重庆科技学院教案用纸 热工基础 电子教案 热工基础课程组编 第1页
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第１页 热 工 基 础 电 子 教 案 热工基础课程组编
重庆科技学院教案用纸 第1章动量传输 第1次课课题:绪论 本课 1.了解冶金炉及其热工理论知识。 2.了解课程的性质、基本要求、主要内容、特点、教材与教参、成绩评定。 3.了解本教材所采用的单位制及坐标系。 二、本课的点难点 重点:国际单位制与工程单位制间的换算 难点:课程的总体介绍,能否激发学生的兴趣。 作业 思考题:如何解释教材名称、冶金炉、热工、基础的含义? 四、教参及具 1.《加热炉》蔡乔方主编冶金工业出版社 2.《冶金炉热工与构造》陈鸿复主编冶金工业出版社 教材始台工基础》蒋光羲编重庆大喾跹社 0绪论 §0.1冶金炉及其分类 冶金炉:冶金生产中各种冶炼和加热设备的统称。 分类:熔炼炉和加热炉两大类。 熔炼炉:完成物料的加热和熔炼。 特点:发生物态变化固→液态物理化学变化原料与产品的性质、化学成分截然不 冶金企业的熔炼炉有: ①炼铁高炉:铁矿石、焦碳、熔剂-、铁水 ②炼钢转炉、电弧炉:铁水、废钢合金化)一—次精练,钢水 铸造化铁炉:固→液态 2.加热炉:完成物料的加热。 特点:不发生物态变化,只改变其机械性能或物理化学性能。 冶金企业的加热炉有 ①均热炉:钢锭开坯前加热。 ②轧钢加热炉:热轧前钢坯加热。 室状炉、台车式加热炉等:锻造前加热。 加热目的:提高可塑性,减少压力加工时的变形抗力。 ④热处理(淬火、回火、退火、渗碳等炉 加热目的:改变其结晶组织,获得所需的物理机械性能 §0.2冶金炉热工理论O金热能工程专业 构成炉子热工理论的几个方面: 第2页
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第２页 第 1 章 动量传输 第 1 次课 课题： 绪论 一、本课的基本要求 ⒈ 了解冶金炉及其热工理论知识。 ⒉ 了解课程的性质、基本要求、主要内容、特点、教材与教参、成绩评定。 ⒊ 了解本教材所采用的单位制及坐标系。 二、本课的重点、难点： 重点：国际单位制与工程单位制间的换算。 难点：课程的总体介绍，能否激发学生的兴趣。 三、作业 思考题：如何解释教材名称、冶金炉、热工、基础的含义？ 四、教参及教具 ⒈ 《加热炉》 蔡乔方主编 冶金工业出版社 ⒉ 《冶金炉热工与构造》 陈鸿复主编 冶金工业出版社 教材《冶金炉热工基础》 蒋光羲编 重庆大学出版社 0 绪论 §0.1 冶金炉及其分类 冶金炉：冶金生产中各种冶炼和加热设备的统称。 分类：熔炼炉和加热炉两大类。 ⒈ 熔炼炉：完成物料的加热和熔炼。 特点：发生物态变化 固→液态物理化学变化 原料与产品的性质、化学成分截然不 同 冶金企业的熔炼炉有： ① 炼铁高炉：铁矿石、焦碳、熔剂⎯冶炼⎯→ 铁水 ② 炼钢转炉、电弧炉：铁水、废钢(合金化) ⎯一次精炼 ⎯ ⎯→ 钢水 铸造化铁炉：固→液态 ⒉ 加热炉：完成物料的加热。 特点：不发生物态变化，只改变其机械性能或物理化学性能。 冶金企业的加热炉有： ① 均热炉：钢锭开坯前加热。 ② 轧钢加热炉：热轧前钢坯加热。 ③ 室状炉、台车式加热炉等：锻造前加热。 加热目的：提高可塑性，减少压力加工时的变形抗力。 ④ 热处理(淬火、回火、退火、渗碳等)炉 加热目的：改变其结晶组织，获得所需的物理机械性能。 §0.2 冶金炉热工理论(冶金热能工程专业) 构成炉子热工理论的几个方面：
重庆科技学院教案用纸 1.热过程的热力学 热力学第一定律热平衡 热力学第二定律火用平衡 《工程热力学》 2.燃料燃烧析热或电热能转换的规律 《燃烧学》《热能转换与利用》 3.热气体流动规律 《工程流体力学》 4.炉内及物料内的复杂传热、传质过程的规律 《传热学》《传输原理》 5.炉子构筑理论:筑炉材料及构件在髙温下的损坏原因及其使用性能等。 《耐火材料》《炼铁设备》《炼钢设备》 以上这些基本规律运用到具体炉子中并和该炉子工艺相结合就构成了该炉子的热工理论。 课程性质 专业基础课,是基础课和专业课之间的桥梁。基础课:髙等数学、物理化学。 、课程内容 部分:传输原理动量、热量质传(1~3章) 动力过程 传输是指流体的输送、转移、传递传热过程 的统称 物质传递过程 动量 动量传输 热量}的传递与输送→热量传输}类性丶(规律、解析法样传输原理理论) 质量 质量传输 冶炼过程:化学、物理过程。《冶金反应工程学》 传输过程→冶炼过程的物理过程动力学),不涉及化学反应→《金物理化学》(热力学) →动量、热量、质量传递的过程。《现代冶金原理》 举例:髙炉炼铁的气固两相流动。高炉强化冶炼,目的就是改善传输条件。 转炉炼钢的气液两相流动。转炉底吹,目的也是改善传输条件。 总之,传输理论已成为现代冶金炉热工理论的基础 第二部分:热计算(4-7章 燃料燃烧计算:热工计算的基础。主要能源:燃料的化学能。 气体流动计算:阻力损失计算,选择输送设备(风机、烟囱、喷射器等) 传热计算:制定炉子热工制度,强化供热,提高生产率的问题 热平衡计算:评价炉子热工作的好坏,提高热效率的问题 火用平衡计算:提高火用效率的问题,探索节能途径。 第二部分是第一部分的具体应用。 第一部分是第二部分的基础。 注意:本课程所论及的只是些基本计算方法,各类炉子的热工计算及设计在课程设计及 有关专业课中解决。 第三部分:耐火林料种类性能、选 作为专业任选课独立设课。 习题与思考题:加深对所学热工理论的理解和应用。 集中实验:培养学生动手能力 第3页
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第３页 ⒈ 热过程的热力学 热力学第一定律⎯热平衡 热力学第二定律⎯火用平衡 《工程热力学》 ⒉ 燃料燃烧析热或电-热能转换的规律 《燃烧学》 《热能转换与利用》 ⒊ 热气体流动规律 《工程流体力学》 ⒋ 炉内及物料内的复杂传热、传质过程的规律 《传热学》 《传输原理》 ⒌ 炉子构筑理论：筑炉材料及构件在高温下的损坏原因及其使用性能等。 《耐火材料》 《炼铁设备》 《炼钢设备》 以上这些基本规律运用到具体炉子中并和该炉子工艺相结合就构成了该炉子的热工理论。 一、课程性质 专业基础课，是基础课和专业课之间的桥梁。基础课：高等数学、物理化学。 二、课程内容 第一部分：传输原理(动量、热量、质量传输) (1~3 章) 传输是指流体的(输送、转移、传递) 物质传递过程 传热过程 动力过程 的统称。 质量 热量 动量 的传递与输送 质量传输 热量传输 动量传输 ⎯类似统一性 ⎯⎯⎯→ (规律、解析法一样)传输原理(理论) 冶炼过程：化学、物理过程。 《冶金反应工程学》 传输过程冶炼过程的物理过程(动力学)，不涉及化学反应→《冶金物理化学》(热力学) 动量、热量、质量传递的过程。 《现代冶金原理》 举例：高炉炼铁的气固两相流动。高炉强化冶炼，目的就是改善传输条件。 转炉炼钢的气液两相流动。转炉底吹，目的也是改善传输条件。 总之，传输理论已成为现代冶金炉热工理论的基础。 第二部分：热工计算 (4~7 章) 平衡计算： 提高火用效率的问题，探索节能途径。 热平衡计算： 评价炉子热工作的好坏，提高热效率的问题。 传热计算： 制定炉子热工制度，强化供热，提高生产率的问题。 气体流动计算：阻力损失计算，选择输送设备 风机、烟囱、喷射器等 燃料燃烧计算：热工计算的基础。主要能源：燃料的化学能。 火用 ( ) 第一部分是第二部分的基础。 第二部分是第一部分的具体应用。 注意：本课程所论及的只是一些基本计算方法，各类炉子的热工计算及设计在课程设计及 有关专业课中解决。 第三部分：耐火材料(种类、性能、选择) 作为专业任选课独立设课。 习题与思考题：加深对所学热工理论的理解和应用。 集中实验：培养学生动手能力
重庆科技学院教案用纸 课程设计:培养学生综合应用热工知识的能力,为毕业设计打下良好的基础。 热风炉设计(炼铁)借助于计算机QB CAD 氧枪设计(炼钢)借助于计算机 QB VB CAD 课程特点 难学:物理概念多:数学推导、计算复杂;(物理概念为主,数学为辅)重点掌握基本概念、 基本计算方法。 讲授方法:重点一讲授作业,辅以习题课:难点一讲授+思考题,辅以讨论课 学习方法:上课认真听讲,课后认真复习,认真完成作业,不懂的即时解决,“勤学苫炼” 四、参考书目 《冶金炉热工基础》刘人达主编冶金工业出版社 《冶金炉热工与构造》陈鸿复主编冶金工业出版社 《动量、热量、质量传输原理》髙家锐主编重庆大学出版社 期刊:《冶金能源》、《工业炉》、《工业加热》、《耐火材料》 五、教学目的 使学生掌握冶金热工理论的基本概念、基本定律及基本计算方法,理解强化冶金生产过程 和改进生产工艺的理论基础,同时使学生具备初步分析和解决冶金生产工艺过程的热工实际问 题的能力,并能进行简单炉子的设计,能够根据工艺要求选择主要设备的筑炉材料。 §0.3单位及单位制 国际单位制S1(基本单位:质量kg,长度m、时间,物质量m等 工程单位制{基本单位:长度m,时间、加g、热量kCal 换算时注意: 1.质量 国际:质量kg力N 工程:力kgf质量kgf·s2/m牛顿第二定律F(kgf)=ma(m/s2) (工程质量单位) Kgf=98IN 国际:J=N 功率W=J/s 2.能量 工程:kCal lkCal= 4.187kJ 1kCah=(41873600×103)J=1.163W §0.4坐标及坐标系 直角坐标系:xy 球坐标系:r(方位角)以(余纬度),。v球体绕變 柱坐标系:rB(方位角) 轴对称(管 x=rose y=rene 2=Z x=rsin (cos0 y=rsn sin 8 =cosp 第4页
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第４页 课程设计：培养学生综合应用热工知识的能力，为毕业设计打下良好的基础。 热风炉设计（炼铁） 借助于计算机 QB VB CAD 氧枪设计（炼钢） 借助于计算机QB VB CAD 三、课程特点 难学：物理概念多；数学推导、计算复杂；(物理概念为主，数学为辅)重点掌握基本概念、 基本计算方法。 讲授方法：重点—讲授+作业，辅以习题课；难点—讲授+思考题，辅以讨论课。 学习方法：上课认真听讲，课后认真复习，认真完成作业，不懂的即时解决，“勤学苦炼” 四、参考书目 《冶金炉热工基础》 刘人达主编 冶金工业出版社 《冶金炉热工与构造》 陈鸿复主编 冶金工业出版社 《动量、热量、质量传输原理》 高家锐主编 重庆大学出版社 期刊：《冶金能源》、《工业炉》、《工业加热》、《耐火材料》 五、教学目的 使学生掌握冶金热工理论的基本概念、基本定律及基本计算方法，理解强化冶金生产过程 和改进生产工艺的理论基础，同时使学生具备初步分析和解决冶金生产工艺过程的热工实际问 题的能力，并能进行简单炉子的设计，能够根据工艺要求选择主要设备的筑炉材料。 §0.3 单位及单位制 导出单位：质量 。 基本单位：长度 、时间 、力 、热量 。 工程单位制 导出单位：密度 、力 、能量 。 基本单位：质量 、长度 、时间 、物质量 等； 国际单位制 kgf s m m s kgf kCal kg m N kJ kg m s mol SI 2 3 换算时注意： ⒈ 质量 ( ) kgf kgf s / m (kgf ) (m /s ) kg N 2 2 工程质量单位 工程：力 质量 牛顿第二定律 国际：质量 力 F = ma 1kgf = 9.81N ⒉ 能量 = = = kCal 1kCal 4.187kJ kJ kW J N m W J/s 工程： 国际： 功率 1 kCal/h = (4.187/3600103 ) J/s = 1.163W §0.4 坐标及坐标系 球坐标系： 方位角 余纬度 球体绕流 柱坐标系： 方位角 轴对称 管流 直角坐标系： r w w w r z w w w x y z w w w r r z x y z ( ) ( ) ( ) ( ) x = rcos y = rsin z = z x = rsincos y = rsinsin z = rcos
重庆科技学院教案用纸 第2次课课题:流体及其主要性质 课的求 1.了解传输的分类;流体的基本特性;气体状态方程。 2.掌握流体的主要特性、状态方程的应用。 3.了解流体的粘性及粘性力;理解粔性动量传输及粘性动量通量。 4.掌握牛顿粘性定律及应用;粘性系数的单位、物理意义、影响因素。 二、本课的点难点 重点:气体状态方程、牛顿粘性定律。 难点:应用、概念的理解和掌握 作业 思考题:①不同状态方程中R的含义及单位;②牛顿粘性定律符号的取法? P121.8.11与17(选作题)18 四、教参具 1.《动量、热量、质量传输原理》高家锐主编重庆大学出版社 2.胶片:图1-1-1图1-1-2 第一部分:传输原理(1~3章) 动量、热量、质量传输同时存在,动量传输是最基本的传输过程,例如:炼铁高炉内气- 固两相流动、炼钠转炉内气液两相流动对冶炼过程有很大的影响。 传输按其产生和存在的条件可分为 物性传输:由物体本身传输特性构成,取决于物性。 例如分子扩散取决于扩散系数) 对流传输:由物体的宏观运动所产生,取决于物性,流体的流动状态。 第1章动量传输 实质:流体流动过程中力、能平衡问题;相互平衡相互转换。 §1.1流体的主要性质 流体:自然界中能够流动的物质,如液体和气体。 基本特性:流动性剪切力作用下连续变形 压缩性(膨胀性)V∝T/P 粘性(阻滞流动的性质) 连续性 111流体的压编缩性及膨性 1.流体的密度、重度及比容 密度:p=m∥V(均质,p=dm/d(非均质,kgm 重度:r=G=m/=R,Nm3 比容:v=1p,m/kg 工程单位制中1kgf=国际单位制中1kg 国际单位制中p=工程单位制中 应用:密度与重度之间的换算。囫例1-1-1]P5 2.液体的压缩性及臌猓性 液体分子距离较近,压缩时,排斥力增大,难以压缩; T个,略有膨胀,膨系数<100 第5页
重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸 第５页 第 2 次课 课题： 流体及其主要性质 一、本课的基本要求 ⒈ 了解传输的分类；流体的基本特性；气体状态方程。 ⒉ 掌握流体的主要特性、状态方程的应用。 ⒊ 了解流体的粘性及粘性力；理解粘性动量传输及粘性动量通量。 ⒋ 掌握牛顿粘性定律及应用；粘性系数的单位、物理意义、影响因素。 二、本课的重点、难点： 重点：气体状态方程、牛顿粘性定律。 难点：应用、概念的理解和掌握。 三、作业 思考题：① 不同状态方程中R 的含义及单位；② 牛顿粘性定律符号的取法？ P112 1. 8. 11.与 17.(选作题) 18 四、教参及教具 ⒈《动量、热量、质量传输原理》 高家锐主编 重庆大学出版社 ⒉ 胶片：图1-1-1 图 1-1-2 第一部分：传输原理 (1~3章) 动量、热量、质量传输同时存在，动量传输是最基本的传输过程，例如：炼铁高炉内气- 固两相流动、炼钢转炉内气液两相流动对冶炼过程有很大的影响。 传输按其产生和存在的条件可分为： 对流传输：由物体的宏观运动所产生，取决于物性，流体的流动状态。 例如分子扩散取决于扩散系数 物性传输：由物体本身传输特性构成，取决于物性。 ( ) 第 1 章 动量传输 实质：流体流动过程中力、能平衡问题；相互平衡相互转换。 §1.1 流体的主要性质 流体：自然界中能够流动的物质，如液体和气体。 基本特性：流动性(剪切力作用下连续变形) 压缩性(膨胀性) V T P 粘性(阻滞流动的性质) 连续性 1.1.1 流体的压缩性及膨胀性 ⒈ 流体的密度、重度及比容 密度： = m V (均质)， = dm dV (非均质)，kg/m3 重度： r = G V = mg V = g ，N/m3 比容： v =1 ，m3 /kg 工程单位制中1 kgf = 国际单位制中1 kg 国际单位制中= 工程单位制中 应用：密度与重度之间的换算。[例 1-1-1] P5 ⒉ 液体的压缩性及膨胀性 液体分子距离较近，压缩时，排斥力增大，难以压缩； T，略有膨胀，膨胀系数<1/1000