Основы гидравлики (стр. 1 )

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Алтайский государственный технический университет

им.

Бийский технологический институт

, ,

ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ

Методические указания к выполнению индивидуальных расчетных

заданий по курсу «Основные процессы и аппараты химической

технологии» для студентов специальностей

251100 – ХТОСА, 251200 – ХТПК, 070100 – БТ, 171200 – АПХП

Барнаул 1999

УДК 621.1.

, , Росляков гидравлики: Методические указания к выполнению индивидуальных расчетных заданий по курсу «Основные процессы и аппараты химической технологии» для студентов специальностей 251100 – ХТОСА, 251200 – ХТПК, 070100 – БТ, 171200 – АПХП.

Алт. гос. техн. ун-т им. , БТИ.- Бийск.

Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 199с.

Усложнение учебного материала в связи с изменениями принципов построения учебных курсов потребовало в последние годы интенсификации обучения и существенного развития самостоятельной учебной деятельности студентов.

Данные указания включают в себя систему методической документации, которая обеспечивает модульно-рейтинговую технологию обучения по курсу «Основные процессы и аппараты химической технологии».

Рассмотрены и одобрены на заседании кафедры

«Процессы и аппараты химической технологии»

Протокол №1 от «09.02.1999»

Рецензент: к. т.н., БТИ Алт. ГТУ

ã БТИАлтГТУ

ВВЕДЕНИЕ

Создание курса “Процессы и аппараты химической технологии” (ПАХТ) относится к 1909г, когда профессор Петербургского техноло-гического института опубликовал труд под названием “Начальные главы учения о проектировании химической технологии”, посвященный технологическим расчетам химической аппаратуры.

Почти одновременно над курсом ПАХТ начал работу профессор , который в 1912г ввёл на химическом факультете МВТУ этот курс в качестве самостоятельной дисциплины.

В дальнейшем идеи и о создании курса ПАХТ развивались , , -ловым, , и др.

Современная наука о процессах и аппаратах непрерывно развивается. Её роль и значение в разработке на научных основах аппаратурно-технологического оформления химических производств, их интенсификации, а также создании новых производств неизменно возрастают.

1 РОЛЬ И МЕСТО КУРСА "ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ

И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ"

В ПОДГОТОВКЕ ИНЖЕНЕРОВ -ТЕХНОЛОГОВ

Предметом курса “Основные процессы и аппараты химической технологии” является изучение закономерностей “элементарных“, повторяющихся в разных сочетаниях во всех химических производствах процессов, методов их рационального аппаратурно-технологического оформления и инженерного расчета.

При подготовке специалистов широкого профиля химической промышленности в настоящее время значительно возрастает роль курса “Основные процессы и аппараты химической технологии”. Этот курс является довершающим в общеинженерной и основополагающим в специальной подготовке специалистов для химической промышленности, а наука о процессах и аппаратах составляет теоретическую основу современной химической технологии.

Курс ПАХТ опирается на основные представления физики, физической химии, математики, общетехнических дисциплин и тесно связан со специальными курсами (рисунок 1).

2 ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

По окончании курса прошедший обучение должен:

1) Понимать природу и сущность основных процессов химической технологии.

2) Знать:

а) теоретические основы типовых процессов, их классификацию и назначение;

б) устройство, принцип действия, назначение, сравнительную характеристику типовых аппаратов и вспомогательного оборудования;

в) основные принципы создания мало - или безотходных, энергосберегающих, экологически чистых производств;

г) способы интенсификации процессов;

д) методы инженерного расчета процессов и аппаратов химической технологии, их сравнительный анализ;

е) материалы для изготовления химических аппаратов и защитные покрытия;

ж) учебную, нормативную и справочную литературу;

3) Уметь:

а) разрабатывать технологические схемы процессов, применяя основные принципы сбережения энергоресурсов, создания экологически чистых, мало - или безотходных технологий, обеспечивая оптимальные условия протекания процессов;

б) выбирать аппаратурное оформление процессов;

в) производить инженерные расчеты процессов и аппаратов химической технологии, оценивать точность и достоверность решений;

г) оформлять инженерные расчеты в соответствии с нормативными требованиями;

д) пользоваться справочной, нормативной и другой литературой, относящейся к курсу ПАХТ.

3 СОДЕРЖАНИЕ, СТРУКТУРА И МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ КУРСА

3.1 Общие идеи и основные положения курса ПАХТ излагаются на лекциях. Необходимая детализация и освоение курса обеспечиваются при прохождении лабораторного практикума, на практических занятиях, при курсовом проектировании и самостоятельной работе студентов.

 

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Рисунок 1 – Межпредметные связи курса ПАХТ

3.2 Изучение курса строится на базе методологии системного подхода. В соответствии с системным анализом курса первым этапом его изучения является рассмотрение всей дисциплины как единой системы знаний и выявление ее роли в общеинженерной подготовке специалистов. Затем рассматриваются механизмы основных процессов, общие их закономерности и обобщенное математическое описание явлений переноса. Дальнейшим этапом изучения является приложение общих принципов математического описания и системного анализа к изучению и расчету основных процессов и аппаратов химической технологии.

3.3 Дисциплина ПАХТ включает в себя две подсистемы одного уровня (рисунок 2): теоретическую (часть 1), в которой рассматриваются основные закономерности процессов и методы их изучения, и практическую (часть 2), в которой рассматриваются типовые процессы с изучением конструкции аппаратов и методов их расчета.

3.4 Часть I курса ПАХТ “Теоретические основы процессов” состоит из трех разделов (модулей ), основным содержанием которых являются науки, составляющие физико-химические основы процессов: гидравлика (раздел 1), теплопередача (раздел 2) и массопередача (раздел 3)

3.5 Изучение содержания модуля предполагает различные виды учебной деятельности студента: конспектирование лекций и учебной или научной литературы, решение типовых задач, выполнение лабораторных работ и индивидуальных расчетных заданий, подготовку сообщений, докладов, рефератов, зарисовку схем аппаратов и т. д. и завершается контрольным опросом, во время которого необходимо представить преподавателю весь наработанный при изучении раздела материал: конспекты, отчеты, пояснительные записки, решение типовых задач и т. д.

3.6 Методические указания по каждому из модулей включают программу раздела, объем и содержание аудиторной и самостоятельной работы студентов, варианты индивидуальных заданий, список литературы, структурно-логическую схему и ее описание.

3.7 Структурно-логические схемы курса, разделов отражают не только внешние и внутренние связи, но и дают четкое представление о последовательности работы с учебным материалом. Структурно-логические схемы также фиксируют внимание студентов на наиболее важных положениях и понятиях каждого раздела курса, то есть они помогают формированию стержневых идей курса и опорных знаний. При использовании структурно-логических схем следует иметь в виду, что изучаемый раздел (или весь курс в целом) рассмат-

ривается на схеме как единая система, имеющая подразделы, иерархически связанные между собой. Основные уровни изучения материала на схемах указаны сбоку римскими цифрами, номера подсистем или основных звеньев системы указываются арабскими цифрами в соответствующем звене.

моделирование процессов,Подпись: гидромеханиче-ские процессы,Подпись: тепловые,Подпись: массообменные" width="412" height="647 "/>

 

3.8 Все виды учебной работы студентов оцениваются в баллах. Максимальное количество баллов (в одном семестре) указано ниже:

-  лекции (активность и посещаемость) 10+10=20 б

-  конспектирование дополнительной учебной или научной литературы 20 б

-  практические занятия (активность, решение нестандартных задач и посещаемость) 10+10=20 б

-  лабораторные работы (5х5 работ)=25 б

-  индивидуальные домашние задания (оформление, содержание, применение ЭВМ, защита) 5+5+10=20 б

-  текущий контрольный опрос (устно или письменно) 10 б.

При досрочной сдаче задания число баллов умножается на 1,2; с опозданием на неделю - на 0,9; на две недели - на 0,8 и т. д.

3.9 Лекции

3.9.1 Активность студентов на лекциях определяется участием в решении проблем, поставленных лектором во время занятий, качеством лекционных конспектов, уровнем готовности к лекции

3.9.2 Конспекты лекций просматриваются преподавателем в процессе контрольного опроса по каждому разделу дисциплины, на практических занятиях.

3.10 Практические занятия

3.10.1 Нерешенные в аудитории из запланированных задачи должны быть решены студентами самостоятельно к следующему занятию.

3.10.2 К практическому занятию студент обязан:

- иметь при себе конспекты лекций, учебники, счетное устройство, тетрадь для практических занятий;

- изучить лекционный материал по теме предстоящего практического занятия.

3.10.3 Если студент пропустил практическое занятие, он должен самостоятельно прорешать плановые задачи и во время сдачи раздела решить дополнительную задачу на пропущенную тему.

3.10.4 Выполнение студентом плана практических занятий, правильность решения задач и оформления контролируются преподавателем во время занятий и при контрольном опросе по теме раздела (просматривается тетрадь для практических занятий).

3.10.5 Баллы за активность присуждаются студенту, который первым решил плановую задачу, применил оригинальный метод решения, решил нетиповую задачу.

3.10.6 Студент, набравший максимальное количество баллов за активность на практических занятиях по темам раздела и решивший нестандартную задачу, освобождается от выполнения индивидуального расчетного задания.

3.11 Лабораторные работы

3.11.1 Лабораторные работы проводятся группой из 2…3 студентов

3.11.2 Выполнению работы предшествует письменный опрос по теории работы и устное собеседование по методике ее проведения, принципу работы лабораторной установки и входящих в нее приборов и устройств.

3.11.3 После выполнения работы преподаватель подписывает таблицу исходных данных, после чего студенты составляют отчет по лабораторной работе, обязательно включающий раздел, где анализируются и объясняются полученные результаты.

3.11.4 Итогом работы является защита полученных в ней результатов, защита проводится устно или письменно, но обязательно индивидуально.

3.11.5 Отчеты по лабораторным работам составляются каждым студентом и после защиты сдаются преподавателю.

3.11.6 Темы лабораторных занятий сообщаются студентам заранее

3.11.7 Каждый студент должен выполнить 4…5 работ.

3.11.8 Перечень лабораторных работ первой части курса:

-  Определение силы давления жидкости на стенки;

-  Истечение жидкостей из отверстий и насадок;

-  Определение режима движения реальных жидкостей;

-  Определение коэффициентов местных сопротивлений;

-  Определение потерь напора на трение;

-  Определение коэффициента теплопередачи в змеевиковом теплообменнике.

3.12 Индивидуальные расчетные задания

3.12.1 Изучение каждого из трех модулей первой части курса “Теоретические основы процессов” завершаются выполнением индивидуального расчетного задания (ИРЗ).

3.12.2 Умение мобилизовать все накопленные знания и опыт для решения конкретной задачи (проблемы), тщательно обосновать любое принимаемое решение, критически относиться к полученным результатам, постоянно искать оптимальное, “лучшее” решение - это то, что нужно и необходимо всегда, в любых ситуациях, это то, что в себе надо всегда и постоянно тренировать, это то, что будет оцениваться при защите индивидуального расчетного задания.

3.12.3 Пояснительная записка к ИРЗ должна быть оформлена в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105-95 и ГОСТ 2.106-69 и включать, наряду с другими, следующие главы:

1) Краткие сведения о процессе (физическая сущность, основные закономерности, схемы, назначение и т. д.);

2) Цель и методы расчета, сравнительный анализ и выбор;

3) Технологические расчеты (с составлением блок-схемы);

4) Гидравлические расчеты;

5) Анализ полученных результатов и возможных способов интенсификации процесса.

Пояснительные записки к ИРЗ представляют собой письменные отчеты, в которых студенты показывают:

-  как они представляют постановку типовых задач;

-  как понимают суть теоретического обоснования для выбора метода решения (расчета) поставленной в ИРЗ задачи;

-  как усвоили и овладели техникой составления алгоритмов решения задач;

-  как выполняют расчеты, подбирают графические иллюстрации и интерпретацию решений;

-  как умеют оценивать точность и достоверность решения;

-  как усвоили приемы и технологию оформления пояснительных записок и представления результатов решения.

3.12.4 Чем обширнее список проработанной студентом литературы при выполнении ИРЗ, тем выше показатель его качества.

3.13 Самостоятельная работа студентов (СРС)

3.13.1 Современная методика преподавания, прежде всего, ориентирована на выработку комплекса определенных умений, необходимых будущему специалисту, и умений не только узкоспециальных, но и фундаментальных, таких как, например, умение учиться.

3.13.2 Выработка большинства умений возможна только при самостоятельной работе, которая по своей сути должна быть многогранна, т. е. одна тема или одно задание не могут способствовать выработке всего комплекса умений. А это значит, что самостоятельная работа должна протекать по ряду параллельных направлений, отличных друг от друга по своим образовательным и формирующим целям: работа с учебной и научной литературой, выполнение лабораторных работ, решение задач, выполнение индивидуального задания, подготовка к контрольным опросам, написание докладов, сообщений, рефератов.

3.13.3 Проработка дополнительной литературы относится к факультативной СРС, т. е. не является строго обязательной. Однако факультативная или индивидуальная самостоятельная работа признается всеми, как лучшая форма работы студентов, надежный показатель высокой квалификации будущего инженера, умения освоить новое, как активная жизненная позиция.

3.13.4 План-график изучения дисциплины предполагает, что студент еженедельно от 4 до 6 часов самостоятельно выполняет задания, предусмотренные этим планом.

3.14 Контрольные (рубежные) опросы

3.14.1 При контрольном опросе, который проводится устно или письменно, оценивается и преподавателем и студентом степень и качество достижения целей обучения, качество учебного процесса.

3.14.2 На контрольном опросе каждый студент предъявляет все те отчетные материалы, которые показывают содержание и качество учебной работы студента, позволившей ему овладеть данным разделом дисциплины:

-  конспекты лекций;

-  конспекты литературных источников, использованных студентами при самостоятельной проработке отдельных тем дисциплины;

-  решение обязательных практических задач;

-  отчеты по лабораторным работам;

-  пояснительную записку к ИРЗ.

3.14.3 К контрольному опросу студент обязан изучить материал дисциплины в объеме всей программы раздела.

3.14.4 Студент может участвовать в рубежном контроле дважды.

3.15 Экзамен (зачет) может быть проставлен досрочно, если студентом набрано не менее 70% от максимально возможной суммы баллов при условии выполнения и защиты лабораторных работ и индивидуальных расчетных заданий.

3.16 Баллы, набранные студентом в первом семестре, учитываются при определении оценки за курсовой экзамен.

3.17 Если студент не набрал минимальную сумму баллов, он выполняет аудиторную письменную работу, включающую теоретические и практические задания.

Каждое задание оценивается в баллах. Для получения зачета необходимо набрать не менее 70% от максимальной суммы баллов.

4 ПЛАН-ГРАФИК ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Ниже приведен ориентировочный план-график (таблица 1) изучения первой части курса “Теоретические основы процессов” (пятый семестр), который составлен таким образом, что один и тот же материал прорабатывается на лекции, практических и лабораторных занятиях, самостоятельно, но на разных уровнях.

*Номера задач указаны по учебному пособию[2].

Самостоятельная работа	6	Решение, выполнение и защита задач, ЛР, ИРЗ, конспектирование литературы, подготовка к контрольному опросу, семинарским занятиям, лекциям
Лабораторные занятия	5	Вводное занятие. Подготовка к лабораторной работе (ЛР)	Выполнение и защита ЛР N1										Выполнение и защита ЛР N2
Практические занятия	4	Введение. Система единиц. Гидравлика. Задачи: 1-1, 2,3	Гидростатика. Задачи: 1-4, 5, 6, 7	Критерий Рейнольдса. Средняя и осевая скорости. Задачи: 1-17 , 18 , 19 , 20	Приложение теоремы Д. Бернулли. Дроссельные расходомеры. Задачи: 1-21, 22 , 23 , 24 , 33	Потери давления на трение и местные сопротивления. Задачи: 1-25, 26, 29, 30, 34	Расход энергии на транспортировку жидкостей и газов. Определение мощности, потребляемой насосами и вентиляторами. Задачи: 1-35, 45, 51
Лекции	3	Общие сведения о дисциплине. Предмет и задачи технической гидравлики	Гидростатика	Основные уравнения гидродинамики	Гидродинамическое подобие. Гидравлическое сопротивление. Расчет диаметра трубопроводов	Пленочное течение жидкостей. Гидродинамика двухфазовых потоков. Модели идеальных и неидеальных потоков	Классификация потоков. Основные параметры насосов. Поршневые насосы. Графики подачи. Центробежные насосы. Сравнительная характеристика насосов
Мо-дуль	2	1
Неде-ля	1	1	2	3	4	5	6
6		Защита ИРЗ1, контрольный опрос по разделу N1	Решение задач, выполнение и защита ЛР, ИРЗ, конспектирование литературы, подготовка к контрольному опросу, семинарским занятиям, лекциям
5	Защита ЛР 2	ЛР N3	ЛР N4
4	Характеристика сети. Работа насоса на сеть. Задачи: 1-48, 49, 21, 2, 11	Тепловые балансы. Теплопроводность. Задачи: 4-1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10	Теплоотдача при вынужденном движении. Задачи: 4-22, 23, 24, 26	Теплоотдача при кипении жидкостей и конденсации паров. Задачи: 4-31, 33, 34, 36, 38	Теплопередача. Методы интенсификации теплообмена. Задачи: 4-12, 13, 14, 17, 20, 21, 27
3	Принцип действия, устройство и классификация машин для сжатия и перемещения газов. Поршневые компрессоры. Центробежные машины	Теплопередачи в химической аппаратуре. Основные понятия. Теплопроводность	Перенос тепла конвекцией. Тепловое подобие	Теплоотдача при изменении агрегатного состояния теплоносителей	Передача теплоты излучением. Теплопередача. Средняя разность температур теплоносителей	Математическое моделирование процессов переноса теплоты в теплообменниках. Методы интенсификации теплообмена. Нестационарный процесс переноса теплоты
2			2
1	7	8	9	10	11	12
6	Защита ИРЗ 2, контрольный опрос по разделу N 2	Решение задач, выполнение и защита ЛР, ИРЗ, конспектирование литературы, подготовка к контрольному опросу, семинарским занятиям, лекциям															Защита ИРЗ-3, контрольный опрос по разделу N3	Итоговое зачетное занятие
5	ЛР N5
4	Равновесие. Направление массопереноса. Задачи: 6-3, 7; 7-3, 4, 6	Массоотдача и массопередача. Задачи: 6-11, 17, 18, 19	Средняя движущая сила. Число единиц переноса. Задачи: 6-12, 13
3	Основы массопередачи. Основ - ные понятия. Статика массооб- менных процессов	Кинетика массообменных процессов. Молекулярная и турбулентная диффузия	Теоретические модели процесса массопереноса. Массоотдача. Диффузионное подобие. Аналогия процессов переноса импульса, тепла и вещества	Средняя движущая сила процесса. Число единиц переноса Высота единиц переноса	Расчет массообменных аппаратов	Заключительная лекция
2		3
1	13	14	15	16	17	18

5 ОСНОВЫ ПРИКЛАДНОЙ ГИДРАВЛИКИ.