黑龙江自考化学工程独本传递工程考试大纲.docx

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黑龙江自考化学工程独本传递工程考试大纲

黑龙江省高等教育自学考试

化学工程（081203）专业（独立本科段）

传递过程考试大纲

（课程代码5046）

黑龙江省高等教育自学考试委员会办公室

二○○九年十月

适用专业：

化学工程（独立本科段）

学时:

72

一课程的性质目的和任务

本课程是化学工程与工艺专业中化学工程方向的学生在学完《化工原理》之后进一步学习的一门化学工程专业课。

课程的任务是要求学生在学完《化工原理》的基础上进一步掌握三传（动量、热量、质量传递）的基本原理及其共性，掌握三传的数学模型及其计算，加强基础和提高学生分析问题、解决问题的能力，为以后深入学习和工作打好基础。

二、课程的基本要求

本课程的先修课为高等数学、线性代数、化工原理。

通过本课程的学习应达到下列要求：

1.掌握动量传递的基本原理、数学模型和计算的基本方法。

2.掌握热传导的基本原理、数学模型和计算的基本方法

3.掌握对流传热的基本原理，了解其数学模型及求解方法（不要求详细推导）。

4.对比着对流传热，了解对流传质的基本求解方法及结果。

5.了解“三传”的相似性及其类比律。

三、课程内容和考核目标

第一章传递过程概论（7学时）

（一）学习目标

通过本章的学习使学生掌握牛顿粘性定律、雷诺数以及三传一反的内容，掌握牛顿粘性定律的实质和各物理量的物理意义、会用雷诺数判断流体流动类型，了解三传一反的内容。

重点是牛顿雷诺粘性定律的实质。

（二）课程内容

第一节流体流动导论（2学时）

1．静止流体的特性

2．流体流动的基本概念

第二节动量、热量与质量传递的类似性（3学时）

1.分子传递的基本定律

2.动量通量、热量通量与质量通量的普遍表达式

3.涡流传递的类似性

第三节传递过程的衡算方法（2学时）

1.总衡算

2.微分衡算

（三）考核知识点

1．牛顿粘性定律的表达式和各物理量的物理意义

2．牛顿粘性定律的实质

3．层流和湍流中动量的传递

（四）考核要求

1．识记

（1）“三传一反”的内容

（2）动量的通量

（3）牛顿型流体

2．领会

（1）圆管中，层流流动时，最大流速与平均流速关系

（2）层流流动时，动量传递的原因

（3）湍流流动时，动量传递的原因

3.简单应用

（1）如何判断一流体是否为牛顿型流体?

（2）为什么牛顿粘性定律中的剪应力τ又可以领会为动量的通量？

4．综合应用

（1）无水量补充的储槽，槽底部阀门打开后，水便流出。

假定，则水流出的速率将随水位下降而减小。

已知测得水的流率与水深的关系，问：

经过多长时间

后，水位下降至某一指定位置。

第二章连续性方程与运动方程（9学时）

（一）学习目标

通过本章的学习使学生掌握描述流体流动的欧拉观点和拉格朗日观点、奈维-斯托克斯方程，重点掌握欧拉观点和拉格朗日观点以及剪应力和法向应力区别。

（二）课程内容

第一节描述流动问题的两种观点（2学时）

1．欧拉观点与拉格朗日观点

2．物理量的时间导数

第二节连续性方程（3学时）

1.连续性方程的推导

2.对连续性方程的分析

3.柱坐标与球坐标系的连续性方程

第三节运动方程（4学时）

1.用应力表示的运动方程

2.牛顿型流体的本构方程

3.奈维-斯托克斯方程

4.对奈维-斯托克斯方程的分析

（三）考核知识点

1．描述流体流动的欧拉观点和拉格朗日观点

2．偏导数、全导数和随体导数

3．剪应力、法向应力

（四）考核要求

1．识记

（1）描述流体流动的欧拉观点

（2）描述流体流动的拉格朗日观点

（3）温度对时间的随体导数的物理意义

2．领会

（1）描述流体流动的欧拉观点和拉格朗日观点的区别

（2）一定质量且运动着的粘性流体微元所受到的合力

3.简单应用

（1）研究流体流动时通常应用的两种分析观点的主要区别是什么？

4．综合应用

（1）写出不可压缩流体在直角坐标系中的连续性方程。

第三章运动方程的应用（9学时）

（一）学习目标

通过本章的学习使学生掌握雷诺数的物理意义、掌握势流和爬流的判断，使学生了解平面流和流函数的定义。

重点掌握雷诺数的物理意义以及在爬流和势流中，粘性力和惯性力的关系。

会写出流场的流线微分方程

（二）课程内容

第一节阻力系数（1学时）

第二节平壁间与平壁面上的稳态层流（2学时）

1.平壁间的轴向平行层流

2.平壁面上的降落液膜流动

第三节圆管与套管环隙间的稳态层流（3学时）

1.圆管中的轴向稳态层流

2.套管环隙间的轴向稳态层流

3.同心套管环隙间的周向层流

第四节爬流（1学时）

第五节势流（1学时）

第六节平面流与流函数的概念（1学时）

（三）考核知识点

1．雷诺数的物理意义

2．爬流

3．在爬流和势流中，粘性力和惯性力的关系。

（四）考核要求

1．识记

（1）爬流

（2）理想流体

（3）流函数

2．领会

（1）雷诺数的物理意义

（2）在爬流和势流中，粘性力和惯性力的关系。

3.简单应用

（1）何时可以忽略惯性力

4．综合应用

（1）写出流场的流线微分方程

第四章边界层流动（10学时）

（一）学习目标

通过本章的学习使学生掌握普兰德边界层理论内容、边界层的形成过程和边界层厚度定义、边界层分离与形体曳力。

在学习中还要掌握边界层微分方程的精确解的步骤及流体沿平板壁面流动时层流边界层的近似求解。

本章的重点是掌握普兰德边界层理论的重要意义、掌握数量级对比的方法简化奈维斯托克斯方程用于边界层内，详细推导近似解。

（二）课程内容

第一节边界层的概念（3学时）

1.普兰德边界层理论的要点

2.边界层的形成过程

3.边界层厚度的定义

第二节普兰德边界层方程（3学时）

1.普兰德边界层理论的要点

2.边界层的形成过程

3.边界层厚度的定义

第三节边界层积分动量方程（2学时）

1.边界层积分动量方程的推导

2.平板壁面上层流边界层的近似解

第四节管道进口段的流体流动（1学时）

第五节边界层分离（1学时）

边界层分离与形体曳力

（三）考核知识点

1．普兰德边界层理论内容及重要意义

2．边界层的形成过程

3．边界层和边界层厚度定义

4．边界层分离与形体曳力

5．边界层微分方程的精确解的步骤

6．流体沿平板壁面流动时层流边界层的近似求解

（四）考核要求

1．识记

（1）边界层

（2）边界层厚度

（3）充分发展了的流动

（4）边界层的外缘线

2．领会

（1）雷诺数的物理意义

（2）边界层分离现象

（3）边界层的形成过程

（4）普兰德边界层理论内容及重要意义

3.简单应用

（1）边界层的厚度与雷诺数的关系

4．综合应用

（1）掌握用数量级对比的方法详细推导简化奈维斯托克斯方程用于边界层内的近似解。

第五章湍流（13学时）

（一）学习目标

通过本章的学习使学生掌握湍动的基本概念、湍流的特点、湍流的起因、湍流的时均量和脉动量、湍动强度雷诺方程与雷诺应力的推导、湍流时的总应力、普兰德混合长度、光滑管中的湍流、粗糙管中湍流以及湍流边界层与层流边界层的计算。

重点是湍流的起因、湍流的时均量和脉动量、湍动强度雷诺方程与雷诺应力的推导、普兰德混合长度。

（二）课程内容

第一节湍流的特点、起因及表征（3学时）

1．湍流的特点

2．湍流的起因

3．湍流的表征

第二节湍流时的运动方程（1学时）

雷诺方程与雷诺应力

第三节湍流的半经验理论（1学时）

第四节无界固体壁面上的稳态湍流（1学时）

第五节圆管中的湍流（3学时）

1．圆管稳态湍流的通用速度分布方程

2．光滑圆管中的速度分布与流动阻力

3．粗糙管中的速度分布与流动阻力

第六节平板壁面上湍流边界层的近似解（1学时）

第七节因次分析在动量传递中的应用（3学时）

1．奈维-斯托克斯方程的因次分析

2．伯金汉π定理

3．模型与相似

（三）考核知识点

1．湍动、湍动强度

2．湍流的特点、湍流的起因

3．湍流的时均量和脉动量

4．雷诺方程与雷诺应力的推导

5．湍流时的总应力

6．普兰德混合长度

7．光滑管中的湍流

8．粗糙管中湍流以及湍流边界层与层流边界层的计算

（四）考核要求

1．识记

（1）湍动

（2）普兰德混合长度

（3）水力光滑管

（4）完全粗糙管

（5）湍流的时均量、脉动量

2．领会

（1）湍动强度

（2）光滑管中的湍流

（3）湍流的损失变量与时均量、脉动量的关系

（4）湍流的特点、湍流的起因

3.简单应用

（1）雷诺方程与雷诺应力的推导

4．综合应用

（1）粗糙管中湍流以及湍流边界层与层流边界层的计算

第六章热量传递概论与能量方程（1.5学时）

（一）学习目标

本章不作为重点章节，只需要了解。

通过本章的学习使学生了解热量传递的基本方式、能量方程的推导和能量方程在柱坐标系和球坐标系中的表达方式。

本章虽然不做考试要求，但作为后续章节的基础知识，应该好好领会并牢记。

（二）课程内容

第一节热量传递的基本方式（0.5学时）

1．热传导

2．对流传热

3．辐射传热

4．同时进行导热、对流传热及辐射传热的过程

第二节能量方程（1学时）

1.能量方程的推导

2.能量方程的特定形式

3.柱坐标系与球坐标系的能量方程

第七章热传导（8学时）

（一）学习目标

本章是全书的重点，通过本章的学习使学生掌握导热问题的分析求解方法及数值分析方法、如有热源和无热源的一维稳态导热、不稳态导梦轩阁热等、会给出边界条件、简化方程并积分求解，同时也要掌握Bi数的物理意义。

（二）课程内容

第一节稳态热传导（3学时）

1．无内热源的一维稳态热传导

2．有内热源的一维稳态热传导

3．二维稳态热传导

第二节不稳态热传导（5学时）

1．忽略内部热阻的不稳态导热与集总热容法

2．忽略表面热阻的不稳态导热

3．内部热阻和表面热阻均不能忽略时的大平板的不稳态导热

4．多维不稳态导热

5．一维不稳态导热的数值解

（三）考核知识点

1．Bi数的物理意义

2．有热源和无热源的一维稳态导热

3．有热源和无热源的一维不稳态导热

4．导热问题的分析求解方法及数值分析方法、给出边界条件、简化方程并积分求解

（四）考核要求

1．识记

（1）Bi数的表达式

（2）无内热源的一维稳态导热应满足的条件

（3）有内热源的一维稳态导热应满足的条件

2．领会

（1）Bi数的物理意义

3.简单应用

（1）圆柱体一维稳态导热方程转换成球坐标方程

4．综合应用

（1）导热问题的分析求解方法及数值分析方法、会自己给出边界条件、简化方程并积分求解

第八章对流传热（10学时）

（一）学习目标

通过本章的学习使学生掌握对流传热的机理、一般数学模型及其计算方法、传热微分方程、导热微分方程、运动微分方程、连续性方程以及相应的单值条件、管内对流传热的因此分析、雷诺类似率、普兰德-泰勒类似率、卡门类似率。

本章同样也是全书的重点。

（二）课程内容

第一节对流传热的机理与对流传热系数（2学时）

1．对流传热机理

2．温度边界层与对流传热系数

第二节平板壁面对流传热（3学时）

1.平板壁面上层流传热的精确解

2.平板壁面上层流传热的近似解

3.平板壁面上湍流传热的近似解

第三节管内对流传热（3学时）

1.管内强制层流传热的理论分析

2.管内对流传热的因次分析

3.圆管湍流传热的类似律

第四节自然对流传热（2学时）

1.自然对流系统的运动方程和能量方程

2.自然对流系统的对流传热系数

（三）考核知识点

1．对流传热的机理

2．一般数学模型及其计算方法

3．管内对流传热的因此分析

4．雷诺类似率、

5．普兰德-泰勒类似率、

6．卡门类似率

（四）考核要求

1．识记

（1）对流传热

（2）温度边界层

（3）对流传热系数

2．领会

（1）边界层能量方程

（2）雷诺类似率

（3）普兰德-泰勒类似率

（4）卡门类似率

3.简单应用

（1）雷诺类似率与卡门类似率的区别。

（2）卡门类似律与普兰德-台劳类似律的区别

4．综合应用

（1）对流传热的一般数学模型及其计算、

第九章质量传递概论与传质微分方程（1学时）

（一）学习目标

通过本章的学习使学生了解混合物组成的表示方法，包括质量浓度与物质的量浓度、质量分数与摩尔分数。

对质量传递的基本方式（分子读者居传质和对流传质）、传质的通量与通量也要有所了解。

对传质微分方程的推导及特殊形式也要有了解。

本章不是重点章节，不作为考试重点来要求。

（二）课程内容

第一节质量传递概论（0.5学时）

1．混合物组成的表示方法

2．质量传递的基本方式

3．传质的速度与通量

第二节传质微分方程（0.5学时）

1．传质微分方程的推导

2．传质微分方程的特定形式

3．柱坐标系与球坐标系的传质微分方程

第十章分子传质（2学时）

（一）学习目标

通过本章的学习使学生了解一维稳态分子扩散通用速率方程的积分形式、组分A通过停滞组分B的稳态扩散（包括扩散通量方程和浓度分布方程）、等分子反方向稳态扩散、伴有化学反应的气体稳态扩散。

对气体扩散系数、液体中的分子扩散、固体中的扩散也要有所了解。

（二）课程内容

第一节稳态分子扩散的通用速率方程（0.5学时）

一维稳态分子扩散通用速率方程的积分形式

第二节气体中的分子扩散（0.5学时）

1．组分A通过停滞组分B的稳态扩散

2．等分子反方向稳态扩散

3．伴有化学反应的气体稳态扩散

4．气体扩散系数

第三节液体中的分子扩散（0.5学时）

1.液体中的稳态分子扩散速率方程

2.组分A通过停滞组分B的稳态扩散

3.等分子反方向稳态扩散

4.液体中的扩散系数

第四节固体中的扩散（0.5学时）

1.与固体结构无关的稳态扩散

2.多孔固体中的稳态扩散

3.固体中的扩散系数

第十一章对流传质（1学时）

（一）学习目标

通过本章的学习使学生了解对流传质的机理、浓度边界层、对流传质系数、平板壁面上层流传质的精确解、边界层对流扩散方程的精确解。

对管内对流传质以及对流传质模型也要有所了解。

（二）课程内容

第一节对流传质系数（0.25学时）

1．对流传质的机理

2．浓度边界层

3．对流传质系数

第二节平板壁面对流传质（0.25学时）

1.平板壁面上层流传质的精确解

2.平板壁面上层流传质的近似解

3.平板壁面上湍流传质的近似解

第三节管内对流传质（0.25学时）

1.管内的稳态层流传质

2.圆管湍流传质的类似律

第四节对流传质模型（0.25学时）

相际间的对流传质模型

第十二章同时进行动量、热量与质量传递的过程（0.5学时）

（一）学习目标

通过本章的学习，对平板壁面层流边界层中同时进行动量、热量与质量传递的过程，学生可以有个简单的了解。

不做考试要求。

（二）课程内容

平板壁面层流边界层中同时进行动量、热量与质量传递的过程

四、学习教材和主要参考书

教材：

《化工传递过程基础》（第二版）,陈涛，张国亮编著，化学工业出版社2002年7月第2版。

五、有关说明与实施要求

（一）关于“课程内容与考核目标”中有关提法的说明

在本大纲的“考核知识点与考核要求中，对各个知识点按四个能力层次（“识记”、“领会”、“简单应用”、“综合应用”）分别提出要求，这些层次之间具有递进等关系。

四个能力层次的含义：

识记：

要求能够识别和记忆本课程中规定的有关知识点的主要内容（如定义、定理、定律、表达式、公式、原则、重要结论、方法、步骤及特征、特点等），并能根据考核的不同要求，做出正确的表述、选择和判断。

领会：

要求能够领悟和领会本课程中规定的有关知识点的内涵和外延，熟悉其内容要点和它们之间的联系，并能根据考核的不同要求，做出正确的解释、说明和论述。

简单应用：

要求能够运用本课程中规定的少量知识点，分析和解决一般应用问题。

如简单的计算、绘图和分析、论证等。

综合应用：

要求能够运用本课程中规定的多个知识点，分析和解决较复杂的应用问题。

如简单计算、绘图、简单设计、编程和分析、论证等。

（二）自学方法指导

本课程是一门基础知识与应用技能并重的课程，因而在学习方法上也有其自身的特点。

概括地说就是：

对基本概念性的知识要弄清楚，对基本应用的操作要上机反复练习，对书中的习题要认真独立完成，还要注意归纳总结，勤做笔记，以巩固所学知识。

在学完全部内容之后可再做一些综合练习，以使自己的操作技能得到进一步提高。

为了帮助大家提高自学效果，以下几点方法可供参考：

1、学习过程中要始终结合本大纲来学，在阅读教材的每一章内容之前，应先参看考试大纲中的这一章的知识点和学习要求，了解重点和难点以及对各知识点的能力层次的要求，能做到自学起来心中有数，从而能把握住学习内容的轻重和自学进度。

2、读教材时要循序渐进，先粗读后细读。

对大纲指出的重点要精读，吃透每一个知识点；对概念性的知识要深刻领会；对基本操作方法要熟练掌握并融会贯通。

3、本课程是一门实践性很强的课程，因此，在学习过程中要实践，通过实践加深对教材内容的领会，提高学习效率。

4、认真完成书中的习题有助于领会、消化、掌握和巩固所学的知识。

应做到每一章学习结束后，章末的习题都能独立、正确、熟练地完成。

5、遇到疑难问题如果一时无法解决但不影响后续内容学习的可以暂搁一搁，之后可以利用社会助学或考前辅导之际得解决，也可找同学商量，集思广益，进行讨论。

6、学习时要注意归纳、总结和比较，以求对知识点的融会贯通。

（三）对社会助学的要求

1、应以本大纲的制定的教材为基础、本大纲为依据进行辅导，不能随意增删内容或更改要求。

2、应熟知本大纲对课程所提出的总的要求和各章的知识点，正确把握各知识点要求达到的层次，深刻领会对各知识点的考核要求。

3、应对学习方法进行指导，提倡“仔细阅读教材，认真完成习题；主动获取帮助，依靠自己学通”的学习方法。

4、应注意对考生自学能力的培养，引导考生逐步学会独立学习、独立思考、独立操作。

在自学过程中要学会自己提出问题，经过分析自己做出判断，从而解决问题。

5、本课程共4学分。

因此应注意对考生实际操作能力的培养，不能简单地仅帮助考生解决这个问题，而是要善于启发、引导考生弄清为什么会出现这样的问题，用什么方法可以解决这类问题。

以使考生领会问题出现的原因，掌握解决问题的办法。

（四）关于命题考试的若干问题

1、本大纲各章所规定的考试知识点及知识点下的知识细目都属于考核的内容，考试命题覆盖到各章，适当突出重点章节，加大重点内容的覆盖密度。

2、试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：

“识记”占30%，“领会”占30%，“简单应用”占20%，“综合应用”占20%。

3、试题难易程度要合理，可分为：

易，较易，较难和难四个等级。

每份试卷中不同难度试题的分数比例一般一次为：

2：

3：

3：

2。

4、试题的主要题型主要有：

填空、单项选择、简答题、计算题和推导题。

5、考试采用闭卷考试方式，时间为150分钟；试题分量以中等水平的考生在规定时间内答完全部试题为度；评分采用百分制，60分为及格；考试时只允许带笔、橡皮和直尺，答卷必须用钢笔，颜色规定为蓝色或是黑色，答题卡必须用2B铅笔填涂。

六、题型举例

一、单项选择题:

1．（）数的物理意义是惯性力与粘滞力的比值。

A、雷诺B、普兰德C、毕渥D、柯尔

2．在任一瞬时

，在流场中的这样一条曲线（或直线），落在线上的每一个流体质点的流速方向必定在该点处与该曲线的切线相重合，这样的一条曲线即称为（）。

A、垂线B、流线C、法线D、平行线

二、填空题：

1．在求解不稳态导热过程中，当Bi数很小时，假定固体内部的导热热阻很小，温度分布比较均匀，（）热阻对整个传热过程起控制作用。

2．当实际流体沿固体壁面流动时，由于（）的作用，在壁面附近必然存在一层流体，其中流体在与流向相垂直方向上的速度梯度较大，所以在这层流体中不能忽略粘滞力的作用。

三、简答题:

1．研究雷诺数很低的流动时，认为粘滞力远远大于惯性力，可以忽略惯性力的影响，但在雷诺数很高的流动中却不能忽略粘滞力的作用，为什么？

2．为什么同一管道在一种流率下可以是水力光滑的，而在另一种流率下又可以是完全粗糙的？

四、计算题:

1．水以150kg/h的流率，食盐以30kg/h的流率加入搅拌槽中，制成溶液后，以120kg/h的流率离开容器。

由于搅拌充分，槽内浓度各处均匀。

开始时槽内预先盛有新鲜水100kg。

试计算1小时后从槽中流出的溶液浓度（以食盐的质量分数表示）。

五、推导:

1．设在某流场中,任一瞬时流场空间各流体质点的运动状况可采用如下欧拉表达式表达：

ux＝x+θuy＝-y+θuz＝0，式中的θ为时间。

要求:

（1）写出流场的流线微分方程；

（2）导出当θ＝1时,流体质点通过空间点（1，2，3）的流线方程。