌握液体流动状态及雷诺数、理想流体、实际流体、动力黏性系数的概念，掌握牛顿黏性定律。第三节边界层理论1.主要内容：边界层理论的概念，边界层的形成过程，边界层分离。2.基本概念和知识点：普兰德边界层理论的要点，绕平板流动的边界层的形成，圆直管内流动的边界层，边界层分离。3.能力要求：一般掌握边界层理论和边界层的形成过程。第四节流体流动的阻力损失1.主要内容：阻力损失的影响因素，圆直管内流动的沿程阻力损失，管道内的局部阻力损失。2.基本概念和知识点：阻力产生的原因及阻力损失的影响因素，圆直管内流动的阻力损失通式，圆管内层流流动的速度分布和阻力损失，圆管内湍流流动的速度分布和阻力损失，管道内的局部阻力损失。3.能力要求：掌握阻力损失的影响因素及阻力损失的计算。第五节管路计算1.主要内容：简单管路的计算，复杂管路的计算2.基本概念和知识点：简单管路的计算，分支管道计算，并联管路。3.能力要求：熟练掌握道路计算。第六节流体测量1.主要内容：测速管，孔板流量计，文丘里流量计，转子流量计，2.基本概念和知识点：流体流速和流量的测定的原理和方法。3.能力要求：掌握流体流速和流量的测定的原理和方法。（四）实践环节与课后练习本章设置一个实验，既《流体流动阻力的测定》，实验为3个学时。思考题与习题：教材105-109页：3.1、3.4、3.5、3.7、3.9~3.16。（五）教学方法与手段本章主要以教师讲授为主，采用多媒体辅助教学（PPT课件），适当开展讨论，安排1次实验，1次习题课。第四章热量传递（一）目的与要求1、了解热传导的基本原理，掌握傅立叶定律及平壁和圆筒壁的热传导计算。2、理解对流传热的基本原理，牛顿冷却定律及影响对流传热系数的因素，掌握对流传热系数的物理意义及经验关联式的用法，使用条件及注意事项。3、理解辐射传热的基本概念及两固体辐射传热的计算。1.掌握传热过程的计算，传热速度方程式，传热负荷，平均温度差，总传热系数计算及了解强化传热过程，途径。2.了解工业生产中常用换热器的类型，结构，并能进行列管式换热器的选型计算。（二）教学内容第一节热量传递的方式1.主要内容：热量传递的方式。2.基本概念和知识点：热传导、对流传热、辐射传热。3.能力要求：了解热量传递的方式。第二节热传导1.主要内容：傅立叶定律、导热系数、通过平壁的稳定热传导、通过圆管壁的稳定热传导。2.基本概念和知识点：傅立叶定律、导热系数、通过平壁的稳定热传导（单层平壁的热传导、多层平壁的热传导），通过圆管壁的稳定热传导。3.能力要求：掌握傅立叶定律、导热系数和热传导的计算。第三节对流传热1.主要内容：对流传热的影响因素、对流传热的机理、对流传热速率、对流传热的经验公式、保温层的临界直径、间壁传热过程计算。2.基本概念和知识点：对流传热的影响因素、对流传热的机理（流动边界层的传热机理及温度分布，传热边界层），对流传热速率（牛顿冷却定律，对流传热系数）、对流传热的经验公式（对流传热微分方程式、无量纲方程式、管内强制对流传热、大空间自然对流传热、蒸气冷凝传热）。保温层的临界直径、间壁传热过程计算（总传热速率方程、总传热系数、传热推动力、换热器的传热效率，传热单元数。3.能力要求：掌握对流传热的机理及其影响因素，掌握对流传热速率及传热系数的计算，掌握间壁传热过程的计算。第四节辐射传热1.主要内容：辐射传热的基本概念、物体的辐射能力、物体间的辐射传热、气体的辐射传热、对流和辐射联合传热。2.基本概念和知识点：热辐射、热辐射对物体的作用、辐射传热；黑体的辐射能力、灰体的辐射能力，物体的辐射能力与吸收能力的关系；物体间的辐射传热；气体辐射的特点、气体的辐射能力E和黑度ε；对流和辐射联合传热。第五节换热器1.主要内容:换热器的分类与结构形式、管式换热器、板式换热器、强化换热器传热过程的途径。2.基本概念和知识点：换热器的分类与结构形式、各类管式换热器、板式换热器的结构特点和换热性能。提高传热效率和能力的途径。3.能力要求：了解换热器的分类，掌握各种换热器结构特点和传热性能。（三）实践环节与课后练习实验：对流传热系数的测定，4学时。思考题与习题：教材176-177：4.1~4.14选择8-10道题。（四）教学方法与手段本章节的主要教学手段是多媒体教学，通过电子图片来讲解不同热交换设备的结构特点、原理、技术参数和选择原则，并将各种热交换设备与环境工程的实际应用结构起来。安排实验1次，习题课1次。第五章质量传递（一）目的与要求1.掌握传质的基本概念。了解环境工程中常见的传质过程。2.掌握分子传质和对流传质的传质速率方程和传质系数。（二）教学内容第一节环境工程中的传质过程1.主要内容：环境工程中常见的传质过程。2.基本概念和知识点：吸收与吹脱（汽提）、萃取、吸附、离子交换、膜分离。3.能力要求：了解环境工程中常见的传质过程。第二节质量传递的基本原理1.主要内容：传质机理、分子扩散、涡流扩散。2.基本概念和知识点：费克定律、分子扩散系数、涡流扩散与涡流扩散系数。3.能力要求：掌握费克定律、分子扩散系数、涡流扩散与涡流扩散系数的概念。第三节分子传质1.主要内容：单向扩散、等分子反向扩散、界面上有化学反应的稳态传质。2.基本概念和知识点：分子传质中的单向扩散的扩散通量与浓度分布、等分子反向扩散的扩散通量与浓度分布、界面上有化学反应的稳态传质。3.能力要求：掌握分子传质的扩散通量与浓度分布的计算。第四节对流传质1.主要内容：对流传质机理及传质边界、对流传质速率方程、典型情况下的对流传质系数。2.基本概念和知识点：对流传质机理及传质边界、对流传质速率方程的一般形式、单向扩散时的传质系数、等分子反向扩散的传质系数。平板壁面上的层流传质和湍流传质、圆管内的层流对流传质、绕固体球的强制对流传质。3.能力要求：掌握对流传质的机理、传质速率方程和传质系数。（三）课后练习与思考题教材204-205页，5.1-5.9选择5-6道题。（四）教学方法与手段本章主要以教师讲授为主，采用多媒体辅助教学（PPT课件），适当开展讨论。第六章沉降（一）目的与要求1.了解重力沉降和离心沉降的基本原理，掌握沉降速度基本计算方法及沉降鉴定，旋风分离器的主要性能。2.了解电除尘器和惯性除尘器的工作原理（二）教学内容第一节沉降分离的基本概念1.主要内容：沉降分离的一般原理和类型，流体阻力与阻力系数2.基本概念和知识点：沉降分离的一般原理和类型，单颗粒的几何特性参数、流体阻力与阻力系数。3.能力要求：了解沉降分离的类型和一般原理、掌握流体阻力与阻力系数及其与颗粒几何特性参数的关系。第二节重力沉降1.主要内容：重力场中颗粒的沉降过程、沉降速度的计算、沉降分离设备。2.基本概念和知识点：重力场中颗粒的沉降过程、沉降速度的计算方法、重力沉降分离设备的结构和工作原理。3.能力要求：掌握重力沉降速度的计算方法和重力沉降分离设备的结构与工作原理。第三节离心沉降1.主要内容：离心力场中颗粒的沉降分析、旋流器的工作原理、离心沉降机工作原理。2.基本概念和知识点：离心力场中颗粒的沉降分析、旋风分离器的基本操作原理及其主要分离性能指标、旋流分离器的工作原理及有关计算、离心沉降机工作原理及有关计算。3.能力要求：掌握旋风分离器的基本操作原理及其主要分离性能指标、旋流分离器的工作原理及有关计算、离心沉