化工原理教案资料

江苏省职业学校教师教案本（2011—2012学年第一学期）课程名称化工原理授课教师王晴学校睢宁县中等专业学校科目化工原理教师王晴课题第一章流体流动专题1流体静力学基本方程课型新授课课时2教学目标知识与技能1掌握密度的定义和单位2掌握流体静压强单位的换算3了解绝对压强和大气压强的关系4能用流动静力学基本方程式解决实际应用中的计算问题过程与方法通过直观感知，提高学生对绝对压强和大气压强的之间关系的理解能力情感态度价值观1通过对流体流动的基本概念的学习使学生热爱化工这一专业，热爱生化。2培养学生自己阅读总结能力培养学生观察分析问题的能力教学重点流体静压强单位的换算绝对压强和大气压强的关系教学难点流体静力学基本方程式的作用教学资源网络下载课件及教案、教学参考书、习题集等教学后记教学当中由于内容的紧凑性，在时间把握上应该更注重，同时，让学生通过自主，合作学习，很好的融入到课堂中来。课堂教学安排教学过程教学内容与教师活动学生活动引入授新课在化工生产中常听到流体这一词，那么流体到底是什么呢？研究流体平衡首先要对流体的密度，流体的静压力和作用在流体上的力加以说明。一、流体的密度1、定义：在均质流体中，流体所具有的质量与其所占的体积之比称为密度-ρ2、单位：kg/m3(ρ＝Vm)3、说明：①液体的ρ值随P变化不大ρ＝f(t)②气体ρ＝f(P·T)4、引申①比体积：单位质量流体的体积υ＝ρ1单位υm3/kg②相对密度：某液体的密度ρ与标准大气压下4℃的纯水密度ρ水的比值称为该液体的相对密度s＝水ρρ任何流体的密度都随它的温度和压强的变化理想气体的状态方程式ρ＝RTpM在化工生产中往往是含有几个组分的混合物，那么它们的密度又是计算呢？ρnω1对于混合物液体ρn1＝ρ1ω1＋ρ2ω2＋…＋ρnωn气体ρn＝ρ1ψ1＋ρ2ψ2＋…＋ρnψn思考记录思考讨论思考讨论教学过程教学内容与教师活动学生活动二作用在流体上的力体积力和表面力体积力又称质量力表面力又称机械力大家都知道压强，那么静压强又是什么呢？二、流体的静压强1、定义：在静止的流体内，取其通过某点的任意截面积为△A，垂直作用于该面积上的压力△P单位面积上所受的压力称为流体的静压强P＝A△P△2、单位N/m2或Pa单位换算1MPa＝103kPa＝106Pa＝109Pa1atm＝1.033kgf/cm2＝760mmHg＝10.33mH2O＝1.0133×105Pa1at＝1Kgf/cm2＝735.6mmHg＝10mH2O＝9.807×104Pa流体静压强的大小应以不同的基准来表示绝对真空大气压强绝对压强=大气压强+表压强表压强=绝对压强-大气压强思考理解思考理解记录记录记录思考讨论举例PPAbd1ce1大气压强PBfg0aho图1-1表压、真能度与绝对压强的关系例：某精馏塔顶操作压强须保持5332Pa绝对压强若(1)当时当地气压计读数为756mmHg(2)102.6KPa时，试求塔顶真空计应控制在多少mmHg？解：查附录1mmHg=133.3Pa(1)756－3.1335332=716mmHg(2)102.6×3.1331000－3.1335332=730mmHg理解知识拓展归纳总结板书练习三、流体的静力学基本公式1、推导2、公式P2=P1＋ρ(Z1－Z2)gρgP1-P2=Z1－Z2=h3、说明：P1适应于静止的连通的同一种连续的流体。五、流体静力学基本方程的应用举例1、流体静压强的测量指示液的要求：Ⅰ与被测液体不互溶Ⅱ不起化学作用Ⅲ密度大于被测液体的密度2、液位测量3、液封高度的计算1密度的定义和单位2流体静压强的定义和单位3流体静压强的单位换算4绝对压强和大气压强的关系5流体静力学的基本方程式6流体静力学基本方程应用中的计算P641.4.5.6.9记录讨论自由阅读课本阅读归纳总结记忆科目化工原理教师王晴课题第一章流体流动专题2流体在管内的流动课型新授课课时2教学目标知识与技能1了解流量和流速的定义和单位2理解流量和流速的关系3掌握连续性方程4能用伯努力方程解决化工实际生产中遇到的问题过程与方法通过自主阅读，培养学生观察能力和思考问题的能力。情感态度价值观通过提问和问题讨论培养学生分析问题的能力和总结概念知识的能力教学重点连续性方程教学难点伯努力方程的应用教学资源网络下载课件及教案、教学参考书、习题集等教学后记能够明确题目要求并且应用伯努力方程解决化工实际生产中遇到的问题大部分同学对伯努力方程都已经掌握，对掌握不好的部分同学要单独详细讲解，因为这些内容是后面的基础，要求必须掌握。教学过程教学内容与教师活动学生活动引入讲授新课推导在化工生产中常听到流体沿管道按一定流速流动的情况，那么流体在管内有什么流动规律么？又有哪些应用么？一、流量与流速1流量定义：每个单位时间内流经管道任一截面的流体量称为流量。2分类体积流量（qv）单位：m3/s质量流量（qm）单位：kg/s3关系：qm=qvρ4流速定义：单位时间内流体在流动方向上所流过的距离表达式：u=qv/A(单位：m/s)5质量流速定义：单位时间内流体通过管道单位截面积的质量表达式：G=qm/A=qvρ/A二、稳定流动和不稳定流动流体在流动系统中，若任一截面上流体的流速压强密度等与流动有关的量，仅随位置改变而不随时间而变化称为稳定流动；反之如有一项既随位置变化又随时间变化称为不稳定流动。三、连续性方程思考记录思考讨论思考讨论举例以管内壁截面1-1与2-2为衡算范围根据质量守恒定律以1s为基准qm1=qm2因为qm=uAρ→qm=u1A1ρ1=u2A2ρ2推广：qm=u1A1ρ1=u2A2ρ2=……==unAnρn=常数说明：不可压缩流体不仅流经各截面的质量流量相等，它们的体积流量也相等。例：在稳定流动系统中水连续的从粗圆管流入细软管，粗管内径为细管内径的两倍，求细管内水的流速是粗管的多少倍？解：用下标1及2分别表示粗管和细管u1A1=u2A2因为A=2222112444dudud22112)(dduu4)2(22221dduu四、伯努利方程1、流动系统的总能量衡算(1)内能：截面1-1’，2-2’内能分别为u1,u2单位J/kg(2)位能：等于将质量为m的流体，在重力场中自基准水平面升举到高度为z所做的功E位=mgz单位：J/kg思考分析分组讨论师生共同完成知识拓展提问归纳总结(3)动能=？E动=mu2/2(4)静压能E静压能=pv根据能量的衡定律知：22222211211122vpugzUWQvpugzUee可化简为2222121122pugzpugz称为伯努利方程补充：Ne—单位时间输送设备所做的有效功率We—输送设备所做的有效功He—输送设备时流体所提供的有效压头五、伯努利方程的应用1.确定管道中流体的流量2.确定容器间的相对位置3.确定输送没有有效功率用伯努利方程式解决问题的步骤1.作图与确定衡算范围2.截面的选取3.基本水平面的选取4.单位统一5.压强表示方法一致一、流量与流速1.流量的定义与单位2.流速的定义与单位3.关系二、连续性方程三、伯努利方程思考总结回答归纳总结巩固记忆科目化工原理教师王晴课题第一章流体流动专题3流体在管内的流动阻力课型新授课课时2教学目标知识与技能1了解牛顿的粘性定律2掌握流体的流动行态3掌握雷诺数的概念及其流体在圆管内的流动分布。4有关流动阻力的计算过程与方法尝试运用比较，归纳等方法对信息进行加工。提高利用各种图表分析、处理数据的能力情感态度价值观1激发和增强对实验现象的好奇心和探究欲，提高学习化工的兴趣，2通过化工实际生产中的计算问题，培养学生分析处理数据的能力教学重点雷诺数的表达式教学难点流体的流动阻力的计算教学资源网络下载课件及教案、教学参考书、习题集等教学后记教学过程教学内容与教师活动学生活动引入讲授新课前面讨论流动系统的机械能衡算时流体流动有阻力存在，在讨论伯努利方程时可以看到只有给出了能量损失具体数值或说明忽略不计才能用伯努利方程。因此流体阻力的计算很重要，本节讨论流体阻力来源影响因素以及流体在管内的计算。1牛顿粘性定义2.牛顿粘性定律AdyduF式中dydu：速度梯度即与流动方向垂直的y方向上流体速度的变化率3.流体的粘度dydu1)物理的意义：促使流体流动产生单位速度的剪思考记录思考讨论思考讨论实验应力2)液体：温度升高→粘度减小气体：温度升高→粘度增大3)单位：pa.s或（kg/m.s）4)换算1p=100cp=0.1pa.s2流体的流动形态1.两种流动形态：湍流滞流2.流型的判据—雷诺数duRe湍流过渡＜＜滞流4000Re400020002000ReR3流体在圆管内流动时的分布记录观察讨论分析实验结论举例归纳总结1.滞流2.湍流4流动阻力的计算阻力直管阻力局部阻力2'2uhfhfhf5流体在直管中的流动阻力1.计算直管中的流动阻力22udlhf2.管壁粗糙度对摩擦因数的影响3.滞流时的摩擦因数4.湍流时的摩擦因数例题：课后作业1牛顿粘性定律AdyduF2流体的粘度dydu3流体的流动形态滞流湍流4雷诺数duRe湍流过渡＜＜滞流4000Re400020002000ReR5流体阻力计算书后练习归纳总结练习科目化工原理教师王晴课题第二章流体流动专题4流速和流量的测量课型新授课课时2教学目标知识与技能1理解几种流速计和流量计的工作原理2了解几种流速计和流量计的优缺点过程与方法尝试运用比较，归纳等方法比较各种设备的相同点和不同点。情感态度价值观1培养学生分析、比较、概括的能力2通过认识一些化工生产中的设备，激发学生对学习专业课的兴趣，提高他们的想象能力。教学重点几种流速计和流量计的工作原理教学难点几种流速计和流量计的优缺点教学资源网络下载课件及教案、教学参考书、习题集等教学后记教学过程教学内容与教师活动学生活动引入讲授新课化工生产中是怎样测量流速和流量的呢？多媒体展示一些设备的照片，本节课介绍几种流速计和流量计。一、测速管1构造由两根弯成直角的同心套管组成的，其中外管的管口是封闭的，但测速管在距前端开有几个小孔，内管前端敞开。2工作原理测量时，外管与内管的末端分别与U形管压差计的两臂相连接。A处测得的为流体的动压头和静压头之和，称为冲压头，即HA=2gu2+ρgpB处测得的为流体的静压头，即HB=ρgpU形管压差计所测得的压头之差，即HA-HB=2gu2欣赏思考分析分组讨论局部流速ur=)H-2g(HBA=)/ρp-2(pBA3测速管的优缺点优点：流体阻力小；缺点：不能直接测量出平均流速，且压差读数较小。二孔板流量计1构造将一块中央有圆孔的金属薄板—孔板，用法兰盘固定在管路上，使孔板垂直于流体流动的方向，同时使孔的中心位于管道的中心线上。孔板两侧的测压孔与液柱压强计相连，读数R即可算出流体的流速和流量。2工作原理充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生压力差。在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。其基本公式如下：3优缺点优点：能量损失小缺点：造价高。三文丘里流量计分析比较观察比较归纳总结课堂练习1构造2工作原理3优缺点优点：能量损失小缺点：造价高。四转子流量计1构造转子流量计由两个部件组成，转子流量计一件是从下向上逐渐扩大的锥形管；转子流量计另一件是置于锥形管中且可以沿管的中心线上下自由移动的转子。2工作原理3优缺点优点：读取流量方便，测量精度高，能量损失小，能适用于腐蚀性流体的测量。缺点：不能耐高温与高压。各种流速计和流量计1构造2工作原理3优缺点多媒体投影习题仿照孔板流量计自己总结仿照上面的流量计分组讨论自己归纳，总结回忆总结讨论练习