沈陽理工大學(xué)-大創(chuàng)版-熱工過程及設(shè)備課程教學(xué)大綱-張路寧

1、熱工過程及設(shè)備課程教學(xué)大綱課程代碼： 005063019課程英文名稱： Inorganic material thermal engineering foundation課程總學(xué)時： 48 講課： 48 實(shí)驗(yàn)： 0 上機(jī)： 0適用專業(yè)：無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)大綱編寫（修訂）時間： 2012.7一、大綱使用說明本大綱根據(jù)無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)2012 教學(xué)計劃制訂。（一）課程的地位及教學(xué)目標(biāo)熱工過程及設(shè)備課程是無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)學(xué)生的必修專業(yè)課， 是在學(xué)生們學(xué)習(xí)了高等數(shù)學(xué)、 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、 無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)、 陶瓷導(dǎo)論等相關(guān)課程后開設(shè)的一門涉及窯爐熱工過程及設(shè)備的基礎(chǔ)理論、基本原理和基本構(gòu)造

2、方面知識，并具有較強(qiáng)實(shí)踐性的專業(yè)主干課程。本課程的教學(xué)目標(biāo)是： 使學(xué)生獲得硅酸鹽工業(yè)窯爐熱工過程的基本理論， 了解掌握熱工設(shè)備構(gòu)造及設(shè)計的基本原理， 培養(yǎng)學(xué)生分析解決窯爐內(nèi)熱工問題的能力， 為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及相關(guān)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等奠定重要的基礎(chǔ)。（二）知識、能力及技能方面的基本要求1. 知識方面的基本要求：掌握氣體動力學(xué)基本方程式， 能過熟練運(yùn)用伯努利方程計算窯爐系統(tǒng)內(nèi)氣體流動問題。 掌握 煙囪的熱工計算方法，了解噴射器工作的基本原理；掌握導(dǎo)熱、 對流換熱、 輻射換熱的基本概念及定律， 熟練掌握穩(wěn)定態(tài)下爐墻散熱的計算方法。了解掌握自然對流、 強(qiáng)制對流的計算方法， 了解窯爐火焰空間內(nèi)的傳熱過

3、程、 基本規(guī)律及計算方法；掌握分子擴(kuò)散的基本概念， 熟悉斐克定律推導(dǎo)過程， 掌握單向擴(kuò)散、 摩爾逆向擴(kuò)散的規(guī)律及計算方法；掌握工業(yè)窯爐常用燃料的種類、 化學(xué)組成、 成分換算方法及熱工性能， 掌握燃料燃燒的計算方法，了解燃燒過程的基本理論，掌握氣體、液體燃料的燃燒過程，了解氣體、液體燃料燃燒設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理；掌握發(fā)生爐煤氣的種類、性質(zhì)、用途，了解發(fā)生爐內(nèi)的氣化過程，掌握各項氣化指標(biāo)，了解煤品質(zhì)對氣化過程的影響，了解主要的氣化設(shè)備；掌握濕空氣的性質(zhì)， 能夠熟練運(yùn)用濕空氣的 I-x 圖求解實(shí)際問題。 了解掌握干躁過程中的物料平衡和熱量平衡的意義及計算方法，了解干燥方法及主要干燥設(shè)備。2. 能力及

4、技能方面的基本要求：具備常規(guī)陶瓷燒結(jié)窯選型及供熱負(fù)荷（功率）確定的能力。具有常規(guī)窯爐設(shè)計計算能力，具備正確選用煤氣發(fā)生爐及干燥設(shè)備的能力。（三）實(shí)施說明本教學(xué)大綱依據(jù)專業(yè)指導(dǎo)性教學(xué)計劃制定并指導(dǎo)各教學(xué)環(huán)節(jié)。1 . 教學(xué)方法： 課堂講授中要重點(diǎn)對基本概念、 基本方法和解題思路進(jìn)行講解。 采用啟發(fā)式教學(xué)方法。 培養(yǎng)學(xué)生思考問題、 分析問題和解決問題的能力。 引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生通過實(shí)踐和自學(xué)獲取知識，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。注意培養(yǎng)學(xué)生提高利用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及手冊等技術(shù)資料的能力。講課要聯(lián)系實(shí)際并注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。2 .教學(xué)手段：教學(xué)以課堂講授為主，以多媒體、實(shí)物圖紙等為輔助教學(xué)手段。以基本理論一 基本結(jié)

5、構(gòu)一設(shè)計計算一設(shè)備選型一構(gòu)思設(shè)計圖紙為主線。對課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題著重講解。由于本課程既具有理論性又具有實(shí)踐性，因此在教學(xué)過程中要注意理論聯(lián)系實(shí)際，通過教學(xué)講授傳授基本理論知識，通過實(shí)例鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的基本設(shè)計能力。采用啟發(fā)式教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力；通過作業(yè)調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。（四）對先修課的要求本課程的教學(xué)必須在完成先修課程之后進(jìn)行。本課程主要的先修課程有高等數(shù)學(xué)、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)、無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)、陶瓷導(dǎo)論等。此外，金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)也應(yīng)先期完。（五）對習(xí)題課、實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求1 .對重點(diǎn)、難點(diǎn)章節(jié)（如：三種基本傳熱方式在窯爐中的應(yīng)用、伯努

6、利方程在窯爐中的應(yīng)用、傳質(zhì)過程、燃料燃燒計算、氣化過程、干燥過程等）應(yīng)安排習(xí)題作業(yè)，例題的選擇以培養(yǎng)學(xué)生消 化和鞏固所學(xué)知識，用以解決實(shí)際問題為目的。2 .課后作業(yè)要少而精， 內(nèi)容要多樣化，作業(yè)題內(nèi)容必須包括基本概念、基本理論及設(shè)計計算等內(nèi)容。作業(yè)要能起到鞏固理論知識，掌握計算方法和技巧，提高分析問題、解決問題能力。以 及熟悉標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等作用。對作業(yè)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，課上應(yīng)做必要的提示，并適當(dāng)安排課內(nèi)講評 作業(yè)。學(xué)生必須獨(dú)立、按時完成課外習(xí)題和作業(yè)，作業(yè)的完成情況作為評定課程成績的一部分。3 .本課程的課程設(shè)計單獨(dú)設(shè)課，單獨(dú)考核，具體要求參見相應(yīng)的課程設(shè)計教學(xué)大綱。（六）課程考核方式1 .考核方

7、式：考試2 .考核目標(biāo)：學(xué)生對該課程基本知識、基本原理和設(shè)計方法的掌握。3 .成績構(gòu)成：本課程的總成績由兩部分組成：平時成績（包括作業(yè)情況、出勤情況等）占 20%期末考試成績占 80%平時成績由任課教師視具體情況按百分制給出。（七）參考書目1 .硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)，孫晉濤主編，武漢理工大學(xué)出版社，19922 .硅酸鹽工業(yè)熱工過程及設(shè)備，姜金寧主編著，冶金工業(yè)出版社，19943 .硅酸鹽熱工基礎(chǔ)，田文富主編，天津大學(xué)出版社，20094 .冶金爐熱工基礎(chǔ)，劉仁達(dá)編著，冶金工業(yè)出版社，2004二、中文摘要本課程是無機(jī)非金屬材料專業(yè)學(xué)生必修的一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課程。課程通過硅酸鹽工業(yè)窯爐熱工過程及設(shè)

8、備內(nèi)容的講授，使學(xué)生掌握熱工理論及相關(guān)設(shè)備的基本知識、基本原理和計算方法，進(jìn)而使學(xué)生掌握常規(guī)設(shè)備設(shè)計思想。課程主要內(nèi)容包括傳熱及氣體力學(xué)基礎(chǔ)知識、傳質(zhì)、 燃料燃燒、固體燃料氣化過程與設(shè)備、干燥過程與設(shè)備等。本課程將為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及相關(guān) 課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等奠定重要的基礎(chǔ)。三、課程學(xué)時分配表序號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)1氣體力學(xué)在窯爐中的應(yīng)用881.1氣體力學(xué)基礎(chǔ)121.2氣體力學(xué)基礎(chǔ)221.3窯爐系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動21.4煙囪原理及熱工計算22窯爐上的綜合傳熱882.1傳導(dǎo)傳熱22.2對流換熱22.3輻射換熱22.4綜合傳熱23傳質(zhì)原理883.1分子擴(kuò)散基本定律23.2斐克定律23.3傳質(zhì)微

9、分方程式23.4無化學(xué)反應(yīng)的一維穩(wěn)定態(tài)分子擴(kuò)散24燃料及其燃燒884.1燃料的種類及燃燒的熱工性質(zhì)24.2燃燒計算24.3燃燒過程的基本理論24.4氣體、液體燃料的燃燒過程及燃燒設(shè)備25固體燃燒氣化過程及設(shè)備665.1氣化過程及氣化指標(biāo)25.2煤品質(zhì)對氣化過程的影響23.3發(fā)生爐的爐型構(gòu)造、操作及氣化方法進(jìn)展26干燥過程與設(shè)備886.1濕空氣的性質(zhì)26.2濕空氣的I x圖26.3干燥過程的物料平衡及熱平衡26.4干燥方法與干燥設(shè)備27總復(fù)習(xí)22合計4848四、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第1部分 氣體力學(xué)在窯爐中的應(yīng)用總學(xué)時（單位：學(xué)時）:8 講課：8 實(shí)驗(yàn)：0上機(jī)：0第1.1部分 氣體力學(xué)基礎(chǔ)1 （共

10、講課2學(xué)時）具體內(nèi)容：1）明確本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)；2）掌握氣體的物理屬性；3）掌握氣體動力學(xué)基本方程式（質(zhì)量方程、能量方程）重 點(diǎn)：能量方程；習(xí) 題：基本概念題、伯努利方程應(yīng)用計算題第1.2部分 氣體力學(xué)基礎(chǔ)2 （共講課2學(xué)時）具體內(nèi)容：1） 掌握氣體動力學(xué)基本方程式（動量方程）；2） 了解噴射器工作原理及設(shè)計思想。重點(diǎn):動量方程；習(xí)題:噴射器計算第 1.3 部分 窯爐系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容 :1) 掌握氣體從窯爐內(nèi)的流出量和吸入量計算公式的導(dǎo)出方法；2) 掌握氣體通過爐門的流出量和吸入量的計算方法；3) 了解分散垂直氣流法則；重 點(diǎn):氣體通過爐門的流出量和吸入量計算公

11、式；難 點(diǎn):氣體從窯爐內(nèi)的流出量和吸入量計算公式的推導(dǎo)；習(xí) 題:氣體通過爐門的流出量和吸入量的計算第 1.4 部分 煙囪原理及熱工計算(講課2 學(xué)時) ；具體內(nèi)容 :1) 了解煙囪的工作原理；2) 掌握煙囪的熱工計算方法；重 點(diǎn):煙囪的熱工計算；難 點(diǎn):煙囪設(shè)計計算方法；習(xí) 題:煙囪的熱工計算第 2 部分 窯爐上的綜合傳熱總學(xué)時 (單位：學(xué)時):8 講課 :8 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0第 2.1 部分 傳導(dǎo)導(dǎo)熱(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容 :1 )掌握導(dǎo)熱的基本概念及定律；2 )理解導(dǎo)熱系數(shù)物理意義及影響因素；3) 了解導(dǎo)熱微分方程式的導(dǎo)出過程；4) 掌握無內(nèi)熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱規(guī)律；重 點(diǎn):無內(nèi)熱源的

12、穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱；難 點(diǎn):導(dǎo)熱微分方程的建立；習(xí) 題:基本概念題、多層爐墻導(dǎo)熱計算題第 2.2 部分 對流換熱(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容 :1) 掌握對流換熱的基本概念及定律；2) 了解對流換熱微分方程組；3) 了解對流換熱過程的相似原理；4) 掌握爐壁與車間空氣間的對流換熱系數(shù)的確定方法；重 點(diǎn):對流換熱的基本概念及定律難 點(diǎn):對流換熱過程的數(shù)學(xué)描述習(xí) 題:基本概念題、自然對流、強(qiáng)制對流換熱計算題第 2.3 部分 輻射換熱(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容 :1) 掌握熱輻射換熱的基本概念及定律；2) 掌握物體間的輻射換熱規(guī)律；3) 了解火焰輻射特點(diǎn)；重 點(diǎn):熱輻射的基本定律難 點(diǎn):熱輻射的基本概念及定律習(xí)

13、題:基本概念題、物體間的輻射換熱 計算題第 2.4 部分 綜合換熱 (講課 2 學(xué)時)具體內(nèi)容 :1) 掌握流體通過器壁傳熱規(guī)律；2) ) 了解窯爐火焰空間內(nèi)的傳熱過程；3) 了解換熱器工作的基本原理；4) 了解火焰輻射；重 點(diǎn):流體通過器壁傳熱難 點(diǎn):窯爐火焰空間內(nèi)的傳熱過程習(xí) 題:物體間的綜合換熱計算第 3 部分 傳質(zhì)原理總學(xué)時 (單位：學(xué)時):8 講課 :8 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0第 3.1 部分 分子擴(kuò)散基本定律(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容 :1) 掌握分子擴(kuò)散的基本概念：濃度、成分表示、擴(kuò)散速度、擴(kuò)散通量2) 二元混合物濃度、速度和擴(kuò)散通量的表示方法重 點(diǎn):分子擴(kuò)散的基本概念難 點(diǎn):擴(kuò)散

14、速度及擴(kuò)散通量習(xí) 題:基本概念思考題第 3.2 部分 斐克定律(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容 :1) 熟悉斐克定律推導(dǎo)過程，掌握斐克定律的應(yīng)用；2) 理解分子擴(kuò)散系數(shù)的意義；重 點(diǎn):斐克定律難 點(diǎn):斐克定律的推導(dǎo)習(xí) 題:斐克定律應(yīng)用題第 3.3 部分傳質(zhì)微分方程式(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容:1 ) 了解傳質(zhì)微分方程式；2 ) 了解方程的簡化；3 ) 了解常用的初始條件和邊界條件；重 點(diǎn):傳質(zhì)微分方程式難 點(diǎn):傳質(zhì)微分方程式的導(dǎo)出習(xí) 題:無第 3.4 部分無化學(xué)反應(yīng)的一維穩(wěn)定態(tài)分子擴(kuò)散(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容:1 )掌握單向擴(kuò)散的規(guī)律及計算方法；2 )掌握等摩爾逆向擴(kuò)散的規(guī)律及計算方法；重 點(diǎn):單向擴(kuò)散

15、及等摩爾逆向擴(kuò)散；難 點(diǎn):單向擴(kuò)散及等摩爾逆向擴(kuò)散概念的建立習(xí) 題:思考題、單向擴(kuò)散及等摩爾逆向擴(kuò)散計算題第 4 部分 燃料及其燃燒總學(xué)時 (單位：學(xué)時):8 講課 :8 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0第 4.1 部分燃料的種類及燃燒的熱工性質(zhì)(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容:1) 掌握燃料的組成及其換算；2) 掌握燃料燃燒的熱工性質(zhì)；3) 了解燃料的選擇原則；重 點(diǎn):燃燒的熱工性質(zhì)難 點(diǎn):燃料低位發(fā)熱量的轉(zhuǎn)換習(xí) 題:思考題、燃料組成的換算及發(fā)熱量計算第 4.2 部分 燃燒計算(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容 :1） 了解燃料燃燒計算的目的與內(nèi)容；2） 掌握空氣量、煙氣量、煙氣組成及燃燒溫度的計算方法；重 點(diǎn):空氣量

16、、煙氣量及燃燒溫度的計算難 點(diǎn):氣體燃料、液體燃料燃燒計算公式的導(dǎo)出習(xí) 題:燃料燃燒計算第 4.3 部分 燃燒過程的基本理論（講課2 學(xué)時）具體內(nèi)容 :1） 了解燃燒過程的基本概念：著火溫度、著火濃度范圍、火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?） 了解燃燒過程中氧化氮生成機(jī)理；重 點(diǎn):燃燒過程中氧化氮生成機(jī)理難 點(diǎn):燃燒過程的基本理論習(xí) 題:思考題第 4.4 部分 氣體、液體燃料的燃燒過程及燃燒設(shè)備（講課2 學(xué)時）具體內(nèi)容 :1） 掌握氣體、液體燃料的燃燒過程；2） 了解氣體、液體燃料的燃燒設(shè)備；重 點(diǎn):氣體、液體燃料的燃燒特點(diǎn)難 點(diǎn):液體燃料的燃燒方法習(xí) 題:問答題、論述題第 5 部分 固體燃燒氣化過程及設(shè)備總學(xué)

17、時 （單位：學(xué)時）:6 講課 :6 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0第 5.1 部分 氣化過程及氣化指標(biāo)（講課2 學(xué)時）具體內(nèi)容：1） 掌握發(fā)生爐煤氣的種類：空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣；2） 了解氣化過程；3） 掌握氣化指標(biāo)：煤氣質(zhì)量、煤氣產(chǎn)率、氣化強(qiáng)度、比消耗量；重 點(diǎn):空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣形成過程難 點(diǎn):發(fā)生爐內(nèi)的氣化反應(yīng)習(xí) 題:思考題、論述題第 5.2 部分 煤品質(zhì)對氣化過程的影響（講課2 學(xué)時）具體內(nèi)容：1) 了解灰分和結(jié)渣性對氣化過程的影響；2) 了解煤的粘結(jié)性及煤質(zhì)對氣化過程的影響；3) 了解煤粒度及其均勻性對氣化過程的影響；4) )了解煤的機(jī)械強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性對氣化過程的影響；重 點(diǎn):

18、煤品質(zhì)對氣化過程的影響難 點(diǎn):煤品質(zhì)與氣化過程的關(guān)系習(xí) 題:思考題、論述題第 5.3 部分 發(fā)生爐的爐型構(gòu)造、操作及氣化方法進(jìn)展(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容：1) 了解典型的一段式發(fā)生爐基本結(jié)構(gòu)；2) 掌握料層高度、氣化強(qiáng)度對氣化過程的影響；3) )了解氣化方法進(jìn)展重 點(diǎn):典型的一段式發(fā)生爐基本結(jié)構(gòu)難 點(diǎn):操作因素對氣化過程的影響習(xí) 題:思考題、論述題第 6 部分 干燥過程與設(shè)備總學(xué)時 (單位：學(xué)時):8 講課 :8 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :0第 6.1 部分 濕空氣的性質(zhì)(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容：1) 掌握空氣濕度的三種表示方法；2) 掌握濕空氣的密度、比容、熱含量的基本概念及表示方法；3) 掌握濕空氣的溫度參數(shù)：干球溫度、露點(diǎn)、濕球溫度、絕熱飽和溫度；重 點(diǎn):濕空氣性質(zhì)的基本概念及表示方法難 點(diǎn):濕球溫度概念的建立及表達(dá)式導(dǎo)出習(xí) 題:濕空氣參數(shù)計算第 6.2 部分 濕空氣的 I x 圖(講課 2 學(xué)時)具體內(nèi)容：1) 掌握 I x 圖上各線代表的含義；2) 熟練應(yīng)用 I x 圖對空氣狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行圖解：濕空氣狀態(tài)參數(shù)的圖解、空氣經(jīng)加熱預(yù)熱后狀態(tài)參數(shù)的圖解、熱空氣與冷空氣混合后狀態(tài)參數(shù)的圖解；重 點(diǎn):I x 圖上各線含義的講解難 點(diǎn):I x 圖的構(gòu)成習(xí) 題:思考題、 I x 圖應(yīng)用圖解計算第 6.3 部分 干燥過程的物料平衡及熱平衡(講課2 學(xué)時)具體內(nèi)容：1) 掌握干燥過程中水分