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

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：Inorganicmaterialthermalengineeringfoundation課程總學(xué)時：48講課：48實驗：0上機：0適用專業(yè)：無機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)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、無機材料科學(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)造方面知識，并具有較強實踐性的專業(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、強制對流的計算方法，了解窯爐火焰空間內(nèi)的傳熱過程、基本規(guī)律及計算方法；掌握分子擴散的基本概念，熟悉斐克定律推導(dǎo)過程，掌握單向擴散、摩爾逆向擴散的規(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)，能夠熟練運用濕空氣的I-x圖求解實際問題。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。能力及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)。教學(xué)方法：課堂講授中要重點對基本概念、基本方法和解題思路進行講解。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)系實際并注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。教學(xué)手段：教學(xué)以課堂講授為主，以多媒體、實物圖紙等為輔助教學(xué)手段。以基本理論—基本結(jié)構(gòu)—設(shè)計計算—設(shè)備選型—構(gòu)思設(shè)計圖紙為主線。對課程中的重點、難點問題著重講解。由于本課程既具有理論性又具有實踐性，因此在教學(xué)過程中要注意理論聯(lián)系實際，通過教學(xué)講授傳授基本理論知識，通過實例鍛煉培養(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行。本課程主要的先修課程有高等數(shù)學(xué)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、無機材料科學(xué)基礎(chǔ)、陶瓷導(dǎo)論等。此外，金工實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)也應(yīng)先期完。（五）對習(xí)題課、實踐環(huán)節(jié)的要求對重點、難點章節(jié)（如：三種基本傳熱方式在窯爐中的應(yīng)用、伯努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，用以解決實際問題為目的。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、難點，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。本課程的課程設(shè)計單獨設(shè)課，單獨考核，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。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，1994《硅酸鹽熱工基礎(chǔ)》，田文富主編，天津大學(xué)出版社，2009《冶金爐熱工基礎(chǔ)》，劉仁達編著，冶金工業(yè)出版社，2004二、中文摘要本課程是無機非金屬材料專業(yè)學(xué)生必修的一門實踐性較強的專業(yè)課程。課程通過硅酸鹽工業(yè)窯爐熱工過程及設(shè)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)時講課實驗上機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2

1.4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分子擴散基本定律23.2斐克定律23.3傳質(zhì)微分方程式23.4無化學(xué)反應(yīng)的一維穩(wěn)定態(tài)分子擴散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實驗:0上機:0第1.1部分氣體力學(xué)基礎(chǔ)1（共講課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: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）；了解噴射器工作原理及設(shè)計思想。重點: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:掌握氣體從窯爐內(nèi)的流出量和吸入量計算公式的導(dǎo)出方法掌握氣體通過爐門的流出量和吸入量的計算方法；了解分散垂直氣流法則；TOC\o"1-5"\h\z重點:氣體通過爐門的流出量和吸入量計算公式；難點: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:了解煙囪的工作原理；掌握煙囪的熱工計算方法；TOC\o"1-5"\h\z重點:煙囪的熱工計算；難點: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實驗:0上機:0第2.1部分傳導(dǎo)導(dǎo)熱(講課2學(xué)時)具體內(nèi)容:掌握導(dǎo)熱的基本概念及定律；理解導(dǎo)熱系數(shù)物理意義及影響因素；了解導(dǎo)熱微分方程式的導(dǎo)出過程；掌握無內(nèi)熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱規(guī)律；TOC\o"1-5"\h\z重點:無內(nèi)熱源的穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱；難點: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:掌握對流換熱的基本概念及定律；了解對流換熱微分方程組；了解對流換熱過程的相似原理；掌握爐壁與車間空氣間的對流換熱系數(shù)的確定方法；TOC\o"1-5"\h\z重點:對流換熱的基本概念及定律難點: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:掌握熱輻射換熱的基本概念及定律；掌握物體間的輻射換熱規(guī)律；了解火焰輻射特點；TOC\o"1-5"\h\z重點:熱輻射的基本定律難點:熱輻射的基本概念及定律習(xí)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:掌握流體通過器壁傳熱規(guī)律；了解窯爐火焰空間內(nèi)的傳熱過程；了解換熱器工作的基本原理；了解火焰輻射；TOC\o"1-5"\h\z重點:流體通過器壁傳熱難點: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實驗:0上機:0第3.1部分分子擴散基本定律(講課2學(xué)時)具體內(nèi)容:掌握分子擴散的基本概念：濃度、成分表示、擴散速度、擴散通量二元混合物濃度、速度和擴散通量的表示方法TOC\o"1-5"\h\z重點:分子擴散的基本概念難點:擴散速度及擴散通量習(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）理解分子擴散系數(shù)的意義；TOC\o"1-5"\h\z重點:斐克定律難點: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；TOC\o"1-5"\h\z3）了解常用的初始條件和邊界條件；重點:傳質(zhì)微分方程式難點: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)分子擴散（講課2學(xué)時）具體內(nèi)容:1）掌握單向擴散的規(guī)律及計算方法；TOC\o"1-5"\h\z2）掌握等摩爾逆向擴散的規(guī)律及計算方法；重點:單向擴散及等摩爾逆向擴散；難點:單向擴散及等摩爾逆向擴散概念的建立習(xí)題:思考題、單向擴散及等摩爾逆向擴散計算題第4部分燃料及其燃燒總學(xué)時（單位：學(xué)時）:8講課:8實驗:0上機: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；TOC\o"1-5"\h\z重點:燃燒的熱工性質(zhì)難點: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；TOC\o"1-5"\h\z重點:空氣量、煙氣量及燃燒溫度的計算難點: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?）了解燃燒過程中氧化氮生成機理；TOC\o"1-5"\h\z重點:燃燒過程中氧化氮生成機理難點: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；TOC\o"1-5"\h\z重點:氣體、液體燃料的燃燒特點難點: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)時（單位：學(xué)時）:6講課:6實驗:0上機: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、氣化強度、比消耗量；TOC\o"1-5"\h\z重點:空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣形成過程難點: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；了解煤粒度及其均勻性對氣化過程的影響；了解煤的機械強度及熱穩(wěn)定性對氣化過程的影響；TOC\o"1-5"\h\z重點:煤品質(zhì)對氣化過程的影響難點: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、氣化強度對氣化過程的影響；了解氣化方法進展TOC\o"1-5"\h\z重點:典型的一段式發(fā)生爐基本結(jié)構(gòu)難點: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實驗:0上機: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；掌握濕空氣的溫度參數(shù)：干球溫度、露點、濕球溫度、絕熱飽和溫度；TOC\o"1-5"\h\z重點:濕空氣性質(zhì)的基本概念及表示方法難點:濕球溫度概念的建立及表達式導(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:I—x圖上各線含義的講解難點: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：掌握干燥過程中水分蒸發(fā)量的計算方法；掌握干燥過程中熱耗計算方法；掌握干